Nature大师级盛宴：三十年专攻一个问题的诺奖得主

　　

生物通报道：一年一度的林道诺贝尔奖得主大会，对于与会的年轻人来说绝对是足以改变一生的宝贵经历。本期Nature杂志以“Medical Research Masterclass”为题，推出了2014林道诺贝尔奖得主大会专题。该专题记录了多位诺贝尔奖得主与青年学者的直接交流。

对话诺贝尔奖得主布莱恩·科比尔卡（Brian Kobilka）

斯坦福大学医学院的Brian Kobilka教授，因为G蛋白偶联受体研究与Robert Lefkowitz分享了2012年的诺贝尔化学奖。他在林道会议上与Haya Jamal Azouz分享了自己三十年专攻一个问题的经历。Haya Jamal Azouz是沙特阿拉伯Alfaisal大学的医科学生，她的研究方向是癌症治疗的新途径。

G蛋白偶联受体（GPCR）是什么，为什么受到关注？

机体所有细胞的表面都有GPCR蛋白，它们负责识别和结合激素和神经递质。GPCR的主要目的是传递信号，激活细胞内部蛋白，从而改变细胞的行为。人类基因组中有八百多种GPCR。它们介导着机体对激素和神经递质的大部分应答，负责视觉、嗅觉和味觉。GPCR参与了正常生理机能的许多方面，包括内稳态。理解蛋白结构如何介导信号传导行为是很有意思的，可以帮助我们开发更有针对性、更有效的药物来靶标这些受体。GPCR差不多占现有药物靶标的30%。我最初对β-肾上腺素能受体的兴趣是因为我的临床经历，用β-agonists治疗哮喘和用β-blockers治疗心脏病。

GPCR的结构为什么难以破解？

要确定GPCR这种蛋白的结构，就必须将其结晶。用穿过晶体的X射线衍射图谱来确定晶体的3D结构。获得第一个GPCR结构是非常艰难的，视紫红质（rhodopsin）是视网膜视杆细胞中的一种蛋白，能够应答单个光子。尽管视紫红质丰度较高，还是生化性质最稳定的一种GPCR，但它很难结晶。肾上腺素激活的β受体是另一种GPCR，解决它的结构更为困难。因为没有哪个组织存在β受体的高水平表达，我们必须用体外培养的细胞来生产这个受体。β受体很灵活，生化性质也不稳定，而且很难获得足够的蛋白进行晶体学实验。

你事先有没有料到这个项目如此艰难？

没有！我们刚开始的时候是上世纪九十年代，我们并不知道结晶的首要问题，也不清楚这些蛋白的生化行为，比如它们是不是稳定。后来我们通过荧光光谱技术才知道β受体为何这么难结晶。这种受体形态复杂而且很灵活。 结晶需要蛋白处于同样的构象或形态，但我们发现β受体不以单一构象存在，即使是与拮抗剂结合的时候。溶液里的受体有着不同的形态，这看起来差别不大，但却足以阻止晶体形成。

是什么突破让你们最终确定了β2肾上腺素能受体的结构？

2004年我们终于获得了结晶，不过晶体太小传统X射线源难以分析。我把晶体图给Gebhard Schertler看了，他当时正在欧洲同步辐射实验室（ESRF）开发微焦点X射线。2005年七月，我们在ESRF首次看到了衍射图，证明我们的确拿到了蛋白晶体。虽然质量太低无法确定3D结构，但这一结果给我们带来了改善结晶质量的希望。我妻子也参与了七月份在ESRF的实验，是她首先看到了衍射图。

直到那时为止，我一直感觉自己的项目会失败，因此我不认为这个项目适合学生或博士后来做。后来我才招募了两位很有天赋的博士后加入我的项目，2007年他们在斯坦福大学以及其他大学合作者的帮助下，成功确定了β2肾上腺素能受体。

你妻子对于你的成功有何贡献呢？

我妻子非常支持我的事业，虽然她没有受过生物化学的培训，但她很善于想办法让研究更有效的进行。我们是在大学生物课上认识的，之后就一直在一起工作，所以她理解我的事业，不会问我为何在实验室里花了那么多时间。（延伸阅读：Nature大师级盛宴：与诺贝尔奖得主对话）

你有没有担心过其他团队先获得GPCR的结构？

我一直希望有人能获得这一结果，不过我们当然想做第一人。我们知道还有其他团队进行类似的项目，也常常有传言说有人得到了晶体。就在2007年春天，我们还在获取两个结构的最后数据时，有传言说法国一个团队获得了β2结构而且文章都已经提交了。结果证明这个流言是假的，不过这对我们来说其实是件幸事，它促使丹麦制药公司的一个朋友在我们资金紧张的时候捐赠了$100,000。

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你想过自己能得诺贝尔奖么，它对你有什么影响呢？

我真正留意诺贝尔奖是在上世纪九十年代，我和家人在度假时造访了斯特哥尔摩。我们参观了诺贝尔奖的颁奖大厅，听了导游的讲解。我想，那该是多么激动人心的事啊，但我从没想过自己能够获奖。获奖后的第一年相当混乱，我接到了太多的邀请让我在会议上发言和访问大学，而且这些邀请大多来自国外。我收到的e-mail也剧增，结果我没有足够的时间专注于自己的研究。

你还会继续从事这一领域么？

会的。GPCR领域还面临着许多挑战。晶体结构只给我们提供了蛋白一个状态下的快照，但这些蛋白其实是持续在不同状态之间运动的。膜蛋白结构生物学家、生化学家、药理学学家和制药公司研发人员都很关注，这种动态行为对GPCR功能有何作用。我们还需要大量的工作，才能理解GPCR如何给G蛋白及其他信号传导和调节蛋白（比如kinase和arrestin）发送信号。我们对于该受体在天然环境（活细胞的质膜）中的工作机制也了解得很少。开发在活细胞中研究GPCR结构和动态的方法，可能比晶体学研究更难。这样的方法可以帮助我们在分子水平上理解，GPCR多方面的信号传导行为。这种受体可以通过不同的细胞内蛋白进行信号传导。更好的理解这种行为可以帮助我们开发出更有效的药物。

 

生物通编辑：叶予

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Q&A: Brian Kobilka