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她!再發(fā)Science!6年6篇CNS大滿貫!讀博期間每天工作17小時的,如今已是博導(dǎo)

來源丨科研大匠整理自解放日報,上科大官網(wǎng)、文匯報等
作為一名生物學(xué)博士研生,她在讀博士期間,連續(xù)4年每天工作17個小時以上,期間以第一作者身份在國際頂刊Cell發(fā)表論文,發(fā)表后,為了繼續(xù)完成手里的研究,她又出乎意料的選擇延畢一年,8個月后,她又以第一作者身份在國際頂尖學(xué)術(shù)雜志Nature發(fā)表了論文。博士畢業(yè)時,她已發(fā)表兩篇NC頂刊,畢業(yè)即被學(xué)校破例聘為副研究員。
2020年,博士畢業(yè)3年,她突破不斷,又以一作/通訊作者身份發(fā)表了3篇CN(1篇Nature+2篇Cell),并入選2019年福布斯30歲以下精英榜。
2022年9月16日,她又以通訊作者身份再登頂刊Science6年6篇頂刊CNS,實現(xiàn)CNS大滿貫。
博士畢業(yè)短短幾年,如今的她,已是上科大助理教授 研究員 博士生導(dǎo)師。
“如果這一輩子能做成一個藥,幫助到患者,就是我們最大的成就了。”這是她堅定的期許。
她就是立志要做原創(chuàng)新藥的85后女博士——華甜。
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華甜課題組,一排中間為華甜 圖源上科大
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2016年:人源大麻素受體 CB1與拮抗劑AM6538復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與功能研究發(fā)表在《Cell》上,入選《Cell》十佳論文和上海市十大科技事件;
2017年:人源大麻素受體 CB1分別與激動劑AM841及AM1542復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與功能研究發(fā)表在《Nature》
2019年:人源大麻素受體 CB2與拮抗劑復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與功能研究發(fā)表于《Cell》
2020年:人源大麻素受體 CB2及CB2分別與激動劑及下游信號G蛋白復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)與功能研究成果于《Cell》
2020年:趨化因子受體CXCR2與內(nèi)源性配體白細胞介素8(IL8)和下游G蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與功能研究成果發(fā)表在《Nature》
2022年:Structural basis for strychnine activation of human bitter taste receptor TAS2R46成果發(fā)表在《Science》
我國自古就有民以食為天的說法,烹飪飲食文化是人類文明史的重要組成部分,而味覺系統(tǒng)正是支撐飲食文化發(fā)展的重要自然基礎(chǔ)。
9月16日,上海科技大學(xué)劉志杰和華甜聯(lián)合研究團隊在《科學(xué)》(Science)期刊發(fā)表研究長文,在馬錢子堿激活人源苦味受體TAS2R46的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研究中取得重大原創(chuàng)性突破,在國際上首次揭開了苦味受體的“神秘面紗”
該論文題為“Structural basis for strychnine activation of human bitter taste receptor TAS2R46”。上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2019級研究生胥維秀為該論文的第一作者;上海科技大學(xué)大道書院院長、iHuman 研究所執(zhí)行所長、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授劉志杰,iHuman 研究所研究員、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院助理教授華甜為共同通訊作者。上海科技大學(xué)為該論文的第一完成單位。
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Class T家族苦味受體作為GPCR家族中最后一個未被攻破的堡壘是有原因的,聯(lián)合團隊在破解苦味受體TAS2R46結(jié)構(gòu)過程中遇到了前所未有的困難:苦味受體主要表達在味覺細胞表面,以往的GPCR表達技術(shù)并不直接適用。經(jīng)過不斷嘗試,他們獨辟蹊徑地設(shè)計了幾種非常規(guī)方法克服了TAS2R46受體在昆蟲細胞里表達量低及復(fù)合物組裝困難等一系列難題,使用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)成功解析了馬錢子堿激活及無配體(apo)兩種狀態(tài)下TAS2R46受體與下游信號蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu),首次揭示了苦味受體獨特的三維結(jié)構(gòu)及調(diào)控機制:馬錢子堿分子結(jié)合在TAS2R46的正構(gòu)口袋中,有意思的是,該口袋呈漏斗狀,保守氨基酸W88充當(dāng)?shù)鬃⑴cTAS2R46中馬錢子堿的苯環(huán)形成π-π相互作用,以實現(xiàn)對多種苦味分子的快速識別。
通過與其它激活態(tài)GPCR結(jié)構(gòu)的比較分析,研究團隊發(fā)現(xiàn)TAS2R46中存在一種新型激活開關(guān)(toggle switch)并且該受體采取了非常獨特的激活模式。同時,TAS2R46構(gòu)象動態(tài)的胞外域表明該受體可能存在多種配體結(jié)合模式來實現(xiàn)其廣譜的配體識別能力。更重要的是,研究團隊還意外發(fā)現(xiàn)TAS2R46與下游特有的G蛋白味轉(zhuǎn)導(dǎo)素(gustducin)嵌合體存在預(yù)結(jié)合(pre-couple)的相互作用模式,這與GPCR先被配體調(diào)控后再結(jié)合G蛋白的傳統(tǒng)激活模式完全不同。研究團隊認為,由于苦味受體肩負保護人體免于中毒的預(yù)警任務(wù),它們必須進化出高效監(jiān)測食物中的大量味覺分子并迅速將苦味信號傳遞至大腦的能力。苦味受體這種在配體識別、激活及信號傳遞中所采用的刪繁就簡機制很好地體現(xiàn)了生命活動中的大道至簡。
該研究為探索苦味受體的結(jié)構(gòu)和作用機制開創(chuàng)了新途徑,填補了T類GPCR結(jié)構(gòu)的空白,未來還將促進針對苦味受體的化學(xué)感知和藥物候選分子的探索。
曾連續(xù)四年

幾乎每天工作17小時

2017年7月,華甜畢業(yè)于中國科學(xué)院生物物理研究所,在攻讀博士期間作為生物物理所和上科大的聯(lián)合培養(yǎng)研究生,師從上科大iHuman研究所執(zhí)行所長劉志杰教授博士期間,華甜大膽接下了一個最前沿的科學(xué)難題作為博士課題,這個課題是國際G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)研究的泰斗級人物雷蒙德·斯蒂文斯教授的“壓箱底”的難題,曾難倒過數(shù)位美國頂尖研究所博士和博士后。但讓人意外的是,華甜只用三年多就解開了難題,研究成果分別發(fā)表在2016年的Cell和2017年的Nature上。博士學(xué)位論文被評為2018年度中國科學(xué)院優(yōu)秀博士學(xué)位論文,并獲得2017年度中國科學(xué)院院長特別獎。
博士畢業(yè)后,華甜加入上科大劉志杰課題組,畢業(yè)即被聘為副研究員。按照常規(guī)流程,博士畢業(yè)后要經(jīng)過博士后、助理研究員兩個階段,才能晉升為副研究員。華甜則連跳了兩級。2020年3月,畢業(yè)2年多的華甜已從副研究員晉升為上科大iHuman研究所獨立課題組長、助理教授,研究員。如今,華甜已是上科大博士生導(dǎo)師
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華甜
讀博期間,她每天早上7點多到實驗室,晚上12點之后離開,如此苦行僧般的作息。她堅持了4年。
就連上海科技大學(xué)iHuman研究所創(chuàng)始所長、國際著名結(jié)構(gòu)生物學(xué)家雷蒙德·斯蒂文斯教授,也忍不住打趣問她,人生還有什么值得興奮的事情。這位年輕有為的博士,就是上海科技大學(xué)iHuman研究所和中科院生物物理研究所聯(lián)合培養(yǎng)的華甜
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華甜以一作發(fā)表的論文
人群中是不起眼的。160厘米的身高,體重只有42公斤,看上去弱不禁風(fēng)。?
她不善言辭。“只要在公開場合講話,我就會特別緊張。”采訪中,她總是以最簡潔的話語作答,聲音低到只有身旁的人才能聽得見。
她對自己的評價是“不食人間煙火”。連續(xù)4年幾乎每天在實驗室工作17個小時,除了整天打交道的蛋白結(jié)構(gòu),她對科研工作以外的事情幾乎沒有什么了解。?
然而——
和她相識了8年的導(dǎo)師、上海科技大學(xué)iHuman研究所副所長劉志杰教授說,在她瘦弱的身形下,內(nèi)心非常豐富,充滿著力量,她的基因里從來就沒有放棄!盡管比較內(nèi)向,但如果講的是感興趣的科研話題,她會有表達的欲望,雖然聲調(diào)不高,卻顯得非常自信。?
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▲華甜(右)和導(dǎo)師、iHuman研究所執(zhí)行所長劉志杰。(受訪者供圖)
她對身邊的世界了解不多,卻心懷天下。眼下,她打算放棄出國,留在學(xué)校做藥物研發(fā),因為解除患者病痛就是她最樸素的理想。
?這是一個不簡單的女孩!
不到3個月

展現(xiàn)出科研稟賦?

華甜的科研之路始于一封電子郵件。那是2009年的一天,當(dāng)時還在中科院生物物理研究所工作的劉志杰收到一封電子郵件,是在北京科技大學(xué)念大三的華甜寫來的,她想到實驗室來學(xué)習(xí)。劉志杰有點驚訝,一般只有大四的學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計時才會想到實驗室去。
原來,學(xué)習(xí)生物的華甜在大二的時候就開始做一些實驗,后來在網(wǎng)上看到劉志杰發(fā)表的天然免疫蛋白研究文章,對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)倍感興趣。她幾乎沒有什么猶豫,就發(fā)送了這封郵件。哪里來的勇氣?“還是出于對科研的熱愛吧!”
劉志杰決定留下華甜,很快他就知道自己做出了一個正確選擇。即使是碩士研究生,一般也要半年以后才可能獨立做課題,而華甜用了不到3個月,就展現(xiàn)出了她在實驗室不一般的科研稟賦。白天學(xué)校有課,她就每個晚上和雙休日來實驗室,樂此不疲。就這樣,本科畢業(yè)時,華甜就在老牌權(quán)威的《生物化學(xué)雜志》發(fā)表了一篇文章。
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iHuman研究團隊部分成員合影。從左至右:濮夢辰,吳屹然,劉志杰,華甜,雷蒙德·斯蒂文斯, 曲露,丁康
困難

超出了所有人的想象?

這種韌勁,在后來的歲月里,被華甜發(fā)揮到了極致。每天早上7點多到實驗室,晚上12點之后離開,如此苦行僧般的作息。
麻作為藥物使用已有幾千年歷史,大麻素受體是治療疼痛、炎癥、肥胖癥以及藥物濫用的潛在藥物靶點。但長期以來,人們對于大麻素受體到底長什么樣子不甚清楚,以其為靶點的新藥研發(fā)項目均因嚴(yán)重的副作用被終止。獲得大麻素受體的三維精細結(jié)構(gòu),成為一道必須要跨過去的“檻”。在過去10多年中,國際上眾多科研機構(gòu)的努力均以失敗告終,人們甚至懷疑,用目前的研究方法根本就解不出大麻素受體的結(jié)構(gòu)。
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人源大麻素受體(CB1)與拮抗劑復(fù)合物的結(jié)構(gòu)展示圖。
目前解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要方法之一是X射線晶體衍射法,這個過程就像給蛋白質(zhì)分子拍攝超高清晰度的3D照片。但大麻素受體的構(gòu)象很不穩(wěn)定,非常“活潑好動”。當(dāng)華甜好不容易拿到第一個蛋白質(zhì)晶體,時間已經(jīng)過去了一年多。但由于蛋白質(zhì)晶體堆積得不好,無法進行衍射,這就意味著之前所有的努力都白費了,必須從頭開始。困難,超出了研究團隊所有人的想象。
華甜很少在自己的微信朋友圈里發(fā)聲音,解放日報·上觀新聞記者從她為數(shù)不多的幾條留言中,還是感受到了她在做這個課題時承受的巨大壓力。
“never give up(永不放棄)!相信所有事情通過努力最終都會華苦為甜!(備注:此處她特意用了華,一語雙關(guān))“那些沒有徹底擊倒你的東西只會讓你變得更加強大。”這是她在課題開始第一年里,給自己鼓勁。
“只要還有一絲希望,就不要產(chǎn)生放棄的念頭。挫折與失敗,也許是成長道路上最寶貴的財富。時常提醒自己不能被它們打敗,一蹶不振,只能擦干眼淚,繼續(xù)向前。這是她在朋友圈里寫下的最長的一段文字,日期顯示為2014年9月11日。劉志杰教授說,從2014年下半年到2015年年底,長達一年半時間,這個課題幾乎沒有任何進展。身為課題組長的他,甚至也有了一絲懷疑,不知到底能否做出來。
華甜還在堅持著。她告訴解放日報·上觀新聞記者,其實她很愛哭,有時心理壓力大,就自己躲起來哭。哭完了,就好受多了。然而難題一直還在。“問題的根源到底在哪?”“心里好亂,有點喘不過來氣……”她在追問自己,也在釋放自己。
最難的時候,是終于拿到了生長得比較好的蛋白質(zhì)晶體,卻依然沒有一顆晶體有好的衍射結(jié)果。“還是沒有辦法接受……”這是她在2015年4月24日寫下的,當(dāng)時她抱了很大的希望,也就感到特別絕望。2015年國慶,她回家參加哥哥的婚禮,在機場得知晶體衍射結(jié)果還是不好,一個人大哭了一場,再帶著笑容出現(xiàn)在婚禮上。
盡管有時候她也懷疑自己是不是適合做科研。不過,更多時候,她對這個課題有一種固執(zhí)的堅持,總在想是不是還有一種可能性沒有嘗試。三年里,她一共做了近500種克隆,篩選了100多個小分子拮抗劑。
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就在全世界相關(guān)實驗室都想第一個解析出CB1結(jié)構(gòu)之時,2017年10月這支聯(lián)合科研團隊成功解析了大麻素受體與小分子拮抗劑復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu),分辨率達到2.8埃(1埃 = 10的負10次方米)。

放棄出國做博士后

留校做藥物研發(fā)

盡管看上去柔弱,華甜卻是一個非常有主見的人。
她決定博士畢業(yè)延期一年,因為她覺得這個課題還沒有結(jié)束——大麻素受體與小分子激動劑結(jié)合在一起,又會是怎樣的結(jié)構(gòu)呢?如果能夠解析出來,對于炎癥和疼痛等藥物研發(fā)都將帶來新的思路。他們的論文去年10月在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細胞》發(fā)表后一個月,國外一個科研團隊也發(fā)表了相關(guān)論文,大家又重新站在了新的起跑線上。
“這就像列車剛提速,卻要停下來。”劉志杰教授說,他告訴華甜隨時都可以畢業(yè)。但華甜主動提出,想繼續(xù)把這個課題做完。還來不及細細品味成功的喜悅,她又投入了新的戰(zhàn)斗。除了春節(jié)回了趟家,劉志杰和華甜默契地在大年初五就回到了實驗室。
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華甜在實驗室
小分子激動劑相比拮抗劑,能量更高,構(gòu)像更不穩(wěn)定。“年輕的時候就要努力奮斗。”華甜還是淡淡的語氣。她依然每天在實驗室工作17個小時,沒有時間看電視劇,也沒有時間約會。有時實在覺得累了,她會睡上整整一天,第二天又精神抖擻地出現(xiàn)在實驗室。
這一次,他們讓別的科研團隊再次抱憾。他們成功解析了大麻素受體與激動劑復(fù)合物的三維精細結(jié)構(gòu),2017年7月6日凌晨該項成果在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表,并作為重點文章推介。同一個科研團隊關(guān)于同一個蛋白的解析,先后在《細胞》《自然》上發(fā)表,也是絕無僅有的。
那時,再過幾天就是華甜的29歲生日,而立之年的她做出了另一個選擇——放棄出國做博士后,留校做藥物研發(fā)。

一畢業(yè)

被學(xué)校破格聘為副研究員

“華甜不但聰明,而且永遠是最勤奮的。”劉志杰說,當(dāng)年為了挖掘華甜的潛力,他特地把國際上G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)研究的泰斗級人物雷蒙德·斯蒂文斯“壓箱底”的難題交給了她,這個課題曾經(jīng)難倒過斯蒂文斯在美國斯克里普斯研究所的數(shù)位博士和博士后。
沒想到,華甜在攻讀博士期間,只用三年多就解開了難題,一年內(nèi)接連在《細胞》《自然》雜志發(fā)表兩篇論文。
“你的夢想是什么?”
“我想把研究成果轉(zhuǎn)化成新藥,實實在在地造福人類。”
在與華甜進行了一次長談后,劉志杰破格將華甜提升為副研究員,正是為了讓她能更充分地利用iHuman研究所的資源,盡快獨立開展轉(zhuǎn)化研究。
或許有人會認為,華甜的成功還是靠論文,如果沒有這幾篇發(fā)在高影響因子學(xué)術(shù)期刊上的文章,也不會有連跳兩級的破格機會。
可劉志杰卻不這么認為——即使華甜為課題耗時五年而無果,只要國際同行認可并看好她的科研能力,學(xué)校也會給予一定的肯定。
華甜覺得,來到上科大、遇見導(dǎo)師劉志杰是自己的幸運。
一輩子很長也很短,一種新藥從實驗室走向市場,還有很長的路需要走。她現(xiàn)在只想繼續(xù)往前奔跑,不管前方是順風(fēng),還是逆風(fēng)。
華甜部分代表性論文(*第一作者,#通訊作者)
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2.?Li, Xiaoting*; Hua, Tian; Vemuri, Kiran; Ho, Jo-Hao; Wu, Yiran; Wu, Lijie; Popov, Petr; Benchama, Othman; Zvonok, Nikolai; Locke, K’ara; Qu, Lu; Han, Gye Won; Iyer, Malliga R.; Cinar, Resat; Coffey, Nathan J.; Wang, Jingjing; Wu, Meng; Katritch, Vsevolod; Zhao, Suwen; Kunos, George; Bohn, Laura M.; Makriyannis, Alexandros; Stevens, Raymond C.; Liu, Zhi-Jie#.Crystal Structure of the Human Cannabinoid Receptor CB2.CELL. 24 Jan 2019. 176(3):459-+.
3.?Hua, Tian*; Vemuri, Kiran; Nikas, Spyros P.; Laprairie, Robert B.; Wu, Yiran; Qu, Lu; Pu, Mengchen; Korde, Anisha; Jiang, Shan; Ho, Jo-Hao; Han, Gye Won; Ding, Kang; Li, Xuanxuan; Liu, Haiguang; Hanson, Michael A.; Zhao, Suwen#; Bohn, Laura M.#; Makriyannis, Alexandros#; Stevens, Raymond C.; Liu, Zhi-Jie#.Crystal structures of agonist-bound human cannabinoid receptor CB1.NATURE. 27 Jul 2017. 547(7664):468-+.
4.?Hua, Tian#*; Li, Xiaoting; Wu, Lijie; Iliopoulos-Tsoutsouvas, Christos; Wang, Yuxia; Wu, Meng; Shen, Ling; Johnston, Christina A.; Nikas, Spyros P.; Song, Feng; Song, Xiyong; Yuan, Shuguang; Sun, Qianqian; Wu, Yiran; Jiang, Shan; Grim, Travis W.; Benchama, Othman; Stahl, Edward L.; Zvonok, Nikolai; Zhao, Suwen; Bohn, Laura M.; Makriyannis, Alexandros; Liu, Zhi-Jie#.Activation and Signaling Mechanism Revealed by Cannabinoid Receptor-G(i) Complex Structures.CELL. 20 Feb 2020. 180(4):655-+.
5.?Wang, Jingjing*; Wu, Meng; Wu, Lijie; Xu, Yueming; Li, Fei; Wu, Yiran; Popov, Petr; Wang, Lin; Bai, Fang; Zhao, Suwen; Liu, Zhi-Jie; Hua, Tian#.The structural study of mutation-induced inactivation of human muscarinic receptor M4.IUCRJ. Mar 2020. 7:294-305.
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7.?Liu, Kaiwen*; Wu, Lijie; Yuan, Shuguang; Wu, Meng; Xu, Yueming; Sun, Qianqian; Li, Shu; Zhao, Suwen; Hua, Tian#; Liu, Zhi-Jie#.Structural basis of CXC chemokine receptor 2 activation and signalling.NATURE. Jul 2020.
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9.?Zhang, Jinyi*; Qu, Lu; Wu, Lijie; Tang, Xiaomeng; Luo, Feng; Xu, Weixiu; Xu, Yueming; Liu, Zhi-Jie#; Hua, Tian#.Structural insights into the activation initiation of full-length mGlu1.PROTEIN & CELL. 05 Dec 2020.
10.?Wang, Xiaoyan*; Liu, Dongsheng; Shen, Ling; Li, Fahui; Li, Yongze; Yang, Lingyun; Xu, Tiandan; Tao, Houchao; Yao, Deqiang; Wu, Lijie; Hirata, Kunio; Bohn, Laura M.; Makriyannis, Alexandros; Liu, Xiaohong; Hua, Tian; Liu, Zhi-Jie; Wang, Jiangyun.A Genetically Encoded F-19 NMR Probe Reveals the Allosteric Modulation Mechanism of Cannabinoid Receptor 1.JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. 2021. 143(40):16320-16325.
11.?Liu, Kaiwen*; Shen, Ling*; Wu, Meng; Liu, Zhi-Jie; Hua, Tian.Structural insights into the activation of chemokine receptor CXCR2.FEBS JOURNAL. 2021.
12.?Zhou, Yali*; Daver, Henrik; Trapkov, Boris; Wu, Lijie; Wu, Meng; Harpsoe, Kasper; Gentry, Patrick R.; Liu, Kaiwen; Larionova, Marina; Liu, Junlin; Chen, Na; Brauner-Osborne, Hans#; Gloriam, David E.#; Hua, Tian#; Liu, Zhi-Jie#.Molecular insights into ligand recognition and G protein coupling of the neuromodulatory orphan receptor GPR139.CELL RESEARCH. 01 Dec 2021.
13.?Wang, J.*; Hua, T.; Liu, Z-J.Activation and allosteric modulation of muscarinic acetylcholine M4 receptor.JOURNAL OF BIOENERGETICS AND?BIOMEMBRANES. Dec 2018. 50(6):510-510.
論文鏈接:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo1633

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