給蛋白質裝上“開關”

    編者按 

黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央高度重視科技創新，提出必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略。高校作為國家創新體系的重要組成部分，立足“兩個大局”，堅持“四個面向”，取得了一批具有標志性意義的重大科技成果，為促進經濟社會發展和實現高水平科技自立自強提供了重要支撐。即日起，本報推出“科技創新 教育力量·高校科技創新成果巡禮”專欄，展示高校科技創新成果，講述其背后的故事。

    ■科技創新 教育力量·高校科技創新成果巡禮

提及化學反應，人們往往想到的是實驗室中的瓶瓶罐罐和各種化學試劑。然而，當這些化學反應的“舞臺”轉移到微小的活細胞內部，由科學家精心引導和控制時，細胞內的生物大分子便會發生神奇的變化——這就是“生物正交反應”。

生物正交反應能夠在不干擾生物自身生命過程的前提下進行，為生命科學和醫學研究推開了一扇嶄新的大門。如今，這項技術已經廣泛應用于從生命科學的基礎研究到藥物開發、臨床檢測等環節。

“就好比給細胞內的蛋白質裝上‘開關’，能精準地調控其功能。”錨定化學與生命科學的交叉前沿領域，北京大學化學與分子工程學院教授陳鵬率先提出生物正交剪切反應的概念，使我國在以生物正交反應為代表的化學生物學領域走在國際前沿。

眾所周知，細胞是生命的基本結構和功能單元。然而，活細胞又是一個非常脆弱封閉的生命體系，向其中引入的化學反應需要適應常溫、常壓、水相和中性pH值等特殊的環境，并且不對其內部的蛋白質造成損害或干擾，這無異于“瓷器店里抓老鼠”，是一項極具挑戰的科學難題。

“傳統的生物正交反應都屬于‘成鍵’反應，多用于生物分子的標記，無法對其功能進行調控。”陳鵬說，在與學生的一次頭腦風暴中，“把化學鍵切開”的靈感突至，他和學生逆向突圍，在國際上首次提出基于化學鍵斷裂的生物正交剪切反應，并以此開發了“蛋白質化學脫籠”技術，開創了活細胞內原位研究蛋白質功能機制的新方向，在蛋白質機器“生理底物”的解析中獲得重要發現。

“我們的研究開拓了利用化學方法研究生命機制的新途徑，促進了化學與生命科學的深度交叉融合，為生物藥技術革新提供了新的契機，使我國在以生物正交反應為代表的化學生物學研究進入國際領跑行列。”陳鵬表示。

陳鵬的研究成果也讓國際同行豎起了大拇指。“該工作所展現的應用范圍令人嘆服，鑒于其普適且方便操作，將為研究那些先前不可及的時空動態生物學過程打開新的大門。”該領域國際權威Klaus Hahn教授評價說。

不同學科之間的交流碰撞，總能讓陳鵬產生新的靈感。在他看來，交叉這條路一定是通向成功之路。很多基礎研究解決不了的問題就要用學科交叉的思路來解決。他常常鼓勵學生要跳出舒適圈，不走尋常路。無論是與其他學科導師聯合培養，還是把不同方向學生聚在一起開組會，陳鵬都有意識地培養學生的合作精神，培養他們批判性提問和解決問題的能力。

如果說前10年的研究致力于理論上的突破，那么接下來的10年，陳鵬希望解決生命科學的實際問題，在面向生命健康的新賽道上全力沖刺。

如今，生物正交反應在疾病的治療和檢測等領域得到了廣泛的應用。陳鵬團隊克服活體動物環境對生物正交反應更為嚴苛的制約，探索了在活體化學驅動的生物新技術引領下，從基礎研究到臨床應用的貫通創新。基于“生物正交剪切反應”，他率先提出可在活體動物內“剪切”釋放的“生物正交前藥”概念。

“我們團隊正在研究癌癥靶向藥物，通過生物正交剪切反應，使得原來不能識別癌細胞的小分子藥物獲得靶向癌細胞的能力，精準‘轟炸’癌細胞，而不是像傳統化療藥物那樣敵我難辨，給病人帶來很多副作用。”陳鵬說，這項研究已經通過了驗證，進入臨床類器官試驗階段。

下一步，陳鵬將重點關注免疫治療，更精準地找到認識癌細胞和殺傷癌細胞的那些免疫細胞，并且把他們調動起來。“我最大的夢想是研發出癌癥疫苗，針對癌癥病人，提供一種類似預防感染性疾病的疫苗。通過早期診斷，一旦識別出患病風險，患者就能及時接種這種疫苗，從而極大地降低癌癥的發病率和死亡率，為人類的生命健康保駕護航。”陳鵬說。

《中國教育報》2024年06月19日第1版