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归去来兮的颜宁,成就她的成果是“发现”还是“验证”?

石舫塔影 生物探索 2022-11-17
导语:11月1日,著名生物学家、美国国家科学院外籍院士、普林斯顿大学终身讲席教授颜宁博士在“2022深圳全球创新人才论坛”上发表演讲,宣布将辞职回国,创办深圳医学科学院。消息一经发出,引爆国内生物科学圈,并登顶微博热搜。有关注的地方免不了争议,对颜宁的研究成果出现了质疑:颜宁2014年在Nature发表的成果是否参考了阎润涛1993年发表于Cell的内容?


 





颜宁的研究成果,何以如此重要?

 

现年45岁的颜宁,因第一次在冷冻电镜下解答困扰科学家50年的问题“人类葡萄糖转运蛋白GLUT1的三维晶体结构”而名声大噪。诺贝尔化学奖得主、斯坦福大学教授Brian Kobilka评价此项工作:“要针对人类疾病开发药物,获得人源转运蛋白结构至关重要。对于GLUT1的结构解析本身是极富挑战、极具风险的工作,因此这是一项伟大的成就。


那么,颜宁的成果为何如此重要?众所周知,葡萄糖是地球上包括从细菌到人类各种生物已知最重要、最基本的能量来源,也是人脑和神经系统最主要的供能物质,但葡萄糖是如何进入细胞的却不得而知。葡萄糖转运蛋白GLUT1几乎存在于人体每一个细胞中,是红细胞和血脑屏障等上皮细胞的主要葡萄糖转运蛋白,催化葡萄糖向红细胞的促进扩散,并负责向大脑和其他器官供应葡萄糖。GLUT1功能失调突变可能导致GLUT1缺乏综合征,而GLUT1的过度表达是癌症的预后指标。因此,利用GLUT1的晶体结构可以精确地定位与疾病相关的突变氨基酸,揭示其致病机理,推进药物开发。

 





颜宁 VS 阎润涛:谁是GLUT1结构发现者?

 

在结构生物学领域,GLUT1的三维结构研究一直颇受关注。上个世纪80年代,Henderson等报道了数个与GLUT具有序列同源性的细菌糖转运蛋白;90年代,一系列工作报道了GLUT1蛋白在多种表达体系中的重组表达;1993年,阎润涛在Cell发表GLUT1的理论模型;真正的结构生物学突破发生于2012年,颜宁研究组首次解析了GLUTs的大肠杆菌同源蛋白XylE与葡萄糖结合的高分辨率晶体结构,并利用同源建模预测了GLUT1-4的三维结构;2014年,颜宁在Nature发表了人源GLUT1蛋白的晶体结构的捕获。


在GLUT1结构发现方面,阎润涛发文在前提出假说,颜宁发文在后捕获结构,而且在颜宁的文章中并未引用阎润涛的研究成果。由此,引发对颜宁研究成果的质疑。那么,我们具体看一下两篇文章的内容,深究谁是GLUT1结构的发现者。

 

01阎润涛:Identification of a Residue in the Translocation Pathway of a Membrane Carrier


1993年的文章主题是针对大肠杆菌的六碳糖-6-磷酸酯转运体(UhpT),氨基酸序列里面六个半胱氨酸(cysteines)的相对功能。实验手段是给这个转运体的六个半胱氨酸有选择地替换成丝氨酸(serine),然后比较这些修改过的蛋白质对同一个底物和同一个抑制剂的反应效率,进而推断哪几个半胱氨酸是传输六碳糖-6-磷酸酯所必需的。


图1 解释实验数据、该蛋白质构型的示意图(图源:[1])

 

02颜宁:Crystal structure of the human glucosetransporter GLUT1

2014年文章的主题是针对人源葡萄糖转运蛋白的晶体结构,该蛋白质属于一个major facilitator superfamily(主要促进者的超级家族)。该superfamily有很多具有相似功能的蛋白质。作者合成了该蛋白质拥有点突变(N45T, E329Q)的异构体,并成功地获得了拥有inward-open conformation的晶体结构数据(三维图像),指明一段多肽链是控制该蛋白质在两种构型直接转换的“合页”(hinge)。合页跟跨膜结构域(TMD)相互作用,可以改变蛋白质构型。


图2 GLUT1结构(图源:[2])

 



既是珠玉在前,为何时间断档?




如果颜宁2014年采用的科研方法可以认证阎润涛提出的假说,那么颜宁的文章应该提到闫博士1993的论文。但是,从内容来看,颜宁2014年的文章没有引用1993年阎润涛的成果。通过分析引用1993年文章的研究领域来看,并无涉及X光晶体衍射方法方面,亦或许有研究做了,但未成功。在1993年至2014年间,无人采用颜宁使用的方法研究同样的靶点(人源葡萄糖转运蛋白),这说明别人没想到这个方法。任何人如果看了1993年的文章,就能解出2014年文章的晶体结构,那在1993年至2014年间就应该有人做出来了,可现实并没有。


  



研究领域不同,难定“抄袭”之说




2014年文章抄袭1993年文章的主要争执点在于1993年文章的图6和2014年文章的图5。1993文章展示的半胱氨酸265,可以在不同阶段接触到细胞膜内外的环境。2014文章里面图一是蛋白质的三维结构,展示inward-open conformation(向内打开的构型);图五显示另一个superfamily 的蛋白质 D-xylose:H+ symporter (XylE) 的晶体结构已解构,是outward open(向外打开)的构型,且通篇没有提到半胱氨酸或者蛋白质与底物/抑制剂的生化反应。1993年的文章中并无2014年图5所示的橙色合页部分,两篇研究涉及的领域并不相同。
图3 有抄袭嫌疑的研究内容对比(图源:[1][2])

 



颜宁研究之前,已有“涉嫌”文章




颜宁于2012年Nature发表文章的文献28的确出现了Outward facing partially occluded conformation一词,即在2012年一个outward facing蛋白质构型的实例已经有了,加上颜宁2014年文章把另一个inward facing蛋白质构型也解析了,那么G-6-P肯定跨过膜这个已知事实得到了事实认证。
2014年颜宁的文章承认文献28和文献29的发现,结合自己发现的晶体结构,绘制了图五,并指出TMD跟ICH相互作用,控制合页的开关。图五是两种构型转换的示意图。没有底物结合的时候,蛋白质因为合页跟TMD的相互吸引,蛋白质采用outward-open构型;底物跟蛋白质在primary site结合后,让蛋白质的羧酸端和氨基端靠拢,封闭开向细胞膜外的通路,变成inward-open 构型。科学界早就知道G-6-P肯定会跨膜,但它如何穿过膜的?在颜宁2014年文章发表之前没人知道。

图4 2012年颜宁在Nature发表文章的参考文献28(图源:[3])

 

1993年文章的作者应该先告颜宁在2012年Nature发表文章的参考文献28涉嫌“抄袭”才更为公允,然后再告颜宁2014年发表的文章。如果发表于2012年的文献28和文献29的作者均没有认为颜宁2014年的文章抄袭了自己,那么1993的文章作者何谓颜宁抄袭?


撰文|石舫塔影

排版|乔维钧

End

参考资料:

[1]Yan RT, Maloney PC. Identification of a residue in the translocation pathway of a membrane carrier.Cell. 1993 Oct 8;75(1):37-44. PMID: 8402899.

[2]Deng D, Xu C, Sun P, et al. Crystal structure of the human glucose transporter GLUT1. Nature. 2014 Jun 5;510(7503):121-5. doi: 10.1038/nature13306. Epub 2014 May 18. PMID: 24847886.

[3]Sun L, Zeng X, Yan C, et al. Crystal structure of a bacterial homologue of glucose transporters GLUT1-4. Nature. 2012 Oct 18;490(7420):361-6. doi: 10.1038/nature11524. PMID: 23075985.


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