王立銘（浙江大學生命科學研究院教授、研究員，國家青年千人計劃和浙江省千人計劃入選者）
《眾裏尋“他”》係列關於高血脂的的故事，不僅讓我們分享了一段美妙的探索旅程，還有某種特別的意義。這段現代生物醫學和製藥工業的傳奇，生動地展示給我們，實驗室裏的基礎研究，甚至是小眾的基礎研究，會在廣闊得多的尺度上幫助我們理解自身的疾病，並找出戰勝疾病的方法。
不過，用立普妥離去的背影(回複文章編號“281”提取全文)為故事畫上句號，讓這段英雄史詩般的曆史留下一個宿命般的悲劇結尾，似乎是太過頹唐了。
畢竟，人類探索自身奧秘、改善自身生活的努力，從來沒有停止。
家族性高膽固醇血症：多年之後的新發現
2003年，就在人們以為膽固醇的調控途徑通過40年的研究已經接近完成的時候，來自法國尼克爾病童醫院（Necker-Enfants Malades Hospital）的科學家們在《自然·遺傳學》上報道，他們又發現了一類全新的人類家族性高膽固醇血症。
在之前的故事裏，我們已經講到過這種極端罕見又極端危險的遺傳病，講到過著名的病患約翰·戴斯普塔，講到過小約翰的皮膚細胞，如何幫助我們認識到這種罕見病的病因是位於細胞表麵的低密度脂蛋白受體發生突變，從而失去了檢測血液中低密度脂蛋白（也就是常說的“壞”膽固醇）的能力，導致肝髒永不停息的大量製造膽固醇、血液中膽固醇含量異常升高。
除了低密度脂蛋白受體突變之外，人類遺傳學家還發現了另一類基因突變也能夠導致家族性高膽固醇血症：這類突變位於一個名為載脂蛋白B（ApoB， apolipoprotein B）的基因序列中。載脂蛋白B最重要的功能，就是組裝和運輸低密度脂蛋白。
因此，兩個在遺傳上毫不相關的基因——低密度脂蛋白受體和載脂蛋白B其實在功能上有著緊密的關聯，都對肝細胞檢測膽固醇水平至關重要。因此理所當然，如果兩者之一出現功能缺失，誤以為血液中膽固醇水平降低到了危險程度的肝細胞，就會加班加點合成更多的膽固醇，疾病由此產生。
在20世紀最後幾十年，遍布全球的內分泌科和心髒科醫生接診和治療了成百上千的家族性高膽固醇血症的患者。按圖索驥的分析發現，這些患者無一例外的在這兩個基因序列中存在遺傳突變。
但是這一次，事情起了變化。
尼克爾病童醫院的凱瑟琳·布瓦羅（Catherine Boileau）和她的同事們發現，在一個他們後來命名為“HC2”的法國家庭裏，連續三代都有人出現了典型的高膽固醇血症的症狀：一個患病的爺爺，把疾病遺傳給了自己的兩個兒子和三個女兒，還有一個孫子。從遺傳分布上，與其他的人類家族性高膽固醇血症完全吻合。然而，布瓦羅隨後很快發現，這個大家庭裏麵並未出現低密度脂蛋白受體或者載脂蛋白B基因的任何遺傳缺陷。
HC2家族的分析圖，來自布瓦羅1999年的研究。其中黑色色塊代表患病者，白色色塊代表健康人。我們可以看到，第一代的患病爺爺，將疾病遺傳給了5個子女和1個孫輩。利用這個家族，布瓦羅進行了家係分析，並成功將患病基因鎖定在人類一號染色體。
很明顯，這個家族中潛伏著一類全新的疾病。找到他們患病背後的遺傳因素，也許能幫助我們進一步理解，甚至治療它。於是，布瓦羅和她的同事們花了4年時間，利用一種叫做“家係分析（linkage analysis）”的技術尋找HC2家族疾病的真凶。
讀過瘦素故事的讀者們也許還記得，傑弗瑞.弗裏德曼是如何通過小鼠家係分析的方法，在八年努力後找到瘦素基因的。（見《關於脂肪的那些事兒：一個分子和兩個天才(Ⅱ)》，回複文章編號“221”提取全文）簡單來說，根據基因的連鎖與交換定律，在染色體上定位的基因之間物理距離越近，兩者發生交換的概率就越低，因此在子孫後代身體內兩者“連鎖”在一起的概率就越大。因此反過來，知道兩個基因之間緊密連鎖，就可以判斷他們必然緊密相鄰，這時候如果我們已經知道其中一個基因的具體位置，就可以順藤摸瓜找到另一個基因的位置了。
在瘦素的故事裏，為了完成家係分析，弗裏德曼需要把ob胖老鼠反複雜交繁殖，之後在它的後代中分析連鎖的概率。雖然布瓦羅不可能把人當成小白鼠，但幸運的是，HC2是個子孫繁盛的大家族，爺爺奶奶養育了9個子女，20個孫子孫女。如果布瓦羅足夠幸運，這些人也許已經足夠讓她找出人類幾萬個基因之間連鎖和交換的數學規律，從而判斷出隱藏在高膽固醇血症陰影裏的一個未知殺手的藏身地點了。
布瓦羅確實是幸運的。在幾年的工作中，她的團隊不僅僅成功把HC2家族中新的遺傳缺陷定位在人類一號染色體的一段狹小空間內，而且還幸運地找到了另外幾個攜帶同一遺傳突變的法國家庭（HC92和HC60）。充足的樣本保證了基因定位的精確性，於是，在2003年的報道中，她的團隊發現了一個名為“PCSK9（前蛋白轉換酶枯草溶菌素9，proprotein convertase subtilisin/kexin type 9）”的基因。正是PCSK9基因序列中的遺傳突變，導致了該基因功能的異常增強，從而產生了這幾個法國家庭的高膽固醇血症。
從PCSK9的名稱上，讀者們應該能猜想到，人們之前應該對這個基因的功能一無所知，所以才會給出一個佶屈聱牙又不帶有太多信息量的名稱。實際上，即便是這個名字，還是《自然·遺傳學》雜誌的編輯苦口婆心說服了布瓦羅，按照一般的基因命名法起的新名字。PCSK9之前的名字是神經細胞凋亡調節轉換酶1（NARC-1，Neural Apoptosis-regulated Convertase 1），剛發現這個基因的時候，人們認為它是參與控製我們腦袋裏的細胞如何死亡的！
人類遺傳學的魅力在這裏展露無疑。如果說大多數生物學家需要在實驗室裏模擬、假設、研究一個個複雜的生物學過程，那麽人類遺傳學家可以說完全不需要模擬和假設，人類遺傳學家的實驗室是整個地球：大自然已經用一種無堅不摧的力量，在幾十億地球人中構造出了各種各樣、形形色色的變化。而這些變化，就是人類遺傳學家手中的培養皿和顯微鏡。
PCSK9的發現，絕不僅僅是人們又發現了一種罕見病的病因，或者僅僅是關係到世界上幾百個不幸的病人的健康。一石激起千層浪。
“完美女人”帶來驚喜
就在布瓦羅找到PCSK9基因前後，在牛仔城美國達拉斯，“金老頭”約瑟夫•高爾斯坦(Joseph Goldstein)和“棕老頭”麥克•布朗(Michael Brown)的學生一直在進行著一項工程浩大的研究項目。這個雄心勃勃的項目開始於1999年。醫學博士出身的海倫·霍布斯（Helen Hobbs）與生物學博士出身的喬納森·科恩（Jonathan Cohen）合作，希望用一套全新的研究方法重複兩位老師的巨大成功。
達拉斯造就的另一對科學搭檔：海倫·霍布斯（前）和喬納森·科恩（後）。
世紀之交，萬眾矚目的人類基因組計劃（HGP, human genome project）啟動實施。當時的許多政界領袖和科學家，都把基因組計劃當成是和曼哈頓工程（美國的原子彈計劃）和阿波羅工程（美國的登月計劃）比肩的偉大工程。通過對人類24對染色體、30多億個堿基對的識別和解讀，人類也許能夠在微觀尺度上更進一步地認識自己。用批判的眼光回頭審視，也許我們會覺得，知道了人類基因組的全部編碼序列，其實距離理解每一個堿基、每一個基因到底發揮了什麽樣的作用仍然遙遙無期，但是我想誰都不會否認，人類基因組序列的清晰描繪從很大程度上改變了我們理解自身的方式，也極大促進了臨床醫學的進步。用美國總統奧巴馬的話說，當年花在基因組計劃上的每一塊錢，在今天已經帶給我們超過一百四十塊錢的超額回報。
霍布斯和科恩的研究計劃也得益於基因組計劃的成功。擁有了人類基因組的全部堿基序列之後，他們發現，研究人類遺傳疾病的時候，也許不再需要繁瑣漫長的家係分析，在黑暗的道路上根據零星分布的分子“路標”去定位疾病背後的遺傳突變了；有了基因組的信息和技術，也許他們可以通過比較個體之間的基因組序列直接“看到”遺傳突變的位置，就像旭日東升，將道路上的路標在一瞬間全部照亮！
在接下來的3年內，霍布斯和科恩收集了達拉斯附近超過三千人的人群樣本。對每一個接受檢查的人，他們都需要收集其一整套生理指標：身高體重、血壓、體脂含量、血脂含量、低密度脂蛋白含量、高密度脂蛋白含量等等。當然，還有每個人的基因組。
可以想象，這麽一個龐大並且隨機分布的人群中，遺傳多樣性是非常高的，就像裏麵有男有女，有黑人有白人，這個群體裏一定也會存在各種各樣的遺傳突變，使得這些個體的生理指標發生變化，特別是血脂降低或者升高。如果找到血脂出現異常變化的個體，分析其基因組信息，也許就能找出許許多多影響血脂水平的新基因和新機理。
這就是霍布斯和科恩的計劃。
在布瓦羅發現PCSK9基因的時候，霍布斯和科恩剛剛結束他們的樣本收集工作，也已經作出了一些有趣的科學發現。不過HC2家族的嚴重症狀讓他們馬上意識到，PCSK9也許正是他們一直沒有找到的，能夠引導他們走向最重要突破的線索。
很快，霍布斯和科恩把他們檔案袋裏所有低密度脂蛋白顯著低於常人的“異常健康”樣本重新翻了出來。如果PCSK9的功能增強是HC2家族的夢魘，那麽霍布斯和科恩預測，這些超級健康人也許會呈現PCSK9的缺陷。而相比HC2家族的信息，PCSK9功能缺陷會導致膽固醇下降，本身顯然是更有臨床意義的發現：這意味著，也許我們可以通過藥物抑製PCSK9的活性，治療普羅大眾的高血脂問題。
接下來的故事就顯得順理成章、水到渠成了。霍布斯和科恩發現，低密度脂蛋白顯著低於常人的大約100多個人裏麵，有相當比例（約三成）的PCSK9基因出現了功能缺陷，而這些突變在正常的黑人群體中發生的頻率不過2%，白人中更是鳳毛麟角。這個數據與布瓦羅的發現相輔相成，並且直接提示了PCSK9可能的臨床意義：如果通過藥物抑製這個蛋白的活性，也許可以有效的降低低密度脂蛋白的水平，從而降低心髒病的發病。
更有說服力的是，在進一步的研究中，霍布斯和科恩發現了他們某位研究對象的小女兒——當時剛過而立之年的一位身體健康的黑人女性，攜帶另一種PCSK9突變，導致她體內PCSK9蛋白的水平低到可以忽略不計，而她的低密度脂蛋白水平更是低到14毫克每100毫升，僅有普通人群的十分之一！這個後來被海倫和科恩稱為“莎琳·翠西（Sharlayne Tracy）”的完美女人，將人類利用PCSK9治病救人的最後一點障礙一鼓蕩平。這個完美女人的存在本身就不言而喻地證明，用藥物抑製PCSK9本身應該不存在任何副作用。因為莎琳·翠西從出生那天起，體內就完全不存在PCSK9蛋白，但這絲毫不影響她擁有健康的身體。事實上，她本人還是一名專職健身教練！
就像作者剛剛說過的，對於人類遺傳學家，整個人類群體就是他們的實驗室，幾十億人的參差多態就是大自然給他們準備的培養皿和顯微鏡。正是這樣偉大的力量，幫助我們找到了PCSK9基因。
好運氣擋都擋不住
在短短數年時間內，大西洋兩岸的兩個獨立的研究項目機緣巧合碰撞在一起，將PCSK9從連名字都沒有的“無聊基因”變成了治療高血脂症的新希望。
事實上，PCSK9的好運氣還不止於此。
2003年，就在布瓦羅的團隊報道HC2家族中的PCSK9遺傳突變之前不久，美國紐約洛克菲勒大學的簡·布萊斯勒（Jan Breslow）實驗室，也在一項小鼠研究中偶然發現了這個基因的身影。他們發現，如果給小鼠大量喂食膽固醇，小鼠肝髒中的許多基因的活動性出現了明顯的下降，其中包括PCSK9這個當時布萊斯勒一無所知的基因。因此，在幾個月後看到布瓦羅的發現後，布萊斯勒實驗室立刻轉向這個之前已經給過他們提示，卻被他們忽略掉的神秘基因，並且在短短幾個月時間內，在老鼠身上令人信服地證明了PCSK9能夠降解老鼠肝髒的低密度脂蛋白受體。
我們已經知道，低密度脂蛋白受體對於肝髒監測體內膽固醇水平至關重要，損害受體功能的遺傳突變是家族性高膽固醇血症的首要病因。因此，布萊斯勒的發現完美解釋了布瓦羅和霍布斯/科恩在人體中發現的現象：PCSK9缺失之所以會帶來膽固醇的繼續下降，正是由於PCSK9缺失之後，低密度脂蛋白受體不會被降解，從而保持了對血液中膽固醇分子的極端敏感性。這種敏感性的結果就是肝髒細胞中合成膽固醇的機器---包括HMG輔酶A還原酶的活動---被強有力的抑製。膽固醇的製造，被強行停止了。
盡管整張“拚圖”上還存在這樣那樣的小缺陷和小漏洞，但PCSK9的功能和臨床意義仍然在2003到2006年間被迅速揭示。相比膽固醇合成及其調控的機製，人們對PCSK9的理解快得驚人。
同樣，相比他汀類藥物，人類利用PCSK9治病救人的速度也快得驚人。
單克隆抗體的美好前景
製藥公司的目標很明確，在他汀類紛紛失去專利保護、降脂藥市場一片混戰的情形下，他們需要更新、更好、更有說服力的新藥來重新搶占市場製高點。
製藥公司的手段也很簡單，找出一個辦法來抑製PCSK9的活性。
讀過他汀類藥物故事的讀者們會很容易想到，一個方法就是尋找天然的或者是人工合成的小分子化合物，與PCSK9蛋白結合，抑製其活性。然而起碼到目前為止，這個思路並沒有取得太好的進展。如果讓作者猜測的話，也許一個原因是，我們人體中類似PCSK9的蛋白質太多了（至少，名字叫PCSK1-8的那幾個蛋白質，結構和功能應該和PCSK9有類似之處），這樣的話，設計一個小小的化合物，實現其和PCSK9的特異結合而不影響其他類似蛋白質的功能是件非常困難的事情。
這也是整個小分子製藥麵臨的一大挑戰。盡管對於許多人類疾病，特別是遺傳疾病，我們已經知道了不少可以用於藥物開發的目標蛋白（或者叫“靶點”），我們也知道如果能夠成功地激發或者抑製這些目標蛋白，就可以有效地治療疾病。但是，想要找到或者設計一個幾百個原子組成的微型化合物，在廣袤無垠的細胞海洋中目不斜視地拒絕其他一切蛋白的誘惑，百折不回地找到這些散落各處的目標蛋白，然後如膠似漆地與之結合不離不棄，難度是非常大的。也正是這個原因，在現實的藥物開發中，許多已經在實驗室的培養皿裏被證明可以有效識別並影響目標蛋白的化合物，一旦進入動物和人體試驗，就會出現這樣那樣的問題並導致最終的失敗：化合物無法順利在體內溶解進入循環、化合物被無情的降解排泄、化合物找不到要進入的細胞甚至找到了也無法進入、化合物與無關蛋白大量結合帶來的副作用……
事實上，在典型的小分子藥物開發中，每250個通過科學實驗的驗證、進入動物實驗的小分子，最終僅有1個會順利的通過臨床試驗的檢驗進入市場。相比小分子製藥工業，懸崖蹦極、高空跳傘、酗酒之後在高速公路上騎著哈雷摩托車狂奔，看起來都是無比安全的選擇！
於是這一次，製藥巨頭們不約而同地選擇了另外一條道路：利用單克隆抗體（monoclonal antibody）技術，抑製PCSK9的活性。
抗體的結構模型。大家可以看到，其比典型的小分子藥物（例如他汀類）複雜了許多。抗體利用兩條側鏈（上方）結合並識別各種各樣的外來物質。側鏈蛋白質序列千變萬化，隨之產生了抗體蛋白高度的多樣性和特異性。
限於篇幅，作者不能在這裏展開討論單克隆抗體的來龍去脈。隻能簡單交代和文章相關的前因後果。簡單來說，抗體（antibody）是動物身體內存在的一種多樣性極其廣泛的蛋白質。不同種類的抗體可以特異性的結合來自外來病原生物的危險物質（所謂抗原antigen），並引發身體的免疫反應與之對抗。我們熟知的各種疫苗，即是通過為人體注射致病性很弱或者消除了致病性的抗原，引發身體的免疫反應並產生抗體，從而起到預防各種傳染病的功能作用。
所謂單克隆抗體藥物，就是在培養皿裏模擬這個過程，人工篩選和製造出能夠結合疾病目標蛋白的抗體，然後利用這種抗體在病人體內清除目標蛋白，治療疾病。
拋開技術細節，單克隆抗體藥物至少有兩個小分子藥物難以比擬的優勢：在技術上，由於單克隆抗體蛋白分子本身來源於人體，而且具備極高的特異性，其被人體接受利用和避免副作用的能力要遠遠強於小分子化合物；而在商業上，盡管單克隆抗體藥物也存在專利失效的影響，但是由於生產單克隆抗體對一家公司乃至整個國家的生物技術能力有極高的要求，而且其對工藝和質量控製的潛在要求也無形中塑造了使用者的粘性和忠誠度，因此客觀上阻止了仿製藥廠家利用低成本優勢搶占市場。
基因泰克公司（Genentech）的細胞培養和發酵工廠。和小分子藥物不同，單克隆抗體藥物本身是體型巨大的蛋白質，人類目前尚無高效手段在實驗室人工合成。所幸我們也並不需要：人們可以利用重組DNA技術，讓在培養皿裏大規模成長的細胞為我們源源不斷的合成所需的單克隆抗體，之後分離純化後用於治療。值得指出的是，單克隆抗體藥物的設計、選擇、大規模生產、純化、後期修飾，都是極端複雜的係統工程，其中仍有許多環節極端依賴經驗和對工藝的優化。
療效和安全性上可控，商業上有競爭優勢，於是在短短數年間，讀者們在前麵故事裏聽到的製藥巨頭們蜂擁進入了這片充滿希望的田野。進入臨床試驗的產品已經有4個，分別來自輝瑞、禮來、安進和賽諾菲（與再生元公司合作）。就在這篇文章寫作的時候，全球正在進行著數10項和這4種產品相關的臨床試驗。而就在幾個月前，其中的先行者——安進和賽諾菲，已經前後腳向美國食品藥品監督局（FDA）提交了上市申請，而這時距離PCSK9基因被發現，才過了僅僅十年！
4個PCSK9單克隆抗體藥物都取得了相當耀眼的臨床試驗效果。因此，誰先完成試驗和數據分析、通過上市審查，誰就可能搶到這片藍海市場的第一桶金，並建立難以撼動的先發優勢。目前，安進和賽諾菲已經搶先提交了上市申請。而賽諾菲公司更是花費6750萬美元的天價買到了一張美國食品藥品監督局（FDA）的“快速通道”審評資格，有望提前安進半個身位進入市場。
從HMG輔酶A還原酶被發現到第一個他汀類藥物美降脂上市，科學家和產業界的接力跑進行了足有30多年。而美降脂本身，僅僅通過臨床試驗上市就耗費了9年的漫長時光。
看到這個，不知道我們該慶幸PCSK9驚人的好運氣和單克隆抗體藥物的美好前景，還是該再一次為剛剛離去的小分子化合物“黃金時代”，送上我們深切的致敬和感激，還有同情。
當然，真正進入市場後，PCSK9單克隆抗體藥物還有很長的路要走。相比小分子藥物，以蛋白質為主要成分的單克隆抗體藥物不能做成藥片或者糖漿，必須通過注射進入人體，這從很大程度上會限製其使用範圍。另外，單克隆抗體的製造成本顯著的高於小分子藥物，導致其定價會高出許多。盡管還未上市，分析家預測PCSK9單克隆抗體藥物的使用成本可能會在每月1000美元左右，這一數字是他汀類仿製藥的100倍！因此，PCSK9單克隆抗體藥物的市場表現，仍然需要我們擦亮眼睛等待觀察。
科學有什麽用：這是我的回答
從科學誕生的那天起，對基礎研究意義的質疑聲從來就未曾消退過。古希臘時代，米利都的泰勒斯用預測橄欖豐收回擊商人們對他不能養家糊口的質疑；工業革命的熱潮中，法拉第用“嬰兒又有什麽用處”反駁貴婦人對科學究竟有什麽實際用途的詰難；在我們身處的這個時代，盡管科學發現深刻的改變著我們生活中的一切，NASA的科學家仍然需要苦口婆心地回答寫信責難他們罔顧許多小孩子仍吃不上飯卻仍要花那麽多錢探索火星的讚比亞修女：“太空探索，讓人類和地球都變得更美好”。
其實，在這許許多多的捍衛科學價值的答複中，作者本人最喜歡的是1969年，美國著名的費米實驗室的創始人羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）被來自羅德島州的國會參議員John Pastore質疑花重金購置的粒子加速器究竟怎樣改善了國家安全之時，作出的注定要名垂千古的回答：“（研究高能物理）和保衛我們的國家沒有任何直接的聯係；但是，它會讓這個國家變得值得保衛！”某種意義上，這個回答代表著人類更好的理解這個世界和自己本身的終極夢想：
朝聞道，夕死可矣。
然而我們還是不得不承認，人類畢竟還是現實的動物。比起仰望星空，填飽肚子才是生存的第一要務。因此也不能責怪人們在上千年裏一遍又一遍的追問：花了我們那麽多血汗錢的、看起來玄而又玄的科學研究，究竟有什麽“用處”，能為我們的日常生活帶來什麽。
毋庸置疑的是，在PCSK9的故事裏，科學發現又一次帶給我們改善自身健康的全新希望。不管是布瓦羅和飽經病魔摧殘的HC2家族，還是霍布斯/科恩和他們多達三千五百人的“人口普查”，或者是布萊斯勒實驗室在小鼠模型上進行的PCSK9的最初研究，在科學家埋頭工作的時候，普羅大眾似乎很難從他們身上看到自己的血汗錢有沒有被利用的物有所值。
事實上，科學家們早在19世紀末就已經發現了這種名叫抗體的蛋白質，並且猜測它可能參與了動物身體抵禦外來病菌的侵襲。而那個時候，誰又會想到，抗體會在百年後成為整個製藥工業界的賭注，成為千千萬萬身患惡性疾病的患者的希望呢？
是啊，不就是幾十口人的罕見遺傳病，不就是幾千個人的血脂調查，不就是幾隻小老鼠身上的基因調控嗎？比起救助窮孩子們上學、幫流浪漢們填飽肚子、建幾座金碧輝煌的大廈、主辦一場普天同慶的體育盛會，這些研究到底有什麽樣的實際意義，我又為什麽要為此打開腰包呢？
希望《眾裏尋“他”》的故事，能給您一個滿意的回答。
從某種意義上講，像是在追隨本文開始時那些名聲顯赫的科學家前輩，這個故事也是我這個不起眼兒的科學工作者，為“科學到底有什麽用”這個問題交上的一份屬於我自己的回答。
本文係王立銘（微信公眾號：Neg_Entropy）“眾裏尋‘他’”係列文章之番外篇，《賽先生》獲授權刊發。
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