2016年底，基金会委员会公布了自1986年成立以来的30年间获得资助最多的科学家名单。生命科学系第一名是北京大学程和平教授。今天，边肖将和你谈谈程和平院士。
个人经历
程和平，1962年出生于安徽桐城。1980年，程和平就读于北京大学数学力学系，但到了初三，他渐渐对生物产生了兴趣，开始自学一些生物课程。1987年，程和平获得生物工程学士和硕士学位，生物系副修生理学第二学士学位。
因为成绩优异，老师们甚至主动为这个年轻人规划了未来的生活：从事生物医学工程研究。所以他硕士毕业后留在了北大，在无线电电子系任教，以便掌握电子学和计算机软硬件的实验技能，为以后的生物工程实验做准备。
1990年，28岁的程和平就读于美国马里兰大学医学院生理学系。1995年，程和平获得博士学位。同年，他以高级研究员的身份加入NIH，并于1998年成为终身研究员。
1998年，程和平在北京大学建立了细胞钙信号实验室，并获得了国家杰出青年科学基金。2000年被教育部长江特聘教授。
2004年，程和平被任命为美国国立卫生研究院(NIH)终身高级研究员，这是NIH的最高学术职位。
2005年，程和平与同事共同创办了北京大学分子医学研究所，担任高级研究员。
2006年，程和平从NIH辞职，全职回到北大分子医学研究所。2007年，程和平教授担任首席科学家，主持科技部973项目‘心脏的重大基础和发病机制研究’。2012年入选国家“千人计划”特聘专家。2013年，与施同年，他放弃美国国籍，恢复中国国籍，并当选为中国科学院院士。
程和平院士的妻子也是科学家，妻子是北京大学分子医学研究所所长肖瑞平教授。
重要研究成果
程和平院士早年主要从事细胞钙信号转导的研究。近年来，他致力于线粒体生物医学研究。至今已发表论文100多篇，其中10多篇发表在Science、Nature、Cell上。
1 回国前
1993年，程和平在美国马里兰大学乔恩莱德雷尔实验室发现了细胞内钙释放的最小单位，并将其命名为“钙火花”。论文发表于《Science》。程和平是论文的第一作者。作者莱德雷尔博士是程和平的导师。莱德雷尔博士是马里兰大学生物医学工程和技术中心的主任，也是医学院的生理学教授。迄今为止，他已经发表了十多篇CNS文章。
在发现自发性“钙火花”后不久，程和平及其同事于1995年报告了他们对《Science》的跟踪研究。钙火花也是心肌兴奋-收缩偶联过程中细胞内钙释放的最小单位。本报告提示：1)细胞表面膜上单一L型钙通道的开放，可通过钙诱导钙释放的机制触发肌浆网的钙火花；2)一旦触发，钙火花是“全有或全无”现象，其时程、振幅和空间大小不受L型钙电流控制；传统的钙瞬变是钙火花在时间和空间上随机触发和叠加的结果。特别是，细胞水平上的分级钙释放是由不同数量的“全或无”钙火花的累积引起的。在一次强有力的心跳中，单个细胞可触发约10000个钙火花，整个心脏的钙火花数量约为51010个。因此，研究小组证实钙火花是心肌兴奋-收缩偶联的最小单位。
程和平的重要理论成果之一是，他第一个提出了关于钙释放通道“钙适应”行为的理论模型。在人工脂质双分子层膜上，随着钙浓度的逐步增加，通道的开放率突然增加，但随时间逐渐降低。然而，这种减少不同于一般离子通道的失活，因为这些通道通过在新的和更大的步骤中增加钙浓度而再次变得活跃。自1993年首次报道以来，这一现象没有得到很好的解释。1995年，程和平的模型作为短文发表在《Science》，可以定性和半定量地解释这种行为，并带动了几个模型的相继提出。
程和平还对骨骼肌和平滑肌的钙生理做出了重要贡献。在脑血管平滑肌中，钙火花出乎意料地放松了血管的张力，而不是像预期的那样收缩血管。原因是钙火花大多产生在靠近表面的细胞质中，局部高钙激活钙敏感钾通道(KCa)电流，导致细胞膜超极化和L型钙的活性丧失，从而净效应是降低细胞的整体钙浓度和钙依赖性收缩力。这一结果首次清楚地表明，同样的钙离子，根据其空间分布的不同，可以产生截然相反的生理效应。这部作品发表于1995年(《Science》)。在骨骼肌单纤维中，另一种亚型钙释放通道的开放也产生火花，而这些钙火花受电压依赖性和钙依赖性双重机制的调节。前者众所周知，后者在上世纪70年代提出，但一直没有得到证实。钙火花的研究为它的存在提供了坚实的基础。这项工作发表在杂志《Nature》在1996年。
1997年，乔恩莱德雷尔实验室报道了另一项关于心力衰竭时心肌收缩力下降的重要发现《Science》。利用“钙火花”作用于“探针”，程和平等人发现，心力衰竭心肌细胞中同样数量的L型钙电流只能诱发正常数量的1 /2-1/3的钙火花，而钙火花本身和其他兴奋-收缩偶联参数并没有发生变化。结果，钙瞬变和细胞收缩幅度大大降低。研究人员推测，L形钙电流从钙火花上解耦可能是由于细胞膜表面的L形通道与肌浆网上的钙释放通道之间的相对位置发生了变化，使得钙释放通道偏离了L形通道周围的高钙浓度区域，无法被有效触发。如果得到证实，这将是一个革命性的概念，因为它将提出，仅是微观尺度上的分子间错位，而非蛋白质分子本身的异常，就足以引发危及人类的重大疾病。文章发表后，被《纽约时报》、《巴尔的摩太阳报》等知名媒体广泛报道。
2001年，程和平的研究团队在《Nature》发表论文，公布其最新发现。论文的结果表明，当单通道离子电流加强时，在阈值刺激条件下可以检测到少数钙通道活动产生的局部钙荧光信号，该信号比细胞内钙离子释放产生的钙火花小一个数量级。研究小组将其命名为“钙火星”，然后对其进行定量鉴定，证明钙火星的时间和振幅之和。然后记录了两个局部钙信号，高幅钙火花和低幅钙火星，发现钙火花总是在钙火星的基础上发生的。程和平是这篇论文的通讯作者。
参考资料：
1.程，坎内尔。1993，钙火花：心肌兴奋-收缩偶联的基本事件。科学262，740-744
2.康乃尔，程，1995，心肌钙释放的控制。科学268，1045-1050
3.程，h，Fill，m .Valdivia，1995，钙释放通道适应模型，科学267，2009-2010
4.陈，李，1995，钙火花对动脉平滑肌的舒张作用。科学270，633-637
5.1996，由骨骼肌双重机制激活的离散肌节钙释放事件。自然379，455-458 (*通讯作者)
6.高梅兹，瓦尔迪维亚，程，h，桑塔纳，1997，实验性心肌肥厚和心力衰竭中的兴奋-收缩偶联缺陷。理科276，800-806
7.王，宋立生，拉卡达，程，h，2001，心肌细胞单个L-型钙通道与兰尼碱受体之间的钙信号传导。自然410，592-596
2 回国后
2008年7月，程和平教授的研究团队发现了一个新的细胞超氧化物生成事件，并将其命名为“超氧化物闪光”。氧眩是细胞单个线粒体(含102~104个线粒体)内超氧化物信号的瞬间爆发现象。这是首次在活细胞中观察到局部、间歇和量子化的超氧化物产生。氧眩是由线粒体膜通透性转运通道(mPTP)的开放触发的，与线粒体电子传递链的活性密切相关。这项工作在自由基和线粒体的研究领域有三层意义。首先，发现了一种新的ROS信号指标。第二，超氧阴离子可以作为氧化应激相关疾病的生物标志物。第三，我们对mPTP和电子传递链在生理和病理条件下的功能有了新的认识。这项研究发表于《Cell》。
2008年12月31日，程和平的研究论文发表于《Nature》。报道了钙信号调节细胞迁移的新发现和新观点(美国还是中国？)。当天，《Nature Reviews Molecular Cell Biology and Cell Migration Gateway》在其研究亮点中发表了一篇关于该论文的专题文章。这项研究发现了钙火花家族的新成员：钙闪烁，并表明钙闪烁集中在头部的事件为激活细胞定向运动的信号分子提供了动态的局部高钙信号，解决了困扰细胞迁移研究领域十多年的难题。该论文的另一个重要意义在于，提出了“钙闪烁引导细胞定向迁移”的新观点：在外源趋化因子的梯度作用下，钙闪烁表现出不对称特征。
由于这些伟大的成就，程教授于2013年当选为中国科学院院士。同年，清华大学著名结构生物学家施一公教授当选。
2013年，由程和平院士领衔的“超高时空分辨率小型化双光子活体显微成像系统”项目组成立。该项目获得国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目基金7200万元。成立之初，项目组全体成员积极开展研究，探索如何将下一代激光、扫描、控制、成像的新原理和图像处理的新方法与活体荧光成像有机结合。2013年11月，项目组发现了通过调制超声可调谐梯度(TAG)透镜产生层状光的新原理，用于高速点扫描。在科学仪器国家重大研发项目的支持下，项目组整合光学仪器研发、电路控制、生物实验等多个方面，调集关键设备，确定时间节点，夜以继日地努力工作。2014年3月，它完成了一种新的双光子光学显微镜，命名为2P3A-DSLM(双光子三轴数字扫描光片显微镜)。结果表明，新研制的2P3A-DSLM双光子光学显微镜具有采样速度快(1ms帧率)、光损伤小、组织成像深度大等优点。特别是与国际同类光学显微镜相比，2P3A-DSLM在保持大视场的同时，拥有最薄的均匀光学片(亚微米级)，使定量观察和研究活体模型动物组织深处亚细胞的精细结构和动态过程成为可能。2014年9月初，项目组正式申请国家发明专利，9月底《Cell Research》发表研究论文。为了实现仪器开发与前沿科学问题的紧密结合，项目组在研究论文中成功地将新的成像系统应用于斑马鱼心脏发育、心肌细胞钙火花和秀丽隐杆线虫超氧化物歧化酶的研究。
生物医学成像正在经历一场向多模态和跨尺度的革命性变革。目前使用的无创脑成像方法时空分辨率非常低，但程和平R&D团队研发的“小型化双光子显微镜”技术填补了这一空白。团队成员受邀在意大利、美国、新加坡等地的各种行业会议上发表演讲，得到了包括2014年诺贝尔奖获得者在内的国内外同行的认可。不可替代的核心技术、关键器件的自主研发、高端装备、国际竞争力，是程和平对创业前景的信心。未来，他们的高分辨率显微镜活体成像系统和仪器将广泛应用于生物医学和生命科学领域，为临床研究和监测提供更先进、更精确的设备。
这一成果意义重大。为什么研究论文没有像之前的研究成果一样发表在CNS上，而是发表在中国主办的《细胞研究》杂志上？是因为一些核心技术需要保密吗？请在留言区发表你的看法。
2014年，北京生命科学研究院程和平研究组和董研究组在《Nature》报道，3日龄秀丽隐杆线虫线粒体的“超氧炫”频率可以预测其寿命。衰老生物钟的实验结果可以从生命早期超氧炫目数字钟的节拍推断出来，支持了广义线粒体衰老理论，即线粒体是调节衰老的遗传、环境和随机因素的共同节点。同时，这一发现也为程序性衰老理论提供了最有说服力的实验证据。
参考资料：
1.王伟，方宏，格鲁姆，程宏，2008，单个线粒体内超氧化物闪光。细胞，134(2)，279-290。
2.魏，王，陈，米，欧阳，宋，程，洪，2009，钙闪烁调控细胞迁移。自然457，901-905。
3.沈怡泽，宋春庆，林玉燕，张伟辉，程海辉，2014，秀丽隐杆线虫早期成体的线粒体闪光频率与寿命预测。自然，508(7494)，128-32。
4.宗伟，赵，陈，林，任，程，2015，大视场高分辨率双光子数字扫描光片显微术。细胞研究，25(2)。
程和平院士一开始并没有出国的打算。他曾说：“我一直相信，中国的‘土鳖’不比‘甲鱼’差。但是因为我老婆去美国读书了，所以不得不和她一起出去。”其实早在2000年，他就想彻底回国。因为程教授是做基础研究的，需要大量的资金投入。但是2000年左右，国内环境还不成熟。如果他回国却没有足够的科研经费，那他几乎什么都做不了。2005年，在国家985项目的支持下，程和平规划的分子医学研究所终于从蓝图变成了现实。当时还在国外的程和平的妻子肖瑞萍担任研究所的兼职所长。程和平先行一步回国，担任研究所下属钙信号实验室主任。
程和平院士是中国“龟”的杰出代表，而之前在该地深度烧烤过的曹雪涛院士是“龟”的杰出代表。曹教授在28岁时成为中国的一名教授。由于中美两国的科研体制不同，程教授跟随丹尼尔学习了更多年，然后在美国获得了一个教学职位。虽然之前的经历大相径庭，但近年来双方的科研成果可以说是旗鼓相当。当然，两个教授在不同的领域没有直接的比较。他们都是生物医学领域的杰出代表。看了两位教授的经历，读者或许会有一些感悟。是不是多学学大牛比较好？是不是早点独立比较好？欢迎留言讨论。
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