2013年,王新泉教授帶著王年爽和清華大學(xué)張林琦教授實(shí)驗(yàn)室合作,在解析MERS冠狀病毒入侵細(xì)胞機(jī)制的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步篩選出世界上首個(gè)能夠阻斷MERS感染的單克隆中和抗體?!爱?dāng)時(shí)我臨近畢業(yè),就在想我博士后需要做什么,其實(shí)還是希望對整個(gè)冠狀病毒領(lǐng)域,能夠有一個(gè)更深入的了解,準(zhǔn)備以后的方向還是選相關(guān)領(lǐng)域?!蓖跄晁f。 《華盛頓郵報(bào)》文章披露輝瑞和Moderna的 mRNA 疫苗達(dá)到終點(diǎn)的過程,記者從文中發(fā)現(xiàn),在輝瑞、強(qiáng)生、Moderna、Novavax等多家公司的新冠疫苗研發(fā)中,均用到了一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)——通過添加兩個(gè)脯氨酸突變穩(wěn)定冠狀病毒刺突蛋白,其主要設(shè)計(jì)者為王年爽,一位來自中國的80后科學(xué)家。 穩(wěn)定 S 蛋白為疫苗研發(fā)提供了關(guān)鍵靶點(diǎn) 冠狀病毒的刺突糖蛋白,簡稱“ S 蛋白”,能結(jié)合人細(xì)胞表面的受體 ACE2 ,是介導(dǎo)病毒入侵細(xì)胞的最重要蛋白,也是制備疫苗的主要靶標(biāo)。新冠病毒中的 S 蛋白與 ACE2 受體親和力遠(yuǎn)高于 SARS 病毒,是其具備更高傳播能力的一個(gè)可能原因。 輝瑞、Moderna等疫苗的機(jī)制是利用mRNA技術(shù)在人自身細(xì)胞內(nèi)制造穩(wěn)定且免疫原性強(qiáng)的刺突蛋白,訓(xùn)練我們的免疫系統(tǒng)識別病毒,從而激發(fā)免疫反應(yīng)。 “我們知道SARS、中東呼吸綜合征冠狀病毒(MERS)、新冠病毒在內(nèi)的幾種高致病性冠狀病毒的 S 蛋白都極不穩(wěn)定。S蛋白本身是一個(gè)活性的構(gòu)象,我們稱它叫融合前的狀態(tài)。還有一個(gè)非活性的構(gòu)象就是融合后的狀態(tài)。融合前構(gòu)象的活性狀態(tài),是做疫苗比較好的,它能激發(fā)非常強(qiáng)的免疫反應(yīng)。但是這個(gè)狀態(tài)是不穩(wěn)定的,它很容易就變到了一個(gè)融合后的構(gòu)象。這就導(dǎo)致后期相關(guān)研究阻力很大,進(jìn)展緩慢。而我做的就是利用結(jié)構(gòu)生物學(xué),在嘗試上百種不同的設(shè)計(jì)之后,找到了兩個(gè)可以穩(wěn)定刺突蛋白的脯氨酸突變?!蓖跄晁硎?,“目前為止,脯氨酸突變這種方式仍然是能成功穩(wěn)定 S 蛋白構(gòu)象的唯一方法?!?/span> 王年爽在實(shí)驗(yàn)室。本人供圖 順其自然選擇了生物學(xué) 王年爽1986年出生在山東淄博農(nóng)村。初高中期間生物學(xué)的成績很突出,用他自己的話說是“成績很穩(wěn)定,大概總能穩(wěn)定到全市前十?!?/span> 填報(bào)志愿時(shí),他自然而然進(jìn)入中國海洋大學(xué),成為2005級基地班(生物化學(xué)與分子生物學(xué)專業(yè))的一員。王年爽介紹,“當(dāng)時(shí)選擇了生物學(xué),其實(shí)也沒有想特別多,感覺自己適合干這個(gè)。還有就是對生物的一些機(jī)制感覺特別好玩,想深入了解多一點(diǎn)。本身對深入探究生物現(xiàn)象的本質(zhì)還是有一點(diǎn)興趣的,未來希望解決一些非常復(fù)雜的問題?!?/span> 2009年,王年爽以優(yōu)異的成績保送進(jìn)清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院結(jié)構(gòu)生物學(xué)中心,在清華生命學(xué)院副院長王新泉教授的指導(dǎo)下攻讀博士學(xué)位。 “我最開始研究冠狀病毒,是有些機(jī)緣巧合的,是因?yàn)?012年MERS的爆發(fā),我和我的導(dǎo)師王新泉教授對此非常感興趣,認(rèn)為這是一個(gè)在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究上都非常有價(jià)值的課題?!蓖跄晁貞浀?。 聚焦冠狀病毒領(lǐng)域,始于MERS疫情 2012 年 9 月,中東呼吸系統(tǒng)綜合征(MERS)疫情爆發(fā),致死率 50% 以上,引起了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。2013 年 3 月份,Nature 首先報(bào)道了 MERS 病毒的受體 DPP4 。 2013年,王新泉教授帶著王年爽和清華大學(xué)張林琦教授實(shí)驗(yàn)室合作,在解析MERS冠狀病毒入侵細(xì)胞機(jī)制的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步篩選出世界上首個(gè)能夠阻斷MERS感染的單克隆中和抗體?!爱?dāng)時(shí)我臨近畢業(yè),就在想我博士后需要做什么,其實(shí)還是希望對整個(gè)冠狀病毒領(lǐng)域,能夠有一個(gè)更深入的了解,準(zhǔn)備以后的方向還是選相關(guān)領(lǐng)域?!蓖跄晁f。 同年他關(guān)注到了疫苗研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要突破:用結(jié)構(gòu)生物學(xué)的手段設(shè)計(jì)呼吸道合胞病毒疫苗。這項(xiàng)工作的主要完成人是當(dāng)時(shí)尚在NIH疫苗研究中心從事博士后研究的JasonMcLellan。 《科學(xué)》雜志把這一成果列為當(dāng)年十大科學(xué)突破之一,這為王年爽的博士后研究指明了方向。用新技術(shù)革新疫苗的研發(fā)模式這一理念,也成為推動(dòng)王年爽之后多年研究的指導(dǎo)思想。這也促使他在 2014 年博士畢業(yè)后,加入了 Jason McLellan 在達(dá)特茅斯學(xué)院新成立的實(shí)驗(yàn)室。 “當(dāng)時(shí)知道他在達(dá)特茅斯剛剛成立實(shí)驗(yàn)室,就想加入他的實(shí)驗(yàn)室了。當(dāng)時(shí)還有很多其他的機(jī)會(huì),但我知道“結(jié)構(gòu)指導(dǎo)疫苗設(shè)計(jì)”就是我想做的,然后就一直堅(jiān)持了,一直做了6年左右?!蓖跄晁袊@道。 研究員王年爽和其他實(shí)驗(yàn)室成員在德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校實(shí)驗(yàn)室。本人供圖 艱辛的努力換來成功 王年爽和團(tuán)隊(duì)研發(fā)的經(jīng)歷也并非一帆風(fēng)順。冠狀病毒S蛋白比較大,而且非常不穩(wěn)定,該領(lǐng)域進(jìn)展緩慢阻力重重,起始階段甚至沒有任何冠狀病毒的S蛋白結(jié)構(gòu)被解析。 王年爽回憶起剛開始的幾年,“其實(shí)研究過程是很枯燥的,任何一點(diǎn)小細(xì)節(jié)的失誤,都會(huì)造成實(shí)驗(yàn)的失敗,在前期實(shí)驗(yàn)中,我們試用了各種各樣的傳統(tǒng)的方法,很多時(shí)候都是同時(shí)做20個(gè)30個(gè)不同的設(shè)計(jì),然后試圖能夠穩(wěn)定S蛋白,但是絕大部分都是沒有任何效果的。后來我們就慢慢地積累更多經(jīng)驗(yàn),最終找到針對S2的一個(gè)中和抗體,能夠幫助我們穩(wěn)定S蛋白,包括后來又解析了結(jié)構(gòu)的模型之后,再進(jìn)行突變就容易很多。在這基礎(chǔ)上又添加了100多種不同的突變類型,最終發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)脯氨酸突變其實(shí)經(jīng)歷了重重困難。我們把這一設(shè)計(jì)稱為 S-2P?!?/span> 談到當(dāng)時(shí)感受,王年爽說,“工作量很大,很枯燥,還要足夠耐心細(xì)致。但我始終覺得,肯定有一種方案是可行的。最終事實(shí)也證明,整個(gè)研究的方向是正確的?!?/span> 曾被 5 家頂級權(quán)威期刊拒稿 令王年爽意想不到的是,就是這一歷盡艱辛、頗具奠基性意義的研究結(jié)果,在尋求發(fā)表時(shí),卻被 5 家全球頂級權(quán)威期刊拒稿。 2016年對于王年爽來說非常的困難。“當(dāng)時(shí)心情還是很痛苦的,在科學(xué)界拒稿是很正常的事情,但是拒絕5次是很少見的?!蓖跄晁忉尩剑斑@項(xiàng)技術(shù)是針對2012年暴發(fā)的MERS病毒,但是在2016 年,MERS 疫情已經(jīng)銷聲匿跡,科學(xué)界對冠狀病毒的研究的熱情大大降低。另外,結(jié)構(gòu)指導(dǎo)疫苗設(shè)計(jì)的技術(shù)在整個(gè)領(lǐng)域并不是很受認(rèn)可,大家普遍沒有意識到這項(xiàng)技術(shù)真正的價(jià)值?!?/span> 主要研究方向成了“冷門”。王年爽并沒有放棄,并且堅(jiān)信這是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。“最開始就感覺這個(gè)研究課題很有價(jià)值。”回憶起當(dāng)時(shí)的情況,他這樣說。“不止是科研本身的價(jià)值,如果研究成功了還可以指導(dǎo)疫苗和藥物研發(fā),挽救生命,很有社會(huì)價(jià)值”。也正是因?yàn)檫@樣,他在這一領(lǐng)域一直堅(jiān)持了下來。 經(jīng)過一年的努力,文章才終于在2017年8月發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS,Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)。 令人欣慰的是,王年爽設(shè)計(jì)的突變,在發(fā)表后的三年時(shí)間里,在冠狀病毒研究領(lǐng)域內(nèi)逐漸得到了認(rèn)可,也開始被同行采用并使用該技術(shù)把文章發(fā)表到了Cell,Nature Structural & Molecular Biology等期刊。同時(shí)發(fā)表在Cell,Annual Review of Medicine等頂級期刊上的綜述文章也給與了很高的評價(jià)。并且在2017年Moderna就開始使用這一技術(shù)設(shè)計(jì)MERS病毒疫苗。這些都為后面抗擊新冠疫情打下了基礎(chǔ)。 新冠疫情暴發(fā),“結(jié)構(gòu)指導(dǎo)的疫苗設(shè)計(jì)”從概念走向?qū)嵱玫漠a(chǎn)品 2020 年 2 月,新冠疫情暴發(fā)后不久,王年爽和他所在的美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校 Jason McLellan 團(tuán)隊(duì)的同事們迅速采用冷凍電鏡 Cryo-EM 技術(shù),以最快速度解析出了穩(wěn)定化的新冠病毒 S 蛋白結(jié)構(gòu),這也為此后新冠診斷試劑、疫苗和藥物的開發(fā)提供了關(guān)鍵信息。 王年爽表示,新冠暴發(fā)之后,科學(xué)界快速應(yīng)對。Moderna、強(qiáng)生疫苗的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了S-2P在提升S蛋白穩(wěn)定性和免疫原性方面的巨大優(yōu)勢。S-2P迅速應(yīng)用到多個(gè)新冠疫苗的研發(fā)當(dāng)中。其中輝瑞/BioNtech以及Moderna的mRNA疫苗經(jīng)歷了不到一年的研發(fā)正式批準(zhǔn)使用,這也意味著“結(jié)構(gòu)指導(dǎo)的疫苗設(shè)計(jì)”首次從概念推向真正實(shí)用的疫苗產(chǎn)品。 事實(shí)上,S-2P 應(yīng)用不局限于 mRNA 疫苗,還在其他種類的疫苗開發(fā)中發(fā)揮作用,包括Novavax的重組蛋白疫苗、強(qiáng)生的腺病毒疫苗等。另外,S-2P 蛋白也廣泛用于血清檢驗(yàn)、中和抗體篩選以及小分子藥物研發(fā)當(dāng)中。 談及自己的研發(fā)技術(shù)被廣泛應(yīng)用,王年爽表示,“一切的付出都是值得的,就感覺像做夢一樣,從噩夢到一個(gè)特別好的夢?!?/span> 希望疫情能推動(dòng)整個(gè)疫苗技術(shù)的升級換代 mRNA 疫苗技術(shù)和穩(wěn)定化 S 蛋白技術(shù)的結(jié)合達(dá)到了 1+1>2 的效果。美國兩款 mRNA 疫苗以如此快的速度研發(fā)成功,有很強(qiáng)的象征意義。2020 年 11 月,McLellan 參與開發(fā)的 RSV 疫苗,也已進(jìn)入三期臨床。這些都在印證“結(jié)構(gòu)指導(dǎo)疫苗開發(fā)”理念的正確性。 疫情爆發(fā)以后,王年爽所在的 McLellan 實(shí)驗(yàn)室,在短時(shí)間內(nèi)向全球十多個(gè)國家的 100 多家研究機(jī)構(gòu)或公司提供了新冠版本的 S-2P 的質(zhì)?;虻鞍祝@大大推進(jìn)了全球針對新冠病毒的研究以及抗體和藥物的開發(fā),這其中也包括禮來已經(jīng)批準(zhǔn)緊急使用了抗體。 “新冠病毒帶來的災(zāi)難是歷史性的,可能是百年不遇的。同時(shí),它對于技術(shù)革新的促動(dòng)也是一個(gè)百年不遇的機(jī)遇,我們希望新冠疫苗研發(fā)的一些技術(shù),能夠全球共享,推動(dòng)整個(gè)疫苗技術(shù)的升級換代?!蓖跄晁f。 “新冠之前很多針對傳染病的研發(fā),都陷于停滯的狀態(tài),特別不被重視。事實(shí)上,我們現(xiàn)在使用的流感疫苗是誕生在將近一個(gè)世紀(jì)以前,我不希望讓我們的子孫后代使用和我們太爺爺那一輩一樣的疫苗?!蓖跄晁袊@道?!暗獙⒖茖W(xué)理論轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用,這比許多人想象的要困難得多?!?/span> 談到mRNA疫苗,他也說,“mRNA疫苗是另一個(gè)技術(shù)進(jìn)步改變社會(huì)的例子,但未來應(yīng)不會(huì)是唯一的終結(jié)者,更不足以解決一切問題。更好的疫苗有賴于全球免疫學(xué)家的深度參與?!?/span> 如今,王年爽在一家跨國生物制藥企業(yè)工作,希望能促進(jìn)更多成果轉(zhuǎn)化,趨向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。他表示,某個(gè)合適的時(shí)機(jī),還是想回國推動(dòng)中國生物醫(yī)藥的產(chǎn)業(yè)化,釋放自己的能量。 |
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