導讀

對于危害人類的饒毅傳染病，全世界前赴后繼有很多研究工作。中國重

近代科學讓科學家可以對傳染病的傳染礎科基本原理、發病過程的病方分子機理、免疫等進行諸多方面的面最基礎研究。

二十世紀我國對傳染病最重要的佳基研究是北京生物制品研究所湯飛凡（1897-1958）先生發現沙眼致病的病原體和二十一世紀初袁國勇等確定SARS病毒是傳染病最重要的兩項臨床研究。

迄今對傳染病的學發現基礎研究最重要的工作是北京生命科學研究所李文輝發現乙型肝炎病毒（HBV）受體，從而幫助人類理解HBV進入人類細胞的饒毅原理、有助于進一步設計治療方法。中國重

乙型肝炎研究迄今三大進展：1970年代發現乙型肝炎病毒，傳染礎科1980年代初發明乙肝疫苗，病方2012年發現乙肝病毒和丁肝病毒受體。面最

前兩個是佳基國外科學家的工作，第三個是學發現北京生命科學研究所的李文輝及其實驗室。

李文輝的饒毅工作也是從1980年代中期到2022年近四十年來乙型肝炎基礎研究的最重要工作。

目前，并不清楚李文輝實驗室發現的受體是唯一受體，抑或還有其他受體，但李文輝等發現的NTCP應該是受體之一或受體的組分之一。沒有跡象NTCP與受體無關。

在李文輝之前二十多年很多人試圖尋找HBV受體但鎩羽而歸，即使在他們2012年發現NTCP為受體后十年，全世界仍然沒有找到另外的受體，說明發現HBV受體之艱難。所以，發現NTCP是公認的突破。

即使以后再發現受體，也是晚了十年以上。當然，如果再發現的受體是直接結合乙肝病毒的關鍵，而NTCP只是輔助，那么存在著以后發現的受體本身對于乙肝病毒感染的重要性超過現在知道的NTCP的可能性。這只是可能性，是尚未證實的可能性。

今天，肝炎研究領域的科學家，包括兩位因為丙型肝炎（HCV）研究而獲諾獎的科學家，一致公認李文輝工作的重要性。

（說明：按未來科學獎的規定，作為科學委員會成員的我不能提名，所以這些文字沒有成為任何提名的材料。按照未來科學獎規定，生命科學委員會年度主席不能主持對候選人的文字介紹，所以生命科學組的成員在評審和討論過程中也沒有看過這些文字。在連續幾年討論后，2022年李文輝獲得未來科學獎生命科學獎。在科學委員會全體委員投票后，在生命科學組確定了發布的文字之后，我與生命科學組共享了這篇文章。）

01 肝炎研究的突破與科研體制的改革

2012年11月13日，新的生物學刊物eLife發表論文：中國科學家攻克了一個長期困擾國際科學界的難題，而這一基礎科學問題也與人類、特別是中國人民的健康相關。

過去，世界和中國忽略了1980年代我國科學家在條件艱苦時代做出重要貢獻，我們贊嘆中國醫學科學院的余昌晏和龐其方等、廣西腫瘤防治研究所的嚴瑞琪和蘇建家建立乙肝動物模型；

現在，我國已經有條件和能力改革科學管理體制機制、提供適當環境，讓一些科研機構年富力強的科學家心無旁騖，如北京生命科學研究所的李文輝帶領學生和同事發現乙肝病毒受體；

將來，希望全國科研機構能推廣適合各個學科和機構自身規律的體制機制改革，使大批年輕人集中精力在專業上充分發揮作用，他們大有作為才能使中國的科學大有希望。

02 肝炎和肝炎病毒

肝炎在全世界有廣泛的危害，中國人群肝炎患病率尤其高。多種病毒導致病毒性肝炎：甲、乙、丙、丁、戊（A、B、C、D、E）等。

全球二十億人曾感染乙型肝炎病毒（HBV），慢性乙肝感染超過2.5億人。即使在乙肝疫苗已經研制成功多年以后，我國還有逾九千萬人感染過乙肝病毒，上千萬乙肝患者，每年感染超過百萬。

肝炎不僅本身給患者帶來折磨，慢性肝炎更是經常轉變為肝癌、肝硬化。全球超過50%的肝癌繼發于肝炎，超過50%的肝硬化繼發于肝炎，每年約七十萬人死于病毒性肝炎及其繼發疾病。

在人類研究乙型肝炎的歷程上，英國醫生MacCallum（1946）首先認識到乙肝不同于甲型肝炎，前者通過血液和體液傳染，后者通過食物和水傳染，它們的病原都小于細菌。1967年，Saul Krugman等可以明確區分甲型和乙型肝炎。1960年代，美國科學家Baruch Blumberg在研究血友病和白血病的過程中（Blumberg， 1964），發現“澳大利亞抗原”（澳抗）(Blumberg et al.， 1965)。起初知道與多次輸血有關，到1967年發現一例唐氏綜合癥（先天愚型）患者開始沒有澳抗，后來產生澳抗，而且患了肝炎（Blumberg et al.， 1967），并在血液中出現病毒樣顆粒（Bayer et al.， 1968），從而意識到澳抗可能與乙肝更相關。

紐約血液中心病毒研究室的Alfred Prince與韓國合作者從輸血導致的肝炎病人中尋找抗原（Prince et al.， 1964； Chung et al.， 1964），發現了他稱為SH（血清肝炎）的抗原與病毒性肝炎相關(Prince， 1968)。日本東京大學醫院輸血科的Okochi和Murakami于1968年發現輸血病人中病毒性肝炎與澳抗有一定、但非絕對相關性。Prince于1968年在《柳葉刀》報道澳抗與SH抗原相同。

其后幾年，Blumberg與Prince各自開展一系列工作獲得更多證據表明他們發現的抗原與乙肝相關（Blumberg， 1971；Prince，1971）。1970年，英國的Dane等在澳抗陽性的肝炎患者血液中分離獲得病毒顆粒，并用電子顯微鏡觀察，確定澳抗是乙肝病毒顆粒的表面蛋白質（乙肝表面抗原，HBsAg）。

1976年，Blumberg獲諾貝爾醫學獎。

1979年，法國的Galibert等克隆了乙肝病毒的基因組DNA；它很短，不過約三千二百堿基對。整個病毒的DNA短于人體很多單個基因的長度，卻能肆虐人類，令人驚訝。

丁型肝炎（HDV）的發現起始于1977年意大利的胃腸科醫生Mario Rizzetto在HBV感染病人肝細胞中發現的一個新抗原(Delta抗原，HDAg)（Rizzetto et al.， 1977）。其后，他們與美國分子病毒學家John Gerin等證明HDAg來源于一種新型肝炎病毒--HDV（Rizzetto et al.， 1980；Rizzetto， Purcell and Gerin， 1980；Rizzetto et al.， 1981）。HDV的全基因組于1986年被克隆（Wang et al.， 1986）。HBV和HDV兩病毒同時感染時，病情嚴重很多，且更容易導致慢性肝炎。HDV依賴于HBV提供的包膜蛋白（包括HBsAg在內三種）組成病毒顆粒，HDV復制的其它步驟獨立于HBV。HBV是DNA病毒，HDV是RNA病毒，它們的基因組不同。

03 基因工程生產乙型肝炎疫苗

研究乙肝病毒直接導致生產預防乙肝感染的疫苗，是基礎研究很快走向為人民服務的一個成功范例。

1971年Krugman開始研制乙肝疫苗。1978年有兩個成功的疫苗（Purcell and Gerin， 1978； Hilleman et al.， 1978），1980年通過臨床驗證（Szmuness et al.， 1980）。這些疫苗都用來自于病人血漿提取的HBsAg，如果滅活不徹底，反而可以引起疾病。

1979年，舊金山加州大學（UCSF）的William Rutter實驗室用現代分子克隆方法，獲得HBsAg的基因（Valenzuela et al.， 1979）；1981年他們將人的HBsAg轉到大腸桿菌中表達蛋白質（Edman et al.， 1981）；1982年他們成功地將HBsAg轉基因到酵母細胞表達，并獲得病毒樣顆粒（Valenzuela et al.， 1982）。他們申請專利并與Merck公司合作，于1984年成功地用酵母表達的HBsAg作為疫苗，獲得保護性的免疫作用，在猩猩中證明疫苗可以預防乙肝病毒侵染（McAleer et al.， 1984）。他們的疫苗于1986年獲得美國食物藥品管理局（FDA）批準后上市。從此，這一基因工程制造的疫苗為世界上很多人提供了預防的方法。在乙肝曾經肆虐的我國臺灣，使用乙肝疫苗后，乙肝和肝癌發病率直線下降。原華盛頓大學教授、當時Merck公司的總裁Roy Vagelos決定將一條生產線送給中國并培訓中國技術人員使用生產線，中國得益于贈送的生產線制造乙肝疫苗，造福中國民眾。

全面接種乙肝疫苗可以使乙肝大幅度下降。不過，由于我國乙肝感染基數龐大等多種原因，還不斷出現相當多的新的乙肝感染。而經濟和社會發展不如我們的國家，乙肝繼續蔓延。

對已經感染乙肝的病人，疫苗不能治病。目前已有的乙肝治療方法，其效果都比較有限。而丁型肝炎完全沒有特異的治療藥物。乙肝和丁肝研究領域多年來翹首以盼獲得病毒受體，以便研發新的抗肝炎病毒藥物，包括設計和篩選針對受體的藥物。

04 乙肝病毒的研究模型

研究乙型肝炎的最大困難之一是缺乏好用的體內感染的動物模型和體外用的培養細胞模型。這兩大問題分別由中國科學家和法國科學家在1981至1984年和2002年取得突破。不過，法國的工作很多人馬上知道，而中國的工作知道的時間較晚、知道的人較少。

人類乙肝病毒能感染的動物很少：人和猩猩。它不感染老鼠或雞等常用的一般實驗動物，即使猴也不能感染人的乙肝病毒。土撥鼠、地松鼠、樹松鼠、蒼鷺和鴨等可以感染其本身的肝炎病毒而患病，但不能感染人的乙肝病毒。土撥鼠、地松鼠、樹松鼠的肝炎病毒與人乙肝病毒有70%的相似性，而鴨和蒼鷺與人乙肝病毒的相似性低很多。因為這些動物都不能感染人的乙肝病毒，所以其肝細胞的病毒受體可能與人肝細胞上結合人乙肝病毒的受體有所不同，不能作為研究人類乙肝病毒的良好模型。缺乏好的動物模型給研究人類乙型肝炎和尋找人類肝細胞上的乙肝病毒受體造成了一大難關。

1982年，北京第二傳染病院（現首都醫科大學附屬佑安醫院）資料匯編中，中國醫學科學院余昌晏等在1981年的會議上報道樹鼩(tree shrew，Tupaia)可以被人的HBV感染，但在六周以后就出現動物死亡而未持續觀察。

1981年，《醫學研究雜志》刊登中國醫學科學院龐其方、萬新邦、胥愛源、王祖銘、王桂香、朱寶友、張新生的文章“乙型肝炎病毒（HBV）感染樹鼩的實驗研究”。 醫科院當年用樹鼩試過多種病毒感染，比如他們曾于1981年9月在《中國醫學科學院》發表文章“甲型肝炎病毒感染樹鼩的初步研究”，發現樹鼩可以感染人的甲型肝炎。甲肝論文的作者是醫科院的詹美云、劉崇柏、李成明、張文英、朱純、龐其方、趙同興、王長安、王金利，和北京第二傳染病院的余昌晏、李壽復、佟智功、林尊慧、牛京勤。

1982年開始，廣西的嚴瑞琪和蘇建家及他們的合作者改進實驗方法和條件，特別是動物飼養條件改善導致樹鼩存活延長。1984年，《廣西醫學院學報》發表腫瘤研究室嚴瑞琪、蘇建家、陳志英、劉由庚、甘友全、周德南的文章報道人血來源的HBV感染十只樹鼩后，用血清免疫檢測和肝臟組織切片，確定七只被感染、僅一只肯定沒感染。1986年，《上海實驗動物科學》雜志發表廣西腫瘤防治研究所蘇建家、嚴瑞琪、甘友全、周德南、黃定瑞、黃國華的論文，他們用了62只樹鼩，其中53只接種人HBV，通過血清免疫學、肝組織切片確定總感染率為84%。他們還用了當時先進的分子雜交、電子顯微鏡等檢測手段，其中電鏡顯示Dane顆粒，證明人HBV可以感染樹鼩。

1996年，瑞士蘇黎世大學內科的Walter與德國Freiburg大學內科的Blum等開始用樹鼩研究乙肝（Walter et al.， 1996）。事實上在1996年以前，中國科學家已經多次重復和進一步研究人乙肝病毒感染樹鼩，這其中既有廣西的蘇建家、嚴瑞琪課題組（蘇建家等，1987；嚴瑞琪等，1989；黃定瑞等，1990；蘇建家等，1992；蘇建家等，1995；嚴瑞琪等，1996），也有其他中國科學家（劉芳華和饒嫻宜，1987；李奇芬等，1995；王鳳水等，1996）。1996年后還有很多工作（李瑗等，2011）。也就是說，1980到1990年代，中國科學家一系列工作找到了人和猩猩之外唯一能感染人乙肝病毒的、經濟、易用的動物模型--樹鼩。Walter的文章僅引用蘇建家等（1987）和嚴瑞琪等（1989）論文，而不知道1996年以前的多篇中國論文，更不了解1981年到1986年的幾篇中國摘要和論文。

Walter等重復了中國科學家的研究，證實人乙肝病毒注射到樹鼩可以導致急性乙型肝炎，表明樹鼩可以作為人類乙肝病毒研究的體內模型。他們還發現，將樹鼩肝臟的細胞分離后在體外培養（所謂“原代培養”），也可以感染人類乙肝病毒，從而證明樹鼩可以作為人類乙肝病毒研究的體外細胞模型。不過，用原代培養的細胞需要經常從動物肝臟分離細胞，不方便。更穩定好用的是可以在體外傳代培養的細胞系。

2002年，法國國家醫學研究所的Gripon等從人的肝臟分離細胞，并在化合物處理后純化、篩選，最終獲得一株細胞系HepaRG，用多種檢測證明它可以感染人的乙肝病毒，從而提供了一個實用的體外培養細胞模型，不過具體用的時候較麻煩：需要用兩步培養、誘導，花幾周時間后才能進入可感染狀態。

05 乙型肝炎病毒的受體

病毒感染細胞一般首先要病毒結合于細胞膜表面的受體，然后進入細胞內。不同的病毒需要各自的受體，有相應受體的細胞才能有效地被病毒感染。

在人群中，有些人天生命好（具體是遺傳和變異帶來的好處），其受體分子不能與某些病毒結合，所以天生不會患某種傳染病。

在科研中，有些病毒的受體很快被科學家找到，如SARS病毒的受體。但是，有些病毒的受體很難被發現。

乙肝病毒本身用什么蛋白質與細胞表面的受體結合？已知在結合特異受體之前，該病毒可以與細胞表面的硫酸肝素樣分子相互作用而滯留于細胞表面（Schulze et al.， 2007；Leistner et al.， 2007）。1986年，紐約血液中心的Neurath等確定病毒的Pre-S1結構域有一小段（氨基酸21到47）可能對于結合細胞受體很重要（Neurath et al.， 1986）。但其他實驗室的一系列工作表明重要的結合位點在氨基酸9至15左右（Schulze et al.， 2010）。

2003年，德國科學家證明對感染人類肝細胞重要的Pre-S1和Pre-S2結構域，也對感染原代培養的樹鼩肝細胞重要（Glebe et al.， 2003），從而表明人和樹鼩的肝細胞含有的乙肝受體可能都結合乙肝病毒的同樣蛋白質。這篇文章引用中國的樹鼩感染HBV的文章是嚴瑞琪等（1996）。

肝細胞表面是什么受體能結合乙肝病毒，從而導致病毒感染？

自從1960年代發現乙肝病毒后迄今近五十年，還沒有找到受體，不是因為沒人找，而是很難找。

北京生命科學研究所的研究員李文輝，是蘭州大學本科生、北京協和醫學院的博士、美國哈佛醫學院的博士后。他在美國期間發現了SARS病毒的受體（Li et al.， 2003）。

回國加盟北生所后，他集中精力試圖攻克乙肝病毒受體，幾年來很少發表論文，堅持帶領實驗室的研究生、博士后和其他人員不懈努力，終于找到乙肝病毒和丁肝病毒共用的受體，于2012年11月13日在電子刊物eLife發表文章“鈉離子-牛磺膽酸共轉運多肽是乙型肝炎和丁型肝炎病毒的功能性受體”。

文章的并列第一作者是北京大學生命科學學院與北生所聯合培養的博士研究生嚴歡和北生所的博士后鐘國才，其他還有徐廣偉、何文輝、景致毅、郜振超、黃屹、祁永和、彭博、王海敏、付立冉、宋梅、陳盼、高文青、任碧杰、孫銀燕、蔡濤、馮曉鋒、隋建華。

李文輝實驗室的突破是在前人工作基礎上邁進的一大步。他們用幾個研究組均報道的乙肝病毒結合受體的肽段（Pre-S1的2至48氨基酸）（Barrera et al.， 2005；Engelke et al.， 2006；Glebe et al.， 2005；Gripon et al.， 2005），并將其修飾后作為探針，用中國科學家1980年代發現的樹鼩為肝細胞來源得到原代培養的樹鼩肝細胞（PTH）為材料，應用強有力的現代生物化學技術，尋找結合Pre-S1肽段的蛋白質，發現了鈉離子-牛磺膽酸共轉運多肽（NTCP）。用肽段競爭的方法，驗證了NTCP結合Pre-S1的特異性。然后用分子生物學的RNA干擾技術，抑制PTH內源產生的NTCP，可以減少人乙肝和丁肝病毒的感染，從而證明NTCP對乙肝病毒和丁肝病毒感染是必需的。他們也發現如果使能感染HBV的HepaRG細胞中NTCP減少，就能降低這些細胞感染HBV。他們還發現，之所以HepaRG細胞需要用藥物誘導兩周后才能感染HBV的原因是誘導后細胞產生的NTCP增多。他們還用人的原代培養肝細胞，證明人的NTCP對乙肝病毒感染是必需的。

為了知道NTCP是否對乙肝病毒感染是充分的，李文輝實驗室用平常不能感染乙肝和丁肝病毒的Huh7和HepG2體外培養細胞系。他們通過轉基因導入這些細胞后產生NTCP蛋白質，這些細胞就能被HBV或HDV所感染。此外，他們還確定了NTCP蛋白質結合病毒的關鍵氨基酸是157到165位。

李文輝實驗室取得突破的關鍵是用了質譜分析加雙重親和純化。王曉東近年在北生所建立了幾個質量非常好的平臺，包括基因組和質譜平臺。李文輝的第一項基本工作是在北生所高通量測序中心蔡濤的幫助下建立樹鼩肝細胞的基因表達圖譜，其后再用質譜分析樹鼩肝細胞的蛋白質組。這是繁瑣的、但基礎性的工作，且需要高質量。他們的實驗設計巧妙地標記了作為探針的Pre-S1肽段，將其受體結合位點的氨基酸改成可用光偶聯的非天然氨基酸，這樣光偶聯的距離就為零。李文輝實驗室還將肽段連接了單克隆抗體識別的位點和生物素標記。在光偶聯以后，用單克隆抗體和結合生物素的分子通過親和層析，可以抵抗強烈的洗脫以去除非特異結合的分子、留下特異結合的分子。這一方法值得學習。

NTCP平時在肝臟起著基本作用：轉運膽酸和鈉離子。乙型肝炎和丁型肝炎病毒利用了這一正常蛋白質，與它結合而感染肝細胞。猴子的NTCP與人的NTCP很像，但在關鍵的157到165段不足夠像，所以人乙肝病毒只能感染人的肝細胞、不能感染猴子的肝細胞。如果將這段人的序列放到猴NTCP序列中，改造后的猴NTCP也能介導人乙肝病毒感染。

李文輝等用NTCP可以使常用的細胞（如HepG2）可以感染乙肝病毒，為乙肝研究領域提供了便宜且易用的細胞模型。以前發現的HepaRG細胞，購買和培養花費昂貴，而且需要兩周誘導后才能感染。

李文輝實驗室的研究不但揭示了乙肝和丁肝病毒進入肝細胞的分子機理，而且在通往有效治療乙肝的道路上邁出了重要一步。李文輝的工作沒有結束：以NTCP發現為基礎，尋找新的抑制HBV感染細胞的藥物，給病人帶來福音。

李文輝文章發表的同一天，德國科學家致信祝賀李文輝在中國的工作“會改變HBV領域今后如何做研究、有助于開發很多病人需要的藥物”。

第二天，法國科學家也致信李文輝，祝賀他帶來HBV領域的重大突破。

06 可以推廣的模式：北京生命科學研究所

1980年代，我國多方面條件比較差，科研人員的工作主要靠自身的堅持，少數能做出優秀成果。

2010年代，我國已經具備基礎和條件，而且已經有成功的范例，就不僅要依賴少數單位、少數科學家做出優秀成果，而希望大批科學工作者做出條件能支持的優秀工作，這就需要改革科學體制機制。

眾所周知，增長的科研經費如果用原封不動的舊方法管理和投入，其效果有限。而對于如何改革，不同行業、學科和時期有所不同。如何管理和使用我國日益增長的科研經費，使之發揮最佳效果？這不僅是科技人員關心，而且是國家非常關心、對人民有實際意義的重大問題。

對世界，中國科學家最終要能產出對人類有益的知識，不再是單向消費或少產出知識；對中國，科學界既需要堅持科學探索帶動我國的智識風尚，也需要有些（而不是全體）科學家做出有較快應用價值的成果。

2004年，中組部、科技部、北京市為了改革科技體制作為試點成立的北生所，國家交給的任務是基礎研究。成立8年來，北生所已獲國際矚目，2012年初美國HHMI（休斯醫學研究所）評國際青年科學家（給予研究經費資助），中國獲得7位，4位在北京生命科學研究所。

北生所已有多項基礎研究得到國際科學界矚目。而李文輝團隊的乙肝病毒研究的意義超出研究所平時的基礎生物學研究范圍，更容易為社會理解。

北生所做出多項重要發現需要國家堅定支持，研究所發生危機幸虧國家鼎力相助。

國家選拔王曉東為所長后充分信任他。王曉東對北生所的科學家高標準、嚴要求的同時充分支持。王曉東本人以基礎科學研究聞名于世，但他一直注重可能的應用。他在北生所建立了梯隊和平臺，為基礎和應用研究提供幫助；他堅持的政策使包括李文輝在內的北生所科學家可以追求自己最高科學目標；王曉東在李文輝幾乎無產出的時候加建其研究需要的樹鼩飼養設施，反映王曉東不僅慧眼識英才而且敢于承擔責任；王曉東推動建立的技術平臺，也為李文輝等實驗室提供了優質的基礎；北生所的行政和后勤，為研究人員提供保障和服務。這些為北生所取得多項重要研究成果奠定了基石。

北生所的經驗可以推廣--政策、人員、模式，并無需增加國家科研撥款，而對已經計劃的增加經費要求必須配套體制和機制改革。全國有很多地方，特別是北京以外的城市，也有適用北生所模式的機構和人員。也有不同機構和學科合適的其他模式需要得到合理實施。

北生所是我國在科研管理探索成功的一個模式，應該推廣為我國科研管理多樣化模式中一個新的、重要的基本模式。

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