在施扬受聘哈佛大学之时，他甚至没有任何已发表的学术成果。在以论文论英雄的学术界，这几乎是不可想象的。

【华人之光Ⅱ】施扬（1）：一不留心到了哈佛

2015年4月13日 06:59 阅读 10585
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功能介绍 饶毅、鲁白、谢宇三大科学家主编的《赛先生》，中国最佳科学读品。



哈佛大学终身教授施扬的职业生涯起步非常快，4年读完纽约大学博士，在普林斯顿大学做了3年多博士后就开始独立工作。博士后期间，他因发现“YY1 Factor（阴阳因子）”而在国际学术界崭露头角，之后进入哈佛大学，成为“文革”后第一个在哈佛教书的大陆人。有趣的是，在施扬受聘哈佛大学之时，他甚至没有任何已发表的学术成果。在以论文论英雄的学术界，这几乎是不可想象的。那么，施扬是如何做到的呢？




2003年，施扬在哈佛大学办公室。



题记


哈佛大学教授施扬，是生物系学子眼中的“学术男神”。



论履历，一份世界顶级学府的终身教职已经是任何学者能够企及的高度。1982年，施扬毕业于上海医科大学，次年通过“CUSBEA Program（吴瑞计划）”赴美留学。1987年在纽约大学获得博士学位后，他在普林斯顿大学做了三年多博士后，于1991年进入哈佛大学，成为进入哈佛教职团队的第一位大陆学者，并拥有了自己的实验室。2004年，施扬受聘为哈佛大学终身教授。



论成果，丰硕的论文发表量是科学家工作成就的直接体现。在博士后时期，施扬就因为发现了YY1 Factor（阴阳因子）而崭露头角。加入哈佛，在调整了研究方向之后，他发现了一个新的甲基化酶，从而在表观遗传学研究领域中取得突破性成就。



论应用，学术成果向产业转化给一个科学家带来的，除了丰厚的商业回报，还有学以致用的成就感。2008年，施扬参与创立了生物制药公司Constellation Pharmaceuticals，公司主要目标定位于开发表观遗传学抗癌及免疫药物，目前有两类药物已进入临床一期，其巨大商业潜力正受到投资者的青睐。



这些光环背后，是一个朴实、亲切，说话至今带着上海口音的中年男人，他的人生故事，比教职、论文和公司等所有符号都精彩得多。



不久前，《赛先生》创办人之一鲁白对话施扬，两位生物学家畅谈生物学科的热点和未来趋势，科学研究之路的艰辛与收获，以及人生中面对各种选择的感悟。《赛先生》“华人之光”栏目将分四篇陆续刊发此系列对话，敬请关注。




《赛先生》特约撰稿人 涂芮/整理


1983年，从来没有见过摩天大楼的本科毕业生施扬从上海到纽约留学。对他而言，成为一个科学家，是出于“Intellectual Curiosity”：对智识的好奇心。



他的学术生涯分外顺利：只用4年读完了一般至少需要5年才能完成的博士学位，在普林斯顿大学做了3年多的博士后就开始了独立工作，而很多人这个过程要做6年。博士后期间，施扬发现了让他崭露头角的“YY1 Factor（阴阳因子）”，之后进入哈佛大学，成为“文革”后第一个在哈佛教书的大陆人。



而当时，他甚至没有任何已发表的学术成果，在以论文论英雄的学术界，这几乎是不可想象的。



依托美国不拘一格选人才的学术体系，施扬的科研之路似乎很顺利，但其中也有不为人知的艰辛和波折。



对智识的好奇心


鲁白：从头说起，1985年我自费留学时，整个纽约没几个中国人，要找到一个中国人很亲切的。我还记得，有一次去纽约的洛克菲勒大学哈维讲座时，我们是在那里相互认识的。



施扬：我是1983年去美国的。现在还记得是星期六晚上到的纽约肯尼迪机场，两边暗暗的路灯。一开始还在想，这里和上海很像啊。后来到了纽约大学医学院，一进宿舍就很震撼，很大的玻璃窗正对着东河，下面有个直升飞机停机坪，当时一架直升飞机正好起来，周围都是高楼，很震撼。



那时候上海算是大城市了，但是跟纽约根本不能比。于是一起去的同学说，我们真的是到了纽约了。



第二天，有个教授带我们看了世贸中心，当时那两栋楼还在。参观完了以后，我还记得在海港那个地方，有爆米花和热狗的味道，所以现在一闻到这个味道就会联想到当时刚到美国的时候。



看完以后教授说，好了，我要回实验室了，有人要和我一起去吗？我当时想，什么？星期天还要去实验室？觉得很奇怪，没有概念说是周末还要去实验室的。当时我还想，我以后肯定不会这样，我周末绝对不要工作。



没想到，很快我就成为他们中的一个了。



鲁白：你在纽约大学读书的四年，留下印象最深的是什么？是不是一开始就想要做科学家？



施扬：我本科不是读生物的，一开始觉得读不下去了，有点想要逃回家了。我应该是个非传统的科学家，可能从本质上并不能算是个科学家。很多科学家与生俱来带着发现真理的渴望，我不是这样的，而是做着做着就觉得很喜欢。驱使我的主要是一种对智识的好奇心，可以是科学，也许可以是其他的、完全不同的东西。



我在事业早期似乎经常在动摇。到后面当然很好，但刚开始的时候我一直在问自己，这是不是我应该做的事情，这是不是我该从事的职业。我一直没有找到答案，顺其自然就这样了，如果用佛学的说法来解释，这里面可能有些因果关系的吧。



我们这一代出来的人，有很多确实是一开始就对科学很感兴趣，很想从事科研，但我想象如果做一个记者，我应该也会很感兴趣，或者我也可以做外交官。



鲁白：在美国，我觉得科学家们的驱动力有两个。第一个是名声，因为科学不像别的事业可以赚很多钱，但是在同行之内比别人做得好，可以得到同行的肯定和尊敬。另外一个，露骨地说，就是竞争，就是要把自己最好的对手打败。你觉得是这样吗？科学和其他，比如体育，类似的地方就是竞争，但和体育不同的是，科学的第二名就没意思了。



施扬：我觉得这可能是科学家共有的特点，但也许并不仅限于科学家，你知道，每个行业里的翘楚都如此，都想做到最好，想做最棒的，不是吗？在体育竞赛里还有银牌、铜牌，但科学里只有成功和失败。



从某种程度上来讲，现在我们这些做科学的，不像文艺复兴时期的科学家，完全是由兴趣驱使的，而生活靠富人资助。现在，对大多数人来说，科研是一份工作，不过这份工作它支持你去探索你感兴趣的一些东西。



“路线对了头，一步一层楼”


鲁白：施扬的职业生涯起步非常快，4年就读完了博士？



施扬：读博士时，我想很快地离开学校。我想，如果能够节省读博士和博士后的时间，就可以多花时间在自己的独立职业上，走点弯路也没关系。所以在纽约大学读书的时候，其实做得不是很好，对自己的工作也不满意，但我就是很想早点毕业，早点开始自己独立研究的生涯。



那怎么办呢？我就去找我的博士答辩委员会，问他们，研究生院的使命和目标是什么，是不是要训练下一代科学家，教他们怎么样发现难题、找出解决方法，并且提出重要的问题？他们说是啊，说得很对。于是我不知天高地厚地说我已经学了这些部分，已经准备好了。他们说，你说得对，我们同意，于是就让我毕业了。我毕业的时候没有任何已发表的论文。



毕业以后就面临着要去做什么的问题，我当时没有具体的想法，所以去找了几个实验室。其中一个是洛克菲勒的实验室，是一个医生的实验室，是偏临床、做转化医学的，还有就是普林斯顿大学生物学教授Thomas Shenk，我最后还是决定去了普林斯顿大学做博士后。




1987年，施扬刚刚完成了博士论文答辩，在纽约大学医学院前留影。



鲁白：你没有文章发表怎么找得到博士后工作呢？



施扬：对啊，就是很奇怪。我到了普林斯顿，作了演讲之后，Tom（编者注：指Thomas Shenk）当场就给了offer。吃完晚饭后，老师说，我这么多年邀请了很多人到我实验室来做博士后，其中只有一个人最后没有加入我的团队，而他也是有很好理由的。虽然他是和我开玩笑，但也是给了我很大的压力。



从纽约城到普林斯顿要坐一个小时火车，然后还要换乘小火车。那天晚上在回纽约城的路上，我心里一直在挣扎——我要去的地方完全是乡下啊。虽然心里很犹豫，但最后还是跟着直觉走，决定要去。这个看似随意的决定最后决定了我的命运。



刚去普林斯顿的时候，因为我在研究生院做得不是特别好，基础不是很扎实，原来又不是读生物的，所以一开始也很挣扎，要找到项目很不容易。就当我要放弃的时候，事情出现了转机。有句“文革”话语很有道理：“路线对了头，一步一层楼”——如果你做了正确的决定，所有其他的都会顺理成章进行。



做博士后的时候，我挣扎了两年的时间，项目就是没有进展，这其中一定有原因。后来我想了想，觉得问题的关键在于，我应该把我想研究的这个未知的蛋白提取出来。所以后来我就决定做一个生物化学家，去提纯蛋白。



当时所有人都怀疑我的决定，因为当时全美国只有Robert Tjian（编者注：加州大学伯克利分校生物化学与分子生物学系教授）的实验室可以提纯转录因子蛋白，我们实验室没人做这个。但我当时想，人家用50升材料可以提纯出蛋白，我做多一点，比如300升也可以，于是我就这么干了。就这一个决定，改变了我之后的职业。



一次绝处逢生的发现


鲁白：你觉得普林斯顿给你带来了什么，你从你的老师那里学到了什么？



施扬：太重要了。普林斯顿的训练最重要的是实验思维方法，这使得我受益无穷。现在我实验室主要的工作和发现，都是基于在普林斯顿所学到的思路。这个思路就是，在研究人体中重要的生化过程时，可以用病毒蛋白作为一个探针来摸索，也就是说利用病毒去研究哺乳动物的细胞行为。当我独立工作了之后，做了几个很重要的决定，这几个决定都和我用病毒蛋白作为研究探针的概念有着紧密的关系。



当时在普林斯顿对自己并不确定，像每个人一样，时常会问自己，我是否在做正确的事，是否应该停止。



纯化蛋白的技术是我自学的。我知道自己的强项，也知道自己的弱项，这一点很重要。所以我想要做蛋白纯化时，马上就找到了Robert Tjian实验室，给他们写信，问他们能否把在用的工作指南寄给我。之后我一字不差地按照指南操作就把这个调控DNA表达的蛋白因子提纯出来了。



提纯是一个好玩的过程。收集细胞时，每天8升、12升的溶液移来移去，4升溶液取出来再加4升进去，每天都用很大的仪器，所以把我手臂的肌肉都练得很好。当我把所有的提取物收集到一起，离心、过了柱子，全部弄好以后，就要去做最后的蛋白测序了。



那天是一个周六，我找了离心的管子，准备最后通过酸沉淀把纯化的蛋白收集起来。离心做完了，我去拿管子时，心一下就沉了——管子没有分量，这是我半年辛苦积累的东西啊。把管子拿出来，我看见下面破了个洞，心想完了，马上要准备改行了。



我还是不够仔细，当时不知道用于高速离心的管子有两种，一种是可以抵抗有机溶液侵蚀的，另一种不能，在高速离心时会破掉。当时我想，算了，也许我不适合做这行。但突然想到，我应该再看看管子，仔细一瞧，在管壁上还有一个沉淀物。我马上奔回实验室，小心地把它洗下来，然后去跑了个胶。染色的时候一看，哇，有一条带，高兴得不得了。



那天我没有回家，一直到早上四点。我紧接着就去做凝胶迁移（gel-shift），看有没有蛋白结合的条带。去曝光之前，我听到“click click”两声，我就说我不回家了。等到显影拿到以后，看到真的有活性，我就知道我可能真的提纯到了这个转录蛋白。




施扬在普林斯顿的实验室。



鲁白：那个YY1 Factor在转录领域有什么样的意义？



施扬：后来发表的文章中比较重要的一个概念是，我们提出，一个转录因子可能是一个正调节物也可能是一个负调节物，就没有一个蛋白是固定的激活因子（activator）或是阻遏因子（repressor），其实所有的调控因子都可以兼为二者，它的性质依赖于它的环境（context-dependent）。



原来中学我们学的路易斯酸碱理论在这里对我有很大的影响，它的主要内容就是说，任何东西都可以是酸性的，也可以是碱性的，这取决于跟谁比较。如果你是酸，碰到比你更强的酸，那你就是碱；如果你是碱，碰到比你更强的碱，那你就是酸了。所以一切都是与环境有关的。



哈佛的意外offer


鲁白：施扬在普林斯顿做了3年多的博士后，导师是病毒学家Thomas Shenk，因为发现了YY1 Factor（阴阳因子），在博士后的时候就成名了，于是1991年就进了哈佛，是进哈佛任教最早的大陆科学家。施扬的职业上升很快，但中间也经历了几个转折？



施扬：在普林斯顿时，我当时还想把手上这个东西在Tom那儿做下去。有一天，在实验室，一个很好的朋友说他要开始找工作了，他问我：Yang，你为什么不也去申请工作呢？我说我还想再待一年，但他当时劝我去试试。



于是，在一个星期六，我花了大概一个小时的时间写了一个申请信和一个工作愿景，就说我想做些什么。现在看来是非常地幼稚和粗糙，现在的工作申请都是非常精致的，可我当时就写了两页纸，他帮我稍微修改了一下，就寄出去了。



我发了20份左右的申请信，那个时候，依然没有任何论文出版。有一天，我们的系主任走进来，对我说：Yang，几分钟之后，你会接到一个哈佛的电话，是关于你的工作，他们会邀请你进行工作面试。我说不可能啊，我连申请都没申请。其实我当然是申请了，不过我忘了。



哈佛当时正好有个职位，我就写了个申请。我寄了20个邮件，哈佛这个是完全忘记了，因为从来没想到能去哈佛，我又没有发论文，怎么可能去哈佛呢？所以我的系主任至今看到我还要开玩笑，他说Yang要去哈佛，申请都不用申请，人家就来找他了。当然，事实上除了自己的工作之外，导师和系主任的推荐和支持也是极为重要的。



鲁白：后来你的论文发在了Cell，但是发之前就已经拿到哈佛的offer了。申请工作时没有论文，哈佛凭什么给你工作呢？



施扬：他们当时也不知道会发Cell，就是评估了一下我所做的东西。可能我有较好的面试技巧吧，学术报告做得还可以，至少能把我做的东西讲得比较清楚，不做这个东西的人也能听懂，觉得蛮有意思。我就把我没有发表的东西讲了一下。给我工作机会的这个人叫 Howard Green，很有名的一个科学家，是最早开始做干细胞和皮肤再生的，创伤病人由此受益很大。他也许看到了我身上的某种特质吧，就给了我工作。我还没发表论文，研究生阶段的文章发表得也不怎么样，我不知道他是怎么想的，给了我这份工作。我和Howard后来成了朋友，至今很感激他给我的机会。



那是1991年，我在哈佛有了实验室。在自己实验室第一次做克隆实验的情景，至今记忆犹新。但在哈佛前面几年我也是很煎熬的，一直在探索研究方向，思考着做有影响力的研究工作。我觉得永远不要满足是很重要的，这是驱动力，去找找有没有你能做的能产生影响力的事。





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【华人之光Ⅱ】施扬（2）：“工作狂”的悲喜剧
2015年4月20日 07:08 阅读 741


初入哈佛，施扬在其崭露头角的基因转录研究方向上继续前行。虽然也发了论文，但他并不满足，甚至觉得自己当时所做并非真正的生物学研究。他希望自己去做一些真正有意义、有影响力的事情。不过，在浩如瀚海的未知面前，他也困惑了许久。加之各种压力，这位“工作狂”在实验室里经历着科学人生中的悲喜剧。



《赛先生》特约撰稿人 涂芮/整理


刚到美国时，施扬曾发誓“绝不在周末工作”。但很快，他就变身为周末也泡在实验室的“工作狂”之一。



博士后期间让他崭露头角的YY1 Factor（阴阳因子），就是在一次周六加班中诞生的成果。而在进入哈佛大学之后，他全凭兴趣，在没有资金，也没有所在实验室同事支持的情况下，利用周末时间和另一位科学家开始了自己的一个新的研究课题。



值得一提的是，这个研究领域后来发展为一项获得诺贝尔奖的工作。然而遗憾的是，初入哈佛大学的施扬在诸多压力之下，未能进行这方面的研究。



在浩如瀚海的未知面前，也许每个科学家都有过“我要研究什么”“这项研究价值何在”“会不会成功”等等的困惑。当然，施扬也曾经遇到过这样的时刻。



从“大战”秀丽线虫开始


鲁白：一般来说，完成博士后工作之后，科学家会接着原来的课题做下去，因为对这个课题相关的领域和技术都已经比较熟悉了。但是，继续做下去也有一个比较严重的问题，那就是会跟自己的导师形成竞争关系。你当时为什么没有继续做转录因子的研究？有一段时间转录领域很萧条，此前的几位著名学者都不再做了，这是你想要转换方向的一个原因吗？



施扬：其实我一开始还是继续去做了。就像你说的，大家的路径一般都是先继续做原来的方向，然后再去探索新的领域，所以我一开始还是做了先前的研究。虽然也发了论文，但是我并不满足，我觉得应该做一些真正有意义、有影响力的事情。我总觉得，我做的事情没有影响力。这困扰了我很多年。




1995年，施扬（中）与同事讨论科学问题。


我觉得我当时做的不是真正的生物。你知道，培养细胞、转质粒等等这些事情，其实离真正的生物学研究还很远，所以觉得很不满足。我想去做生物，但是对生物又不是很了解，于是就去阅读相关资料，后来我觉得秀丽线虫看起来不错，也是那个时候开始对染色质有了兴趣。



那是1995～1996年，当时没多少人愿意做染色质。因为大家认为，染色质只是一个用来压缩DNA的惰性结构——将几米长的DNA压缩到微米尺度，装到一个细胞里面。很多人认为染色质的主要功能就是压缩，所以就没有人愿意去研究它，只有少数人在研究它在基因调控中的作用。



对染色质有了兴趣以后，我就找了一个叫做乙酰转移酶（acetyltransferase）的生物酶，想在秀丽线虫里去做它的生物研究。当时我也是出于很幼稚的一个想法，觉得这样就可以做遗传学、做真正的生物研究了。



我有一个特点就是可以随时拿起电话去跟别人交流，不管是否认识对方。我打电话到处问，用线虫做遗传学研究要怎么做。后来，我碰到的一个人建议我去找Craig Mello（编者注：时任美国马萨诸塞大学医学院教授，2000年后任霍华德休斯医学研究所研究员），说Craig用的一个技术很快就可以知道所研究的基因功能。我问他是反义RNA干扰吗？他说不是反义RNA，也不知道是什么，但好像是挺有用的。



大家知道，Craig Mello后来是因为RNAi（RNA干扰）的工作得了2006年诺贝尔奖，当时他刚在美国马萨诸塞大学医学院开始他的独立研究生涯不久。我找到了他的电话号码，打电话给他说我是Yang，当然，他也不知道谁是Yang。我说我有个蛋白质p300，想在C.elegans（秀丽线虫）里研究，想跟你合作。



给他打完电话以后，我就去说服我实验室的人来做这个研究。但是几个月过去了，因为实验室里每个人都有自己的课题，所以很难说服大家来做这个新的事情。就在这个时候，Craig打电话给我。他说那就我们两个人来做吧，我说那行。



这项研究没有经费，就是我们自己在做。那时候，想要说服我们实验室的人，我就得做出一个榜样，证明我如果愿意去做，就是一定能够做到做好。




1995年，施扬（前排右1）进入独立研究生涯后的第4年，与他在哈佛大学实验室的第一个研究团队合影。



我和Craig决定，每个星期五他在线虫里做实验，星期六我去分析结果，也就是他把基因抑制掉以后，我去看线虫的发育。第一个星期六，我是开车去的。我开得很快，为此还吃了超速罚单。到了之后，我们寒暄几句，Craig就指着一叠培养线虫的盘子说：“你可以去分析了。”



我此前没有看到过线虫是什么样的，但也不太好意思问，心想分析就分析吧，于是装模作样地去显微镜下看，调来调去终于看到了。Craig说：“我还给你做了一个针，可以把它挑起来。”我挑半天挑不起来，再一看，盘子上密密麻麻布满一个个洞。



那个盘子是用类似于凝胶的材料做的，线虫就在上面爬，如果用针挑得不对，那不就挖洞了吗？我一看，我的盘子上遍体鳞伤，一个线虫都没挑起来。



我就跑过去看Craig怎么弄。他动作很柔和，就轻轻地碰一下，利用表面张力把线虫吸起来，而不是硬挖起来。就是这样，我开始学着拿线虫做实验。



那是我完成速度最快、花费时间最少的一篇文章。3个月时间里，每个星期都只用周六的时间，通常从早上一直做到晚上12点左右，3个月后就开始写文章了。



总有未知等待被发现


鲁白：那个时候的施扬是“钻石王老五”，是不是连女朋友都还没有呢，可以周末去做实验。



施扬：但是Craig比我更疯狂。还记得第一次去做实验那天，我从早上10点钟一直做到晚上9点钟，没吃任何东西。Craig是不吃中午饭的，他一直在做，我也就没好意思提吃饭的事情。第二个周六，我就带了两个三明治，一个给他一个给我。到了中午，我提议说我们休息下，吃中午饭。



我一般在实验室做到晚上十二点、一点要回家时，Craig还在做，比我走得还要晚。有一次下大雪，足足有18英尺厚。他说：“你就住在我家吧，不要回去了。”我说算了算了，我还是回家吧。我开着车刚一出去，车就打滑，进到波士顿的一条收费公路后，路面全都是积雪，车子以5码的速度往前“爬”，好在最后总算安全回到家了。



说到下雪，还有一段很有趣的故事。我与Craig的合作是从一个寒冬开始的，那年冬天经常下大雪。当时他的实验室也就刚刚成立不久，每个人都很努力，尽管天寒地冻，但每个周末都会有人在实验室做实验，我自然也是每个周六都去。但是很不巧，实验室大楼的程控门那会儿出了故障，很长时间都没有修好。我到了之后，无法呼叫室内的人给我开门，当年也没有手机，我又没有钥匙，所以自己是根本进不去的。



怎么办？感谢大雪天，Craig的实验室在二楼，雪球正好可以打到，不过需要一些技巧。我就团了很多雪球，然后对着实验室的窗户一个一个扔过去，从头打到尾。如果谁正好在这边工作，看到雪球砸在窗玻璃上，就知道“噢，Yang来了，我要下去给他开门了”。



那是1996年，我刚升职为副教授，此后就一直在实验室研究线虫。因为开了个好头，所以这方面的研究经费逐渐充足，线虫也就做了很多年。后来我跟别人说我是研究哺乳动物的，别人都是这样的反应：“我还以为你是研究线虫的呢！”所以说，我完全是作为“线虫生物学家”被大家接受的。




施扬在哈佛大学的实验室。


当时的合作中还有一个很好的机会。那个时候，科学界还没有提出RNAi（RNA干预）这个概念。我跟Craig讨论了要如何命名这个现象，所以在我写的这篇文章中曾采用了RNAi这个名称，然后我们两个人把文章投给了Nature。这是在RNAi的研究兴起之前的事情。



有时你会做出正确的选择，但有时也会做出错误的选择。



但Nature没有接收这篇文章，就因为文章中没有机制阐述，不知道RNAi是怎么起作用的。后来，这篇文章在抽屉里放了很长时间。不过我仍然觉得RNAi现象很有意思，我跟Craig讨论，推测这是不是跟染色体有关系，它为什么会有遗传性等。



当时哈佛大学的职业评价机制是，任教后你只有11年的时间，然后留下或者离开，也就是说，在哈佛从事研究工作到第11年的时候，如果没有拿到终身教授，那么你就失业了。



所以，当我1996年成为哈佛大学副教授的时候，大家就说：“倒计时开始了。”因为距离晋级终身教授只剩下5年的时间了。当时我的思想上还是有压力的，觉得去做RNAi那样的研究还是风险较大。我必须要照顾好手上的课题，保证我有持续的研究经费，继续把工作做好。所以，我就没有往RNAi方向做下去。



鲁白：与一项“诺奖”工作失之交臂，的确令人感到遗憾。如果那个时候没有评哈佛大学终身教授的压力，是不是可能会从事RNAi的研究？



施扬：有可能。不过和“失之交臂”还差十万八千里呐。Craig的贡献之一是用遗传学的方法鉴别出了介导RNAi应答的酶，从1998年那篇历史性的Nature论文，到获诺贝尔奖只有8年时间，应该说获奖速度已经很快了。



我最近在看一本物理学方面的书，其中讲到，牛顿定律几乎能够解释所有的宏观物理现象，1860年的时候，大家认为物理学的主要发现都已经完成并到达顶点了，就连著名的开尔文也认为物理学将只剩一些琐碎的工作了。真的是这样吗？1915年就有了爱因斯坦的广义相对论，完全改变了之前的认识。



生物学领域也是一样，自从发现了DNA以后，大家就认为生物学的基本原则已经建立了，就是DNA到RNA再到蛋白质，大的概念肯定已经没有了。没想到，还有个RNAi可以反过来影响调控基因的表达。这是一个重要的概念和发现，此前没有人意识到，继DNA之后，还会有这么重要的生物学发现。



所以，整个生物学的现状也许跟19世纪的物理学有些相似，肯定还有一些东西正等着被发现，但我们并不知道会在哪里出现。





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【华人之光Ⅱ】施扬（3）：人生选择无参照
2015年4月28日 07:05 阅读 469
编者按

去甲基化研究，让施扬真正一跃成为世界级的科学家。被他命名为LSD1的蛋白质的重大发现，结束了生物学界长达40多年关于组蛋白是否可以去甲基化的争论，由此成为表观遗传学发展中的重大突破，并对生物医药行业产生了深远影响。

然而回望来路，很多人当初对施扬要去寻找去甲基化酶的选择并不看好。而他觉得，去甲基化酶的研究，要么会让自己的职业生涯进入一个崭新的时期，要么将就此“结束”。

在这段曲折的发现旅程中，究竟发生了怎样耐人寻味的故事？



《赛先生》特约撰稿人 涂芮/整理


《赛先生》创办人之一、北大教授饶毅将施扬和哈佛的关系比喻成“先结婚后恋爱”，获得永久教职在先，后来的成就则超出了哈佛对教职工作的要求。



通过发现一个被命名为“LSD1”的蛋白质，施扬证明了自己没有辜负哈佛当初的信任。喜欢咬文嚼字的施扬，在用中国传统的阴阳理论给自己博士后期间的工作成果命名之后，又选择了上世纪60年代流行于美国摇滚界和文艺圈的著名迷幻药“LSD”，来给这个重要发现命名。



然而在一向严肃的生物学界，这个带有性感名称的发现结束了长达40多年关于组蛋白是否可以去甲基化的争论，是表观遗传学发展中的重大突破，并对生物医药行业产生了深远影响。



直觉的引导


鲁白：我们之前谈到的其实是序曲，施扬真正成为世界级的科学家是从去甲基化的研究开始的。



施扬：其实后来我也做了一些RNAi相关的研究，包括发明用于哺乳动物、基于DNA载体的RNAi技术。（编者注：2002年，包括施扬实验室在内的美国几个实验室，同时发明了DNA vector-based RNAi技术，此技术现在被广泛应用于细胞及动物水平上的基因功能研究。）再后来，秀丽线虫做多了又开始有点坐立不安，想去探索新鲜的东西。我就想，应该再做些什么东西呢？每一个生物系统都有它强的地方，也有它弱的地方——秀丽线虫是一个极好的、可以通过遗传学技术做生物研究的系统，但研究分子和生化机理却不那么容易，因为一个线虫只有900多个体细胞，而且很多细胞都是不一样的，很难做好生化研究，所以我又回到了生物化学领域。



我作了一个很重要的决定，这个决定就跟我博士后期间的训练有关。当时在病毒领域，研究者用病毒阐明了很多的细胞功能，包括细胞周期如何调控，很多都是用病毒来做的，发现第一个肿瘤抑制基因也是通过病毒做出来的。所以，我想我应该再回到病毒。病毒会告诉我应该去做什么。有一个病毒叫做“腺病毒（adenovirus）”，它有一个蛋白质叫E1a，也就是我博士后期间的研究对象。



这个腺病毒E1a跟我们所知道的第一个肿瘤抑制基因Rb可以有一个直接的物理相互作用，通过这个相互作用可以抑制它的功能，从而影响细胞周期，使得细胞能够无限制地分裂，成为肿瘤细胞。但是在与E1a发生相互作用的蛋白中，有一个蛋白当时几乎没有人研究过，只有几篇相关的文章。这个蛋白质叫CTBP，就是C末端结合蛋白（C Terminal-Binding Protein）。然后我就决定去做这个蛋白质，这个决定真的改变了过去十年间我所做的事情。



我觉得我不是一个绝顶聪明的人，但是我有较好的直觉。我觉得生物学跟物理学和数学不同，我一定不可能成为一个好的物理学家或者数学家，那真的需要非常聪明。但生物学不同——生物体系很复杂，一些东西不是你所能想象的，这里有很多惊喜，你要有一个直觉，跟着你觉得好的某种东西走。我觉得在生物领域，这种直觉很重要。



当我决定去做这个蛋白，又面临着要去说服实验室的人这个问题。我很幸运地找到了一个思路跟我接近的博士后，我就叫他去做，去学习人家如何做蛋白的串联亲和提纯（tandem affinity purify）——就是给蛋白加个标签，然后用这个标签的抗体去把蛋白提取出来。很快，实验结果就出来了，我一看就知道我们“中了大奖”，因为被提取的不少蛋白都是和代谢酶有相似性，我想这里面肯定有文章可做，很有意思。




在2014年哥本哈根生物科学会议上，施扬（右2）向一位研究生颁奖。 图片来源：www.cph-bioscience.com


鲁白：所以你开始提取蛋白的时候是在CTBP蛋白上加了个标签，然后把那些和它结合的蛋白一起提取出来，而这其中很多都是和代谢相关酶有相似性的蛋白，是这样吗？



施扬：对。我看了结果以后，觉得其中几个蛋白质是我应该去研究的，比如KIAA0601，当时只有这样一个编号。我为什么会对它感兴趣呢？从化学的角度看，这是一个多胺氧化酶的同源物（polyamine oxidase homolog）。



这个多胺（polyamine）是什么东西呢？在染色质里面有蛋白质，有DNA，也有小分子，这个多胺也是染色质的一个组分。所以我当时觉得，如果CTBP可以调节转录的话，它的下游目标是通过KIAA0601调控的多胺，那是很有意思的。



然后发现胺氧化酶（amine oxidase）从理论上也可以作用于蛋白质，也就是说有可能使蛋白去甲基化，所以我就决定把其他东西都放一放，全力以赴做这个蛋白质。我的直觉告诉我，这个蛋白质会有些很有趣的故事。



我马上就去查了文献，发现总共有两三篇发表的文章提到了这个蛋白质，一共有三个实验室，但那些实验室都没有人在继续做这个蛋白，而我认定这个蛋白值得去做，所以我就去做了。当然，研究中间也经历了很多很有意思的曲折。



为激动人心的时刻努力


鲁白：这里解释一下去甲基化。蛋白质的功能可以被有些氨基酸侧链化学集团的修饰来改变，最有名的是磷酸化，就是蛋白质上面加一个磷酸，或者减一个磷酸，可以使蛋白质的活性改变，这个理论大概统治了生物学近50年的历史。



另外一个修饰就是甲基化。把一个甲基加上去也可能会改变蛋白质的功能，但这需要有两个酶，一个是把甲基装上去，一个是减下来。把甲基装上去的酶很早就有人发现了，但是如果没有把甲基减下来的酶，这就没什么意义，因为它还不是一个调控机制。那么把施扬的工作放到一个大的背景下来看，就是说，如果全世界有人能找到这个去甲基酶（demethylase），这一下子就变成一个调控机制了。



大家最早发现甲基化现象是在染色体的组蛋白上——组蛋白是球状的，DNA是包在上面的，很早前就知道组蛋白上有很多甲基化位点，所以大家最早开始研究的就是组蛋白的去甲基化。施扬找到的这个酶，就是组蛋白的去甲基化酶。一旦找到这个酶，我们就能很容易地发现其他很多蛋白也有去甲基化现象，这就变成了很大的一个领域。



施扬：几十年来大家得到一个共识：磷酸化是很重要的一个调控机理，因为它很快——装上去一个磷酸，很快又可以拿下来。作为一个快速的应答机制，细胞用磷酸化调控用得很多。磷酸键是比较容易被打破的，上世纪60年代时就发现组蛋白上面有甲基化，但甲基化的化学键比较稳定，又因为找不到酶，所以很长一段时间，大家都认为这个反应是个不可逆的修饰——甲基装上去以后，唯一能够把它去掉的途径就是通过细胞不断的分裂，分裂一次少一半，最后一点一点地稀释掉。



正如鲁白所说，没有相反的过程就不是一个调控的机制，所以在我们这个领域里，很多人想找这个蛋白质，但是一直找不到。到了上世纪70年代，大家就认为磷酸化是可逆的，而甲基化是不可逆的。



我们找到这个酶的时候，我心里还是七上八下的，因为我跟其他人聊天，人家都说你别去找这个去甲基化酶，肯定是没有的，很多人都做过这个东西，你别弄了。所以当我拿到这个结果的时候，我知道我的职业生涯要么进入一个新的时期，要么就此“结束”。因此我们做了很多对照实验并用不同的方法来验证我们的实验结果。为此我们建立了一系列检查去甲基化酶的技术。这也为以后寻找其它更多的去甲基化酶奠定了理论及技术基础。（编者注：继LSD1的发现两年后，施扬及另外两个实验室分别报道了又一类去甲基化酶。）




2000年，施扬与著名生物学家吴瑞合影。


不仅仅是做学问，生活中的很多事情在不知不觉中发生，有时可能是个好结果，但也有可能是个坏结果，你从来都无法预料。好的科研所带来的兴奋感，也是驱使我做下去的原因之一。



很多科学家的一个共性就是上瘾，沉迷其中。当你做出一个东西，你就希望还能做出更多的新的发现。我觉得驱使很多科学家的动力都是这样，一颗好奇心，为了那个激动人心的时刻而去努力——当你获得一个真正的新发现时，确实是蛮激动的。





给蛋白质起名也很重要


鲁白：能不能再展开说明一下，为什么去甲基化反应这么重要？为什么表观遗传学的研究突然变得很热门？



施扬：关于基因表达的研究主要是在转录领域，但这个领域逐渐在走下坡路，很长一段时间大家都觉得没事做了。但是现在，由于这个发现以及中间发生的一系列事情，在染色体基础上的基因调控研究又重新成了生物学里面很热的领域。



所谓表观遗传学，也就是说DNA不完全决定你的遗传特性，比如说你的社会经历有可能会传到下一代去。表观遗传学跟蛋白的甲基化和DNA的甲基化有关，这一系列的发现形成了表观遗传学的新领域。



我的实验室也开始做这方面的工作，叫做表观遗传继承性（epigenetic inheritance）。大家都知道DNA是遗传的，但是除了DNA以外，还有其他东西也可以遗传下去，环境、甚至也许个人经历都可能会对你的后代产生影响，但你都不知道，这里面有着很有趣的故事。比如说，瑞典有个瘀攀爀欀愀氀椀砀研究发现，祖父母的food supply（食物供给）影响孙子、孙女的死亡风险因素（mortality risk factor）。有趣的是，祖父的食物供给只影响孙子，而祖母只影响孙女。这些现象很有可能是通过表观遗传机理介导的。



就好像一个机器有很多部分，转录这个领域的研究，前期做的都是这个机器比较基础的部分，是关于如何将这个过程启动、开始。细胞中有染色体、组蛋白、DNA，而表观遗传学就是在真正的生理条件下，有染色体存在的情况下，探索怎么样把一个基因打开、关掉，怎么样在应急的时候把一些基因调动起来，然后把新的基因表达谱稳定地传给新产生的细胞甚至下一代，所以染色体的调控机理是表观遗传学很重要的一部分。表观遗传学也是研究环境如何影响生物的功能和行为以及某些诱导的特征如何传给后代的学科。



那为什么大家现在会对这个领域很感兴趣呢？除了基础理论很重要，有一部分原因是因为制药公司。因为制药公司做磷酸化激酶，五百多个激酶做药物靶点做了好几十年了，大多数都是失败的，所以大家都在想，是不是还有未开垦的新土地可以找到新的做药的靶点。现在，我们突然一下子找到了很多新的酶。从化学角度来讲，酶是比较好的药物靶点，因为它的化学过程是明确的，你可以设计小分子去抑制酶的活性。



当我们发现第一个去甲基化酶的时候，我就想，我应该给它起一个好的名字。我作出第一个蛋白质发现的时候，我叫它YY 1——阴阳1号，那这个我应该叫它什么呢？我就取了个名字叫LSD1。



我觉得名字很重要，因为起了一个好的名字之后，大家就容易记住它。LSD代表lysine specific demethylase，赖氨酸去甲基酶。我为什么没有叫它组蛋白去甲基酶呢？我想到，甲基化现象并不只是局限于组蛋白的，我预测这个酶的底物并非只有组蛋白，可能非组蛋白的蛋白质也可以被去甲基化，所以在这个酶的名字里面我没有用组蛋白这个词。



另外，大家都知道LSD是迷幻药的缩写，所以比较容易记，所以后来有两个前沿（preview）报道都借用了这个双关用语——包括题为“A crack in histone lysine methylation”（Cell（2004）Vol119：903-906）及“Take LSD1 to a new high”（Cell（2005）Vol122：654-8）的报道。这些是起名的趣事，跑题了。总而言之，LSD1现在是制药工业的一个新靶点。



我觉得能找到第一个去甲基化酶有几个很重要的原因，一是敢于去做别人认为不可能的事情，二是问对了问题及找对了入手的方向，另一个是找对了人去做这件事，这几条缺一不可，做这个课题的博士后叫石雨江，极聪明能干。我怀疑换一个人的话，就不一定能做出来。




2005年，施扬（后排右6）与石雨江（后排右2）等实验室团队成员合影。


鲁白：也许大家不一定完全懂组蛋白的甲基化为什么重要，这里进一步解释一下。DNA的结构用一个“串珠模型”（ beads on a string）来描述，就是一个球和一个球中间有一条线，线状DNA在球形的组蛋白上绕三圈再过来、绕三圈再过来。DNA在组蛋白上包好以后都是紧的，紧的就没法转录，没法把基因表达出来，所以你一定要把它放松，让它像一条线一样才能转录，这就跟DNA的甲基化和去甲基化有关系。



去甲基化的具体机制其实还没有完全搞清楚，但施扬现在所做的组蛋白上去甲基化的第一个酶，就可以使得原来松散的DNA压缩，变紧，进而使得这一段上的基因表达被抑制。



施扬：去甲基化酶可作用于两个方面，有的时候你要把基因表达出来，有的时候则需要把基因关掉。比如一个干细胞要分化成很多不同的组织，某个组织要表达这一千个基因，而其他基因是要被关掉的，关掉这些基因就是通过把DNA弄紧一点，这样细胞就不能表达这个基因了。其他的情况，比如被太阳照射以后，细胞里的DNA会受到紫外线的损伤，DNA受到损伤时细胞必须要对其进行修复，修复的一个很重要的项目，就是把这段受损伤的基因关掉。这时，某些去甲基化酶就起到了一个很重要的作用，它把这个区域关起来，不再让基因表达，等修复好了以后再让DNA打开来表达。所以，这些酶在很多不同的生物过程中起着很重要的作用。



《赛先生》与施扬的快问快答



《赛先生》：你在选择学生时看重哪些素质和特性？



施扬：这个很难说，有的时候我看到一个人，我就觉得这个人可能会成功，你很难讲出来，但就是有一种感觉。你跟一个人谈话，他的谈吐和眼神很重要，很难量化，不像考试有具体量化的标准去判断一个人到底是行还是不行，有的时候选人就还是一种感觉。



还有很重要的一点就是，人跟人是有一种默契的——你是一个很优秀的人，但并不一定跟我在一起会成为最优秀的，也许你跟我在一起就不能很好发挥，而跟另一个人在一起就可以。



《赛先生》：你提到你个人的人际交往能力是强项，对于科学家来说，这一点重要吗？对大众来说，他们对科学家的刻板印象就是深居简出。



施扬：我认为交流及沟通能力，包括写和讲，都是很重要的，你要能把所做的东西讲给大家听，让大家能接受。现在做的很多工作都涉及不同方面的专业知识，所以交流成了一个很重要的部分。



《赛先生》：除了沟通能力，对科学家来说还有什么重要的能力？



施扬：与他人合作的能力。我觉得这个不仅限于科研，不管做什么，沟通能力、与他人合作的能力、凝聚合适的人来做事都很重要。要想办法组成一个合作的团队来解决问题，这是一个发展的趋势，今后没有一个人能够单独地完成一个研究，它需要很多方面的合作，所以，把大家组织起来一起做一件事情，这也是很重要的一个方面。合作中很重要的一部分是诚恳地、主动地、心甘情愿地共享credit。



还有，不满足于所完成的东西。有这种不满足的感觉，就会驱使你去追寻下一个重大的发现，过去做的已经是过去了，要往前看。如果没有这种渴望，可能做着做着就不做了，但如果你还是在不断探索，想要发现新东西，那么就能不断进步。



《赛先生》：敢于冒险很重要。过去的这些成绩，对你来说是自然而然发生的，还是确实需要去冒一点风险？



施扬：有的时候，你会觉得做一件事情是冒险的，认为是跨出了冒险的一步；有的时候则是很自然地跨出一步，但这一步其实同样充满风险对吗？只是你自己并没有把它区分开来，说我现在就是在冒险。比如说，一个人不可能同时做好几件事情，当我决定要做一件新的事情时，就要放弃其他的事情。



选择课题的时候也一样，当我选择去做去甲基化研究项目的时候，我就放弃了很多其他的看起来也很有希望的项目，这在某种意义上也是一个冒险，不是吗？



所以说，很多时候做事本身就是充满风险的，当时也许不知道，只有回过头来才能知道当时的决定是对的还是错的，或者从大的意义上讲，是不是走对了一个方向。



《赛先生》：直觉对于科学家来说是不是很重要？直觉是可以培养的吗？



施扬：回过头来看我所作的那些决定，很多时候是凭借直觉，但直觉是怎么来的？为什么会有这个直觉？有一部分是理性的、有原因的，但也有一部分确实不是理性的。你只是感觉到这就是应该做的事情，但是讲不出到底为什么。



我觉得作为生物学家，直觉很重要，因为有那么多等待发现的东西，也有那么多人在做，为什么有些人能够做出来，有些人不能呢？如果从智商角度来讲，我觉得可能大家没有太大的区别，一旦到了一定的水平，聪明程度没有什么本质上的差别。所以可能直觉是很重要的。



一个人能不能培养直觉？也许行，也许不行。做商业也是一样的，那么多人在做，只有很小一部分人能够成功，取得成功的人，往往都会做出一些让别人觉得难以理解的决定，也许这也是一种直觉。再比如说，你得到两个工作offer，在纸上写下各自的优点是什么，缺点是什么，比来比去，最后可能比不出什么结果，还是不能做决定。最后做决定的，还是你心里有一个直觉说，某份工作可能相对更好更适合你。如果把一切东西都人为量化的话，会很难做决定。



《赛先生》：有很多读生物或是其他理工科的学生，最后都没有继续从事科学研究，比如许多人转行做了金融，对这种现象你怎么看？



施扬：这种现象目前在国外很普遍，我们已经接受了这个现实。甚至像在哈佛大学这样非常传统的高校，几十年前，如果有学生说他不打算做学问，以后可能想要去公司，人家都会觉得不能理解。但现在我们有专门的讲座，去教学生怎么样考虑自己的职业生涯，比如可以做专利、做金融、做投资、做咨询等等。当然从长远来看，对于专门培养新一代生物学家的院校来说，还不知道这是对还是不对。



《赛先生》：对于国内的研究环境怎么看?



施扬：我觉得国内最近几年的变化还是挺大的，我是很乐观的。有一件事情我在促进，就是进一步提高学术交流，让大家能够走到一起。因为现在做科研需要有很多的交流，让大家能够分享想法，分享未发表的数据，进行头脑风暴，创造合作机会等。



刚回中国的时候，我觉得这方面还有可以提高的地方，所以我会组织一些交流会，让不同的实验室在一起交流一下。我觉得国内的发展很快，现在又有那么多顶尖的人都已经全职在中国做事情，加上我们现在聘请了很好的年轻的助理教授，所以我觉得再过十年，如果按照现在的形势发展下去的话，中国的生物学界应该会是一个绝对不可忽视的力量。



对于年轻的学者而言，我的直觉是回来可能利大于弊。因为中国正在上升阶段，而且现在越来越多很好的人才正在回来，国内自己培养出来的科学人才也越来越多，未来十年之内，研究氛围会有质的变化。一些先行者为中国的发展已经奠定了基础，我觉得回来以后发展的空间会更大，当然诱惑也更多，能不能静心做学问这是一个挑战。



《赛先生》：做了几十年的科研，你最有感触的是什么？



施扬：我最有感触的就是生活没有参照组，所以我永远得不到答案，去说明我究竟是选对了还是选错了。



但是反过来讲，我觉得我是非常幸运的，现在做的东西我越来越喜欢。所以应该说，我当年所做的不是一个错误的决定。但是不是有更好的决定呢？我这辈子都不会知道了。



延伸阅读：

回复文章编号“312”，提取【华人之光Ⅱ】施扬（1）：一不留心到了哈佛；

回复文章编号“320”，提取【华人之光Ⅱ】施扬（2）：“工作狂”的悲喜剧。







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