格奥尔格·纳格尔：用青蛙卵证明藻类光敏蛋白的德国生物物理学家

格奥尔格·纳格尔

出生	1953年8月24日 Weingarten, Germany
职业	生物物理学家
获奖	脑科学奖 · 卡尔·海因茨·贝克茨奖 · 路易-让特医学奖

斯德哥尔摩的电话打到格奥尔格·纳格尔（Georg Nagel）那里时，他正坐在那不勒斯与罗马之间山间的一处露台上，脚下是橄榄树，身旁则有一棵柠檬树。他不敢相信这是真的。有些朋友每年秋天都会特意关注诺贝尔奖的公布，而他总劝他们别太当真。据他所知，光遗传学——这项由他的实验促成的技术——只惠及过一位患者。他想，抗疟药和癌症免疫疗法帮助过无数人；而能控制脑细胞的“光开关”，对于医学奖来说还太年轻。

诺贝尔奖评审机构并不同意。维尔茨堡大学生物物理学家纳格尔与彼得·黑格曼（Peter Hegemann）、卡尔·戴瑟罗思（Karl Deisseroth）共同获得诺贝尔生理学或医学奖，以表彰他们在光控离子通道和光遗传学方面的发现。他在这段研究历程中的贡献，是拿出确凿证据。黑格曼长期以来一直主张，绿藻衣藻眼点中的一种蛋白质既能捕捉光线，又能打开一个供带电粒子通过的孔道；许多同行对此持怀疑态度。纳格尔当时在法兰克福的马克斯·普朗克生物物理研究所工作，他把候选基因注入蛙卵，并测量光照开启时发生的变化。起初进展并不顺利。后来，正如他所说，一批因配制有误而呈低pH值的溶液产生了清晰信号，他这才弄明白自己看到的是什么。这场意外可谓恰如其分：两种蛋白质中的第一种，最终被证实是一种质子通道。

这份坚持有着更早的源头。纳格尔于1953年8月24日出生在上施瓦本的魏因加滕，是五个孩子中的老大；从五岁起，他就饱受重病困扰。兄弟姐妹去附近的奥地利滑雪时，他用父母每年圣诞节送的科学套装搭建蒸汽机和收音机；许多个暑假里，他则在维尔茨堡的大学医院接受手术。多年后，他也将在这座城市执教二十年。他在康斯坦茨大学学习生物学和生物物理学，第一位生物物理学讲师恩斯特·班贝格（Ernst Bamberg）后来成为他的导师；求学期间，他还参与创办了一家咖啡馆。拿到毕业文凭后，他在瑞士一所私立中学任教。后来，他在维尔茨堡再次接受手术，骨骼炎症终于得到控制；他开始玩悬挂式滑翔，并继续教书，直到班贝格邀请他前往法兰克福。他接受了邀请，并于1988年在歌德大学完成博士学位，研究工作则是在马克斯·普朗克研究所开展的。

此后，他在美国度过了五年博士后生涯，先后供职于耶鲁大学和洛克菲勒大学。在纽约，他结识了来自那不勒斯的分子生物学家安娜·玛丽亚·穆斯蒂（Anna Maria Musti）；当时她是哥伦比亚大学的访问教授，也帮助他拓宽了以生物物理学为基础的科学研究视野。两人于1996年在丹麦结婚，并育有一个女儿。回到法兰克福后，纳格尔担任马克斯·普朗克研究所的研究组负责人。他与班贝格于1995年证明，一种来自微生物、由光驱动的泵——细菌视紫红质——在蛙卵中表达后仍能发挥作用，从而使动物细胞对光敏感。此后的一切研究，都以蛙卵为试验平台。

2002年，纳格尔、黑格曼、班贝格及其同事在《Science》发表论文，将通道视紫红质-1描述为一种光控质子通道；穆斯蒂也是共同作者之一。2003年，纳格尔团队在《美国国家科学院院刊》发表研究，证明通道视紫红质-2会在光照下直接开启，让正离子通过；这种蛋白质在人体肾细胞中同样发挥作用，蓝光照射会使这些细胞去极化。戴瑟罗思写信向纳格尔索要该基因；2005年，他的斯坦福团队利用这一基因，让培养的神经元按指令放电，纳格尔和班贝格也参与了这篇论文的共同署名。同年，纳格尔与亚历山大·戈特沙尔克（Alexander Gottschalk）合作发表研究，首次将通道视紫红质用于控制完整动物的行为之一：他们利用纳格尔设计的一种增强电流的突变体，操控了秀丽隐杆线虫的行为。

2004年，他转赴维尔茨堡，在于利乌斯·冯·萨克斯研究所担任分子植物生理学教授。这个出人意料的落脚点，成了他此后二十年拓展神经科学工具的基地。他与高世强（Shiqiang Gao）带领团队构建了由光控制的酶，用于调节cAMP和cGMP这两种信号分子，其中包括2015年发表的CyclOp。他也把这项方法重新用于植物研究：植物需要光才能生存，而且缺少视紫红质所需的视黄醛。2021年发表于《Nature Plants》的一项研究由纳格尔担任资深作者，研究人员利用一种取自藻类的光控通道来控制烟草的生长。2019年，他转入生理学研究所任职，并从2021年起继续在那里担任资深教授。

这项大奖也让人看到，一间拥挤的房间里总有人未能入选。诺贝尔奖规定最多只能有三位获奖者，因此名单没有班贝格——纳格尔的导师、后来担任法兰克福研究所所长且参与通道视紫红质论文署名的人；也没有2005年神经元论文的第一作者爱德华·博伊登（Edward Boyden），以及早前曾用另一种系统让神经元响应光线的格罗·米森伯克（Gero Miesenböck）。六人曾在2013年共同获得Brain Prize。纳格尔坦率谈到了其中的风险。戴瑟罗思曾在综述文章中写道，把通道视紫红质导入神经元是一项风险极高的研究；纳格尔在获奖消息公布后的首次采访中说，自己对此有些意外，因为这种蛋白质在肾细胞中的表达效果非常好。与此同时，他也称赞戴瑟罗思推广并阐释这项工具的工作“绝对重要”。关于医学应用的说法，也需要同样谨慎。记录最充分的人体案例，是一名因视网膜色素变性而失明的男子；2021年的报道显示，他在接受以藻类通道视紫红质为基础的基因疗法后恢复了有限视力。相关临床试验仍在继续，而光遗传学目前首先仍是一种研究方法。

斯德哥尔摩之行，是一连串奖项之后的又一座里程碑：2010年，他与黑格曼、班贝格共同获得Wiley奖和Karl Heinz Beckurts奖；2013年获得Louis-Jeantet Prize for Medicine；2019年获得Rumford Prize；2020年则与黑格曼、米森伯克共同获得Shaw Prize in Life Science and Medicine。他于2026年6月底正式退休；据他说，他和穆斯蒂会在寒冷的月份住在那不勒斯附近，那里的平均气温比维尔茨堡高十摄氏度，而且没有雾。即使退休后，他的名字仍出现在新论文中，其中包括一项2025年的研究，利用一种可传导钙离子的通道视紫红质研究血小板。2026年10月5日公布的获奖消息，使他成为维尔茨堡大学第十五位诺贝尔奖得主。

12月10日，他将在斯德哥尔摩领取奖章。当年他首次设法让一种蛋白质在蛙卵中发挥作用，如今这类蛋白质已能在世界各地的实验室里按需开启。它能否帮助第二位、第三位患者，正是他认为这项大奖本该再等等的问题。

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