武林：赤诚无畏，做免疫治疗的“多面手”

拨转马头

时间回到2015年，金秋十月的美国，纽约。

在马萨诸塞州的一个度假酒店,纽约大学Skirball研究所一年一度的学术交流盛宴正在进行，30余个课题组聚集一堂分享他们最新的科学成果。白天是密集的学术报告，晚上是海报展示时间，交流经常会进行到深夜，科学家们没有感觉到疲倦，在夜幕垂帘，月上中天时，科学思想的深度碰撞才刚刚开始。

当天，时任纽约大学终身教授的甘文标，分享了课题组近期关于睡眠与学习对突触链接调控的“漂亮”工作，相关内容发表在Nature、Science 等顶刊上。自甘文标首次研发出了经颅双光子活体显微成像技术，就打开了神经元突触变化的“黑匣子”，开创了神经元突触与学习记忆、睡眠、小胶质细胞等研究的新领域，其相关研究不断刷新科学界对大脑可塑性机制的认知。

晚宴时分，甘文标在学生的簇拥中耐心解答问题，几个其他课题组的PI前来了解甘文标课题组研究的详细情况，期望在几个方面开展合作。

甘文标没有想到，当晚更多的时间花在了和一个中国年轻人的辩论上。

“小胶质细胞可能并不释放BDNF”，这个语速飞快，充满干劲的小伙并没有像一些学生一样对甘教授毕恭毕敬，他对甘文标课题组2013年发表在Cell 上的一篇论文结果产生了质疑。

甘文标从来不害怕被挑战，科学在质疑中进步，真理越辩越明。一幅幅科研海报前人们还在往来驻足，而这场关于“小胶质细胞”的辩论成为了甘文标今晚的“主旋律”，直到大厅里人烟渐次稀少，辩论还远没有结束。

这仅仅是第一个回合，也是在这场“焦灼”的讨论中，甘文标认识了眼前这个叫武林的年轻人。

这是武林在纽约大学做博后的第三个年头，此前他在香港科技大学张明杰课题组做内耳耳毛细胞研究，揭示了内耳耳毛细胞发育中USH1蛋白的相互作用网络，解释了部分USH基因突变致聋的分子机理，提供了tip link抵抗声波冲击的分子模型。这些发现让他以一作身份在Science 等杂志上发表了论文，给博士阶段画上了圆满句号。原本拿着这个成果，武林可以和许多其他同学一样在国内找一份安稳的教职。

而武林对自己的人生规划远不仅于此，在他的脑海中有一个更大科学蓝图需要去勾画。虽然可以发好的文章，但对科学全景的认知只是管中窥豹，“如果不知道怎么生产一辆汽车，你就不知道天天在拧一个轮胎上的螺丝是在干什么”，武林说，他希望自己能够拥有更广的视野，从而具备一种判断力，做能推动科学进步的工作，也可以解决实际疾病的问题。

如何才能让自己具备这种能力？这个问题武林思考了半年。

出于攻克疾病的目的，武林锁定了两个对自己来说“全新”的领域，一个是免疫，一个是当时正热的干细胞领域。半年的时光里，武林阅读了大量的文献，遥在美国的Dan R. Littman实验室在免疫学领域做出的系列开拓性工作让他心潮澎湃。Dan Littman在几十年的科研生涯中一直在引领免疫学的发展，之前鉴定CD4和CD8 T淋巴细胞并描述了它们的分化程序；鉴定出HIV受体，帮助了大量HIV感染患者。这些都是教科书上引领时代的发现。近期Littman实验室还找到了诱导Th17细胞分化的细菌，透彻地研究了Th17细胞分化的分子机制、细胞的作用及导致的相关疾病，并找到抑制这种细胞分化的小分子，有希望用于治疗一些免疫性疾病。Dan Littman工作的深度和广度让武林非常钦佩，从一个基础的科学发现抽丝剥茧描绘出“完整地图”给患者带来福音的工作，在当时的武林看来，这正是他想要做的，基础且能“改变世界”的科学。

凭借博士阶段的出色工作，武林毫无悬念敲开了Littman实验室的大门。在这个世界的十字路口上，华尔街的摩天大楼高耸入云，百老汇的歌舞剧幕光影摇曳，纽约大学星罗棋布在熙攘繁华的商业中心区。对于武林来说，这里灯火通明的是科学的浩海繁灯，在纽约大学的校园里各类学术报告遍地开花，随意敲开一扇大门就是最前沿的科学分享。奔跑在曼哈顿东河边，武林感觉到自己科学的蓝图正在逐渐变得丰富饱满……

曲径通幽

诚然，科学的道路从来不是一片坦途。

在Littman实验室大家秉承着一个共同信念——科研要能清楚地解决一个重要问题。发顶刊文章从来都不是这个实验室的目的，重要的是核心问题是否能“滴水不漏”地解决，只有掌握到十足的状态下，文章才会发表。在否定掉N个没那么重要的课题后，武林的目光聚焦在一个极具挑战性的科学问题上，如何在抑制致病性Th17细胞功能的同时保留有益的Th17细胞的活性？

异常活化的Th17细胞可以造成多种自身免疫病，但是也有很多有益的Th17细胞是人体所需要的，他们可以保护我们免受细菌和真菌的感染。由于致病性Th17和非致病性Th17有着相似的核心分化程序和细胞因子网络，目前流行的通过阻断这些程序的治疗方式会不可避免地抑制非致病性Th17的功能。另外，有一些病人对这种Th17程序阻断的疗法并无反应。这些问题都提示了寻找新的治疗靶点的必要性。

有没有一种方法可以通过作用在非Th17程序相关的分子上，来特异性地抑制致病性Th17，而不影响非致病性Th17？虽然有许多科学家也在尝试解决这个问题，但并没有很好的解决方案。

透过表象，看清细胞的本质。武林找到了一个强而有力的合作伙伴——单细胞数据分析软件Seurat开发者Rahul Satija。2014年，在Seurat首次刊登发表之后，Rahul搬到了纽约基因组中心开始组建自己的实验室，出于研究需要武林主动找到了Rahul，而Rahul也需要一个有生物学背景的成员，在此契机下，武林成为了Rahul实验室联合培养博士后。

2015年初，武林和Rahul就获得了小鼠体内三种组织中的所有CD4 T细胞的单细胞测序结果，这可能是世界上第一套完备的ex vivo CD4 T细胞测序结果，几千个细胞全部手动，而且data质量非常高，要远优于后面同年其他课题组在Cell 上发表的专门做in vitro单细胞测序的文章，不过武林和合作者一直等到5年后才发表。

通过单细胞测序的方法，武林找到了一系列在致病性Th17中高表达的基因，如何找到发挥重要作用的异质性基因？以往的做法是用基因敲除小鼠来探究特定基因在体内的作用，但一个基因敲除小鼠需要培育至少一年以上，且价格昂贵，用这种方法敲除几十个基因来比对结果，显然很不现实。

这个难题促使武林开发出了一种基于CRISPR技术的全新体内静息T细胞基因敲除方法，避免了体外培养、激活、标记筛选等一系列繁琐的操作。“后来有研究者开发出类似工具发表在Nature 上，但当时我还是没有发表，重要的是用这个方法先解决问题”，武林说。

虽然在科研的道路上，武林已经开足了马力，他日以继夜试了一个又一个候选基因，在试完第三十个的时候，选择性被致病性Th17需要的基因，却始终找不出来，此时时间已经过去了近两年。

夜晚的纽约街头下起了淅淅沥沥的小雨，斑驳的积水映衬着武林略显疲惫的面庞。在嘈杂的大街上走着走着，武林遇到了也刚从实验室出来的甘文标，自从第一次的“唇枪舌战”后，甘文标遇到武林总会和这个小伙交流几句，在小胶质细胞方面双方也有了进一步的合作。

“头发都掉了好多”，武林对甘文标坦言，彼时的甘文标不久前刚回了趟国。时任北京大学深圳研究生院院长的吴云东邀请他一起参与一个新机构的规划。那是一个颇显宏大的规划构思，立足湾区，比肩国际，汇聚世界一流生物医学科学家的科技创新高地在筹划中，宏图中描绘的正是深圳湾实验室的雏形。

“有没有兴趣回国？深圳有一个难得的机会。”2017年底，这是甘文标第一次向武林提到去深圳湾实验室工作的可能性。武林没有丝毫犹豫地拒绝了，当时的他只有一个目标，对自己选择的科学问题，必须要解一个答案出来。

摆在武林面前的只有两条路，要么放弃，意味着过去几年的努力都白费；要么坚持，坚持也可能陷入另一个“死循环”。连续几天，武林盯着过去实验的数据反复研磨，在造成细胞死亡的数据里，有一条代谢通路的高表达引起了他的注意，但代谢是武林完全不懂的领域，在这看似唯一的希望里，武林选择拼尽全力，不吝啬一丝力气。

“Behind every hero is a desperate person”，武林说，“如果不是感觉到绝望，我不会花时间在一堆‘没用’的数据上，研究自己当时完全不懂的代谢通路。”

经过半个月的重新思考，一个巧妙的思路在武林的脑海中逐渐清晰。是否存在一种可能，通过设置路障让代谢绕远路走，从而降低代谢通路的活性，让高依赖的致病细胞死亡，低依赖的非致病细胞不受影响。

沿着这个思路，武林重新搜索候选目标，最后选定了糖酵解通路中的Gpi1。虽然Gpi1是通路中的一环，但是相比于其他的糖酵解酶，它在通路中的位置非常特殊，它的底物可以进入另一条“公路”，当Gpi1被阻断时，葡萄糖分子只能被迫绕一大圈后继续回到糖酵解通路上来，这样可以降低糖酵解活性，但是并不会完全阻断糖酵解，避免了细胞死亡。而其他糖酵解酶的抑制则会彻底阻断糖酵解通路造成两种细胞的无差别死亡。

障牌放在山上和山下是两种不同的结果 – 在山上可以彻底阻断通路，在山下不会影响通路的运行

迷雾中现出一线光亮，在敲除糖酵解通路中的Gpi1后，那个武林等待已久的结果终于出现，需要高糖酵解活性的致病性Th17完全被抑制住，而低糖酵解活性的非致病性Th17没有明显影响。

当厘清Gpi1在两种Th17细胞中被选择性需要的机制后，武林意识到自己一开始的想法并不完全正确。Gpi1的敲除确实导致糖酵解通路绕路走，也确实降低了糖酵解活性，但是这并不是导致两种细胞表型差异的根本原因。真正的原因是在糖酵解通路和其他代谢通路组成的网络结构中，非致病性Th17细胞可以重排多条代谢通路的运行模式来保证Gpi1敲除细胞的能源和物质供应；而在自身免疫病的组织微环境中，有些需要被重排的通路被组织微环境天然阻断了，导致细胞无法获得需要的能量，只好死亡。

武林用地铁线路作比喻，“这类似于当我们人为暂停地铁一号线时，通过加强二三号线的运行速度来保证城市交通的正常运行。但是如果下了暴雨，需要加速的二号线被水淹了，那城市交通就会瘫痪。”Gpi1这种选择性需要的实质是代谢网络的灵活性和组织微环境因素博弈的结果。组织微环境成百上千种，代谢网络包含了300多条交错在一起的通路，“我们目前发现的只是冰山一角，顺着这一思路，还有更多在科学和临床上有价值的代谢靶点会被发现”，武林说。

细胞中的“地铁线”，图片所展现的只是部分代谢通路。图片来源于Biochemistry 8th Edition

Gpi1特异性抑制的方法，可能让对目前治疗方式无感或者副作用过大的患者受益。同时，由于可以被人体大部分细胞所耐受，相比于目前靶向其他糖酵解酶的高毒性抑制剂，这种方法很可能能够应用于临床，在肿瘤和多种免疫炎症等高度依赖糖酵解活性的疾病治疗中发挥作用。2020年7月1日，武林以一作和通讯身份在Cell 上发表了这项工作。

Gpi1在不同环境中的选择性冗余提供了特异性抑制致病性Th17细胞的方法

“我可能也是比较幸运，因为也有可能再敲30个基因还是一无所获，所以我看人比较平等，有些人没有得到想要的，可能只是运气不好”，回顾过往武林总结道。

矢志初心

2020年的夏天，纽约的阳光格外明媚，过去7年武林曾无数次地穿梭在纽约大学医学院旁的第一大道上，如今站在枝繁叶茂的树下，武林想是时候换一换眼前的风景了。

这明媚的阳光却被突如其来的疫情笼罩上了一层阴影，美国高校人员招聘骤停，与之形成对比的是，大洋彼岸的故土中国近些年对科学的投入大量而快速，正力争将科学研究水平推入世界第一方阵。

武林和课题组成员

“回国试一试”，下定决心后，武林迅速开展行动。短短2个月时间，通过网络面试，武林收获了国内多所顶尖高校offer。几经周折买到回国的机票，从纽约中转法兰克福落地上海，武林在拿到offer的北京、上海、深圳几大城市“考察”了一圈。

2021年的10月，在深圳大梅沙吹过海风，登顶过大南山，体验过深圳人的高效和友善，武林在朋友圈兴奋地写道：“实在找不到不喜欢这个地方的理由”。横跨了5年时间，武林正式成为深圳湾实验室神经疾病研究所的一名特聘研究员。

深圳是勤劳者的城市，勤劳是科学家的基因。妻女还在美国的武林更加全身心地投入在科研工作中，经常在周末和其他PI讨论课题到深夜。

这种讨论在神经所研究员们的午餐时间也不会被放过，边吃午餐边轮流做学术报告已成为神经所的习俗。“挑刺”学术报告人是最津津有味的“一道菜”，神经所的PI的问题一个比一个犀利。

“希望大家对我别太苛刻”，虽然在一次午餐分享会中武林做了这样的开场白，但此次参会的甘文标、张勃、张喆、袁文，包括一位来自日本的访问研究员Yamamoto，并没有给武林太多“喘息”的机会。

板书很快被武林写满，在接连不断的挑战性问题中又被擦拭重写。武林搜肠刮肚地在极短的时间内把自己研究的几个方向演绎的越来越详尽。

午餐会的讨论几度白热化，大家时常激烈地辩论，对稍微模糊之处都要刨根问底。在长达4个小时的切磋中，终究还是碰撞出了让人欣喜的火花。阿尔茨海默症患者大脑的糖代谢是很低的，哪种细胞主导了糖代谢的降低，糖代谢降低是为了抵抗阿尔茨海默，还是促进了阿兹海默，还是阿尔茨海默症导致的糖代谢降低，这个“鸡生蛋还是蛋生鸡”的问题科学还没有清晰的解释。武林的工作刚好可以为这个问题提供方案，这也将成为他和深圳湾许多课题组新的合作方向。