实验室里的颜宁院士（1977-）

2007年，一位30岁的年轻女教授站上了清华大学的讲台。她是当时清华最年轻的博士生导师，名叫颜宁。

面对台下的学生，她许下了一个朴素的愿望：“我的初心很简单——让研究成果写入教科书。”

当时的她可能没想到，这个愿望不仅实现了，而且实现得如此彻底。十几年后，她的研究成果不仅被写进了教科书，还两次入选《科学》杂志评选的“十大科学突破”，她本人也当选为美国国家科学院外籍院士和中国科学院院士。

更令人惊叹的是，她的探索已经超越了蛋白质的世界，开始窥探那些从未被人类看见的“生命暗物质”——那些在自然界中存在了亿万年的神秘分子。

今天，就让我们走进颜宁的故事，看看她是如何用一双眼睛和一颗执着的心，揭开生命微观世界的一个又一个奥秘。

01  从济南走向世界的小女孩

1977年11月，颜宁出生在山东济南章丘。小时候的她，和其他孩子没什么两样——喜欢看书，喜欢问“为什么”，对世界充满好奇。

1996年，19岁的颜宁考入清华大学生物科学与技术系。在这里，她第一次真正接触到生命科学。那些看不见摸不着的分子，那些精妙绝伦的生命过程，深深地吸引了她。

2000年大学毕业后，颜宁远渡重洋，进入美国普林斯顿大学分子生物学系攻读博士学位。师从著名结构生物学家施一公教授，她开始接触到当时最前沿的研究领域——结构生物学。

什么是结构生物学？简单来说，就是研究生命分子的三维结构。就像要知道一把锁怎么开，就得先看清锁芯的形状一样；要知道蛋白质怎么工作，就得先看清它的立体结构。

颜宁在普林斯顿一待就是7年，从博士生做到博士后。2007年，30岁的她做出了一个重要的决定——回到母校清华大学，建立自己的实验室。

02  征服“珠峰”：葡萄糖转运蛋白GLUT1

回到清华后，颜宁把目光投向了一个被称为膜蛋白研究领域“珠穆朗玛峰”的难题——葡萄糖转运蛋白GLUT1的三维结构解析。

葡萄糖是生命最重要的能量来源。我们吃的米饭、馒头，最终都要分解成葡萄糖，才能被细胞吸收利用。但是，葡萄糖不能自己穿过细胞膜——它需要一个“搬运工”，这个搬运工就是葡萄糖转运蛋白。

GLUT1是最重要的葡萄糖转运蛋白之一。它存在于人体几乎所有细胞中，负责把葡萄糖从血液“搬”进细胞。如果GLUT1出了问题，就会导致一系列疾病。

但是，解析GLUT1的结构极其困难。它是一种跨膜蛋白，镶嵌在细胞膜里，既不稳定又难以提纯。几十年来，全世界无数实验室都在尝试攻克这个难题，却始终没有成功。

颜宁带领团队迎难而上。他们像攀登者一样，一步步向上推进。从2007年到2014年，整整7年时间，他们不断优化实验方法，反复尝试各种条件。

2014年，终于等来了那个激动人心的时刻——他们成功解析了人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的三维结构，分辨率达到3.2埃（1埃是百亿分之一米）。

这个结构揭示了GLUT1的工作机制：它像一个贝壳，通过“开-合”的交替变化，把葡萄糖从细胞外“搬”到细胞内。这项成果不仅填补了教科书数十年的空白，更为理解相关疾病机理和开发靶向药物奠定了基础。

这项研究后来被《科学》杂志评选为2014年度十大科学进展之一。颜宁实现了自己当年的愿望——她的研究成果，真的被写进了教科书。

03  解码疼痛：电压门控钠离子通道

攻克GLUT1后，颜宁又把目光投向了另一个重要的膜蛋白家族——电压门控钠离子通道和钙离子通道。

钠离子通道是什么？它和我们身体的感知密切相关。

想象一下，当你碰到滚烫的水杯，会立刻缩回手。这个动作看起来简单，背后却有一个复杂的信号传递过程：高温刺激被皮肤感受器捕捉，转化为电信号，电信号沿着神经快速传递到脊髓和大脑，大脑发出“缩手”的指令，再通过神经传递给肌肉。

这个电信号的产生和传播，关键就在于钠离子通道。它们像一个个微小的“开关”，镶嵌在神经细胞的膜上。当受到刺激时，开关打开，钠离子涌入细胞，产生电流；然后开关迅速关闭，为下一次信号做准备。

颜宁团队成功解析了7大类钠离子通道的高分辨率结构。其中，一个叫NaV1.7的通道引起了她的特别关注。

为什么？因为编码NaV1.7的基因SCN9A一旦突变，就会产生两种截然不同的后果：如果功能丧失，人会感觉不到疼痛；如果过度激活，则会引发难以忍受的神经性疼痛。这意味着，NaV1.7是疼痛感知的核心开关，也是开发镇痛药物的理想靶点。

2026年1月，颜宁团队又取得一项重大突破——他们首次捕获了电压门控钠通道的“开放瞬间”，揭示了钠通道快速失活的分子机制。这项研究填补了该领域的关键空白，为开发更精准的镇痛药物提供了重要依据。

除了钠通道，颜宁团队还解析了已知最大的离子通道——兰尼碱受体1（RyR1）的三维结构。这个通道存在于肌肉细胞中，负责调控钙离子的释放，从而控制肌肉收缩。它的结构极其复杂，但颜宁团队成功“看见”了它，为理解肌肉收缩和钙信号传导提供了全新视角。

04  冷冻电镜革命与“生命暗物质”

2017年，颜宁离开清华大学，受聘为普林斯顿大学分子生物学系首位雪莉·蒂尔曼终身讲席教授。2019年，她当选美国国家科学院外籍院士。

在普林斯顿期间，颜宁的研究进入了一个新阶段。她开始利用冷冻电镜（Cryo-EM）技术探索更广阔的未知世界。

冷冻电镜是什么？简单来说，它是一种可以“看见”单个蛋白质分子的技术。传统方法需要把蛋白质做成晶体，但很多蛋白质根本没法结晶。冷冻电镜的出现，就像给结构生物学家装上了一双“透视眼”，让他们可以直接观察溶液中的蛋白质分子。

颜宁敏锐地抓住了这次“分辨率革命”。她不仅用冷冻电镜解析了大量离子通道结构，还开创了一个全新的研究方向——探索“生命暗物质”。

什么是“生命暗物质”？它指的是那些在自然界中存在了亿万年的生物分子，我们不知道它们长什么样，也不知道它们有什么功能，但它们一定在生命中扮演着重要角色。

颜宁团队提出了一个名为“CryoSeek”的研究策略——直接用冷冻电镜去观察自然环境中采集的样品，看看能不能发现未知的生物大分子。

他们从清华大学的荷塘里取了一些水样，用冷冻电镜一照，结果惊呆了——水样中竟然藏着9种从未见过的高分辨率纤维结构！其中既有纯蛋白构成的纤维，也有蛋白外面包裹着厚厚糖层的“糖纤维”，还有完全由糖组成的纤维。

这些发现让颜宁兴奋不已。她说：“技术突破让不可能变为可能。”

05  攻克糖科学难题

糖是地球上最丰富的生物大分子之一，但它的结构研究却远远落后于蛋白质和核酸。为什么？因为糖太复杂了——单糖类型多样，连接方式多变，结构高度柔性，解析它的三维结构极其困难。

颜宁团队迎难而上。他们用CryoSeek策略解析了多种糖纤维的高分辨率结构，揭示了糖质立体化学的新规律。其中，一种被称为TLP-4的糖纤维特别有意思：它的核心是四肽重复序列组成的线性多肽，外围被厚厚的糖链紧紧包裹，就像一根裹满糖霜的“8纳米意面”。

但是，解析糖结构面临一个根本性难题：冷冻电镜成像会丢失“绝对手性”信息。就像你拍一张照片，分不清左右手一样。对于蛋白质，科学家可以利用α-螺旋都是右旋这一知识来校正；但糖既有D型又有L型，没有这个“指南针”。

颜宁团队和合作者开发了一个名为“Ahaha”的新算法，只需一次常规冷冻电镜成像，就能高效、准确地判定糖纤维的绝对手性。他们还把这个算法做成了在线服务，供全球科学家免费使用（https://cryoseek.org/ahaha）。

这些研究成果，标志着我们对糖这一生命“暗物质”的结构研究迈入了实质性新阶段。

06  从科学家到创建者：深圳医学科学院

2022年11月，颜宁再次做出一个让世界惊讶的决定——她辞去普林斯顿大学的终身讲席教授职位，全职回国，参与创办深圳医学科学院（SMART）。

在深圳全球创新人才论坛上，她解释了自己的初衷：“打造一个平台，去支持更多优秀的学者，应对人类面对的各种健康威胁，发掘、挑战生物医学难题，做出原创突破，回馈社会。”

短短两年多时间，深圳医学科学院和深圳湾实验室已经吸引了近70位优秀人才独立领导实验室。他们围绕神经与精神类疾病、传染病、自免疫疾病等领域开展前沿研究。

颜宁不仅做科研，还在努力构建完整的创新链条。她推动建立了“湾有引力”孵化平台，已吸引30多家创新企业入驻，总估值超过35亿元。她还启动了联合研究员项目，与多家国内顶尖医院合作，支持13位临床专家开展前沿研究。

她说：“经过我们一代人、几代人的共同努力，在10年、20年之后，在世界生物医药的版图上，深圳占有重要的一席之地。”

07  AI与科学的双向奔赴

在最近的一次讲座中，有学生问颜宁：人工智能会取代结构生物学家吗？

颜宁的回答很坦诚：“AI的发展确实超出大多数人的预期，然而目前AI擅长的仍然是在大量数据中做总结，无法取代人类。”

她以团队与清华智能产业研究院的合作为例：“AI帮我们从亿级分子库中筛选出20个候选分子，但最终哪个能成为药物，仍需湿实验验证。”

更令人兴奋的是，颜宁提出了“双向赋能”的理念：一方面，“AI for Science”正在加速推动科学发现；另一方面，“Biology for AI”同样意义重大——生物大脑经过数十亿年进化形成的高效信息处理结构，也可能启发未来AI的算法革新。

她坦言：“等到AI能够完整取代实验室的那一天，我们离科幻片里的世界也不远了。”

08  勇敢地做自己

2026年3月，全国妇联授予颜宁“全国三八红旗手标兵”称号。这是对这位杰出女科学家的又一次肯定。

面对荣誉，颜宁说：“成为一名女科学家可能很有挑战性，但不至于让任何人止步不前，所以，要勇敢地做自己。”

从济南到清华，从普林斯顿到深圳，颜宁用二十多年的时间，从一个对科学充满好奇的小女孩，成长为站在世界生命科学前沿的领军人。她的故事告诉我们：真正的科学探索，不在乎实验室的豪华程度，而在乎科学家的头脑里装着什么问题，眼睛里盯着什么目标。

从葡萄糖转运蛋白到钠离子通道，从冷冻电镜到CryoSeek，从教科书空白到看见“生命暗物质”——颜宁的科学之路，就是一场不断挑战未知、不断突破极限的马拉松。

正如她所说：“科研本身就是一场马拉松，与体育竞技一样，都是不断突破人类极限的过程。”

而这场马拉松，远没有终点。因为在生命微观世界的深处，还有无数奥秘等待着被“看见”。

参考资料

南方都市报. 荣获全国三八红旗手标兵称号的颜宁：今年初刚发布科研新成果. 2026-03-02

浙江大学医学院. 颜宁院士做客杏林名师名家论坛. 2025-04-23

环球人物. 颜宁，获新称号. 2026-03-03

复旦大学. “相伯讲堂”系列学术活动第九期. 2025-10-30

深圳湾实验室. 颜宁荣获全国三八红旗手标兵称号. 2026-03-03

上海交通大学. 颜宁院士做客“上海交通大学大师讲坛”. 2025-11-03

北京师范大学生命科学学院. 颜宁院士北师大开讲. 2025-04-21

新京报. 山东女科学家颜宁，再获殊荣. 2026-03-02

上海交通大学研究生院. 中国科学院院士颜宁教授做客第269期大师讲坛. 2025-11-12

丁香通. 颜宁院士团队连发两篇！2025-11-04