云沪深配资陈良怡：看见生命力生命科学研究的范式转变

专题：2025年CC讲坛云沪深配资

　　由北京君和创新公益基金会、中国科学院大学校友会联合主办，主题为“和而不同，思想无界”的CC讲坛第65期演讲2025年4月20日在中国科学院大学（北京玉泉路校区）礼堂举行。来自北京大学未来技术学院分子医学研究所教授陈良怡出席，并以《看见生命力生命科学研究的范式转变》为题发表演讲。

　　演讲实录：

　　我们一出生下来，什么都不知道，我们通过眼睛来看这个世界，换句话说，看见这件事情对于我们去感知外界非常重要。所以很自然的我们去发明不同的器械，比如说望远镜，我们去看世界中极大的这些天文的星体，我们也发明各种各样的超级显微镜，让我们看得更清楚，看到自己里面的细胞。

　　当我们能看到世界和极大和极小的两个极端的时候，我们偶尔也会发现他们虽然在很不一样的尺度上，但是你看到它很类似，比如说我们在这里左边看到的是一个银河，右边是看到的是一个人脑里面的神经细胞连接在一起，而且它们的数量也非常有意思的，非常类似。婴儿出生的时候有1，000万个神经元，这1，000万个神经元的数量也是银河中所有星体在一起的数量。所以要看到这样浩瀚宏大的世界，我们就需要有特别的工具。

　　我也很高兴的告诉大家，在上个月的时候，我们的看极微观的多模态跨尺度生物医学成像设施，也通过了国家发改委的验收，这也是世界上第一个跨越了宏观介观微观十个空间尺度和十个时间尺度的一个重大科学设施，它是一个什么样的设施？我们希望它是一个生命的观象台，以前所未有的方式去融合光、声、电磁核数等等，还要把这些和信息和计算结合在一起，让我们能看得更清楚，我们有一种理念是当我们看得越仔细的时候，我们就能够看到这个世界的万物的本质是这样的吗？

　　我们感觉好像是这样的，大家为什么会这么样想？实际上物理学家卢瑟福在1911年提出来了这样一个原子论，就是原子的中心存在的一个原子核。

　　基于这一条理论，简单的来说，标准模型就是我们去理解万事万物都可以分解成基本粒子，换句话说，我们现在看到的所有的东西可以分解成最基本的粒子，然后把它叠加在一起就得了，这是物理学上说的，在生命科学上也有一个非常有名的叫中心法则，生命的中心法则是什么呢？就是说信息从DNA到RNA到蛋白，信息是这样流动的，一旦到了蛋白就不可逆。

　　如果我们把这两条结合在一起，我们把它分解成生命的最基本的单元，那就是DNA信息存储在这里，所以我们只要知道所有的DNA这些分子的变化，我们就知道了生命的所有的活动的过程了。这就是20世纪最成功的还原论，我们把它拆解成事情的叠加。通过还原成分子的研究，人们解析了很多疾病的致病机制，比如说很多的单基因遗传病，比如说地中海遗传病，比如说肌肉萎缩症等等的有7000多种，遗传罕见病，我们都可以把它归结成某一个基因的突变。

　　还有很多的疾病是跟染色体异常有关的，甚至对于很多的复杂疾病，比如说老年痴呆症、自闭症、肿瘤、糖尿病，我们也可以找到某些基因，它发生突变以后，这个疾病会发生。

　　在这我想提醒大家注意的是，以糖尿病为例，真正能够找到某一个基因突变，导致这个疾病发生的只是占整体的沧海一粟，只有1%~5%。为什么？首先糖尿病是一个非常严重的人民的健康问题，2021年的时候，全球有5.29亿的糖尿病患者，咱们中国也有1.4亿，那么这一年糖尿病导致的全球的卫生支出它的费用是9，600亿美元，我们国家来说是6，200亿人民币，那么它导致的死亡在那一年是160万人死亡的直接原因。

　　如果不算直接原因，它也会导致心血管死亡和肾病的死亡，它是个并发症。

　　对于我们来研究科学的来说，我们知道这个疾病影响很重要，我们想理解这个过程，首先我们要理解血糖是怎么来的，当我们吃了饭以后，我们的食物在我们的胃和肠道消化以后，变成葡萄糖，那么葡萄糖会经过我们的血管输送到我们的全身，给我们的大脑身体来提供使用。

　　当血糖升高的时候怎么样控制它？在胰腺里面有一类的细胞叫做胰岛β细胞，它能够感受到糖的升高，然后分泌胰岛素，胰岛素会作用在你的肝脏，你的脂肪，你的肌肉，告诉你的身体说血糖升高了，你们现在把多余的糖收集回来，这样血糖就降下来了。

　　值得一提的是在你的体内只有这一种唯一的胰岛素云沪深配资，它是可以降血糖的。

　　我们的胰腺是这样的一个结构，在胰腺里面这样的一个器官叫胰岛，一个人的胰腺里有100万个胰岛，我们把它放大开来一看，它是由很多种细胞主要是4种，红色的是β细胞，绿色的是α细胞，蓝色的是δ细胞比较少，还有一些其他的细胞，当我们的血糖升高的时候发生什么事？

　　这横轴是时间，纵轴是我们测量到的胰岛素分泌，当血糖升高的时候，在正常的人里面我们看到了胰岛素是一个快速的第一项和慢速的第二项。当二型糖尿病的病人，我们去测量它的时候，我们会发现快速的第一项没有了，所以胰岛素不仅仅是二型糖尿病，不仅仅是肥胖或者胰岛素抵抗，更重要的一个原因是他胰岛素分泌不及时，为什么这么说？

　　因为之前做过这样的一个实验，非常肥胖的糖尿病病人去做一个胃肠转流的手术，这个时候做完手术，两周以内，这个病人肥胖是依旧的，胰岛素抵抗是依旧的，但是血糖很神奇的就恢复正常了。

　　这个时候你去测量，你就会发现第一项回来了，所以这样的第一项，它分泌的快和慢是很重要的，它是怎么发现的？一个科学的发现，实际上是一个漫长的过程。

　　 1960年的时候，美国科学家戴森发明了一个方法，用一个免疫的方法可以去测量血浆中的胰岛素。1968年的时候，博奥斯基教授提出了一个理论，快的是因为有一群的胰岛素，他准备好了，你一给刺激他马上就能走掉，慢的是他慢慢的过来的过程，但是这个理论没有分子，不知道怎么做，对吧？

　　我们需要把它进一步分解。1991年的时候，埃文内尔教授获得了诺贝尔奖，他的工作是可以把这个器官上的每个细胞分离出来，可以去记录细胞上的单个的离子通道，甚至是单个的囊泡的分泌。在这个细胞上他就看到，这里面有两群的囊泡，有一群离的细胞近，有一群离的细胞膜远，它们的分泌是快慢的。

　　 2000年的时候，牛津大学的派克罗斯曼教授把这个理念用到了我们刚才说的胰岛β细胞上，他去做实验，是不是因为这两类不同的囊泡介导了快速的和慢速的分泌的过程，有了这个想法以后，他就说我们去找到分子，是不是能够阻断它？

　　基于这一些证据，在2005年的时候，大家认为两项分泌的机制我们已经很清楚了，这个领域没有什么好做的了，这个理论真的对吗？在十年前我们开发了一个方法，第一次让我们可以在整个胰岛里面，既看到一个个闪烁的星星，就是囊泡的分泌，还有细胞，还有整个胰岛。

　　我们一下子同时看到了这三个不同的层面，我们可以看到在葡萄糖刺激的时候，闪烁的像星星一样的单个的胰岛素的囊泡的分泌事件。在这个过程中，2014年的时候，诺贝尔化学奖给了超高分辨荧光显微镜，就是让我们看得更清楚，但是之前大家如何能够在活细胞上看到这个过程仍然是一个困难的难题。

　　在过去的十年内，我们开发了我们自己的国产的超级显微镜，我们可以在活细胞上，比如说这儿看到的是细胞内的你的能量产生的线粒体，你看到它动态的，这是细胞里面的房子的骨架，这个是细胞内的内质网和线粒体，我们甚至可以在活的老鼠上，看它里面神经元的结构是什么样子。

　　当我们看得更清楚的时候，这个过程实际上我们虽然是在做生物学的问题，但是在某种意义上我们也变成了一个物理学家和显微镜的开发者，因为要解决我们的核心问题，对吧？

　　有了这些以后，我们就可以看得更清楚，看得更全面。我们可以同时用4种颜色看到，比如说钙离子，这是用绿色的闪烁的、红色的一个个的囊泡的分泌，黄色的就是我们刚才说的线粒体提供能量的，然后黑色的代表细胞里面的细胞核，那么我们做这样的一个实验，我们做一个下午的实验，我们就会产生几十个G的数据，上百G的数据。

　　接下来一个很自然的问题就是说我看见了我能够量化它吗？我能够分析这个现象吗？所以这也是一个历经了10年的非常曲折的算法的开发。我们又从生物学家变成了一个计算机算法工程师，这样我们才能够真正的把生命现象分析清楚。分析清楚了以后，我们新的方法和传统文化不一样的在哪里呢？

　　不一样在于我们现在不仅知道了胰岛素分泌的总量和动力学是怎么样，我们知道它在哪个时间和哪个空间分泌出来，这里面不是每个细胞都是一样的在工作，你怎么去定量化这件事情呢？我们口说无凭，做科学，我们第一是客观，我们在这就做了这样的一个分析。这个时候就来到了一个非常有意思的一件事情，就是在胰岛里面存在着一小群的β细胞，40%的β细胞贡献了80%的胰岛素分泌。

　　换句话说跟咱们人群是一样的，一少部分的人干了一大部分人的活，所以我觉得咱们今天在场的肯定都是干活的那一个，因为在星期天的下午还在这听报告。我们发现这个现象非常的有意思，但是它是随机的吗？是不是你今天刺激一下是这些，或者大家是轮班干活，还是老是那些人在干活，所以我们就给他了两轮的刺激，每一轮我们都看哪些细胞在干活，我们很神奇的发现干活的细胞总是在干活，不想干的，老是不干。

　　胰岛其实是一个小社会，它这里面不仅有它自己的β细胞，它还有α细胞，还有δ细胞，其中δ细胞最容易被大家忽略，因为它的数量很少，但是我们发现它反而可能最重要，它可能是司令官，为什么？

　　因为δ细胞会分泌一种激素叫做生长抑素，它会抑制β细胞，也可以抑制α细胞，我们可以去做这样一个实验，我们加一个药去模拟抑制δ细胞的效果。你会发现加了药以后第一项就增加了。在某种意义上说，这种不干活的是因为受到了它旁边的坏的影响，δ细胞的抑制的作用，对吧？

　　我们就得到了一个信息，之前大家可能不太知道的就是两项分泌这件事情是一个生理过程，它不能够被在细胞水平上的敲减实验所完整的描述，

　　对于胰岛来说，它也是一个小宇宙，我们用成像可以看到这里面不同的细胞的相互作用，它们的相互作用很重要，来控制了胰岛素分泌和两项调控。胰岛素两项分泌对于糖尿病很重要的20年的一个全新的机制。我们的工作也入选了《Nature review into policy》去年的年度研究。

　　我在这儿给大家展示的只是一个例子，糖尿病是一个复杂的疾病。其实你看中国的东方的古典智慧，生命是一个整体，世界是一个整体，阴阳相互作用。

　　如果我们回到西方的哲学上面，在三个世纪之前康德就说过，生命是很多部件的叠加，它的功能同时取决于个体和整体的叠加的形式，相互作用的形式，生命是一个整合的远离平衡态的复杂的系统。

　　在某种意义上来讲，一个细胞就是一个十微米的小宇宙，一个大脑是一个1.5千克的小宇宙，一个人体是一个我们可以爆发的人体的小宇宙。

　　在这些十个数量级的空间尺度和时间尺度上，它还叠加了很多的分子信息，包括转入组，包括蛋白组，包括代谢组，每一种组学都有几万个分子，所以在这个意义上来讲，生命是最复杂的物质信息和能量相互作用的系统。

　　今天的生命科学其实和很多人想象中的不一样，它不仅仅只是一个穿上白大褂去做老鼠的实验的一件事情，在某种意义上来讲，我们的研究范式从自由探索提出一个假说，然后去实验求证，要迁移到一个基于数据驱动，基于人工智能为新动能的这样的一个范式的转变，从还原论定性的研究变成一个整体和定量的研究。斯坦福的史蒂文奎克教授他提出了理念我们要把人工智能和成像结合在一起，我们要去打造一个数字细胞，这个数字细胞不是一个物理上的一个简单的拷贝，不是一个复印式的拷贝，我们希望看到什么？

　　我们希望重建生命的动态的变化，我们希望揭示在生理和病理过程中，他们在不同的尺度上的机制，我们希望去量化理解生命的本质的规律。

　　看见生命力的意思是说不仅是看到极小极微观的这些分子，我们更希望看到的是在不同尺度上它们相互动态作用的这样一个过程。

　　谢谢大家。