Nature：磁感應蛋白面臨的新一輪爭議！

能感應地球磁場的紅斑蠑螈（圖片來源：George Grall/NGC）

4月4日，Nature在線發布了一篇題為「Compass protein attracts heap of criticism」的新聞報道（News），文章直指磁受體蛋白相關研究目前面臨的巨大爭議。

2015年11月16日，北京大學生科院謝燦課題組在Nature Materials雜誌在線發表論文，聲稱首次報道了一個全新的磁受體蛋白（MagR），當時眾多媒體報道該突破性進展或將揭開被稱為生物「第六感」的磁覺之謎，並推動整個生物磁感受能力研究領域的發展。值得一提的是，該成果還獲得2015年度「中國生命科學十大進展」。與此同時，當時還在清華大學的張生家課題組2015年9月14日在Science Bulletin（科學通報）發表論文聲稱利用Isca1（MagR）蛋白開發出了一種磁遺傳學工具（磁場誘發神經元的相關活動）。

誠然，此後圍繞磁受體蛋白或者磁遺傳的引發了一次中國學術史上罕見的爭論，至今尚未平息，BioArt這裡不再贅述。回到Nature剛剛發布的報道，文中提及了今年3月16日，來自清華大學醫學院魯白實驗室聯合北京大學生科院謝燦實驗室在Frontiers in Neural Circuits雜誌上在線發表了一篇論文表明，磁感應蛋白MagR在HEK293T細胞、海馬體神經元細胞和背根神經節細胞（DRGN）中分別表達MagR後並不能對磁場刺激產生反應，也沒有鈣離子信號的變化（下圖），也就是說該文的結論正好與張生家課題組此前發表在Science Bulletin上的文章的結論相反。

除去這些國內的系列爭端，有關磁感應蛋白在國際範圍內也受到了諸多質疑，其中比較有代表性的是2016年8月16日，加州理工學院的Markus Meister在eLife雜誌上發表了一篇題為「Physical limits to magnetogenetics」的文章，文章針對過去一段時間發表的幾篇有關「磁遺傳學」文章展開討論（註：該文沒有引用張生家此前在Science Bulletin上發表的文章），並用物理學定律對這些報道進行了質疑和探討。該文的主要意思大致是說：謝燦組發現那個MagR蛋白複合體裡面鐵原子太少，不可能產生磁矩。Nature的報道里稱，MagR蛋白複合體只有40個鐵原子，而自然條件下發生基於鐵離子的磁場反需要100萬個鐵原子包裹在一個小空間里（Xie had reported that the complex would contain only 40 iron atoms, but Meister argues that the smallest known naturally occurring iron-based magnet has 1 million iron atoms packed into a smaller space）。另外那幾個改造離子通道的meganetogenetics tools（發表在Nature Medcine、Nature Neuroscience雜誌上的成果）也不可能產生足夠的力驅使蛋白構像變化。

2016年12月15日，另一篇來自奧地利分子病理研究所題為「ISCA1 and CRY4: An improbable proposition」的論文（發表在冷泉港實驗室旗下的預印本bioRxiv）也對謝燦組報道的磁感應蛋白提出了質疑（下圖），該預印本文章顯示，此文已於一年前的2015年12月15日提交給了Nature Materials雜誌。

該預印本論文主要的質疑的內容有兩點。第一，謝燦研究組在2015年的論文中並沒有提供證據顯示ISCA1（MagR）和光受體CRY4蛋白在體內有直接相互作用（註：謝燦組的Nature Materials論文中有使用免疫組織化學實驗證明了磁感應受體MagR蛋白質和光受體Cry蛋白質在鴿子視網膜存在共定位）；第二，謝燦組實驗中所用的CRY4蛋白的序列有誤，非正確的完整序列（註：Nature Materials論文中CRY4的序列中包含497個氨基酸而預印本中顯示全場應為525aa-鴿子）、529aa-雞、527aa-斑馬魚）。

此外，印本論文主中的實驗結果表明ISCA1（MagR）和CRY4在多種組織中廣泛表達，並不具備組織特異性（下圖），而作為磁受體來講，一般認為這種蛋白應該具有組織特異性表達。

Isca1 （左）和 Cry4 （右）在鴿子不同組織中的表達情況

針對上述質疑，謝燦及其合作者在給Nature的回復中表示道，他們也能重複上述部分結果，然而數據就在那，或許這項研究（指Nature Materials論文）拓展了我們對現有分子磁體的認知（Collaborators of Xie say that they have been able to reproduce some of his findings, and Xie told Nature that he stands by his results. He disputes the contention that the magnetic properties of IscA1 would be too weak by saying that Cry4 might boost its effect. 「The data are what they are,」 he says. 「This may expand our knowledge of molecular magnets.」）。此外，謝燦也向Nature表示了即便如今面臨了諸多爭議，但是他百分百確信自己團隊的研究（「We are more and more confident — 100% sure — that we are right about this」），他所在的團隊還計劃在一年內發表相關文章證明ISCA1蛋白複合體在磁場下的反應。

Nature的報道中還提到，一些中國以外的科學家告訴Nature，表示他們並不能重複張生家此前的實驗結果。Nature也試圖通過郵件和電話聯繫張生家及其目前所在的單位深圳大學，但是都沒有得到回復。

參考文章：

David Cyranoski.(2017).Compass protein attracts heap of criticism. Nature

Hochstoeger, T., Nimpf, S., & Keays, D. (2016). ISCA1 and CRY4: An improbable proposition. bioRxiv

Meister, M. (2016). Physical limits to magnetogenetics. Elife, 5, e17210.

Qin, S., Yin, H., Yang, C., Dou, Y., Liu, Z., Zhang, P., ... & Hao, J. (2015). A magnetic protein biocompass. Nature materials.