华裔光遗传学发明者不应该被遗忘的故事-凯时尊龙官网

►潘卓华，在底特律韦恩州立大学的实验室。 图片来自statnews.com

撰文 | 安娜•维拉斯提（anna vlasits）

翻译 | 陆绮（韦恩州立大学博士后）

校译 | 王承志、李研、陈晓雪

责编 | 陈晓雪

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►光遗传学发明的时间轴。制图：陆绮

医学的下一次革命性进展可能来自一个使神经细胞对光敏感的新技术。该技术被称为光遗传学，是近几十年来神经科学领域的重大突破之一。它对治疗失明、帕金森氏病以及缓解慢性疼痛等都具有潜在的应用价值。此外，它被广泛用于探测动物的大脑工作机制，促进了科学家对睡眠、成瘾和感知系统的理解。

所以，当被誉为光遗传学发明者的两个美国人在科学界受到摇滚明星一般的待遇时，这并不奇怪。他们是斯坦福大学的卡尔•戴瑟罗斯（karl deisseroth）和在麻省理工学院的爱德华•博伊登（edward boyden）。他们最近几年已经获得数千万美元的经费，并赢得数百万的奖金，这使他们的实验室拥有最好的设备和最聪明的人才。二人也广受媒体赞美，并且在世界各地的会议中被视为明星。人们认为他们肯定会获得诺贝尔奖。

然而这个故事中却忽略了一个问题：也许是潘卓华第一个发明了光遗传学技术（编者注：“知识分子”、关于光遗传学技术的两篇文章曾介绍潘卓华实验室的工作）。

许多神经科学家甚至从来没有听说过潘。

潘卓华，现年60岁，是一位在底特律韦恩州立大学医学院工作的视觉科学家。他的研究生涯始于他的祖国——中国。20世纪80年代他赴美留学并获得了博士学位，此后一直在美国开展研究工作。他戴着金丝边的眼镜，鼻翼宽厚，脸上有深深的法令纹。他的同事们形容他是一个纯粹的科学家：谦虚，敬业，谨慎。

潘最初的研究是治疗失明。在21世纪初，他一直在寻找一个合适的光敏蛋白，将这个光敏蛋白表达在盲人剩余的视网膜细胞上，从而接替了已经死亡的感光细胞的功能，从而使盲人恢复视力。这就是光遗传学技术思想的精粹——将一个可以把光信号转换为电信号的蛋白放入神经元中。通过这种方法，科学家可以通过投射光线到神经元上来远程刺激神经元，从而操纵大脑神经网络。早期利用光控神经元活动的尝试，因为缺乏合适的光敏蛋白而失败，这些控制神经元的实验方法并没有流行起来。

而2003年光敏感通道蛋白(channelrhodopsin，chr2)的发表改变了一切。

光敏感通道蛋白来自于绿藻，捕捉到光子后蛋白通道打开，阳离子进入细胞，从而帮助藻类朝有光的地方泳动。

“这是我一生中最让我激动的事情之一，”潘卓华说。“我想，哇！这就是我们正在寻找的分子。这就是我们正在寻找的光传感器。”

2004年2月，他将光敏感通道蛋白在体外培养的视网膜神经节细胞上成功表达了出来——神经节细胞是视网膜的第三级神经元，负责将视觉信号直接传输到大脑的神经元。光敏蛋白表达在神经节细胞上，神经节细胞获得感光能力（译者注：即可将光信号转化为电信号）。沉浸在初试成功的兴奋中，潘卓华向美国国立卫生研究院（nih）申请了基金。nih授予他30万美元的资助并评论说，他的研究是“一个前所未有、极富创意的想法，开拓了一个未知的领域”。

►光敏通道蛋白和绿色荧光蛋白。 图片来自statnews.com

但是当时潘卓华并没有意识到时间的紧迫性，实际上当时在美国和世界各地的其他研究小组也在尝试将光敏感通道蛋白在神经元上进行表达。

卡尔•戴瑟罗斯和爱德华•博伊登当时在斯坦福大学工作，当时戴瑟罗斯即将结束完成自己的博士后研究，而博伊登即将博士毕业。另外，至少还有两个实验室在同时进行这项研究，他们分别是凯斯西储大学（case western reserve university）的斯蒂芬•赫利茨（stefan herlitze）和 林恩•兰德梅塞（lynn landmesser）实验室，以及日本东北大学（tohoku university）的hiromu yawo实验室。

而且他们也不是唯一想到利用光控制神经元活动这一方法的人。到2004年，格罗•米森伯克（gero miesenbock）和理查德•克莱默（richard kramer）已经发表了使用其它更复杂分子系统实现这一目的文章。但是光敏感通道蛋白才是令这个领域即将产生革命性变化的工具。

斯坦福大学的研究组使用光控制神经元已经试了相当一段时间。他们也注意到了2003年介绍光敏感通道蛋白的论文。2004年3月，戴瑟罗斯与发现光敏感通道蛋白的作者乔治•内格尔 （georg nagel）联系，询问是否可以合作，分享光敏感通道蛋白的dna，这样博伊登就可以尝试在神经元中表达光敏感通道蛋白。2004年8月，博伊登在培养皿中的细胞系上表达了光敏感通道蛋白，并通过把光照射在培养皿中的神经细胞，记录了神经电活动。

六个月之前，潘卓华在视网膜神经元上已经完成了同样的事情。然而他被抢发了。

博伊登，现为麻省理工学院教授，当stat（译者注：stat是美国一家专注于健康和医学前沿报道的媒体）告诉他是潘卓华第一个做出实验时，他感到非常惊讶。

“哇，有趣。我不知道这件事，”博伊登说。

 “当事情得到证明，反过来想想科学是如何进行的很有趣。”他补充说，同时指出科学家的工作正是建立在彼此的工作之上，有时合作，而有时则是平行工作，争先恐后地踩在别人的肩膀上。“这可以算作是有意和无意的团队合作吧”，他说。

斯坦福大学的新闻办公室说戴瑟罗斯无暇接受采访。在对stat提问的回复中，发言人布鲁斯•戈德曼（bruce goldman）写道，“潘的研究与利用光遗传学去开拓精准神经科学的一个新领域相去甚远。戴瑟罗斯博士那篇发表于2005年、被广泛引用的文章展示了这一潜力。”

潘卓华说，他可能在几年前曾向博伊登提到过他实验的时间节点，但是，潘表示，“我不想花太多时间谈论这个，因为这会让人们感到不快。”

这个反应与潘卓华一贯的处事方式是一致的——勤奋、严谨、低调。韦恩州立大学是一个小学校，科研成就并不知名。潘卓华获得博士学位也是在一所州立大学，然后做了几十年不为人知的研究。这些东西可能已经影响到了下面发生的事情，那就是当他试图向世界展示自己的发明时，却得不到重视。

  
►潘实验室中的一个人眼模型。 图片来自statnews.com

2004年的夏天，潘卓华在研究如何让光敏感通道蛋白进入活体动物的眼睛这个问题。他确定了使用病毒作为载体的方案，病毒可以很好地转染眼睛内的神经细胞，并使光敏感通道蛋白 dna进入细胞内部。他的合作者亚历山大•迪祖（alexander dizhoor），现为萨卢斯大学教授（salus university），改造了光敏感通道蛋白的基因，并加入蓝光下发出绿色荧光的蛋白（gfp），这样他们就可以跟踪光敏感通道蛋白进入了哪些细胞。

2004年7月，潘给他的第一个老鼠注射了病毒。大约五周后，他取出视网膜进行观察，看看这种病毒转染的方式是否工作。他所看到的是一片绿色的海洋——数以千计的神经节细胞拥有光敏感通道蛋白的表达，依据是在其细胞膜上表达有绿色荧光蛋白。他在这些细胞的其中一个插入电极，打开一盏灯的开关，细胞产生了一连串的电活动。这证明光敏感通道蛋白是工作的。这只是第一步，但它是革命性的一步——表明潘卓华的方法可能确实能够让盲人重见光明。

“一切都美极了，”潘说。

于是潘和迪祖写了一篇关于他们的工作的文章。根据潘出示给stat的投稿函，他们于2004年11月25日将论文提交给《自然》（nature）。在《自然》的编辑建议下，他们将论文转到更为专业的《自然-神经科学》（nature neuroscience），遭到拒稿。次年年初，他们改投到《神经科学杂志》（journal of neuroscience），文章得到评议却再次被拒。

心灰意冷的潘卓华开始修改他的论文，并于2005年5月参加在佛罗里达州的劳德代尔（fort lauderdale）举办的视觉与眼科学国际会议（association for research in vision and opthamology conference），仅用15分钟时间，他描述了在神经元上表达光敏感通道蛋白的工作。这一报告是发明时间表上他最为清晰的一个标识。

接下来发生的事情使这一报告变得至关重要。几个月后的2005年8月，《自然-神经科学》上发表了一篇关于使用光敏感通道蛋白做出神经光敏反应的报道。该文章的作者是爱德华•博伊登和卡尔•戴瑟罗斯。

潘卓华通过一个同事得知了这一消息，同事给他电邮了论文。“我觉得很糟糕，很糟糕，”潘卓华说，停顿了一下。“我们觉得自己不太走运。”

戴瑟罗斯和博伊登的实验与潘略有不同。他们只是演示了他们可以使用光敏感通道蛋白来控制神经元在培养皿中的活动（译者注：这一点潘卓华早已做到）；潘直到可以使光敏感通道蛋白在活体动物上工作才发表他的文章。戴瑟罗斯和博伊登则显示对这一过程的时间控制达到了难以置信的精确，一毫秒就可以做到打开亮光控制神经元。但他们的技术本质是相同的：他们用光敏感通道蛋白成功地使一个神经元对照明起了反应。

斯坦福大学的论文在很短时间内就引起了轰动。这项工作极大地改变了戴瑟罗斯的和博伊登的职业生涯，他们获得了很多大笔资助，戴瑟罗斯在斯坦福大学和博伊登在麻省理工学院实验室也吸引到很多有才华的学生。《纽约时报》在2007年开始撰文介绍戴瑟罗斯与光遗传学的突破，论文的引用呈指数增长状态。

►爱德华•博伊登，mit媒体实验室。 图片来自statnews.com

而当潘卓华2006年4月将他的论文发表在《神经元》（neuron）时，它受到的待遇基本上是无人在意。理查德•克莱默（richard kramer），这位加州大学伯克利分校的神经学科学家也研究视力，他回忆说，“这并没多少创意，它只是‘哦，你看，你可以把光敏感通道蛋白表达在大脑神经元中，你也可以把它用在视网膜神经元上。’这令人印象深刻吗？没有。”

只是几个月的时间差，却似乎造成了一切的不同。

►潘实验室中使用的细菌培养皿和解剖工具。 图片来自statnews.com

为什么潘卓华的论文无法最先发表呢？他可能永远不会知道答案。在博伊登的论文出来后，潘写信给在《自然-神经科学》的编辑，质问他们为何拒绝了他的论文。而发表了博伊登的文章。

在回复中，编辑解释说，论文是相似的，但博伊登等人的论文中呈现出来的是一个新技术，而不是一个科学发现。潘卓华的文章看起来过于狭窄，只关注使用光敏感通道蛋白恢复视力，而博伊登等人的论文视野开阔，将光敏感通道蛋白视为神经科学的一般工具。 

而其他研究人员提交给《神经科学》杂志的评审意见却恰恰反映出其他科学家对潘卓华工作的意见。有一位评审成员非常喜欢它，只提出了需要改进的一些小建议。另外一位评审员，在一长段评语中称这项研究“雄心勃勃”却又“非常初级”，并总结说“这篇文章呈现出来的内容太少，无法吸引到大多数神经科学家”。

事后看来，潘卓华的合作者迪祖读到这些评论时不禁大笑。2006年，审稿人最终为潘卓华文章的扩增版本开了绿灯，文章经过少许修改后发表。

但是，这并没有让潘卓华跻身于光遗传学的名人之列。在发表方面，他已很晚了很多，三个不同的小组已经在他之前发表了关于光敏感通道蛋白的论文。他也并没有分享到戴瑟罗斯和博伊登在2013年拿到的大脑奖（the brain prize）（6位光遗传学的发明人分享了100万欧元。译者注：大脑奖为神经科学领域最高奖）和2015年的生命科学突破奖（戴瑟罗斯和博伊登分别获得300万美元）。

2005年以来，因为光遗传学的工作，戴瑟罗斯已获得在美国国立卫生研究院超过一千八百万美元的资助，而博伊登获得的超过了一千万美元。两人还有其他重大项目，每年为他们的实验室带来额外的资助。博伊登是一个多产的演讲者，曾在ted做过多次演讲；戴瑟罗斯是《纽约客》（the new yorker）2015年一个深度人物特写的主角。

►卡尔•戴瑟罗斯在加州山景城接受2016年生命科学突破奖。 图片来自statnews.com

而另一方面，潘卓华在过去十年勉强得到累计三百多万美元的研究资助，并只有一项美国国立卫生研究院的基金——这是维持一个实验室运转的最小数目了。他工作的大部分荣誉都来自韦恩州立大学。根据他的网页介绍，他被邀请参加过几个报告 ——最近一次是在俄罗斯一个技术展的报告会上。

►潘卓华在他继续光敏通道蛋白研究的韦恩州立大学实验室中。 图片来自statnews.com

整个事件引发了如何定义在科学上发明一件事物的讨论。这是在近些年来一直困扰着科学家们的问题——包括正在进行的crispr专利之争——研究变得越来越全球化，生物技术和医学发现的成果比以往任何时候都变得更有价值。

答案，结果显示，因背景的不同而来回改变。

学界同仁往往首先认为第一个发表论文的科学家是该技术的发现者或发明者。

但是，正如潘卓华的遭遇显示的那样，该指标可能会有问题。在期刊elife最近的一篇文中，两名生物学家罗纳德•韦尔（ronald vale）和安东尼•海曼（anthony hyman）提出了这个问题。他们指出，“论文提交和发表之间的时间可以从几周到两年多”，并补充说，期刊“放慢了知识从科学家手中到全球学术共同体的速度，而且制造了不平等”。

同时，评审者很可能对熟悉的名字或有声望的机构有所偏爱。盲审，这种方法会隐去作者的名字，已经被推荐作为尽量减少偏向影响的一种方式，但是许多科学家对它的效果表示怀疑，因为人们通常会提前在会议上讨论他们的研究。

而韦尔和海曼支持科学家们将他们的文章提交给杂志前发布在“预印本服务器（preprint server）”，比如biorxiv上。如果这样的服务器已经在2004年被神经学科学家广泛使用的话，潘卓华本来可以公布自己被拒稿的发现，声明自己的所有权。

但是，这是否意味着他能够出现在诺贝尔奖的提名名单上，仍是未知。克莱默认为，即使潘曾在biorxiv公布自己的工作，他也会被拒之门外，因为他并不是第一个就该技术发表经过同行评议论文的人。这对光遗传学的发明者是否以及何时获得诺贝尔奖才是至关重要的。

法律系统遵循的规则却不尽相同。据一位专攻专利法的美国律师协会代表说，在21世纪初证明优先权的专利认证，大部分时间需要同时展示，“当别人已经构想出某个发明时，你已经过了‘啊，我想到了这个点子’的阶段，而已经让发明进入到应用过程——这意味着你实际上已经做到了，你已经证明了你的想法可以工作。”

基于这些标准，一项发现在实验室中得到演示时就发生了，甚至早于它发布在预印本服务器上的时间。

再有就是公众舆论的“法庭”。科学家中出现了越来越多的公共人物，他们上twitter，出现在深夜脱口秀节目中。

“与过去相比，科研的质量更多地受到来自非科学因素的影响，”哈佛医学院教授理查德•马斯兰（richard masland）说，他本人也拥有多项利用基因疗法治疗失明的专利。 

在韦恩州立大学工作可能意味着潘卓华没有足够的资源在高影响力的杂志发表自己的工作。这恰恰是做出高品质的研究的实际成本，但除此之外，顶尖大学的资深研究者通常指导年轻教授，审阅他们的工作，并帮助年轻教授们把这些工作带到一个新的水平。

潘卓华承认，与有声望的学校如麻省理工学院或斯坦福大学工作的科学家相比，他可能已经处于一个不利的位置。“当然，我没有证据证明这点，”他说。而且，潘卓华的谦虚和非母语的表达能力可能会妨碍他像博伊登和戴瑟罗斯那样推销自己。

“他只是不像这一领域的其他人那样在公开场合演讲，发出自己的声音。而这是整场比赛的一个重要组成部分，就是要能够走出去，推销自己”，克莱默说。

这种宣传有自我强化的作用。最初研究光敏感通道蛋白的凯斯西储大学教授兰德梅塞说：“这么说吧，我认为总有一种倾向，即谁抢先获得更多的宣传，谁就成了第一个发明者。”

一所大学的公关视频可以生成一个全国性的新闻文章，这会促使别人提名一个不错的现金奖励时想到你的名字，而获得奖励之后又会被推向电视荧屏。“发明者”一词现已习以为常，而你不知道真相之前，在google等搜索引擎上输入“谁发明了光遗传学”，得到的答案是真相还是出现在搜索结果最前页的内容？

►潘实验室中的黑板和玻璃器皿干燥架。 图片来自statnews.com

最终，潘卓华与博伊登和戴瑟罗斯的团队基于各自的发现都获得了专利权。

潘卓华于2005年5月的讲座报告曾威胁到博伊登和戴瑟罗斯的专利，因为潘卓华发表摘要的时间比他们提交申请早一年多，美国专利局多次拒绝了博伊登和戴瑟罗斯的申请。

最终，戴瑟罗斯和博伊登签署了一份文件，说明他们在潘卓华的会议摘要公布前已经在实验室发明出使用光敏感通道蛋白的方法。相关专利在2016年3月通过，距离他们提出专利申请的时间已经过了近10年。

现在，戴瑟罗斯是circuit therapeutics公司的共同创始人和科学顾问，该公司基于光遗传学开发一系列的疗法，想必需要用到戴瑟罗斯的专利发明。（circuit therapeutics拒绝就他们的知识产权许可的详情发表评论。）

潘获得了使用光敏感通道蛋白治疗失明的专利。retrosense公司获得了潘的专利使用权，该公司2015年获得了天使投资协会（the angel capital association ）组织的一个奖项（译者注：该奖具体名字为路易斯•维拉罗伯斯奖，luis villalobos award，旨在表彰得到天使投资组织支持的最具创新性的创业企业）。retrosense公司首席执行官顺便向stat讲述了潘卓华在光遗传学发明中的作用。retrosense公司今年开始利用基因疗法在盲人身上使用藻类蛋白，这是光遗传学在人体中的第一项应用，也是非人源基因第一次用于基因治疗的试验。

眼下，得克萨斯州有盲人接受了治疗，藻类dna和蛋白质进入了他们的眼睛。而这也正是潘一直努力要做的事情。“有一件事我仍觉得庆幸的是，即使是现在，我们的临床研究仍然领先于他人，”潘卓华说。

但是考虑到美国尚无一个基因疗法得到通过用于临床，利用光遗传学治疗失明可能将是一个漫长的过程。丹扬（yang dan）是加州大学伯克利分校的一位神经科学教授，使用光遗传学研究睡眠。她认为光遗传学疗法不会很快在临床中使用。“我相信，安全性检查会需要很长很长的时间，”她说。

至于发明本身，一些科学家说，潘卓华可能没有戴瑟罗斯和博伊登那么大的获奖前景。斯蒂芬•赫利茨有关光敏感通道蛋白在神经元上使用的第一篇论文也被抢发了。他说，“当然，我不得不说，戴瑟罗斯和博伊登，他们确实推动了这一领域的发展。”

博伊登肯定了这一点。“卡尔和我对如何在大脑中控制细胞类型的问题很感兴趣，”他说。“近年来，我们一直为突破这些分子的逻辑极限而努力。”

因此，也许是谁发明了光遗传学并不要紧，谁将科学的边界推的最远才是重要的。

当潘卓华被问及他是否应该获得博伊登与戴瑟罗斯同样的认可时，潘卓华拒绝回答。他后来告诉stat，戴瑟罗斯“也做了非常出色的工作，毫无疑问。但他也很幸运，如果我们的论文先于他们发表，这个故事可能会不同。我们也许会得到更多的认可。”

对这一情况，潘卓华愿意讲的可能就这么多了。今天，他仍然在底特律。他一直致力于做出光敏感通道蛋白的新版本，用于治疗失明。“我的实验室是一个非常小的实验室，”潘说，“我们的主要目标是（使盲人）恢复视觉。”

英文原文标题为“he may have invented one of neuroscience’s biggest advances. but you’ve never heard of him"，2016年9月1日发表于stat。stat是一家专注于健康和医学前沿报道的媒体，《知识分子》获授权翻译该文并转载。英文报道请点击文末“阅读原文”。