翁經科：西醫很好，為什麼我們還要研究中醫藥？
翁經科
美國麻省理工學院白頭研究所研究員、助理教授
我是一個土生土長的杭州人，我的父親是浙江大學地質系的教授，他早上有一個習慣，就是到杭州植物園去晨練，美麗的杭州植物園是我童年的一個小天堂，我常常在那邊抓蟲子，玩花花草草，撿石頭。
很多年以後回想起來，童年的經歷實際上對我後來成長為一名科學家是非常有幫助的。
是什麼讓植物千姿百態藥性各異？
植物是非常有意思的一個王國。
這是一些會動的植物，比如含羞草，我們碰一下，它會折起來。
還有一些會捕小動物的，比如捕蠅草、茅膏菜；還有一些植物，一直在以非常緩慢的速度做運動，比如豌豆苗，如果我們用一個慢速的攝像機拍攝幾小時，就會看到動態。
這個是巨花魔芋，是所有植物裡面花最大的一種植物，這個植物非常珍稀，每十年才能看到它開一次花。這個照片是兩年前美國華盛頓植物園的巨花魔芋開花，因為這個花非常臭，所以你看到這些小朋友把自己的鼻子捏起來。
大家可以從這些例子看到，我們生物界的多樣性是非常複雜的，而從一個植物生物化學學家的角度，我們看的層面會更多。
通過非常有效的質譜分析方法，我們發現植物中有非常非常多的「小分子」，每一種植物中有上萬種，甚至上百萬種不同的小分子。每一種都在行使著不同的生物功能，我們現在對它們的認識還只是冰山的一角。
是什麼讓我們流淚，讓我們覺得辣、覺得痛？
每次走到自己的家的後花園，我們都會看到百花爭艷，每個花和草它都有自己的顏色和味道，實際上，當我們用眼睛和鼻子去感知這個世界的時候，就是人體和這的小分子的一種互動。
還有一個事情，大家一定很熟悉。如果我拿一個洋蔥把它切開的時候，我會流眼淚，這是為什麼？因為有洋蔥的小分子跟我的眼睛發生了互相作用，讓我流眼淚。
我們拿10厘米的洋蔥來對半切，我們可以來猜一猜，我們對半切幾次以後可以找到小分子？
當我們把洋蔥切到8次的時候，我們會到達一個細胞的水平，只要在光學顯微鏡下看，就可以看到這些洋蔥細胞。
繼續切，我們在核裡面可以看到染色質，所有的遺傳密碼都包裹在這個染色質裡面。
我們切到20次的時候，就能達到這個叫核糖體的東西，我們身體中所產生的所有蛋白質，都是這個生物工廠合成的。
我們切到第22次，就到了蛋白質。我們吃的雞蛋就是由蛋白質組成的，每一個細胞有上千上萬這樣的蛋白質，行使不同的生物功能。
當我們切到第24次的時候，就找到了這個讓我們流淚的罪魁禍首，這是洋蔥中一個比較簡單的小分子，它是一個含有硫的化合物，我們仔細看，就會發現它其實是由氫、碳、硫和氧這些簡單的原子，用特異性的方式構架在一起的。
那麼我們怎樣從這個事情推導到整體的化學多樣性呢？
其實每個植物都是由這樣簡單的原子構成的，只是用不同的方式組合起來，成為不同的空間結構，實現不同的化學以及生物的功能，比如味道和顏色，如果把它們做成藥的話，就是他們不同的藥用活性。
現在我就再用一些大家所熟知的例子來說明，這些小分子是怎麼樣通過一些非常特異性的互動和我們的身體互作的。
TRPV1離子通道
這個叫「TRPV1離子通道」，它是一個跨膜蛋白，我們人體中的神經元都富集著這個離子通道，特別是在我們的皮膚上和口腔里有非常多的這樣的小分子。
當我們的手碰到一杯很燙的水時，我們手馬上就會彈開，因為我們感知到疼痛；當我們如果吃辣椒的時候，也會覺得嘴巴裡面非常的疼痛，這是因為辣椒裡面有這個叫「辣椒素」的小分子，和這個離子通道進行了特異性的互作，激活了這個離子通道，讓鈣離子從細胞外流入了細胞內，造成了這樣的感覺。
在植物界還有比辣椒素更厲害的東西，這種仙人掌也叫樹脂大戟，裡面有一種比辣椒素辣500倍的樹脂毒素，只要用五百分之一的小分子，就可以達到跟辣椒一樣辣的程度。
在動物界，比如說毒蜘蛛，它也有一種自己的天然產物，以其他方式去和這個我們的痛覺受體互作，也會使我們產生疼痛的感覺，像這樣的機理其實可以用於治療。
紫杉醇是一個非常重要的具有抗癌功效的天然產物，它來自於紫杉，是一種非常名貴的藥材。這個化合物能跟微管蛋白特異性結合，破壞微管蛋白的重組能力，在癌細胞複製的時候，需要非常多的微管蛋白，由於有這種機制，紫杉醇就具有抗癌的能力。
長春花是另外一種植物，它也有一種非常複雜的小分子（長春鹼），它可以用另外一種方式跟微管蛋白結合，也同樣可以達到抗癌的功效。
這麼複雜的小分子在生物體中是怎麼合成的呢？這是我們在實驗中要花很大的精力去理解的一個事情。
比如說一輛汽車也是一個很複雜的整體，它有上萬種零件，在現代的汽車工業中需要用不同的機械手，把每一個零件組裝起來。
在每個生物體裡面，不管是植物、動物或者人體，都有很多這樣的組裝「機械」，我們稱之為「酶」，它可以催化各種各樣的化學反應，令生物體的代謝通路以相對簡單的代謝前提，一步一步把小分子安裝成一個比較複雜的、最後變得非常有活性的化合物。
我用微生物合成了與草藥一樣的化合物
為什麼要研究這些呢？
像我剛才提到的紫杉醇，或長春鹼，它們都是在珍稀的、高價值的藥用植物中存在，如果我們人類有非常大的需求，這些植物就不能提供足夠多的化合物來源。
當我們理解這些植物是怎麼樣合成這些小分子後，我們就可以把整個通路轉嫁到可以再生的一些物種裡面，比如說酵母，或者大腸桿菌，用生物工程的方式來獲取這些高價值的天然產物。
我們實驗室做過的一個研究，就是針對一種非常珍稀的藥用植物。
這個植物來自於南太平洋群島，這個群島上的土著人把這個被稱為「卡瓦胡椒」的植物奉為神靈，他們所有的文化傳承都跟用這個植物的根部所做出的茶有關係。
當他們的部族之間有衝突的時候，所有的部族首領會坐在一起泡一杯卡瓦胡椒茶，喝一個晚上，就把這些問題解決了。
這個卡瓦胡椒的茶具有安神、抗抑鬱，可以讓大家平靜下來的一種功效。就連教皇、查爾斯王子到這個斐濟群島去訪問的時候，當地人也會給他們泡卡瓦胡椒的茶作為禮待。
我在文獻中發現這個卡瓦胡椒裡面，有一種特異性的分子叫「卡瓦內酯」，並且這個植物裡面有三十多種非常類似的卡瓦內酯。
它們為什麼會有抗失眠抗抑鬱的功效呢？在實驗室里我們用了斑馬魚作為遺傳模型來研究。
左邊的斑馬魚在正常遊動，右邊的斑馬魚我們加上了一個特異性的卡瓦內酯，10分鐘之內就能發現它變得平靜了很多，而它整個遊動狀態的變化跟人類因為卡瓦內酯而減輕焦慮癥狀的變化是一樣的。
發現這個結構以後，通過系統生物學的手段，比如基因測序、蛋白質表達以及活性分析，我們就可以把合成這個卡瓦內酯所需要的蛋白找出來。
當我們把這些蛋白質重組到微生物中的時候，就可以用人工合成的方法來合成卡瓦胡椒中的化合物，現在我們有8種不同的卡瓦內酯可以用這種合成生物學的方式，在實驗室里大規模地生產。
通過這樣的思路，我們再也不用去自然界破壞那些珍奇的、有藥用價值的植物，而是可以利用自然界教我們的這些知識，用合成生物學的方法去生成一樣的化合物，創造出一種新葯。就像合成的卡瓦內酯能夠治療人的焦慮症、失眠症一樣，這就是我們想做的。
我們想研究的不僅是一種作物，而是中華文明幾千年所積累的幾千種的草藥，用系統生物學和合成生物學的方式讓它們現代化。
西醫很好，為什麼我們還要研究中草藥？
第一，我們想知道，為什麼草藥能治病？
我們想要用西方科學的語言來描述這個事情，我們會在動物模型上用這個藥用植物所提出的成分或單個的天然產物去進行處理，然後用大規模測序的方式去知道這些藥物在人體各個器官中會造成樣哪些基因表達的變化，用分子生物學的語言來描述這些的變化。
第二，當我們鑒定出特異性天然產物具有一定的藥用價值的時候，我們再用生物合成的方法，把整個合成通路轉嫁到綠色可持續發展的微生物系統中，這樣我們就可以人工合成出一種靈感來源於草藥的新葯。
這個工作將會持續非常長的時間，因為全世界的傳統草藥是一個非常重要的，而且非常博大的寶庫。
除了我們的傳統中草藥以外，亞馬遜叢林、印度還有我們中國的西藏，都有各自不同的草藥系統，所以在未來的幾十年中，我們實驗室以及世界上其它的實驗室都會非常積極的去做這個事情。
最後，我想和大家分享一個悲傷的故事。
上周，我在白頭研究所一個非常要好的同事因為癌症去世了，享年67歲。
他一輩子都在研究癌症和阿茲海默症，包括我們研究所的其他教授也都在研究這些疾病，但他從去年發現到最近過世只有一年的時間，我們和他，都沒能用這些知識來拯救他自己。
我想說的是，其實西方醫學崛起只有短短一百多年的時間，它對很多疾病，一些相對簡單的疾病，像細菌感染，炎症或者疼痛，有非常好的療效，但是對很多系統性疾病，比如說糖尿病、癌症、神經性退行疾病，以及心血管病，卻未能有滿意的療愈。
有一些人會覺得，西醫很好，為什麼還要中醫呢？
實際上，中醫是基於幾千年的人類經驗所積累的可以治療疾病的一套方法，而且我們中華民族五千年來就是靠這樣的醫學存活到今天的。
為什麼不能以西方的科技加上系統生物學的知識，去完成中醫的現代化？
這就是我今天要跟大家分享的故事，謝謝！
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