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金猴奋起千钧棒，玉宇澄清万里埃 孙悟空 这位在中国文化中具有标志性意义的英雄角色 随着《黑神话：悟空》的横空出世，火爆全球！ 在中国生物也有这样一群“天命人” “取经之路”同样异常艰险 荡尽疫魔、扫清寰宇 是中国生物人百年来的不懈追求 来看看中生“悟空”在取经之路上 书写了哪些“天命”传奇 驱魔灭疫的“上医”精神 《黄帝内经》曰：“上工（医）治未病，不治已病。”所谓“治未病”，就是防止疾病的发生，尤其是防止传染病的发生。一次传染病流行，轻则死亡数十上百人，重则死亡千万人。因此，人民需要“治已病”的医生，更需要“治未病”的“上医”。 在20世纪五六十年代，许多人不知生物制品为何物，包括学医的大学生，当他们被分配到各生物制品研究所时，往往都不愿意，闹着要走。原北京生物制品研究所的吴绍沅就是这样。她从武汉医学院毕业刚分来，所长汤飞凡带着她到北京儿童医院去“参观”。在那里，她亲眼见到了患麻疹的病儿住满了病房，连走廊里也一张挨一张地摆上了临时病床，很多孩子已经奄奄一息。家长们围着儿童医院院长诸福棠含泪哀求:“请救救孩子！请救救孩子！”临别时，诸福棠一脸严肃地对汤飞凡说:“要救这些孩子，我没有多少办法，唯有用疫苗，我们有责任尽快研究出疫苗来。”吴绍沅在“参观”过程中一直泪流满面，不停地用手帕擦泪。从此后，她再也不提要回去当医生了。在汤飞凡的指导下，她分离培育出了麻疹毒“M9”株，是中国本土分离出来的第一个麻疹毒株。 ▲1977年，北京生物制品研究所麻疹组工作人员在制备麻疹减毒活疫苗 以身试药的献身精神 要说中国早期的疫苗研制与外国有什么不同，除了物质条件大不一样以外，一个最大的区别就是疫苗在进入临床研究之前，首先要在研制者甚至家人的身上试用，证明安全之后再上别的人，如传说中的神农尝百草一样。 沙眼是由沙眼衣原体引起的一种慢性传染性结膜角膜炎，因其在睑结膜表面形成粗糙不平的外观，形似沙粒，故名沙眼。解放前沙眼是我国致盲的首要原因，解放后，沙眼的发病率已大为降低。 ▲上世纪50年代初，汤飞凡博士在实验室给学生讲课 为了研究这一疾病，北京生物制品研究所前所长汤飞凡曾不声不响地将沙眼病毒滴入自己眼中，造成典型的沙眼症状，后来又重新把病毒分离出来。为了能观察到整个病理过程，他肿着眼睛坚持了40多天后才接受治疗。他通过对自己的人体试验确信无疑地向世人证实了他所分离的病毒对人的致病性，从而完全、彻底地解决了延续半个多世纪的关于沙眼病原的争论。 甘坐冷板凳的精神 从事科研尤其是做生物制品的人都知道，从开题到形成产品，必须经历一个相当漫长的过程，要有甘坐冷板凳的精神，不然是干不了这一行的。纵观历史，乙脑疫苗从新中国成立初就开始研制，历经18年才研制成功原代地鼠肾细胞乙脑灭活疫苗。因毒种免疫原性不理想，必须改进，培育新的乙脑疫苗株 SA-14-2就花了整整30年，再用这个疫苗株研制疫苗到最后批准生产，又历时12年。在这期间，投入研究的专家有北京生物制品研究所的、中检所的、成都生物制品研究所的，有突出贡献的就有上10人。 麻疹活疫苗从1958年汤飞凡、吴绍沅首次在我国成功分离出麻疹病毒M9算起到1965年试制成功，1966年投产，历时七八年，这可以算作一个奇迹。脊髓灰质炎减毒活疫苗从1954年开始研究，历经仿制苏联的猴肾减毒活疫苗(历时6年)、猴肾糖丸疫苗(历时8年)等阶段，到1987年用二倍体细胞生产出三价疫苗糖丸，总历时33年。乙肝疫苗从1972年开始研究，到1985年研制成功血源性乙肝疫苗历时13年；到研制成功基因工程乙肝疫苗历时17年。 ▲赵铠院士，中国生物北京生物制品研究所原所长，是中国当代疫苗研究领军者，医学病毒学家。从业七十年来，一直致力于病毒疫苗的研发，先后成功研制新型天花疫苗、风疹减毒活疫苗、血源性乙肝疫苗，合作研发了重组痘苗病毒乙肝疫苗，后又成功引进重组酵母乙肝疫苗工业化生产技术。 著名历史学家范文澜在北大讲演时说：“坐冷板凳无非是几个意思，要专心致志做学问，不慕荣誉，不去追求名利，甘于寂寞，同时也包括你做学问当中不去追随风尚，随风倒，而是要坚持自己的学术方向，不怕别人不重视，甘于寂寞。” 愿做绿叶衬红花的精神 在生物制品行业，一个产品的研制成功是许多人共同努力的结果，有很多无名的英雄都在默默奉献，他们甘做“绿叶”。没有“绿叶”的衬托，实验室的“红花”就不会美丽绽放。这就像种庄稼不能没有土壤一样，培养基是疫苗研制必不可少的“土壤”。细菌类疫苗的生产株，离开了培养基就没法生长繁殖，病毒类疫苗的生产株是长在细胞上的，细胞也离不开培养基(营养液)。疫苗等生物制品的产量和质量如何，一取决于生产株，二取决于培养基。 北京生物制品研究所的闻仲权就是一位搞了一辈子培养基的科学家。北京生物制品研究所的麻疹疫苗，他参与了研制，但病毒是汤飞凡和吴绍沅分离出来的，他做的是培养基方面的工作，所以他便“榜上无名”；沙眼病毒的研究他也参加了，但分离出病毒来的是汤飞凡和助手李一飞，他虽然做了不少工作，但名不见经传；他还参加了流感病毒的分离和疫苗的研制，但也是湮没无闻。他自始至终参加了脊髓灰质炎疫苗的研制，在国内率先分离出两株脊灰病毒，并试制出减毒活疫苗，但因卫生部为加快疫苗投产，决定走学习苏联的“捷径”，他的研究被迫中断，只能弃置一旁了。他是派往苏联学习脊灰疫苗制作的四名专家之一。在新成立的昆明所帮建脊灰生产线，他待的时间最长，从实验室布置到最后投产的全过程，他都是指导专家；脊灰疫苗改糖丸，他也是主要参与者，所以“糖丸爷爷”不止一人，他也是名副其实的“糖丸爷爷”。 ▲闻仲权（二排右二）与顾方舟（二排左一）、董德祥（二排右一）及蒋竞武（一排中）与苏联专家合影 他独一无二的贡献是在我国建立了人二倍体细胞2BS，可以广泛运用于许多疫苗的制作，并且能世世代代用下去。用人二倍体细胞生产的疫苗因不含异性蛋白，所以副反应极小，而且提高了质量，降低了成本，可谓贡献巨大。如在国外，他可以将之命名为闻氏二倍体，但他将之命名为2BS，BS代表北京生物制品研究所。 ▲闻仲权专家在实验室指导工作 在他67岁的时候才被评为“国家有突出贡献专家”，获国务院政府津贴，这也是对他一生甘当“绿叶”的奖赏。《中国疫苗百年纪实》的作者在采访时与他谈到这个问题，老人家非常淡然，说“只要对人民有利，不必考虑个人名利。” 凤凰涅槃的创新精神 在生物制品行业里常常能听到这样一句话：“这是一个自己消灭自己的行业。”为何这样讲？为消灭某种疾病研制出一种疫苗，最后这个疾病被消灭了，疫苗也差不多就“寿终正寝”了。“自己消灭自己”的含义，最主要的还表现在自己否定自己上。很多疫苗都远不止一代，会有很多代的迭代升级。每一次的更迭换代，都是对上一代的仍存有的缺陷的“否定”，但不是否定其历史作用。从这其中就可以看出疫苗科学家永远不满足、不断自我否定的凤凰涅槃的精神。 ▲糖丸疫苗生产过程 例如目前北京生物制品研究所的核心产品——脊灰疫苗，就是这样不断升级的过程。1960年3月试制出第一代口服液体疫苗，1963年生产第二代糖丸疫苗，1984年北京生物制品研究所又研制出第三代脊灰疫苗，以二倍体细胞取代猴肾细胞，大大提高了疫苗的安全性。但是第三代脊灰疫苗分为“I型”和“II+Ⅲ型”两种糖丸，要先服“I型”，隔一段时间再服“II+Ⅲ型”，这就使接种比较麻烦。因此，科研人员们又继续研究，解决了三个型同时服用会互相干扰的问题，于1985年研制出第四代三价混合疫苗(白色糖丸)，至此我国的脊灰疫苗与国际水平已难分伯仲。 质量已经这么好了，并且为我国消灭脊灰发挥了主力军的作用，该可以就此为止了吧？不！我国疫苗专家又来了一次凤凰涅槃。随着防控脊灰疫情要求的变化，疫苗技术的不断提高，糖丸逐步演变为OPV和IPV。 ▲北京生物制品研究所生产的口服I型III型脊髓灰质炎减毒活疫苗（bOPV） ▲北京生物制品研究所生产的Sabin株脊髓灰质炎症灭活疫苗（sIPV） 如今，“糖丸”已经成为了历史。目前，中国生物北京生物制品研究所研发生产的bOPV及sIPV均已通过世卫组织预认证，标志着中国已经走在了全球消灭脊髓灰质炎的前列，不仅肩负本国脊髓灰质炎防控任务，更将持续有力地践行中国配合完成“全球消灭脊髓灰质炎最后阶段战略”的承诺，为全球消灭脊髓灰质炎贡献中国力量，为全球人类健康保驾护航。 悟空昔日降妖除魔 我们今朝驱疫灭害 虽隔不同时空 但共承一腔坚定信念 而今岁月流转 “金箍棒”已不仅是神话里的神兵利器 更是生物制品人手中利剑 微小疫苗，蕴含千钧之力 抵御百变病毒，守护人间安宁 它们筑起坚固的健康长城 在生活的征途上 护送人们抵御病毒侵害 取得健康“真经” 素材来源：北京生物制品研究所、《中国疫苗百年纪实》、《黑神话：悟空》官网、央视新闻，图片素材来自网络，侵删。 搜索“中国生物” 关注中国生物全媒体矩阵

摘要鞭毛是纤毛或鞭毛上的毛发状侧翼附属物，参与机械感觉和细胞运动，但其组成和结构尚不清楚。2024年3月28日，清华大学/深圳医学科学院颜宁、清华大学闫创业及潘俊敏共同通讯在Cell 在线发表题为“Structure-guided discovery of protein and glycan components in native mastigonemes”的研究论文，该研究报道了从莱茵衣藻纤毛中分离的天然纤绒毛 (Mastigoneme) 3.0 Å分辨率的冷冻电镜结构。长茎形成一个超级螺旋，每个螺旋旋转由四对反平行的纤绒毛素样蛋白1 (Mst1)组成。在Mst1中，在II型聚羟基脯氨酸(Hyp)螺旋周围发现了大量阿拉伯糖聚糖，它们代表了植物和藻类中常见的一类糖基化。EM图谱揭示了纤绒毛轴心蛋白(Mstax)，该蛋白富含重度糖基化的Hyp，并含有PKD2样跨膜结构域(TMD)。Mstax有近8000个残基，从细胞内区域到纤绒毛素的远端，为Mst1的组装提供了框架。该研究提供了对天然生物结构中蛋白质和聚糖相互作用复杂性的见解。另外，2024年3月5日，清华大学/深圳医学研究院颜宁团队在Cell Research 在线发表题为“Structural basis for different ω-agatoxin IVA sensitivities of the P-type and Q-type Cav2.1 channels”的研究论文，该研究揭示了不同ω-agagoxin IVA灵敏度的P型和Q型Cav2.1通道的结构基础。该研究报告了Cav2.1单独和与MVIIC或Aga-IVA复合物的冷冻电镜结构，总分辨率为2.9-3.1 Å。这些结构揭示了两种选择性肽毒素选择性抑制Cav2.1的分子决定因素，为亚型特异性治疗的发展奠定了基础。2024年2月21日，清华大学/深圳医学科学院颜宁团队在PNAS 在线发表题为“Dissection of the structure–function relationship of Nav channels”的研究论文，为了描述人类Nav通道的结构-功能关系，该研究以人类Nav1.7为原型进行了系统的结构分析。根据野生型(WT) Nav1.7与含有11个突变的变体Nav1.7- M11之间的结构差异，该研究生成了另外三个中间突变体，并以2.9-3.4 Å的总分辨率求解了它们的结构。在孔域(PD)上有9个点突变的突变体被命名为Nav1.7-M9，其空腔体积减小，门密封，所有电压感应域(VSD)保持在上。WT和Nav1.7-M9的结构比较指出了两个可能对PD收紧至关重要的残基。然而，包含这两个突变的变体Nav1.7-M2，甚至与VSD中另外两个突变Nav1.7-M4结合，都未能使PD收紧。该结构分析表明，静态失活I-V曲线的右移与PD收缩的趋势相关。研究人员预测静息状态下的通道应该有一个“紧”的PD和低的VSD。纤毛，或鞭毛，突出到细胞外环境服务于双重目的检测环境的变化和促进细胞运动。一些单细胞原生生物的纤毛排列有侧毛，称为纤绒毛。先前的研究表明，纤绒毛可能参与机械刺激的感知。它们还可以通过增加纤毛在蛙泳运动时的有效表面积来增强纤毛推进力。有管状和非管状纤绒毛。管状纤绒毛属通常长1毫米，直径15-19纳米，相对坚硬，而非管状纤绒毛属较短(0.8毫米)，较薄(10纳米)，柔韧，易脱落。衣单胞菌纤毛上的非管状纤绒毛素被认为与多囊肾病蛋白(PKD2)(也称为多囊素-2 [PC-2])有关，多囊素-2是一种瞬时受体电位(TRP)家族通道，其跨膜区域共享电压门控离子通道(VGIC)折叠。在哺乳动物细胞的初级纤毛上，PKD2的三个亚基与PKD1(也称为PC-1)，(具有巨大的多结构域胞外区域)组合形成异源四聚体。然而，PKD1/PKD2异构体的生理功能尚不完全清楚，该异构体是否具有通道活性仍存在争议。预测衣藻上的纤绒毛是由重度糖基化的纤绒毛样蛋白1 (Mst1)组成的螺旋状聚合物。由于纤绒毛的高分辨率结构的缺乏，完整的组件，准确的组装，以及与PKD2潜在相互作用的细节仍然是未知的。此外，聚糖的结构或功能作用仍然难以捉摸。糖基化是翻译后修饰(PTM)的一种主要形式，它显著地扩展了蛋白质的结构复杂性和功能多样性。糖化蛋白参与多种生物过程，如信号传导、免疫反应和细胞分化。在核酸、蛋白质、脂质和碳水化合物这四种主要的生物分子中，后两者是结构生物学最具挑战性的目标。糖基化通常通过点突变或去糖基化来去除，以改善基因的均匀性蛋白质结晶。使用单粒子冷冻电镜(cryo-EM)进行结构分析，可以保存糖基化。然而，由于多糖链固有的柔韧性，在EM图中只能分辨出靠近修饰残基的几个糖基。碳水化合物结构信息的缺乏严重限制了人们对一类主要生物分子的理解。机理模式图（图源自Cell ）为了扩大人们对糖蛋白和天然生物结构的了解，作者利用单粒子冷冻电镜(cryo-EM)研究了莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)内源纤绒毛的组装，并获得了3.0 Å的重建。除了交织在一起的Mst1原纤维的高阶低聚物外，出色的EM图谱还能够鉴定出作为纤绒毛中心轴的蛋白质。研究人员将这种高度糖基化、富含羟脯氨酸(Hyp)的大蛋白命名为纤绒毛特异性轴蛋白Mstax。对Mstax未解析片段的结构预测显示，在近膜区和跨膜区存在PKD2样褶皱，从而为纤绒毛和PKD2之间的相互作用提供了合理的分子基础。该研究提供了对天然生物结构中蛋白质和聚糖相互作用复杂性的见解。清华大学讲席教授、北京生物结构前沿研究中心研究员、深圳医学科学院创始院长颜宁，清华大学生命科学学院副教授、北京生物结构前沿研究中心研究员闫创业，清华大学生命科学学院教授潘俊敏为本文的共同通讯作者。清华大学生命科学学院2022级直博生黄隽豪、2018级直博生陶慧和2022级直博生陈继坤为本文共同第一作者。清华大学生命科学学院2020级本科生沈扬参与了本研究。清华大学冷冻电镜平台主管雷建林教授为电镜数据收集提供了帮助。实验的质谱鉴定工作得到了蛋白质化学与组学平台的支持，实验的计算工作得到清华大学高性能计算平台、国家蛋白质设施实验技术中心（北京）的支持。本研究得到了科技部重点研发计划，国家自然科学基金重大研究计划、面上项目、专项项目，膜生物学国家重点实验室，北京市科技新星计划，北京高校卓越青年科学家计划项目，北京生物结构前沿研究中心与清华-北大生命科学联合中心的经费支持。原文链接：https://www-cell-com.libproxy1.nus.edu.sg/cell/abstract/S0092-8674(24)00240-X识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。

引言电压门控钠通道(Nav)在响应膜电位变化时发生构象变化，这种机制被称为机电耦合。2024年2月21日，清华大学/深圳医学科学院颜宁团队在PNAS 在线发表题为“Dissection of the structure–function relationship of Nav channels”的研究论文，为了描述人类Nav通道的结构-功能关系，该研究以人类Nav1.7为原型进行了系统的结构分析。根据野生型(WT) Nav1.7与含有11个突变的变体Nav1.7- M11之间的结构差异，该研究生成了另外三个中间突变体，并以2.9-3.4 Å的总分辨率求解了它们的结构。在孔域(PD)上有9个点突变的突变体被命名为Nav1.7-M9，其空腔体积减小，门密封，所有电压感应域(VSD)保持在上。WT和Nav1.7-M9的结构比较指出了两个可能对PD收紧至关重要的残基。然而，包含这两个突变的变体Nav1.7-M2，甚至与VSD中另外两个突变Nav1.7-M4结合，都未能使PD收紧。该结构分析表明，静态失活I-V曲线的右移与PD收缩的趋势相关。研究人员预测静息状态下的通道应该有一个“紧”的PD和低的VSD。真核电压门控钠(Nav)通道通过以动作电位的形式启动和传播电信号来控制膜的兴奋性。在静息状态下，可兴奋细胞(如神经元和肌细胞)的膜呈负电位极化。静止状态下的Nav通道是不导电的。它们响应膜去极化而激活。确保动作电位重复放电的关键机制是Nav通道的快速失活，这种失活发生在激活后的一毫秒或几毫秒内。失活通道在膜超极化后返回静息状态，为下一个工作周期做准备。由于其在生理学上的基础意义，钠通道的异常功能或调节与大量的致病性疾病有关，如癫痫发作、心律失常和疼痛障碍。因此，Nav通道代表了一类主要的药物靶点。不同功能状态下NaV通道的结构解析不仅对深入了解电信号的基本生理过程至关重要，而且对NaV靶向药物的开发也至关重要。结构-功能关系研究中Nav1.7变体的合理设计概览（Credit: PNAS）与其他电压门控阳离子通道一样，Nav通道由两个模块组成，一个是负责选择性和门控离子渗透的中心孔域(PD)，另一个是检测膜电位变化并相应地发生构象变化的电压感应域(VSDs)。一般认为，静息状态下的Nav通道具有一个封闭的PD，有四个“向下”的VSD，其中S4段上的门控电荷残基面向胞内侧。Nav通道的激活是指由VSD向上运动引起的孔打开。具有孔门控的VSD协同运动被称为机电耦合。从物理角度来看，NaV本质上是多个构象的集合，每个构象都可以由调制器特定地识别。到目前为止，人类Nav通道的八个亚型的结构，Nav1.1-Nav1.8已被报道。然而，大多数报道的结构表现出类似的失活构象，具有非导电PD和四向上VSD的特征。Nav通道结构生物学的主要挑战是揭示机电耦合过程中与不同状态相关的构象。为了实现这一目标，研究人员一直在使用人类NaV1.7作为支架，并利用多种策略，如引入点突变和包含状态依赖性毒素或药物。Nav通道PD的结构-功能关系（Credit: PNAS）最近的一项尝试是用NavPaS的对应物合理地替代一些Nav1.7残基，这是第一个确定原子结构的真核Nav通道。与人类的Nav通道相比，NavPaS异构体的结构与人类的Nav不同，PD更收缩，VSDs处于中间状态。当Nav1.7的PD上的9个位点被NavPaS的残基取代时，得到的变体Nav1.7-M9(简称M9)在激活和静态失活时都显示出右移的I-V曲线。当与VSDI和VSDII的另外两个突变结合时，变体Nav1.7-M11的这些I-V曲线的右移更为显著。基于这些I-V曲线，研究人员预测纯化后的M11在没有任何膜电位的情况下，可能是封闭状态失活(CSI)构象。事实上，M11-class I的结构与野生型通道(Nav1.7-WT)有很大的差异。此外，VSDII通过一个门控电荷向细胞内移动。为简单起见，除非另有说明，否则NaV1.7-M11或M11将参考M11- I类的结构。该研究试图剖析11个点突变对WT和M11之间结构变化的贡献。除了M9，该研究还生成了两个额外的变体，Nav1.7-M2包含两个PD突变，其衍生物Nav1.7-M4与M11一样具有两个额外的VSD突变。该研究对这些Nav1.7突变体的系统结构检查提供了Nav1.7通道结构-功能关系的最新观点。这些结构突出了PD与非导电态相关的构象复杂性。原文链接https://www-pnas-org.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1073/pnas.2322899121责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文Nature | 癌症与神经系统的致命舞蹈