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“這項研究是纖維細胞生長因子領域的全新發現，徹底推翻過去近三十年科學界對于FGF信號激活機制模式的固有認知”，李校堃表示，“完成了FGF信號激活胞外區域的‘最后一張拼圖’。”
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陳高幟教授、李校堃院士、穆薩·穆罕默迪研究員三位通訊作者合影。受訪者供圖
李校堃、溫州醫科大學教授陳高幟、甌江實驗室研究員穆薩·穆罕默迪為通訊作者，杭州醫學院副研究員陳凌峰、溫州醫科大學博士生付麗麗、西湖大學研究員孫京川、溫州醫科大學碩士生黃志強和方明真為論文共同第一作者。
見證生命周期的生長因子家族
整個纖維細胞生長因子（FGF）家族成員有著“高度保守”的特點，從線蟲到人類，每一種動物體內都有它們的身影，它們在關鍵功能區域點位都高度相似，是維持代謝、組織穩態和發育的直接操盤手。
迄今為止，FGF家族共有18個多肽成員，按照被發現先后順序，命名FGF家族編號最后編號到達了23，后來研究人員合并和剔除了一些編號，只留下了18個成員，20多年未曾發現新的家族成員。這18個成員又被分為5個旁分泌亞家族和1個內分泌亞家族，調節多種細胞的遷移、增殖、分化、存活、代謝活動和神經功能，整個家族與數十種疑難疾病密切相關。
其中，內分泌亞家族成員與2型糖尿病、肥胖、非酒精性脂肪性肝炎、慢性腎臟疾病等多種疾病有關。它們是調節膽汁酸、脂質、葡萄糖、維生素D和礦物質離子穩態的重要激素，也是治療一系列代謝性疾病的重要靶點。
FGF通過旁分泌或內分泌方式發揮作用，18個配體與7個受體（成纖維細胞生長因子受體，簡稱FGFR）以及其他分子化合物組合，從而開啟了信號轉換，搭建起細胞對外交流的一座橋梁。
FGF家族作為治療代謝性疾病的重要靶點被給予了厚望，多種相關藥物都已上市。FGF家族也是課題組一直以來的專攻領域，李校堃以FGF作為研究對象開發了組織損傷與再生修復新藥“艾夫吉夫”等，在藥店中隨處可見。
陳高幟表示，為了加快糖尿病，慢性腎病等代謝性疾病的藥物研發，我們以內分泌亞家族成員FGF23為目標開展研究，力圖揭示其中重要的信息結構。
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穆薩·穆罕默迪和陳高幟在實驗室內。受訪者供圖
穆罕默迪形象地描述了FGF的作用，“如果新陳代謝是一盞燈，那FGF是開關方式之一，我們首次找尋到了FGF調節代謝的工作原理，為日后打開、關閉或修理燈提供了途徑。為調控類藥物研發提供工作原理和關鍵信息。”
配體找受體 完成“裝置”組裝
纖維細胞生長因子家族中18個多肽功能各異，懷揣著不同的信息任務，游走在細胞液和血管中，它們具體是怎樣幫助細胞激活下游信號通路，調控發育，分化，增殖，再生等生命過程，是一個極為復雜的過程。
細胞與外界溝通，需要一個連接內外部的信號轉換“裝置”，第一個零件是由細胞分泌出的受體。細胞膜向外釋放出受體，猶如細長的“頭發”，發梢朝外，發根在內。細胞外的“發梢”碰到合適的條件，它就可以拉拽其他“頭發”完成 “二聚化”的過程，形成“二聚體”，在細胞膜外部完成了“裝置”的組裝。緊接著，兩跟“發根”激酶域貼在一起，在細胞膜內相互磷酸化，細胞內也完成了組裝。至此，一個完整的信號轉換“裝置”誕生了。
組裝信號轉換“裝置”的核心就在于“拉拽”這一動作，圍繞這個不起眼的“動作”，科學家已經研究了幾十年。
在微觀尺度下，信號轉換“裝置”的組裝過程非常難以察覺。2018年，陳高幟作為第一作者，在導師李校堃和穆罕默迪的指導下在《自然》發表了一篇論文，首次揭示了αKlotho蛋白是如何“拉拽”一個配體與一個受體相互結合，維持三元復合物的穩定性，當時的研究中，科學家普遍認為“裝置”是三種蛋白質組裝而成，雖然知道另外一個“拉拽”工具——肝素（HS）的存在，作為共同受體也起到了一定的作用，但是始終未觀察到實際證據。
陳高幟說，當時使用的X射線衍射技術，蛋白復合物添加了肝素后，變得非常難以結晶，直到后來使用冷凍電鏡技術，才解決了這個大問題。
新解析的四元復合物比三元復合物多出的一“元”就是由肝素“拉拽”而來。原本1:1:1的三元復合物，變成了1:2:1的不對稱模型。至此，課題組團隊世界上首次發現了異源二聚體模型，被科學家所普遍認可二十多年的對稱的二聚化模型不再是唯一。這種不對稱模型可以推廣到FGF旁分泌亞家族，FGF整個家族的秘密即將揭曉。
陳凌峰說，細胞膜內“發梢”激酶域的磷酸化、四元復合物的結構解析、異源不對稱受體模型的發現、肝素的獨特作用、內分泌亞家族可以通用該模型等多個發現，每一個都是世界難題。FGF旁分泌家族、內分泌家族在細胞膜內外信號激活都已經沒有必要做冷凍電鏡分析結構信息，為該領域的研究畫上了一個完美的句號。
肝素展現“月老”絕活
旁分泌亞家族的多肽作為配體，從細胞中分離出來，非常輕易地與“鄰居”細胞的受體結合，沒法出遠門。
而內分泌亞家族的多肽就活躍得多，FGF23最主要來源于骨頭，而發揮作用主要腎臟，FGF21誕生于肝臟，卻在脂肪中大顯身手，FGF19誕生腸道，活躍在肝臟。
內分泌亞家族的多肽通過細胞液、血液進入體內循環深入各個器官，尋尋覓覓，完成著作為配體的使命，鑲嵌在細胞膜外，其中的關鍵就是肝素的“撮合”。
受體有7個成員，在過去傳統認知中，科學家們認為只有相同受體才能結合形成同源二聚體，然而，新發現證明了不同受體也可以被“拉拽”，肝素展現出 “月老”絕活。
肝素在細胞膜外很常見，而且體積小，很容易被忽視。其他科學家早已證明，沒有肝素，信號激活裝置根本無法完成組轉，但是誰也沒有料到，細胞膜外如此常見的肝素竟然作用獨特。團隊用冷凍電鏡揭秘了三個四元復合物單顆粒的微觀結構時發現，肝素這個不起眼的“小個子”其實是個共受體，還可以和αKlotho蛋白一起，并且給一個三元復合物“拉拽”一個單獨的受體，肝素“拉拽”不同的受體，為科學家完整展示了異源二聚體激活這一關鍵步驟。
肝素從存在感“低微”一下躍升到了非常重要的地位。
“這并不是對原有的對稱性模型的全盤否定，只是在對稱模型之外，觀察到了更加復雜的不對稱模型，進而發現了更加神奇的現象。”陳高幟解釋道。
柳暗花明 完成世界級難題
早在2000年，穆罕默迪教授作為纖維細胞生長因子專家就解析了FGF同源二聚化激活對稱模型。之后的20多年里，人們始終認為同源二聚化激活對稱模型是唯一的模型，2018年，穆罕默迪和李校堃作為通訊作者在Nature發文解讀了FGF23在信號傳導中共受體作用機制，2023年，穆罕默迪又和中國科學家團隊圍繞FGF23再次刊發重磅科研成果，徹底解開了這個謎團。
這項成功的中外合作來源于穆罕默迪和李校堃一次在高登研究會議上的相遇，二人一見如故，相逢恨晚，相同的學術道路和志向追求讓二人約定今后一定要加強合作，互通有無。此后，李校堃邀請穆罕默迪來華演講，聘請他擔任溫州醫科大學的客座教授，而李校堃的學生們也不斷被派往穆罕默迪的實驗室進修學習。兩年前，甌江實驗室成立后，作為首席科學家的李校堃又聘請退休的穆罕默迪為實驗室的資深研究員，在中國繼續開展協同攻關。
陳高幟、陳凌峰兩位師兄弟是先后前往穆罕默迪實驗室，陳高幟是2018年上一篇Nature論文的第一作者，也是這篇論文的通訊作者之一，在兩位師長的指導下，年僅35歲的陳高幟就手握兩篇頂刊論文。
2018年3月份，完成三元復合物解析的師兄陳高幟準備回國，同時，在國家留學基金委和中國科協的資助下，論文共同第一作者、當時博士在讀的陳凌峰也來到穆罕默迪位于紐約大學的實驗室，接替師兄繼續在紐約大學工作，準備攻克四元復合物這個難關。
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陳凌峰在穆罕默迪的實驗室處理FGFR高表達細胞。本人供圖
2018年，當時穆罕默迪并沒有多少博士生和博士后，陳凌峰獨自開始重點攻關四元復合物的蛋白質結構解析，半年來沒有絲毫進展，“當時，穆薩教授都差點放棄，現在回頭看發現，緩一緩思路說不定就打開了，”陳凌峰在穆罕默迪的同意下，停下了科研的腳步，把目光從細胞膜外轉到細胞膜內，首先完成了FGF23受體胞內信號激活裝置機制的研究，解決這項世界級難題的論文刊登在《Nature Chemical Biology》，陳凌峰再掉頭繼續攻關四元復合物，進展出奇得順利。
解析模型過程中，難點就在于蛋白的純化。分析用的高純度蛋白質復合物要求質量過關、穩定性強。四元復合物怎么拼起來，怎樣確保蛋白質在樣品載網上分散均勻是最大的難點。“如果蛋白質都是躺著的狀態，就拍不到它的三維形態全貌，我們還請教了世界上冷凍電鏡最權威的專家，也毫無辦法”。陳凌峰并沒有遵從冷凍電鏡的使用慣例，想出超常規辦法，把 “擠成一坨”的蛋白質處理后放到冷凍電鏡之前，最終成功解析出其結構，“也慶幸當時不用排隊使用設備”。
完成結構解析后，陳凌峰將后續工作交給了課題組的國內同事，甌江實驗室、溫州醫科大學多位碩博士接力完成了后續實驗，在細胞水平開展結構的驗證工作，驗證冷凍電鏡觀察到的四元復合物是否在細胞上發生。
除了蛋白純化的超高難度，還有心理上的壓力。陳高幟回憶道，花費多年沒有科研產出，在任何一個課題組都很有壓力，最難的時候，感覺這項工作做的讓人筋疲力盡。不過，每次閱讀文獻，看到國際同行仍然沒有人搶發這一領域的新進展，自己又給自己打氣。
“好不容易論文寫好準備投稿，差點折戟沉沙。”提起第二篇論文一波三折的投稿歷程，陳高幟也是一言難盡。
在投稿前，團隊向第一次投稿時接收論文的Nature期刊編輯發送了一封郵件，簡單問候之后表示團隊又有一項重要成果，得知對方正在休假。期刊安排了另一位編輯負責論文的接收，在預投稿階段，課題組很快迎來“當頭一棒”，論文被拒稿了。
穆罕默迪從編輯回復的郵件字里行間推敲出，編輯對論文不感興趣，很可能是看到這又是一篇關于FGF23的論文，就喪失了閱讀興趣，大概率沒有仔細看過，而且預投稿階段只有短短一段的成果介紹，沒有圖表數據，信息量太少，完全體現不出論文的重要性。
于是，科研團隊大膽嘗試直接投全文。“要是被拒絕了，就徹底與Nature無緣了，穆薩教授做好了失敗的準備，大不了轉投其他雜志。”陳凌峰回憶道。
穆罕默迪又向期刊編輯發了一封言辭懇切的信，請對方重新閱讀論文，最終編輯回信，“很抱歉，我們之前沒有特別的關注到這個創新點，希望投到這邊來了。”看到期刊編輯收回決定，接納論文，這才松了一口氣。
陳高幟說，“假設我們的成果屬于那種不上不下、可上可下的水平，論文大概率被拒掉。”
