作者：萬(wan) 蕊雪 白蕊（分別係西湖大學特聘研究員、副研究員，西湖大學徐珊協助整理）

　　如果把微觀生命活動比作一部電影，那麽(me) 這部精密而複雜的“影片”就是由無數蛋白質各司其職上演的，它們(men) 影響著生命體(ti) 的健康。而“指揮”這些蛋白質、讓它們(men) 執行各種功能的，就是基因。而在基因塑造生命的過程中，有個(ge) 隱秘而偉(wei) 大的遺傳(chuan) “剪輯師”——次要剪接體(ti) 。

　　1.每一次剪接，都關(guan) 乎細胞“命運”

　　剪接體(ti) 的故事，要從(cong) 一條生命體(ti) 的核心規則——“中心法則”說起。

　　什麽(me) 是中心法則呢？我們(men) 已經知道，基因控製著生命活動的方方麵麵，但基因並不能直接對蛋白質發布“指令”，而是需要曆經遺傳(chuan) 信息的傳(chuan) 遞。基因是DNA上攜帶遺傳(chuan) 信息的片段，這些遺傳(chuan) 信息被傳(chuan) 遞給RNA，再由RNA轉化為(wei) 有實質性功能的蛋白質。這樣一來，基因中的信息就得到了表達。這條標準化的“流水線作業(ye) ”，就叫作“中心法則”。

　　我們(men) 可以把這個(ge) “流水線”想象成多人傳(chuan) 話的遊戲——一句簡單的話，在曆經人與(yu) 人的傳(chuan) 遞後，很可能會(hui) 走樣。那麽(me) ，保持其準確、有序、精煉，就成為(wei) 最關(guan) 鍵的一步——形成“正確”的RNA，也就是RNA剪接。

　　此時，就該剪接體(ti) 登場了——DNA輸送來的“原始影片素材”，也就是遺傳(chuan) 信息，實際上是“雜亂(luan) 無章”的，而剪接體(ti) 就像一位經驗豐(feng) 富的電影“剪輯師”，它會(hui) 精確完成以下工作——篩選出包含遺傳(chuan) 信息的、需要的片段（即“外顯子”）和多餘(yu) 無用的片段（即“內(nei) 含子”），把無用的片段剪掉後，再把有用的片段按特定的順序連接起來。由此，正確的RNA就形成了，信息才能進入下一步的蛋白質轉化。

　　剪掉哪段、剪掉多少長度、什麽(me) 時候剪、如何拚接……電影的剪輯方式和順序會(hui) 影響最終呈現效果，剪接體(ti) 的工作也是如此。通過剪接體(ti) 的“排列組合”後，有限的基因組能有更多的編碼形式，從(cong) 而形成更多種類的蛋白質——這就解釋了，為(wei) 什麽(me) 人體(ti) 隻有兩(liang) 萬(wan) 多個(ge) 基因，但蛋白質卻有幾十萬(wan) 種。由此可見，剪接體(ti) 的每一步操作，都關(guan) 乎細胞的“命運”。

　　2.次要剪接體(ti) ，關(guan) 鍵的“限速”步驟

　　你可能已經意識到，剪接體(ti) 是生物體(ti) 內(nei) 不可或缺的存在。從(cong) 量級上來看，亦是如此，它確實是“大家夥(huo) ”——它由幾十到幾百種蛋白質和5條RNA動態組合而成，被教科書(shu) 稱為(wei) “細胞裏最複雜的超大分子複合物”。

　　可是，在這樣無法忽視的存在中，偏偏就有一個(ge) 被誤讀和忽視的身影——次要剪接體(ti) 。剪接體(ti) 分為(wei) 主要剪接體(ti) 和次要剪接體(ti) ，因被冠名“次要”，大家往往望文生義(yi) ，認為(wei) 它是不重要的剪接體(ti) 。

　　事實上，主要剪接體(ti) 和次要剪接體(ti) 的功用相似，都是RNA剪接中缺一不可、相互配合的“剪輯師”搭檔。從(cong) 重要性上講，二者並無差別。

　　它們(men) 的不同之處在以下兩(liang) 個(ge) 方麵。第一，二者所識別的“多餘(yu) 無用片段”內(nei) 含子不同。主要剪接體(ti) 識別的是人體(ti) 內(nei) 99%以上的內(nei) 含子，占比較多；次要剪接體(ti) 瞄準的是在體(ti) 內(nei) 含量不足1%的稀有內(nei) 含子，占比較少。第二，它們(men) 的RNA和蛋白質組成存在較大差異。

　　截至目前，科學家們(men) 尚未具體(ti) 搞清楚它們(men) 二者是如何配合的，但它們(men) 所主導的兩(liang) 條“剪輯”通路，一定是通力協作的。

　　說起來，次要剪接體(ti) 被發現，也比主要剪接體(ti) 晚得多。1979年，基因剪接現象已經被學界所發現，隨之發現了剪接體(ti) ，可直到20世紀90年代，次要剪接體(ti) 才“姍姍來遲”，才有了“主要”和“次要”的分別。科學家們(men) 發現，有一類“多餘(yu) 無用”的片段（內(nei) 含子）和以往熟悉的經典序列不同，隨之發現它們(men) 被一類新的剪接體(ti) 所剪接。新發現的這類內(nei) 含子占比稀少，故被稱作稀有內(nei) 含子，相對應的剪接體(ti) ，即被命名為(wei) 次要剪接體(ti) 。

　　盡管“露麵”較晚，次要剪接體(ti) 卻隱秘而偉(wei) 大。它所剪輯的內(nei) 含子，分布在許多重要基因之中，因此這條次要剪接體(ti) 通路，在許多基本的生命活動中起到重要作用。此外，越來越多的研究表明，次要剪接體(ti) “剪”的速度，決(jue) 定了RNA能不能，以及何時能往下轉化為(wei) 蛋白質，是中心法則中關(guan) 鍵的“限速”步驟。

　　3.剪接體(ti) 出錯，引發癌症及罕見病

　　如果電影剪輯師生病了，或者不在狀態，會(hui) 怎麽(me) 樣？電影可能會(hui) 成片錯亂(luan) 無章、沒有美感。要是遺傳(chuan) 信息“剪輯師”—剪接體(ti) 出了問題，麻煩就大了。

　　剪接體(ti) 出錯，不外乎兩(liang) 種原因。其一，剪接體(ti) 作為(wei) 大分子機器，自己身上出了問題；其二，剪接體(ti) 的行為(wei) 出了問題，“剪”錯了。無論是哪一種情況都很棘手，因為(wei) 遺傳(chuan) 信息將無法正確傳(chuan) 遞、不能合成準確的蛋白質、更無從(cong) 完成生命活動……這些情況都是引發疾病的隱患。

　　研究表明，盡管占比較少，但次要剪接體(ti) 的異常與(yu) 許多人類疾病息息相關(guan) ，主要是癌症和罕見病。在癌症中，典型的情況是骨髓增生異常綜合征，這是白血病的前期。它在中國每年新發病例有30多萬(wan) ，通過基因測序發現，50%的案例是次要剪接體(ti) 上的蛋白發生突變導致，也就是剪接體(ti) 本身出了問題了。此外，有35%的人類遺傳(chuan) 紊亂(luan) 疾病被發現與(yu) 剪接體(ti) 相關(guan) ，這些遺傳(chuan) 病中有一大部分是罕見病。其中，生長激素缺乏症、早發型小腦共濟失調、小頭畸形骨發育不良原始侏儒症、遲發性脊柱骨骺發育不良、肌萎縮側(ce) 索硬化……這些罕見病都和次要剪接體(ti) 異常相關(guan) 。

　　遺憾的是，次要剪接體(ti) 對人類來說，依然是一個(ge) 神秘的存在。盡管它在上世紀已被發現，但隨後的研究卻陷入停滯。自剪接體(ti) 發現以來，科學家們(men) 一直在探索其中的分子奧秘，期待揭示背後的機理，但也陷入了長年累月的僵局。

　　這種困境實屬事出有因，事實上，研究剪接體(ti) 從(cong) 來並非易事。

　　剪接體(ti) 是一個(ge) 龐大且永遠處在動態中的“大分子機器”，它的機理非常複雜。所謂“大分子機器”，指的是那些像機器般運作、分子量較大的物質，蛋白質、核酸、多糖等生物物質也屬於(yu) 這個(ge) 類別。說是“機器”，剪接體(ti) 遠比我們(men) 生活中見到的機器複雜得多。如果想要讓一台機器發揮功能，隻需要把它組裝好，然後放在合適的位置，讓它運轉起來就行了。

　　但對剪接體(ti) 來說，並不是這樣——假設眼前有一個(ge) 由8個(ge) 部分組成的剪接體(ti) 。在找到需要“剪輯”的“片段”後，這些部分並不是一起組裝完成的——可能有一兩(liang) 個(ge) 先抵達工作地，開始忙碌，其他部分在這個(ge) 過程中可能會(hui) 陸續加入、各司其職，也可能會(hui) 在不同的時間離開，也就是說，這樣的結合是動態的。當剪輯完成後，所有8個(ge) 部分會(hui) 被釋放，等下一次有工作任務了，再進行新一輪的結合。

　　近年的科學研究證實，剪接體(ti) 這個(ge) 大分子機器，每完成一次“剪輯”，期間存在10種不同的狀態。

　　即便應用倍數很高的電子顯微鏡，也難以清晰地詳細觀察剪接體(ti) 這樣精密又複雜的工作過程。可以想象，既然主要剪接體(ti) 的研究已經舉(ju) 步維艱了，對次要剪接體(ti) 的探索，必然是難上加難。原因非常明了：次要剪接體(ti) 的含量占比稀少，發出的“信號”弱，科學家們(men) 更難獲得樣本。

　　4.破譯剪接體(ti) “真身”，向免於(yu) 病痛邁進一步

　　次要剪接體(ti) 就存在於(yu) 人體(ti) 內(nei) ，伴隨著每一刻的呼吸。難道就這樣放棄對它的研究嗎？既然它是存在的，就不應該毫無新發現，對不對？抱著這樣樸素的想法，我國的研究團隊決(jue) 定跟它“死磕”。

　　眼下，我們(men) 希望能夠從(cong) 生物化學和結構生物學的角度，去理解次要剪接體(ti) 。換句話說，我們(men) 想要破譯這類“剪輯師”，搞清楚它到底是誰，由什麽(me) 構成，究竟具體(ti) 在做什麽(me) ，是怎麽(me) 做到的，和主要剪接體(ti) 如何協作等。

　　在研究次要剪接體(ti) 之前，西湖大學施一公院士研究組在過去的十多年間，都在致力於(yu) 剪接體(ti) 的三維結構解析與(yu) 分子機理研究。這個(ge) 研究組是世界上首個(ge) ，也是目前唯一一個(ge) 成功捕獲並解析了RNA剪接過程中所有完全組裝剪接體(ti) 高分辨率三維結構係列成果的團隊。換句話說，這項研究讓人類看清楚了主要剪接體(ti) 這位“剪輯師”的完整通路，覆蓋了“剪輯”的全過程。

　　我們(men) 的研究團隊也曾參與(yu) 其中，在進行了大約四五年的主要剪接體(ti) 研究工作，有了主要剪接體(ti) 的研究經驗和成果積累後，我們(men) 開始對“被忽視”的次要剪接體(ti) 進行研究。

　　如何把這1%的次要剪接體(ti) 捕獲出來，跟主要的剪接體(ti) 分開，是領域內(nei) 公認的難題。這個(ge) 空白領域中，沒有任何文獻和經驗可供參考。經過長期研究與(yu) 實驗，我們(men) 設計了一個(ge) 高效的“誘餌”（pre-mRNA），也就是用一段需要“剪輯師”處理的素材，用它“釣”出了含量極少、被視為(wei) 很難分離的次要剪接體(ti) 。可以把這個(ge) 過程想象為(wei) 針對次要剪接體(ti) “喜好”而特別人工設計了它感興(xing) 趣的“片段”，投入細胞之中，當次要剪接體(ti) 找到這個(ge) 片段、開始工作時，科研人員就能把它連同片段一起提取出來。同時，科研人員改進了後續的純化方式，使獲得的次要剪接體(ti) 更加穩定、更易被研究。

　　通過冷凍電鏡技術，科研人員重構了這個(ge) 次要剪接體(ti) 的結構，整體(ti) 分辨率高達2.9埃，搭建了它的原子模型，包含了4條RNA和45個(ge) 蛋白。這是世界上首個(ge) 被解析的次要剪接體(ti) ，相關(guan) 工作已發表在國際學術期刊《科學》上。

　　對次要剪接體(ti) 的研究，才剛剛開始，未來需要做的工作還有很多。

　　一方麵，科研人員需要獲取更完整的次要剪接體(ti) “全景圖”。2021年的研究成果“破譯”的僅(jin) 僅(jin) 是激活狀態下的次要剪接體(ti) ，還需要逐步完成所有10種狀態的解析，進一步探究其分子機理、調控通路及功能意義(yi) 等。與(yu) 破譯主要剪接體(ti) 的“剪輯”類似，科研人員還需要更深度了解，次要剪接體(ti) 究竟長什麽(me) 樣、如何工作，怎樣和主要剪接體(ti) “配合”，完成遺傳(chuan) 信息遞送中賦予它的使命。

　　了解這些原理後，科研人員和醫藥研發人員將能有針對性地設計靶向次要剪接體(ti) 藥物。無論是這個(ge) 大分子機器自身出了毛病，還是它剪錯了，都能被及時糾正，從(cong) 而使人類免於(yu) 次要剪接體(ti) 相關(guan) 的癌症和罕見病之苦。我們(men) 的科研團隊希望能夠把次要剪接體(ti) 的成果，更多地應用到維護人類健康之中，目前已經在進行與(yu) 藥物研發、疾病相關(guan) 的研究。

　　與(yu) 此同時，次要剪接體(ti) 的版圖依然是“人跡罕至”的真空地帶，我們(men) 希望世界上更多的科研工作者能夠加入這一研究。為(wei) 此，我們(men) 科研團隊想先替大家解決(jue) 最困難的部分——發明一種次要剪接體(ti) 的體(ti) 外研究活性體(ti) 係，能方便地對次要剪接體(ti) 開展實驗，讓結構、細胞、生化、分子等領域的科學家都參與(yu) 到對次要剪接體(ti) 的探索中來。

　　道長且阻，這是基礎研究的常態，從(cong) 0到1的開拓，沒有捷徑。基礎研究的成果要邁入技術應用，也還需要經年累月的不懈努力。但基礎研究取得創新性的點滴突破，人類對世界的認知便向前躍進了一步，期待這樣的突破奔湧而來。

　　《光明日報》（ 2023年03月23日 16版）