肝炎和肝炎病毒

肝炎在全有广泛的危害，人群肝炎患病率尤其高。多种病毒导致病毒性肝炎：甲、乙、丙、丁、戊（A、B、C、D、E）等。

二十亿人曾感染乙型肝炎病毒（HBV），慢性乙肝感染超过3.5亿人。即使在乙肝疫苗已经研制成功多年以后，我国还有逾九千万人感染过乙肝病毒，上千万乙肝患者，每年感染超过百万。

肝炎不仅本身给患者带来折磨，慢性肝炎更是经常转变为肝癌、肝硬化。超过50%的肝癌继发于肝炎，超过50%的肝硬化继发于肝炎，每年约七十万人死于病毒性肝炎及其继发疾病。

在人类研究乙型肝炎的历程上，英国医生MacCallum(1946)先认识到乙肝不同于甲型肝炎，前者通过血液和体液传染，后者通过食物和水传染，它们的病原都小于细菌。1967年，Saul Krugman等可以明确区分甲型和乙型肝炎。1960年代，美国科学家Baruch Blumberg在研究血友病和白血病的过程中（Blumberg, 1964），发现“澳大利亚抗原”（澳抗）(Blumberg et al., 1965)。起初知道与多次输血有关，到1967年发现一例唐氏综合症（先天愚型）患者开始没有澳抗，后来产生澳抗，而且患了肝炎（Blumberg et al., 1967），并在血液中出现病毒样颗粒（Bayer et al., 1968），从而意识到澳抗可能与乙肝更相关。

纽约血液中心病毒研究室的Alfred Prince与韩国合作者从输血导致的肝炎病人中寻找抗原（Prince et al., 1964; Chung et al., 1964），发现了他称为SH（血清肝炎）的抗原与病毒性肝炎相关(Prince, 1968)。日本东京大学医院输血科的Okochi和Murakami于1968年发现输血病人中病毒性肝炎与澳抗有一定、但非相关性。Prince于1968年在《柳叶刀》报道澳抗与SH抗原相同。

其后几年，Blumberg与Prince各自开展一系列工作获得更多证据表明他们发现的抗原与乙肝相关（Blumberg, 1971；Prince，1971）。1970年，英国的Dane等在澳抗阳性的肝炎患者血液中分离获得病毒颗粒，并用电子显微镜观察，确定澳抗是乙肝病毒颗粒的表面蛋白质（乙肝表面抗原，HBsAg）。

基因工程生产乙型肝炎疫苗

研究乙肝病毒直接导致生产预防乙肝感染的疫苗，是基础研究很快走向为人民服务的一个成功范例。

研究乙型肝炎的大困难之一是缺乏好用的体内感染的动物模型和体外用的培养细胞模型。这两大问题分别由科学家和法国科学家在1981至1984年和2002年取得突破。不过，法国的工作很多人马上知道，而的工作知道的时间较晚、知道的人较少。

人类乙肝病毒能感染的动物很少：人和猩猩。它不感染老鼠或鸡等常用的一般实验动物，即使猴也不能感染人的乙肝病毒。土拨鼠、地松鼠、树松鼠、苍鹭和鸭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。土拨鼠、地松鼠、树松鼠的肝炎病毒与人乙肝病毒有70%的相似性，而鸭和苍鹭与人乙肝病毒的相似性低很多。因为这些动物都不能感染人的乙肝病毒，所以其肝细胞的病毒受体可能与人肝细胞上结合人乙肝病毒的受体有所不同，不能作为研究人类乙肝病毒的良好模型。缺乏好的动物模型给研究人类乙型肝炎和寻找人类肝细胞上的乙肝病毒受体造成了一大难关。

Walter等重复了科学家的研究，证实人乙肝病毒注射到树鼩可以导致急性乙型肝炎，表明树鼩可以作为人类乙肝病毒研究的体内模型。他们还发现，将树鼩肝脏的细胞分离后在体外培养（所谓“原代培养”），也可以感染人类乙肝病毒，从而证明树鼩可以作为人类乙肝病毒研究的体外细胞模型。不过，用原代培养的细胞需要经常从动物肝脏分离细胞，不方便。更稳定好用的是可以在体外传代培养的细胞系。

乙型肝炎病毒的受体

病毒感染细胞一般先要病毒结合于细胞膜表面的受体，然后进入细胞内。不同的病毒需要各自的受体，有相应受体的细胞才能有效地被病毒感染。

在人群中，有些人天生命好（具体是遗传和变异带来的好处），其受体分子不能与某些病毒结合，所以天生不会患某种传染病。

在科研中，有些病毒的受体很快被科学家找到，如SARS病毒的受体。但是，有些病毒的受体很难被发现。

乙肝病毒本身用什么蛋白质与细胞表面的受体结合？已知在结合特异受体之前，该病毒可以与细胞表面的硫酸肝素样分子相互作用而滞留于细胞表面（Schulze et al., 2007；Leistner et al., 2007）。1986年，纽约血液中心的Neurath等确定病毒的Pre-S1结构域有一小段（氨基酸21到47）可能对于结合细胞受体很重要（Neurath et al., 1986）。但其他实验室的一系列工作表明重要的结合位点在氨基酸9至15左右（Schulze et al., 2010）。

2003年，德国科学家证明对感染人类肝细胞重要的Pre-S1和Pre-S2结构域，也对感染原代培养的树鼩肝细胞重要（Glebe et al., 2003），从而表明人和树鼩的肝细胞含有的乙肝受体可能都结合乙肝病毒的同样蛋白质。这篇文章引用的树鼩感染HBV的文章是严瑞琪等（1996）。

肝细胞表面是什么受体能结合乙肝病毒，从而导致病毒感染？

自从1960年代发现乙肝病毒后迄今近五十年，还没有找到受体，不是因为没人找，而是很难找。

北京生命科学研究所的研究员李文辉，是兰州大学本科生、北京协和医学院的博士、美国哈佛医学院的博士后。他在美国期间发现了SARS病毒的受体（Li et al., 2003）。回国加盟北生所后，他集中精力试图攻克乙肝病毒受体，几年来很少发表论文，坚持带领实验室的研究生、博士后和其他人员不懈努力，终于找到乙肝病毒和丁肝病毒共用的受体，于2012年11月13日在电子刊物eLife发表文章“钠离子-牛磺胆酸共转运多肽是乙型肝炎和丁型肝炎病毒的功能性受体”。文章的并列作者是北京大学生命科学学院与北生所联合培养的博士研究生严欢和北生所的博士后钟国才，其他还有徐广伟、何文辉、景致毅、郜振超、黄屹、祁永和、彭博、王海敏、付立冉、宋梅、陈盼、高文青、任碧杰、孙银燕、蔡涛、冯晓锋、隋建华。

李文辉实验室的突破是在前人工作基础上迈进的一大步。他们用几个研究组均报道的乙肝病毒结合受体的肽段（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），并将其修饰后作为探针，用科学家1980年代发现的树鼩为肝细胞来源得到原代培养的树鼩肝细胞（PTH）为材料，应用强有力的现代生物化学技术，寻找结合Pre-S1肽段的蛋白质，发现了钠离子-牛磺胆酸共转运多肽（NTCP）。用肽段竞争的方法，验证了NTCP结合Pre-S1的特异性。然后用分子生物学的RNA干扰技术，抑制PTH内源产生的NTCP，可以减少人乙肝和丁肝病毒的感染，从而证明NTCP对乙肝病毒和丁肝病毒感染是必需的。他们也发现如果使能感染HBV的HepaRG细胞中NTCP减少，就能降低这些细胞感染HBV。他们还发现，之所以HepaRG细胞需要用药物诱导两周后才能感染HBV的原因是诱导后细胞产生的NTCP增多。他们还用人的原代培养肝细胞，证明人的NTCP对乙肝病毒感染是必需的。

为了知道NTCP是否对乙肝病毒感染是充分的，李文辉实验室用平常不能感染乙肝和丁肝病毒的Huh7和HepG2体外培养细胞系。他们通过转基因导入这些细胞后产生NTCP蛋白质，这些细胞就能被HBV或HDV所感染。此外，他们还确定了NTCP蛋白质结合病毒的关键氨基酸是157到165位。

李文辉实验室取得突破的关键是用了质谱分析加双重亲和纯化。王晓东近年在北生所建立了几个质量非常好的平台，包括基因组和质谱平台。李文辉的项基本工作是在北生所高通量测序中心蔡涛的帮助下建立树鼩肝细胞的基因表达图谱，其后再用质谱分析树鼩肝细胞的蛋白质组。这是繁琐的、但基础性的工作，且需要高质量。他们的实验设计巧妙地标记了作为探针的Pre-S1肽段，将其受体结合位点的氨基酸改成可用光偶联的非天然氨基酸，这样光偶联的距离就为零。李文辉实验室还将肽段连接了单克隆抗体识别的位点和生物素标记。在光偶联以后，用单克隆抗体和结合生物素的分子通过亲和层析，可以抵抗强烈的洗脱以去除非特异结合的分子、留下特异结合的分子。这一方法值得学习。

NTCP平时在肝脏起着基本作用：转运胆酸和钠离子。乙型肝炎和丁型肝炎病毒利用了这一正常蛋白质，与它结合而感染肝细胞。猴子的NTCP与人的NTCP很像，但在关键的157到165段不足够像，所以人乙肝病毒只能感染人的肝细胞、不能感染猴子的肝细胞。如果将这段人的序列放到猴NTCP序列中，改造后的猴NTCP也能介导人乙肝病毒感染。

李文辉等用NTCP可以使常用的细胞（如HepG2）可以感染乙肝病毒，为乙肝研究领域提供了且易用的细胞模型。以前发现的HepaRG细胞，购买和培养花费昂贵，而且需要两周诱导后才能感染。

李文辉实验室的研究不但揭示了乙肝和丁肝病毒进入肝细胞的分子机理，而且在通往有效治疗乙肝的道路上迈出了重要一步。李文辉的工作没有结束：以NTCP发现为基础，寻找新的抑制HBV感染细胞的药物，给病人带来福音。

李文辉文章发表的同一天，德国科学家致信祝贺李文辉在的工作“会改变HBV领域今后如何做研究、有助于开发很多病人需要的药物”。

2010年代，我国已经具备基础和条件，而且已经有成功的范例，就不仅要依赖少数单位、少数科学家做出成果，而希望大批科学工作者做出条件能支持的工作，这就需要改革科学体制机制。

众所周知，增长的科研经费如果用原封不动的旧方法管理和投入，其效果有限。而对于如何改革，不同行业、学科和时期有所不同。如何管理和使用我国日益增长的科研经费，使之发挥佳效果？这不仅是科技人员关心，而且是非常关心、对人民有实际意义的重大问题。

对，科学家终要能产出对人类有益的知识，不再是单向消费或少产出知识；对，科学界既需要坚持科学探索带动我国的智识风尚，也需要有些（而不是全体）科学家做出有较快应用价值的成果。

2004年，中组部、科技部、北京市为了改革科技体制作为试点成立的北生所，交给的任务是基础研究。成立8年来，北生所已获瞩目，2012年初美国HHMI（休斯医学研究所）评青年科学家（给予研究经费资助），获得7位，4位在北京生命科学研究所。

北生所已有多项基础研究得到科学界瞩目。而李文辉团队的乙肝病毒研究的意义超出研究所平时的基础生物学研究范围，更容易为社会理解。

北生所做出多项重要发现需要坚定支持，研究所发生危机幸亏鼎力相助。

选拔王晓东为所长后充分信任他。王晓东对北生所的科学家高标准、严要求的同时充分支持。王晓东本人以基础科学研究闻名于世，但他一直注重可能的应用。他在北生所建立了梯队和平台，为基础和应用研究提供帮助；他坚持的政策使包括李文辉在内的北生所科学家可以追求自己高科学目标；王晓东在李文辉几乎无产出的时候加建其研究需要的树鼩饲养设施，反映王晓东不仅慧眼识英才而且敢于承担责任；王晓东推动建立的技术平台，也为李文辉等实验室提供了优质的基础；北生所的行政和后勤，为研究人员提供保障和服务。这些为北生所取得多项重要研究成果奠定了基石。

北生所的经验可以推广--政策、人员、模式，并无需增加科研拨款，而对已经计划的增加经费要求必须配套体制和机制改革。有很多地方，特别是北京以外的城市，也有适用北生所模式的机构和人员。也有不同机构和学科合适的其他模式需要得到合理实施。

北生所是我国在科研管理探索成功的一个模式，应该推广为我国科研管理多样化模式中一个新的、重要的基本模式。