王志珍(生物化学与分子生物学家)

编辑:来源:7人阅2017-07-07 10:47:13

王志珍(1942年7月6日—),女。出生于上海。生物化学与分子生物学家。2001年当选为中国科学院院士。2002年加入九三学社。九三学社第十一、十二届中央委员会副主席。

王志珍出生于上海。1950年父亲去世,全家迁回苏州葑门外横街朱家弄居住,王志珍也就从上海榆林区中心小学(新中国成立前的工部局小学)转到苏州江苏师范大学附小(原东吴大学附属景海小学)读完五、六年级。短短两年的小城生活也许是她唯一经历最自然、最“田园”、最“江南”的生活,对她酷爱自然的性格不无影响,也使她至今还可以讲吴侬细语。承担了家庭重担的长兄为了避免小妹妹被母亲的肺病传染又能接受好的教育,要未满11岁的她去考当时上海最好的寄宿中学——上海中学。这所有着优良传统的省立中学初中部1年只招72名女生。王志珍初中毕业时又以5%的比例保送到高中部。在上海中学6年接受“德智体全面发展”的教育形成她一生勤奋的学习习惯,对知识的不懈追求,独立自主的奋斗精神,朴实无华的生活作风,以及对体育和文艺的酷爱。1958年“大跃进”,有的同学被分到工厂学工,她因为是校体操队队员而被分到上海师范学院体育系体操专业,半年的“全天候高强度”训练使她获得了体操一级运动员证书。高中毕业前,学校要求她报考体育学院,但王志珍一心一意报考理科一类大学,为此受到全班同学的“帮助”,这种“帮助”还被排成节目在全校演出。所幸这个热爱科学的女孩最终还是实现了追求科学的理想。在科学院有机化学所工作的哥哥王志勤和在北京大学生物系生物化学专业学习的姐姐王志美都建议她念中国科大。这是一所为适应国家“向科学进军”的新形势,在周总理亲自关怀下于1958年由中国科学院创建、由郭沫若担任校长的新型理工结合的大学,是为培养新兴边缘交叉学科尖端科技人才的大学。1959年她成为生物物理系的学生。科大继承抗大传统,培养军事作风,强调宽口径培养人才,提倡寓教于乐。科大的学生常由研究所的科学家授课,有较多机会与科学大师对话。华罗庚先生“书应该越读越薄”的道理,教了王志珍一生如何读书、读文献,把他人的知识变成自己的知识。科大独特的办学和校风对王志珍的人生发展有着深远影响。

1964年大学毕业,她很想继续读研究生,党教育她要“甘当一颗螺丝钉”,因此服从分配到了中科院生物物理研究所。1年后,她到山西运城南张公社参加“四清”运动,与贫下中农同吃同住同劳动整1年。这些日子是她认识中国农民、农村和农业的宝贵经历,受用一辈子。接着是“文化大革命”。期间,她被分配到石景山钢铁厂转炉车间,接受工人阶级再教育。整整1年8小时三班倒的炉前工生活让她经历了大工业烈火的洗礼,见证了产业工人伟大无私的奉献,这是她人生的巨大财富,也是一个基础科学工作者难得的宝贵经历。“文革”后期盼来了“抓革命,促生产”,但她所在的实验室仍然没有生产可促。她不厌其烦地找支部书记,“不能让我天天坐在这里,请把我调到一个有工作做的地方去吧!”领导耐不住她的软磨硬泡,最后总算把她调到了胰岛素结构研究组,那是生命科学研究部门几乎唯一的一个在“文革”中仍然工作着的实验室。大学毕业10年后,王志珍这才开始了真正的科学研究,有幸参加了中国胰岛素研究的第三战役。有研究可做的日子真是幸福啊!她与几位年轻同事一起,非常投入地工作,完成了3篇论文,他们要追回那荒废的时光。当时国内没有冷冻干燥仪,只能用放有吸水剂五氧化二磷的干燥器接上真空泵抽真空进行蛋白质的冷冻干燥。干燥器的质量不过关,时有爆炸危险。一天中午这件可怕的事情果然发生了。20平方米实验室的每个角落都散布着干燥器的玻璃残片,挂在水池边的一件衣服已被磷酸烧成碎片。几乎天天中午在实验室工作的王志珍这一天恰恰到北大的姐姐家去而逃过一劫。后来王志珍作为洪堡学者向洪堡基金会申请的仪器就是一台冷冻干燥仪。

中共十一届三中全会后,改革开放的春风吹来,中国大地上几近熄灭的科学之火复燃。王志珍一直学俄文,大四才开始念abc,虽能看科学文献却不能听和说。勤能补拙,她抓住1972年电视台开播吴青教授的英语课跟着“鹦鹉学舌”,后得到去中国科大李佩教授主持的口语班学习的宝贵机会。由于有了初步的英语交流能力,王志珍被指派为诺贝尔奖获得者、牛津大学的晶体学家、著名社会活动家霍奇金(DorothyHodgkin)教授访问北京期间的陪同,第一次与科学大师近距离、长时间接触。除了参与讨论许多有关胰岛素的科学问题外,她还陪同Dorothy拜访了Dorothy的老朋友、新西兰友好人士路易·艾黎。德国洪堡基金会(AlexandervonHumboldtStiftung)希望接受中国学者在德国做研究,中国科学院与洪堡基金会达成协议,并于1979年2月派出第一批30位访问学者。王志珍是从60位被推荐者中被接受的唯一女性,到Zahn教授为所长的德国羊毛所工作,这是世界上人工全合成胰岛素成功的三个实验室之一。她在那里研究交联胰岛素、去B链C端五肽胰岛素衍生物,酶促肽键合成等胰岛素的化学问题,与同事合作完成4篇论文。这时期是王志珍经历无数“第一次”的“革命”时期。第一次参加国际会议——亚琛的第二届国际胰岛素研讨会、丹麦的第16届欧洲多肽会议,第一次到伦敦St·Thomas医院在灰狗上做胰岛素效应研究,第一次到牛津访问Dorothy,第一次到York访问GuyDobson,第一次接触和学习了欧洲特别是德国的历史、文化和艺术。洪堡学者的经历使王志珍的科研生涯进入国际学术界。

接着王志珍被推荐到美国国立健康研究院(NIH)的RonaldKahn实验室,用在亚琛制备的光亲和标记胰岛素衍生物进行胰岛素与其受体相互作用的合作研究。随后她到SamuelCushman实验室,进一步用其中一种能特异地与受体α亚基形成共价结合的光亲和标记胰岛素衍生物,在脂肪细胞上研究了胰岛素受体从细胞膜上到胞内的转运过程。几年后,她又在美国希望城国立医学中心PierreDeMeyts实验室用化学修饰的胰岛素衍生物和胰岛素受体的单克隆抗体在女科学家Yamaguchi纯化的受体制剂上鉴定到受体之间存在正协同和负协同两种作用。这样,王志珍从胰岛素化学到胰岛素受体结构与功能再到胰岛素作用机制有了比较系统的研究经历,也为她与国际学术界广泛合作打下基础。

20世纪60年代,中国科学家人工全合成了具有全部生物活性的结晶牛胰岛素,这是震惊世界的创举,其中一个具有原始创新意义的重大科学问题是九三学社社员邹承鲁先生领导的一批年轻科学家小组解决的。他们把胰岛素分子分开得到A链和B链,再重组成天然胰岛素分子,其产率比国外发表的1%~2%高得多,因此得以从众多的可能路线中最终确定分别合成A链和B链再重组的合成路线,并保证了获得有活性的胰岛素。他们的重组工作不仅为人工合成胰岛素做出重大贡献,还总结出“天然胰岛素的结构是所有重组产物中最稳定的”重要认识。他们面对的是比Anfinsen在同一时期所处理的单链的核糖核酸酶(此工作获诺贝尔奖)更为复杂的两条肽链的氧化折叠问题,但因为当时的研究是任务导向,紧接着又是“文化大革命”,重组成功的基础科学问题直到改革开放迎来科学的春天才得以探讨。1983年,王志珍加盟邹承鲁先生的实验室,参与“胰岛素A、B链相互作用”课题,开始“用蛋白质二硫键异构酶催化A、B链生成天然胰岛素”的研究。1991年,她与邹先生一起提出“胰岛素A链和B链已经含有足够的结构信息而能在溶液中相互识别和相互作用,并形成结构最稳定的天然胰岛素分子”的观点,在TrendsBiolSci发表,对国外一些流行教科书中“胰岛素分子本身是一种亚稳态结构,连接A链和B链的C肽是胰岛素分子正确二硫键形成所必需”的传统观点提出了不同看法。“胰岛素分子正确结构的形成和蛋白质二硫键异构酶”获1995年国家自然科学奖二等奖。

分子生物学在70年代逐渐成熟,王志珍又到美国从头开始学习分子生物学的知识和技术。1993年回国参加邹承鲁先生主持的攀登项目“新生肽链折叠研究”,新建了“帮助蛋白质折叠的生物大分子结构与功能”研究组,开拓了分子伴侣和折叠酶的研究方向。80年代后期,英国Warwick大学的JohnEllis教授提出“molecularchaperone”(分子伴侣)的新概念,使蛋白质折叠研究发生概念性转折,从经典的“蛋白质自主折叠”转变到“有帮助的折叠”,折叠酶和分子伴侣被定义为两种机制不同的帮助蛋白。王志珍回国前与邹先生讨论“蛋白质二硫键异构酶是否还可能有分子伴侣的活性”的问题,写出《蛋白质二硫键异构酶的多功能》一文寄给邹先生。文中写道:“蛋白质二硫键异构酶在新生肽链的折叠中的作用是否仅限于通过二硫键交换促进新生肽链的折叠?作为在内质网管腔中的一种含量丰富的蛋白质,又具有特异性不强的广泛与多肽结合的能力,是否还可能在新生肽链折叠中起着更为普遍的分子伴侣(Molecularchaperone)的作用?”“虽然还没有实验根据说明蛋白质二硫键异构酶也是一种有普遍作用的分子伴侣,它似乎已经具备了分子伴侣的主要必需条件。”邹先生对此文做了修改,建议投稿。王志珍回京后即投给了《自然科学进展—国家重点实验室通讯》,她又被邀请在第七届全国生化大会上做了有关内容的大会报告。在此基础上,王志珍与邹先生一起写出《蛋白质二硫键导构酶既是酶又是分子伴侣》一文,投向FASEBJ“Hypotheses”栏目。在文章还没有被接受的时候,提出分子伴侣概念的JohnEllis教授在英国皇家学会的PhilTransRoySocLond发表了继续讨论chaperone概念的文章,明确指出“蛋白质二硫键异构酶不是分子伴侣”。面对挑战,他们决定不撤回论文,而是用实验证据来证明假说。当年年底FASEBJ发表了他们的文章。王志珍回国后还是没有得到专门资助,组里只有一两个学生,还是邹先生主动从大组里调来。由于多肽链的折叠和二硫键的形成是蛋白质折叠过程中两个密切相关、互相影响而又协同运作的过程,因此很难将蛋白质二硫键异构酶可能具有的帮助肽链折叠的分子伴侣活性与它催化正确二硫键形成的异构酶活性确切区分。王志珍选用了不含二硫键的3—磷酸甘油醛脱氢酶做靶蛋白,让蛋白质二硫键异构酶的酶活性“英雄无用武之地”。化学计量的蛋白质二硫键异构酶有效地抑制了靶蛋白在复性过程中的强烈聚集,帮助变性3—磷酸甘油醛脱氢酶复性的产率大大提高,其实验结果为蛋白质二硫键异构酶所固有的、与其异构酶活性相独立的分子伴侣活性提供了最早证据。文章没改一个字就被JBiolChem立即接受,在“ShortCommunication”栏目发表,很快得到引用,1997和1998连续两年被评为国内文章被引用最多的10篇论文之一,直到今天仍然不断被引用。王志珍小组进一步用硫氰酸酶做靶蛋白为假说提供更全面的证据,这个工作也获得高的长期的引用。当时他们发现美国一个实验室得到“活性中心是其异构酶和分子伴侣两种活性所必须”结论所依据的实验设计不很完善,立即制备了活性中心巯基化学修饰的酶来检验,果真发现化学修饰酶尽管丧失异构酶活性却保留了全部的分子伴侣活性,从而得到“分子伴侣活性不依赖于酶活性中心”,也发表在JBiolChem的“ShortCommunication”栏目。王志珍手里的化学修饰酶使他们为冲击更加重要的、国际未解决的“区分蛋白质二硫键异构酶两种生物活性”的难题产生了灵感。这个问题必须要在含二硫键的靶蛋白,也就是生理靶蛋白上解决。上海生化所的周元聪教授是蛇毒蛋白专家,他慷慨地为王志珍组提供蛇毒的酸性磷酸酯酶A2,该蛋白只有120多个残基,却有7对二硫键酸。王志珍组设计的一整套实验结果表明,催化量的天然酶(只起到酶的催化作用)只能使磷酸酯酶的复性从5%增加到15%,化学计量的天然酶帮助复性到45%,而化学计量的化学修饰酶(只有分子伴侣活性)不起任何作用,然而催化量的天然酶和化学计量的化学修饰酶共同作用时,则使磷酸酯酶的复性“跳”到化学计量的天然酶帮助复性45%的水平。这个结果表明,绝大部分的天然酶可以被仅有分子伴侣活性但丧失异构酶活性的化学修饰酶所替代,所以绝大部分的天然酶实际是在发挥分子伴侣活性。然而,含二硫键蛋白的折叠包括肽链折叠和二硫键形成两部分,单单异构酶活性或单单分子伴侣活性都不足以帮助它最大程度复性。他们得到的结论是:蛋白质二硫键异构酶的折叠酶活性由异构酶和分子伴侣两种活性组成,而两种活性的协同作用是它发挥折叠酶作用所必需的。EMBOJ审稿者评价该工作“成功地区分了蛋白质二硫键异构酶的异构酶和分子伴侣二种活性”。JohnEllis在1997年发表的综述中把蛋白质二硫键异构酶归入分子伴侣家族。

原核细胞蛋白质的二硫键是在周质腔内由Dsb家族蛋白催化形成,周质腔相当于真核细胞的内质网。内质网是蛋白质折叠的主要场所,拥有多种分子伴侣;但易受环境变化影响的周期内却一直没有发现有典型的分子伴侣。王志珍考虑到DsbC的作用相当于蛋白质二硫键异构酶,它是否也有分子伴侣活性呢?他们的研究提供了DsbC确实也具有分子伴侣活性的证据。后来,最早发现Dsb家族蛋白的一家实验室评价DsbC是细菌周质内第一个被发现有分子伴侣活性的蛋白。王志珍继续深入研究DsbC的二种活性的结构基础,运用亚基杂交,揭示了二聚化结构对发挥分子伴侣和异构酶两种活性的重要性。

蛋白质在细胞和在试管中的折叠有一重要差别,即细胞内的“大分子拥挤”环境。王志珍注意到这个问题,与她的学生李剑(中科院院长特别奖和百篇优秀博士论文获得者)讨论并设计实验,研究了拥挤对同源二聚体的蛋白质二硫键异构酶和6-磷酸葡萄糖脱氢酶的折叠热力学和动力学的影响,以及分子伴侣GroEL对抗拥挤的作用,他们的结果说明因“大分子拥挤”应运而生的分子伴侣的功能在拥挤环境中得到进一步锻炼而提高。为此,王志珍受邀在2002年美国加州Ventura举行的GordonConference上做报告。

王志珍的有关工作鉴定了蛋白质二硫键异构酶和DsbC蛋白的分子伴侣活性,打破了折叠酶和分子伴侣这两大类帮助蛋白的界限,建立了折叠酶帮助蛋白质折叠较全面的作用模式。此后,蛋白质二硫键异构酶作为分子伴侣的生物学功能在越来越多的生理和病理生命活动中被许多实验室揭示。“蛋白质二硫键异构酶的分子伴侣活性以及分子伴侣帮助的蛋白质折叠”获2002年国家自然科学奖二等奖。

王志珍的实验室充其量是个“作坊”,师傅带徒弟,不拥有“高大全”的设备。她的许多实验看似简单,也没有用到许多很前卫很高级的仪器。她常说科学思想以及实验的设计也许是更重要的。她说,前辈科学家在极其落后的条件下曾经做出过世界一流的工作,今天物质条件有了质的飞跃,科学研究的成就和水平是否也有相应的质的飞跃呢?今天尤其要倡导科学家对国家和人民的责任和义务、对科学的激情和痴迷、对事业的执著和奉献。她认为一个人的知识总是有限的,一个实验室的技术手段也不可能是全面的。只要功夫真正下在抓住好的科学问题,善于和别的科学家合作,充分利用国家越来越完善的平台建设,运用多学科交叉,就可以做出一流的工作。近年来,王志珍的研究兴趣深入到蛋白质在内质网中进行氧化折叠过程中电子传递的通路以及一些通路中所涉及的其他酶和分子伴侣的结构、功能、活性调节和相互关系。她与结构生物学家、细胞生物学家、神经生物学家、物理学家和化学家,与意大利、英国、芬兰、俄罗斯、澳大利亚的科学家有了愉快的、有成效的合作。她希望活到老,学到老,在与学生们共同努力探索中、在与年轻科学家合作的研究中,多认识一些问题,多解决一些问题,在科学崎岖小路上永远攀登。

王志珍受国际同行邀请在国际生物物理大会、国际酶工程大会、国际人类蛋白质组大会、国际女科学家和女工程师大会、美国Gordon研讨会、亚太生化大会等国际会议和国外实验室介绍有关工作,撰写综述。王志珍曾以第一完成人获中国科学院自然科学奖一等奖和国家自然科学奖二等奖,以第二完成人获国家自然科学奖二等奖,还获第三世界科学院基础科学奖,何梁何利基金科学与技术进步奖,三次获中国科学院优秀研究生导师奖,以及国家“中青年有突出贡献专家”、中国科学院“十大杰出妇女”、中央国家机关“巾帼建功”先进个人、“全国三八红旗手”、“中国十大女杰”等荣誉称号。

王志珍曾任亚洲大洋洲生物化学和分子生物学家联合会中国代表,生物大分子国家重点实验室学术委员会主任和中国生物化学与分子生物学会蛋白质专业委员会主任。现任十一届全国政协副主席,中国国际交流协会第十届理事会副会长。