封面故事丨疫苗快跑 一場科學(xué)家的百日馬拉松

本刊記者? 李宗陶? 編輯? 周建平 rwzkjpz@163.com

頭圖：清華大學(xué)張林琦教授實驗室內(nèi)，張教授展示剛生產(chǎn)出來的還沒有純化的抗體?圖/本刊記者 梁辰

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【閱讀本文前，請先接種以下“疫苗”】

Spike????? Spike Glycoprotein，刺突糖蛋白，位于新冠病毒外層，像一個個突起的皇冠。

RBD?????? Receptor Binding Domain，病毒刺突蛋白上的受體結(jié)合域。

ACE2???? 血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2。新冠病毒主要通過刺突蛋白上的RBD跟人體細(xì)胞的受體血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2結(jié)合，最終實現(xiàn)感染。

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這一次，微博和微信朋友圈里出現(xiàn)了冠狀病毒進化樹。

這不是科學(xué)家們第一次在流行病到來時對病毒進行基因分析。過去幾十年里，他們對艾滋病毒、埃博拉病毒、寨卡病毒和SARS病毒都繪制過類似的基因演化樹，但除了科學(xué)界，很少有人關(guān)注。

2020年1月11日，王新泉在京郊開一個學(xué)術(shù)會。他是清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的教授，中科院生物物理所梁棟材和常文瑞院士的博士，美國斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的博士后，眼下正帶著兩位博士、一位博士后，開展與人類疾病和健康相關(guān)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。天色暗下來的時候，他習(xí)慣性地刷了下病毒學(xué)網(wǎng)站（virologic.org），一眼看到這些天他正等待的東西――

上海市公共衛(wèi)生臨床中心＆公共衛(wèi)生學(xué)院與武漢中心醫(yī)院、華中科技大學(xué)、武漢疾控中心傳染病預(yù)防與控制研究所、中國疾控中心、澳大利亞悉尼大學(xué)合作,正在發(fā)布一例來自武漢的呼吸道疾病患者的冠狀病毒基因組（附序列）。該序列也已存入GenBank，并將盡快發(fā)布。

帖子頂端注明：“此帖由悉尼大學(xué)的愛德華·霍爾姆斯（Edward C. Holmes，進化生物學(xué)家）代表上海復(fù)旦大學(xué)張永振教授團隊發(fā)布?！卑l(fā)帖時間是美國東部時間1月10日。

張永振也是中國疾控中心傳染病預(yù)防控制所的研究員。在當(dāng)代病毒學(xué)確定已知的5000種病毒里，他的實驗室利用宏基因組學(xué)建立的新體系，近五年來發(fā)現(xiàn)了2000種全新的病毒，其中一些發(fā)展出新的科或目，比如荊門病毒、楚病毒、秦病毒、魏病毒、燕病毒……荊門病毒還被收入普林斯頓大學(xué)編著的2015年版經(jīng)典教材《病毒學(xué)原理》。

1月9日，張永振在武漢。下午，他出現(xiàn)在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)基因樓129會議室，為一百五十多位師生做了一場學(xué)術(shù)報告。結(jié)尾時他說：“跨種間傳播以及共進化，揭示了病毒傳播和進化的復(fù)雜性。因此，早發(fā)現(xiàn)、早識別、早解析、早預(yù)警，是我們對病毒由被動防御到主動防御的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變?！?/p>

這天晚上，一個61歲的男人在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院里停止了心跳。武漢市衛(wèi)健委的專家在兩天后的11日向媒體介紹說，此人常年在武漢市華南海鮮市場采購，同時患有腹部腫瘤和慢性肝病。12日，武漢市衛(wèi)健委在情況通報中首次將“不明原因的病毒性肺炎”更名為“新型冠狀病毒感染的肺炎”。

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一

“我立馬把序列下載了，發(fā)給博士生蘭君。我說你趕快去分析一下，看看是什么情況?！蓖跣氯f，“聽說有可能是冠狀病毒的時候，我就已經(jīng)有所準(zhǔn)備。但沒有序列，沒法著手，我也不太好去問別人要序列，就等著。全世界都在等著?！?/p>

打開計算機，蘭君看見了這個有由19位作者（包括張永振）測定的序列。它包含29903個堿基，10個一組、60個一行排成長長的方陣――

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61 gttctctaaa cgaactttaa aatctgtgtg gctgtcactc ggctgcatgc ttagtgcact

……

在生物學(xué)軟件的幫助下，他開始比照冠狀病毒家族的這位不速之客與SARS的異同。電腦很快給出數(shù)據(jù)：79.5%的序列，一模一樣。

王新泉撥通了張林琦的電話?！拔艺蚪o你?！睆堈f。

張林琦是清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院的教授，主攻重大病毒性傳染病的致病機理、病毒與免疫系統(tǒng)的相互作用關(guān)系，同時研發(fā)抗病毒藥物、抗體和疫苗。28年前，拿到英國愛丁堡大學(xué)分子病毒學(xué)博士學(xué)位之后，他先后在美國兩所大學(xué)任教15年，是艾滋病雞尾酒療法發(fā)明者何大一團隊的主力華人科學(xué)家。

2003年，他和王新泉同時回國，落戶清華，率領(lǐng)各自的團隊在冠狀病毒領(lǐng)域合作了八年多，共同發(fā)表了多篇重要論文。和20年前相比，張林琦似乎沒什么變化，除了發(fā)際線又向后移了一厘米；而生于1973年的王新泉正頂著一頭茂盛的黑發(fā)進出實驗室。兩個團隊的實驗室同在醫(yī)學(xué)科學(xué)樓的二樓。

三言兩語一勾兌，一周前他們的直覺被判為真：這個病毒不一般。

“大概在序列公布前幾天，專家群里就有說出‘冠狀病毒’的，這在當(dāng)時確實是一個非常敏感的字眼。我記得非常清楚，有很多老師用的排除法：它肯定不是腺病毒，不是流感病毒……但不知道它是什么。我注意到民間也在用類似的辦法，列出了一些‘不是什么’。當(dāng)時專家圈子里確實比較謹(jǐn)慎，因為一個新發(fā)流行病暴發(fā)之初，它的致病原和因果關(guān)系非常難確定。我們?nèi)松砩嫌泻枚嗖《?，鎖定哪個是真正致病的，需要依據(jù)?！睆埩昼f，“要不要轉(zhuǎn)入研究，心里也有點猶豫，因為我們的工作量已經(jīng)很大了，在手上艾滋研究的同時撿起一個新的項目，還是需要一定的勇氣和膽量。但序列一公布，我們馬上做了遺傳分析，確實跟SARS非常像，這事基本就定了，必須要全力投入?！?/p>

“哥倫比亞國立大學(xué)有位生物化學(xué)家說，我的整個學(xué)術(shù)生涯都在為這樣一個時刻做準(zhǔn)備。你們有沒有這樣的感覺？”我問。

“說實話，那時候誰也不會想到疫情會發(fā)展到現(xiàn)在這個情況，對吧？”王新泉說。

“說實話，那時候誰都沒有想到病毒傳播能這么快，能從武漢迅速傳遍全國，然后遍布世界各個角落?！睆埩昼f。

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二

這對老搭檔決定立刻行動。

根據(jù)科學(xué)家們此前對SARS、MERS（中東呼吸綜合癥）這些由冠狀病毒引發(fā)的疾病研究經(jīng)驗，冠狀病毒通常是用它表面刺突蛋白上的一小段RBD蛋白，跟宿主細(xì)胞的某一類特定受體（如SARS的受體是ACE2，MERS的受體是DPP4）結(jié)合，附著在宿主細(xì)胞表面。

我們已經(jīng)知道，冠狀病毒的表面刺突蛋白（就那皇冠）是一個三聚體，是三個東西綁在一塊兒，每一個綁著的結(jié)構(gòu)就有一個RBD，所以它有三個RBD在那待著，但它不老實待著，有點像北京小孩玩的那種三片葉子的風(fēng)車——這RBD在風(fēng)車上不老實，有時候站起來，有時候趴下，站起來、趴下；有時候一個站起來，有時候兩個站起來，有時候三個全站起來，是一個動態(tài)過程。

當(dāng)然站起來和趴下跟它的生物功能直接有關(guān)。我們后來發(fā)現(xiàn)，RBD站起來之后，才能有效地跟細(xì)胞上的受體結(jié)合。有點像咱們的車鑰匙，你一摁，車門鎖蹦起來了。蹦起來之后，它就可以跟細(xì)胞受體結(jié)合，就可以把那細(xì)胞打開。

這種現(xiàn)象后來也被中外好幾個實驗室證明了，說明病毒表面蛋白構(gòu)建了一個變化多端的場景，需要時不常地把鑰匙亮出來，一邊去找它的鎖，然后它就能進去，這個動態(tài)過程還是非常奇妙的。所以，當(dāng)我們已經(jīng)觀察到冠狀病毒表面蛋白有這種動態(tài)特點，在新型冠狀病毒出現(xiàn)以后，顯而易見，就是要確定它的RBD的結(jié)構(gòu)特點是什么？這種結(jié)構(gòu)特點，跟SARS和MERS有多大的相同性和相異性。病毒侵入人體細(xì)胞的瞬間是最重要的環(huán)節(jié)，我們的切入點就是從這兒開始的。

張林琦給我上了一堂三個小時的分子病毒學(xué)課。其中“我們后來發(fā)現(xiàn)”的“我們”，還包括清華醫(yī)學(xué)院向燁團隊、生命科學(xué)院王新泉團隊。從2017年開始，三個實驗室在多個頂級刊物上發(fā)表了SARS冠狀病毒刺突糖蛋白與其受體ACE2復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。

（注：3月19日，麻省理工學(xué)院在bioRxiv預(yù)印本上發(fā)布最新研究成果--RBD和ACE2結(jié)合位點是ACE2受體結(jié)合域上的一段α1螺旋式蛋白。這為多肽疫苗和藥物的研發(fā)提供了基礎(chǔ)。）

附著在宿主細(xì)胞表面的刺突糖蛋白-受體結(jié)合物，會被酸依賴的蛋白酶（如絲氨酸蛋白酶TMPRSS2等）兩次切割，目的是暴露出融合肽（fusion peptide）；隨后，融合肽插入宿主細(xì)胞膜并與之融合，病毒的核酸分子得以在細(xì)胞內(nèi)釋放，侵染就這樣完成了。

病毒入侵后，鳩占鵲巢，將健康細(xì)胞變成生兒育女的一間產(chǎn)房。這個細(xì)胞很快會釋放更多的病毒，隨后變成一具被病毒顆粒充滿的尸體。而人體，有大約40-60萬億個處在新陳代謝中的細(xì)胞。當(dāng)尸體堆積到足夠多，疾病就降臨了?？茖W(xué)家們之所以從研究這些分子結(jié)構(gòu)入手，為的是準(zhǔn)確找到結(jié)合位點，設(shè)法（用藥物、抗體、疫苗等）阻斷病毒RBD與受體的結(jié)合。

1月15日晚9點半，清華醫(yī)學(xué)樓實驗室里燈光大亮，兩個團隊共十人召開緊急會議，他們剛在清華附近的近春園聚完餐（當(dāng)事人憶起略有不安）。兩位帶頭人宣布投入新冠病毒研究，整體布局并分工，依據(jù)自愿原則，鼓勵博士們留守實驗室（大部分學(xué)生都買好了回家過年的車票，18號開始放寒假）；立刻啟動新冠表面刺突蛋白基因序列的合成，然后表達RBD。

1月19日晚，單思思回到山西運城的家。她是2015級入學(xué)的直升博士，加入張林琦實驗室。第二天，她上了回北京的動車。列車開動，她哭了，母親的微信也到了：“以后回家機會多得是，現(xiàn)在國家需要你，好好干！”42天后，她做了一塊“此生最值得留念的ELISA板（一種用于酶聯(lián)免疫吸附劑測定的塑料點樣板）”。3月末，她第一次在實驗室里過了一個“生逢其時，重任在肩”的生日。

蘭君決定不回山西忻州過年，他給家里打電話。一年沒回家，過年還不回？十多天后，父母知道兒子在做什么。父親在微信里說，注意安全。母親發(fā)來的是：別太辛苦。從1月12日開始，每天早上7點多他進實驗室，晚上11點回寢室。除夕夜例外，他在春晚開播前收工，吃了頓餃子，“如果回家，也只吃餃子和包子?！睅滋旌?，他把趙雷《成都》的歌詞改了――

讓我掉下眼淚的，不止想家的愁，

讓我依依不舍的，不止你的溫柔。

靈藥還要等多久，病患強忍難受，

讓我感到為難的，是求救的眼眸。

疫情一直在肆虐，研究停不下節(jié)奏，

深夜走廊的盡頭，有燈光在守候。

在那座苦難的城市里，有天使在努力，

病毒帶不走的，是希冀。

……

新冠病毒全基因在手，Spike全長約3800個堿基，其中RBD一段有六百多個堿基，蘭君要做的是：先下單由北京一家生物技術(shù)公司合成RBD的基因，通過重組表達的方式獲得RBD蛋白（主要是單思思的工作），然后在體外將RBD蛋白和人體細(xì)胞表面受體ACE2混合制備復(fù)合物，培養(yǎng)晶體，經(jīng)過篩選和條件優(yōu)化，獲得能夠進行X射線衍射的晶體。

“這中間每一步都得耗費時間和精力，每一步都不能出錯，不能耽誤時間?！碧m君說。

白天，只要打開純化蛋白的泵，實驗室里就有鼓點一樣的聲音陪伴他，催他。夜里，騎自行車回宿舍，路上人很少，車也很少，四面曠達，空氣清冽，車輪被路燈照成南瓜的形狀。一年前的這時候，他寫：行走在深冬的夜里，像一顆沒有防凍液的晶體。而此時，細(xì)胞上清液和蛋白純化充盈著他的身心，“很自豪，能做這些工作?！?/p>

不過大年初四，他忍不住又寫了幾句分行的——

想著母液有人配，瓶子有人洗的過去，

看著母液快見底，瓶子沒人理的今朝，

我此起彼伏。于是乎，我默默地拿起手機，

直到一句“這點屁事，自己搞定”出現(xiàn)在屏幕上，方才醍醐灌頂。

得，自己弄吧。

1月22日夜，單思思跟蘭君一起走在回寢室的路上，都快零點了。他們剛對純化出來的蛋白進行了跑膠驗證，發(fā)現(xiàn)正是他們想要的?！胺凑翘爝€挺高興的，我跟蘭君就在對，接下來怎么拿這個蛋白來做抗體的篩選，還有晶體培養(yǎng)?！眱尚r后，武漢宣布封城。

單思思所在的課題組，一拿到基因公司合成的RBD片斷，迅速整理搭在兩種載體上。一種載體叫pcDNA3.1，注入哺乳動物細(xì)胞系，另一種叫Pfastbac，注入昆蟲細(xì)胞系，相當(dāng)于在兩種類型的工具細(xì)胞里注入一小段DNA，表達生產(chǎn)出來的，就是新冠病毒的RBD蛋白。

她的年夜飯是在實驗室里吃的。師姐張綺的丈夫送來一大碗餃子，她開著電腦邊吃邊看春晚，身邊還有醫(yī)學(xué)院的一個師妹。武漢的場景在屏幕上展開，“越看越沉重，從沒跨過這樣的年。就盼著早點有突破，然后手里的實驗都得趕快，趕快去優(yōu)化，趕快去證實。”

2200公里之外，深圳三院肝病研究所的鞠斌博士從臘月廿九開始，也一直在實驗室里工作。1月11日，這家深圳市的傳染病定點醫(yī)院收治了本市最初的兩例“不明原因的病毒性肺炎”病人。因為有臨床資源，肝病研究所在第一時間就得到了病人的血樣，后來建起了生物樣本庫。大年初一，鞠斌和另兩位同事穿戴好防護（從露眼頭罩、衣褲、鞋套到手套），三人一組進了負(fù)壓的P2 plus （介于P2和P3之間的安全等級）實驗室，開始第一次血液樣本檢測。

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三

張林琦把RBD蛋白比喻成鑰匙，管ACE2叫鎖。鑰匙開鎖，是新冠病毒侵入人體的關(guān)鍵一刻――

把鑰匙RBD生產(chǎn)出來之后，ACE2就是病毒要打開的鎖，這把鎖我們在做SARS的時候就有了，不需要重新做。下一步就是把RBD蛋白和ACE2蛋白混在一起，它倆相互作用，結(jié)合之后要叫它長晶體。那個晶體有點像家里鹽罐子邊上，在空氣潮濕的天里，長出來的那些個像針、像細(xì)毛的東西，實際上就是鹽晶分子在特定的溫度和濕度下，特別有規(guī)律的排列，可以想象成閱兵時的方陣。當(dāng)X光照到這種特別規(guī)律排列的晶體上，它就會形成一種非常規(guī)律的衍射，有了衍射圖就可以通過計算機模型倒推蛋白的結(jié)構(gòu)。

當(dāng)時最大的突破點是，兩種蛋白在一定的反應(yīng)條件下長出了晶體。這個條件包括鹽的濃度、離子的強度，還有一些所謂detergent，特定的化學(xué)物質(zhì)。清華這邊結(jié)構(gòu)生物學(xué)在施一公老師的帶領(lǐng)下，發(fā)展得非?？?，有很大的優(yōu)勢；我跟王老師過去八年的合作也使得這一步比較順利。

我們把同一種蛋白混合物點到幾百個反應(yīng)條件下，放到一個4℃的環(huán)境里，讓它去長晶體。這個4℃的環(huán)境是一個大屋子，不是一個小冰箱，大屋子里擺滿了成百上千個不同的盤子，都是不同實驗室不同老師在做的晶體結(jié)構(gòu)的研究。我們最期待的是什么呢？就是去檢查這些幾百個不同條件的時候，在那里邊能看到晶體長出來。這玩意兒要長得好的話，就跟女孩子訂婚戒指上的鉆石特像，長得不好的話，就有點像咱們鹽罐邊上長的那些細(xì)針。我們每天都去看，有沒有好的晶體長出來，像是在找好看的鉆石。

“第一次看到晶體長出來，是2月11號下午。一共試了960個條件，只有一個條件長出晶體?！碧m君說。一塊點樣板有96個池液格，他點了10塊板子，每一格池液就是一種條件。從前，為了晶體長出來，他向小豬佩奇祈禱過，也寫過《致我們終將見到的晶體》。這一回，佩奇終于神奇，大約兩周就將一幅掃帚狀的結(jié)晶圖案送到他的顯微鏡下。他立刻給導(dǎo)師王新泉發(fā)去照片，同時調(diào)整這一格里的池液條件。2月15日，第一粒漂亮的大“鉆石”出現(xiàn)了。

“X射線衍射（1912年由德國物理學(xué)家勞厄發(fā)現(xiàn)）在當(dāng)年是一個比較牛掰的技術(shù)，跟它相關(guān)的一些發(fā)明創(chuàng)造都獲得了諾貝爾獎，當(dāng)然現(xiàn)在已經(jīng)非常常規(guī)了?！睆埩昼f，“做衍射的設(shè)備叫同步輻射光源，只有上海有。通常，我們是把晶體放進液氮罐，再通過特殊的包裝快遞出去。上海那邊收到之后，把晶體小心翼翼撈出來，放到極其高精尖的機器上，打上X光讓晶體產(chǎn)生衍射，然后在計算機里對衍射圖進行處理，解析結(jié)構(gòu)，比如常見的α螺旋，才能拿到我們發(fā)在文章里的那些花花綠綠的照片?！?/p>

上海同步幅射光源，位于浦東張江高科技園區(qū)，是投資12億元的國家級重大科學(xué)工程和大科學(xué)裝置用戶平臺，建設(shè)了整整五年。它的核心區(qū)域，是產(chǎn)生各種同步輻射光的電子儲存環(huán)，一圈就相當(dāng)于一個操場的400米環(huán)形跑道。

可是，各個人群的聚集單元都緊急、暫時地封閉了，部分交通管制了，快遞停了，人類像蝸牛一樣縮進各自的殼。王新泉說，“以前也有讓學(xué)生拎著液氮罐自己去上海的，可那會兒，學(xué)生去一趟回來，得隔離14天?！?/p>

晶體怎樣才能飛進上海？2月16日，王新泉急中生智，聯(lián)系了一位常為生命科學(xué)院的實驗室接人送物的司機，請他代為物色一位肯在特殊時期跑趟長途的司機。這年頭，人以群分，群里一吆喝，愿意跑活兒的魏師傅出現(xiàn)了。

蘭君挑了十多顆長得最標(biāo)致的“鉆石”，小心翼翼撈出來，放在裝有冷凍液、也就是液氮的小罐里，交到魏師傅手上。魏師傅油門一踩，漏夜出發(fā)，第二天一早送到浦東。上海光源的周歡博士急忙到門口去接，拎了液氮罐直奔機房。魏師傅原路返回，22小時馬不停蹄。他得到了疫情期間一份特別的辛苦費，8000元。

從疫情被確認(rèn)起，上海光源就開設(shè)了科研綠色通道，自1月12日至2月23日，安排了五次實驗機時，其中三次實驗結(jié)果――上海科技大學(xué)饒子和/楊海濤團隊、中科院微生物研究所齊建勛團隊、清華王新泉和張林琦團隊――促成了最早公開分享的新冠病毒關(guān)鍵蛋白結(jié)構(gòu)，和兩篇分別發(fā)表在《細(xì)胞》雜志和《自然》雜志上的論文。清華團隊的晶體是2月17日上機的。

“這大型機上的光源強度，比我們家用的光要強10的5次方到6次方倍。光源越強，晶體的衍射能力越強。我們送了十幾顆晶體過去，只有一顆晶體，而且是第一顆，收到了比較好的衍射數(shù)據(jù)，后面都不太行，所以非常幸運。我記得很清楚，2月17號周一晚上八九點鐘開始收數(shù)據(jù)，收到第一條衍射數(shù)據(jù)之后，我就知道這個結(jié)構(gòu)可以解析了。我們立馬開始工作，可能花了兩三個小時，到12點的時候，結(jié)構(gòu)就解出來了。我馬上跟林琦說了好消息，林琦就說，趕快連夜總結(jié)發(fā)表，別睡覺了?！蓖跣氯?。

“結(jié)構(gòu)怎么解呢？根據(jù)白霜衍射圖，首先要把電子密度圖做出來，完了用大的計算機系統(tǒng)去分析這個結(jié)構(gòu)，需要挺長的上機時間，還要做一些優(yōu)化、比較，等于一開始模模糊糊看云彩，最后撥開云霧看真相的過程?！睆埩昼穆曇衾锍霈F(xiàn)一種按捺不住的東西：“我一看，這結(jié)構(gòu)太漂亮了！腦子里第一反應(yīng)，這不哥倆么，跟SARS長得太像了，簡直一個模子刻出來的，一點都不夸張。這是個令人激動的時刻，感覺特別奇妙。”

“解完結(jié)構(gòu)以后，立刻分工，學(xué)生去作圖做結(jié)構(gòu)分析，我動手寫文章。我在家，他們都在實驗室，17號晚上熬了整整一夜。18號晚上本來也準(zhǔn)備熬夜的，但是大家確實都干不動了，學(xué)生們可能一兩點回的寢室，我也休息了一下。19號接著做，文章連寫帶完善，用了整整兩天。20號凌晨，我們就把文章給投出去了。所以3月30號正式發(fā)表時，Nature上寫收到文章是2月19號。那會兒，全世界科學(xué)家都在賽跑?！蓖跣氯f。

就在清華兩個團隊全力沖刺的同時，西湖大學(xué)周強團隊、中科院微生物所齊建勛團隊也成功解析出新冠病毒RBD與ACE2蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)。公布成果時，三個團隊都附上了其他兩個團隊的工作進展介紹，也都將晶體結(jié)構(gòu)公開，供同行下載參考。

“如果沒有一直上手在做這些實驗的研究小組，這幾步都需要好長時間的摸索、優(yōu)化。我們不到一個月，結(jié)構(gòu)就解出來了，而且是非常高的分辨率。從已經(jīng)發(fā)表的文章來看，我們的結(jié)構(gòu)分辨率目前是全世界幾家實驗室里最高的，2.45埃。一個埃是10的負(fù)10次方米，100億分之一米。分辨率越高，看得越清楚――病毒的RBD和它的受體是怎么咬合的，位點在哪兒，誰跟誰在一起就能把ACE2的蛋白撬動，或者使它有些結(jié)構(gòu)上的變化，從而誘導(dǎo)它進入細(xì)胞?！睆埩昼鋈徽f，“你知道嗎，這一個月，相當(dāng)于我們之前一年的工作量?；旧线B軸轉(zhuǎn)，也沒覺著累。就是這事兒應(yīng)該這么做，應(yīng)該爭分奪秒。”

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四

1月25日0點40分，農(nóng)歷新年的鐘聲剛在電視里敲響，深圳三院肝病研究所所長張政教授給張林琦發(fā)出一條拜年微信。讀博時，張政遇到了SARS，之后他在北京302醫(yī)院工作15年，期間因艾滋病研究認(rèn)識了張林琦。年三十的傍晚他從實驗室出來，腦子里全是問號，最大的一個是，抗體研究怎樣去完成？他想到了清華張林琦。

張林琦正若有所思地刷著手機屏，這聲來自南方的問候提醒了他。病毒入侵機制正在研究中，早晚會解開，下一步要破這個機制，轉(zhuǎn)入抗體、疫苗的研究，就需要恢復(fù)期患者的血液樣本，而深圳三院是新冠肺炎患者定點收治單位，一定有。而張政團隊這邊，以鞠斌為主導(dǎo)的單克隆抗體研究小組正缺清華團隊擁有的東西。

“我們?nèi)币恍┥镌噭?，不是商品化的那種，是比如說根據(jù)某一段基因表達的病毒蛋白，這就需要清華團隊做的結(jié)構(gòu)上非常不錯的RBD，相當(dāng)于做一個釣餌?！本媳蟾嬖V我。兩位團隊領(lǐng)導(dǎo)互相拜年之后，他很快與張林琦團隊的張綺對接上，合作研發(fā)針對新冠的單克隆抗體。

鞠斌是中國疾控中心邵一鳴教授的博士和博士后，在艾滋病毒單克隆抗體領(lǐng)域有五六年的研究經(jīng)驗。2018年底從北京到深圳，他也一直在從事這個領(lǐng)域的研究。經(jīng)驗，加上實驗室里現(xiàn)成的一整套分離其他病毒單克隆抗體的儀器，構(gòu)成了一個強有力的平臺――獨缺釣餌。

張綺2013年留德歸來，在張林琦實驗室做了四年博士后，隨后升任副研究員。春節(jié)前后，她正處在孕中期，妊娠反應(yīng)雖不像之前那么強烈，但還是需要克服不少突如其來的不適，才能讓那些試管試劑離心機聽她的號令。和所有節(jié)后迅速回到實驗室的同行一樣，她也分不清今天是幾號、星期幾，更沒有周末的概念。

“每天來，能做還是盡量多做點，超過12點是正常的。那陣子管理特別嚴(yán)，每天進出醫(yī)學(xué)樓要登記，還有保安巡邏。有時候大半夜我正在實驗臺上，一回頭背后站一保安，等我簽字呢，怪嚇人的?！睖?zhǔn)爸爸理解、支持，并負(fù)責(zé)孕婦的愉快――有天晚上張綺11點到家，“呦，今兒挺早。”

1月25日，南北三個實驗室正式攜手合作。1月30日，深圳三院第一例康復(fù)病人出院。1月31日，清華新鮮出爐的蛋白試劑，立刻層層包裝發(fā)往深圳。

疫情暴發(fā)之初，一部2011年出品的美國電影《傳染病》被許多人重溫。它講了一個類似我們已經(jīng)和正在經(jīng)歷的新發(fā)病毒的故事。其中有個情節(jié)：美國疾控中心的一位女科學(xué)家做出了一個疫苗，她給自己注射以驗證安全性和有效性。注射完疫苗，她立刻摘下口罩，去病房貼近她已經(jīng)被感染的父親。免疫學(xué)家、清華醫(yī)學(xué)院院長董晨教授在一堂公開課上講：整部電影在許多科學(xué)問題上是對的，但這個細(xì)節(jié)有點瑕疵。因為注射疫苗喚醒淋巴細(xì)胞的活化和功能，進而產(chǎn)生抗體，至少要在五天以后。他拜托聽眾若有機會見到導(dǎo)演，告知一聲。

“從我們臨床收集的數(shù)據(jù)看，IgM（陽性一般提示正在感染）產(chǎn)生快一點，大概2-3周；IgG（陽性一般提示既往感染）慢一點，一般4-5周?！睆堈f的，是這次深圳三院收治新冠病人體內(nèi)產(chǎn)生抗體的大致時間。

聽張林琦講單克隆抗體的原理――

我們體內(nèi)對付外來異質(zhì)最重要的生物防衛(wèi)武器之一，就是B細(xì)胞產(chǎn)生的抗體，當(dāng)然還包括一些T細(xì)胞的功能。像我們小時候打的十四五種疫苗，都是誘導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生針對這些疫苗的抗體，抗體生成之后，會產(chǎn)生記憶，保證一輩子不會被這些病原體困擾。但是一個疫苗打完之后，我們身體里產(chǎn)生了好多抗體，抗體和抗體之間是有很大差別的。如果把抗體比喻成子彈，它打（結(jié)合）病毒不同的位置，產(chǎn)生的后果是截然不同的。如果抗體結(jié)合到病毒的胳膊和腿，對于病毒的殺傷力肯定不如結(jié)合到病毒的心臟來得有效。所以抗體的靶向性，以及它和病毒的結(jié)合能力，決定了抗體對病毒的抑制能力。所以我們的目標(biāo)是把這些能夠結(jié)合病毒心臟部位的、具有殺傷力的抗體分離出來，鑒定它，然后應(yīng)用好，這是整個感染和免疫界最大的研究重點和難點。

怎么做呢？因為我們血漿里存在的那些抗體實際上是個混合體，它非常復(fù)雜，沒法做。但是，產(chǎn)生這些抗體的B淋巴細(xì)胞是可以一個一個分開的。單個看，每一個B細(xì)胞產(chǎn)生一種抗體，每個抗體的靶向和結(jié)合能力都是不同的，是B細(xì)胞內(nèi)不同抗體的遺傳密碼決定的。假設(shè)你體內(nèi)有100個B細(xì)胞，有一個B細(xì)胞能產(chǎn)生直擊新冠病毒心臟的抗體，那么這個B細(xì)胞就專門生產(chǎn)這一種抗體，它是單一的、單純的，所以叫單克隆抗體；而血漿中抗體的混合體，叫多克隆抗體。

所以，為了獲得直擊新冠病毒心臟的抗體，我們必須抓到抗體的源頭，就是這類抗體存在于B細(xì)胞里的編碼基因。獲得這些基因后，我們可以通過體外合成的方法，生產(chǎn)100個B細(xì)胞的抗體，經(jīng)過純化和定量后，跟新冠病毒混合在一起，評估它們抗病毒的能力。這樣，就能在這100個里頭，挑出真正可以直接殺傷病毒心臟的最優(yōu)秀抗體。分離、鑒定這些單克隆抗體，為我們研發(fā)治療和預(yù)防新冠病毒最有效的醫(yī)學(xué)干預(yù)手段（比如藥物），奠定了堅實的基礎(chǔ)。

鞠斌有個還差三個月就三歲的女兒，叫花生?；ㄉ傁胫鲩T，因為惦記小區(qū)附近的搖搖車，她剛學(xué)會往它們肚子里塞硬幣。媽媽告訴她：“爸爸是科學(xué)家，等爸爸打敗了病毒，咱們就可以去坐搖搖車了?！睘榱酥С职职执驍〔《?，媽媽辭去了工作，全心照顧家庭和花生。

科研剛啟動時，鞠斌也是一個人在實驗室，過著一種精微的細(xì)胞時間――再過兩天細(xì)胞該收了；測序結(jié)果后天該回來了……他打算以后慢慢告訴女兒，這個庚子年的春天，他整天泡在實驗室里做了什么——

我們做的是一種單克隆抗體，類似于采用基因工程的手段，從病人的血細(xì)胞（不是血清也不是血漿）里把淋巴細(xì)胞分離出來，對它進行染色。淋巴細(xì)胞里有能夠產(chǎn)生抗體的B細(xì)胞，但是B細(xì)胞有很多，能夠產(chǎn)生新冠病毒抗體的很少，所以我們第一步的工作就是，怎么從B細(xì)胞的海洋里找到能夠編碼抗擊新冠病毒的那些抗體。

這就需要用到清華團隊做的RBD釣餌。我們用流式分選儀，在B細(xì)胞的海洋里，把能夠和RBD蛋白結(jié)合的特異性B細(xì)胞，一個一個地釣出來，這就是單細(xì)胞分離。釣出來的單細(xì)胞放進一個一個的小孔里，開始裂解，裂解完得到的RNA逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，然后進行巢式PCR（注：一種DNA擴增技術(shù)，PCR儀長得像個電飯煲），用抗體特異性的引物去擴增DNA，擴增時就會有陽性條帶顯示。

陽性的條帶出來之后，這部分的抗體產(chǎn)物就可以送去測序。但有了序列，你還是不知道它的功能怎么樣。所以說要構(gòu)建一些表達載體或者表達片段，就是說把這一段抗體基因放到含有啟動子（DNA鏈上一段能與RNA聚合酶結(jié)合并起始RNA合成的序列,它是基因表達不可缺少的重要調(diào)控序列。沒有啟動子,基因就不能轉(zhuǎn)錄）這類表達元件的真核載體或片段上，抗體基因就能夠進行表達。把這個表達產(chǎn)物轉(zhuǎn)染/導(dǎo)入工具細(xì)胞之后，工具細(xì)胞就能夠分泌抗體了，大約2-3天之后，這個細(xì)胞培養(yǎng)液的上清里就會有抗體產(chǎn)生——相當(dāng)于我們在體外重現(xiàn)了抗體的分泌過程。然后把上清液收集下來，去檢測它能不能識別RBD的蛋白——用?elisa的方法就把能識別RBD蛋白的結(jié)合抗體、甚至是能夠強力阻斷病毒去感染細(xì)胞的中和抗體給挑出來。這個工作量是非常大的。我們實際做了將近700個抗體，最后有206個是陽性。

單克隆抗體的優(yōu)勢在于，它產(chǎn)生的所有抗體是百分百一樣（想象復(fù)印機），特性、功能也都一模一樣。第二點就是，抗體的濃度可以做得足夠高，因為體外生產(chǎn)，質(zhì)控和產(chǎn)量都非常有保證。

這206株抗新冠病毒的單克隆抗體，是從八位康復(fù)者血液的B淋巴細(xì)胞中分離出來的。張綺在清華的P2實驗室里，通過假病毒系統(tǒng)檢測到，206個抗體的確能結(jié)合病毒（把它給鉗住了），從而阻止病毒入侵細(xì)胞。像蘭君一樣，她也要做出結(jié)合物的晶體結(jié)構(gòu)，想看清到底是哪些關(guān)鍵的位點在發(fā)揮作用。最后他們發(fā)現(xiàn)，其中有兩株抗體表現(xiàn)出強大的抗新冠病毒能力，可以將RBD與ACE2的結(jié)合降低99.2％和98.5％。3月21日，這項研究成果發(fā)表在未經(jīng)同行評審的預(yù)印本平臺bioRxiv上，第一作者為鞠斌和張綺。

團隊的目標(biāo)是篩選、優(yōu)化出最有效能的幾株，往藥物上發(fā)展。張政介紹，已做了假病毒中和，真病毒中和也重復(fù)了幾次，然后往大動物身上推?！斑^程比較復(fù)雜，涉及恒河猴實驗的資質(zhì)和資源，現(xiàn)在我們正在排隊、協(xié)調(diào)，進展比較緩慢?！?/p>

單克隆抗體對患者有效，那么，對尚未感染的人群有效嗎？

“會有作用。比如說對一些高風(fēng)險人群，我們可以用抗體給予預(yù)防。但它的防護是短期的，長期還是要靠疫苗?！睆堈f。

他同時透露了一個消息：分離出來的幾株高效抗新冠病毒抗體，在清華大學(xué)和一家由傳染病領(lǐng)域權(quán)威任CEO的醫(yī)藥公司推動下，正進入生產(chǎn)和臨床應(yīng)用的開發(fā)?！捌诖趪H上率先研發(fā)成功抗新冠病毒的抗體藥物?！彼f。

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五

“這差不多一百天的研究有沒走過彎路？或者說，有什么浪費了你們的時間？”我問張林琦。

彎路倒不至于。但是在科研路徑上我們曾經(jīng)有一個假說或期待，后來被實驗結(jié)果推翻，這是有的。因為肉眼看到了新冠跟SARS在結(jié)構(gòu)上那么相近，我們就特別期待它們在免疫系統(tǒng)識別上也相近。但是，我們用新冠感染者的血清去識別這哥倆的RBD，識別哥哥的，不識別弟弟。我們又用以前其他小組的老師們分離出的一些SARS的單克隆抗體，按照剛才說的血清實驗的方法去做交叉反應(yīng)，結(jié)果一樣：互不識別。也就是說，我們眼睛看到的結(jié)構(gòu)相似性，在免疫系統(tǒng)面前根本就是nothing。

現(xiàn)在我們分析，雖然它倆框架確實是很接近，但是它們的組分、氨基酸還是有差別的，而這些差別是關(guān)鍵性的。在免疫系統(tǒng)面前，病毒表現(xiàn)出的是綜合素質(zhì)，外形結(jié)構(gòu)可能還是個粗線條。我們常說細(xì)節(jié)決定成敗，免疫反應(yīng)識別一定是細(xì)節(jié)到單個分子、單個原子，所以免疫反應(yīng)才是真正判定這哥倆是不是孿生兄弟的最權(quán)威的專家，而不是我們?nèi)说难劬Α?/em>

新冠病毒SARS-CoV-2是單鏈正義RNA病毒，被歸入冠狀病毒科β屬，與來自蝙蝠的兩種冠狀病毒TG13和ZC45有較高的基因組序列同源性。導(dǎo)致非典的SARS-CoV和導(dǎo)致中東呼吸綜合癥的MERS-CoV也屬于β屬冠狀病毒，這些病毒在不到20年的時間已經(jīng)釀成了三次重大的人類傳染病，說明β屬冠狀病毒是一個高致病性病毒分支。

張林琦研究了三十多年艾滋病毒HIV，十多年SARS和MERS病毒。當(dāng)我把民間流傳的陰謀論、人造說、新冠變異快導(dǎo)致一個人可能染上兩種病毒等等說法一股腦擺在他面前，他用科學(xué)精神和這些知識、經(jīng)驗來解答――

從自然界的進化來看，各種生物的基因序列都是在持續(xù)發(fā)生變化的。但不同物種之間，變化速率有很大的差別；而病毒之間，變異也有很大差別，這完全取決于病毒復(fù)制機器的準(zhǔn)確性。病毒天生就是這么一個機器，它在不斷地復(fù)制自己，說得更科學(xué)一點，它的聚合酶能按照它原來的模板復(fù)制自己的子孫萬代和遺傳信息。

不同物種、不同病毒的聚合酶在復(fù)制過程中的準(zhǔn)確率是固定的。就像有些小孩子從小就不注意細(xì)節(jié)，容易犯錯誤；有些小孩子天生就特別守規(guī)矩，比較認(rèn)真，這是他的天性。病毒也是這樣。比方說艾滋病毒，大家都知道它變異很快。為什么變異快？是因為它管復(fù)制的酶在合成它自己的時候出錯率高，比方說它每合成1000個核苷酸就會出現(xiàn)一個錯誤，或者每1萬個里它就會出一個錯，這是它控制不了的，它就是這個本性。新冠的復(fù)制準(zhǔn)確率肯定要比艾滋病毒高，高多了，可能是每50萬個里出錯一次，它本性就是比較穩(wěn)定。而我們?nèi)梭w的基因復(fù)制準(zhǔn)確率可能是100萬或者1000萬個里頭出一個錯誤。目前我們已經(jīng)看到的是，新冠病毒變異程度要比艾滋病毒小多了。

重造病毒，或者說通過基因突變賦予某種功能，在實驗室是可以實現(xiàn)的。但是要做一個能入侵人體的活病毒，而且這個活病毒又能在體外生長傳播，是非常非常困難的。人造的病毒在生存和傳播方面，永遠不及自然選擇出來的具有優(yōu)勢。因為自然選擇的條件要復(fù)雜嚴(yán)酷得多，天長日久，病毒得經(jīng)歷多少磕磕碰碰，過五關(guān)斬六將，或者達成妥協(xié)，才能在這個世界上存活，占有一席之地。

新冠的研究正在做，還不好說，但在幾十年艾滋病毒的研究里，科學(xué)家們做出一個基因上動過手腳的病毒打到機體里后，但凡加了、減了一個什么，它一會兒就把這東西全給補回來了，回到了它原來的狀態(tài)，這是艾滋病毒極其突出的一個現(xiàn)象。比如說，你在研究中發(fā)現(xiàn)，艾滋病毒胳膊這塊是致病的壞東西，那你在體外把它胳膊給砍了，就是把那段基因給它砍了，完了你把病毒在體外培養(yǎng)或者放到動物身上，過一段發(fā)現(xiàn)什么呢？它那胳膊又長回來了，它就這么厲害！說明什么呢？說明這個病毒進化到現(xiàn)在，它一定是經(jīng)過好長好長時間的優(yōu)化，如果那段基因?qū)λ鼇碚f是必要的、缺不了的，它一定會給你補回來。

所以，真正要做成一種像自然病毒一樣強悍的、像新冠病毒這么廣泛傳播的，我覺得是有很大難度的，再干脆點說，我覺得不大可能。這有點過高估計了我們?nèi)说哪芰?，人就算有這個心，也沒這個本事。生物它再低等，它生存的智慧和能力遠遠超出人類那點想象，不然，這么小的病毒怎么能把人類搞得這么被動？所以我們做病毒的這些人，到后來就對這些小東西產(chǎn)生了極大的敬畏感。它們太聰明了！人類離認(rèn)識、了解這些病毒還有很遙遠的距離。

為什么新冠病毒傳播速度這么快？

新冠雖然不及艾滋變異快，或者說它有個傻傻的外貌，但是單從傳播效率來看，它超級有效，比SARS、MERS都厲害。很多科學(xué)家都對這一點產(chǎn)生了非常大的興趣，希望從分子水平解析，到底是哪個東西使得它有這種能力。

科學(xué)界有一些假設(shè)，這些假設(shè)跟新冠病毒表面蛋白成熟的過程，和它準(zhǔn)備的過程有關(guān)系。最近有些在高水平雜志上發(fā)表的文章，都指向一個特點，就是新冠病毒在從被感染細(xì)胞里自我復(fù)制成功、分裂出來的那一刻，就已經(jīng)進入了要感染下一個健康細(xì)胞的狀態(tài)，它那RBD，或者說鑰匙，嘣一下就拿手里了，就準(zhǔn)備好要去開一個鎖。它的準(zhǔn)備狀態(tài)極其高效，它著急，一旦進細(xì)胞它馬上進入感染狀態(tài)，馬上開始復(fù)制，這個過程是有一個酶在起作用。

相比之下，SARS和MERS要悠閑一些。它倆剛出生，先在世界上逛兩圈，然后再去想子孫萬代的事，真正碰到了要感染的細(xì)胞，才去找鑰匙，在時間和空間上，它們的準(zhǔn)備狀態(tài)不一樣。這是細(xì)胞生物學(xué)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的新冠和SARS、MERS極其不一樣的生化特點，當(dāng)然還需要進一步研究證實。這個結(jié)構(gòu)特點得益于它的遺傳編碼：新冠在刺突蛋白位點上多了4個氨基酸，這4個氨基酸特別容易被酶切掉，然后它就是一個立即準(zhǔn)備著入侵新細(xì)胞的狀態(tài)。所以大家都認(rèn)為這4個氨基酸是關(guān)鍵、致命、幫助病毒高效傳播的決定性因素。特別奇妙。

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六

“疫苗和抗體都是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臇|西，不能搞大躍進，得按科學(xué)的規(guī)律去做。”單思思節(jié)后轉(zhuǎn)入了疫苗組，負(fù)責(zé)蛋白苗和多肽苗。張綺說：“數(shù)據(jù)得在那兒，我們心里才踏實?！?/p>

新冠研究伊始，張林琦在疫苗組布了4條線，另兩條線上是mRNA疫苗和腺病毒疫苗――

這兩支苗走得比較快。一個是核酸疫苗，跟美國西雅圖和國立衛(wèi)生研究院已經(jīng)上一期臨床那個很像；另一個是與天津醫(yī)科大學(xué)周東明教授合作的黑猩猩腺病毒載體疫苗。這倆各有千秋，mRNA走得更快一些。我們常規(guī)的疫苗，比如減毒活疫苗或滅活疫苗，都是利用不同形式的病毒蛋白，作為免疫原去免疫動物或人體。核酸疫苗的優(yōu)勢在于，把核酸打到體內(nèi)之后，人體細(xì)胞可以根據(jù)基因編碼生成蛋白，人體就變成一個生產(chǎn)病毒蛋白的工廠，其實是縮短了體外生產(chǎn)這個過程，所以它上人體的速度快。這個技術(shù)也是這兩年發(fā)展壯大起來的，但它能不能在體內(nèi)誘導(dǎo)我們期待的有效反應(yīng)，或者說保護反應(yīng)，還需要進一步驗證。

臨床實驗是分段的，一期安全性實驗在健康人身上做，樣本量小，比如30-60個人；二期是進一步驗證安全性和免疫原性等，樣本量要擴大，通常300－400，也是健康人；三期是看有沒有真正的效用，那是要在高危人群或直接在疫區(qū)做，采樣量得好幾千甚至上萬人。

現(xiàn)在大多數(shù)疫苗研究團隊處在生產(chǎn)或者評估新冠候選疫苗安全性階段，也有幾個進入了臨床一期，最快的已經(jīng)在籌劃二期，我覺得他們做得很好。國內(nèi)也有不少團隊在做核酸疫苗的研究，速度比美國稍微慢一點，但從整體來說，都在一個發(fā)展階段。

我們實驗室里這兩個苗已經(jīng)打到小鼠身上了，都看到了一些比較好的免疫反應(yīng)或者抗體反應(yīng)，還是挺令人鼓舞的。但是從現(xiàn)在實驗室階段到臨床之前，要經(jīng)過大批量生產(chǎn)，然后質(zhì)控，在動物身上評估它的安全性，然后才是到人身上開展一期臨床試驗。我們離臨床還有一段距離。

國際上，賽道已經(jīng)鋪就。疫苗研究團隊的數(shù)字每天都在增長，人體試驗也在擴大。至4月14日，全球已有5株疫苗上了人體，中國3株，美國2株。其中，軍科院陳薇院士團隊的腺病毒疫苗是我國走得最快的，已于4月12日進入二期臨床；另兩株是滅活疫苗。

“前段時間科技部和衛(wèi)健委頒布的咱們國家疫苗的技術(shù)路徑，包括五大種，有滅活苗、有重組苗、有流感苗，還有其他一些不同的策略，大致上跟國外相似。這些疫苗及其策略的競賽，我其實特別不驚訝。因為疫情的態(tài)勢，疫苗需求量肯定會很大。每一種疫苗策略都有它的優(yōu)勢和劣勢，有的比較快，有的比較傳統(tǒng)，但能保證工藝比較穩(wěn)定、疫苗比較有效……”張林琦說，“反正我們一刻也不敢松懈。這是一場馬拉松?！?/p>

2003年SARS暴發(fā)時，鞠斌在老家山東威海念初三，正準(zhǔn)備中考。他淺淺記得，到處宣傳要勤洗手勤通風(fēng)。每天上午和下午，全校師生拿著椅子拿著書，去操場或別的地方上兩節(jié)課。這期間，學(xué)校對所有教室進行消毒。

清華園的操場上已經(jīng)有人在踢球，戴著口罩。爬山虎在科學(xué)樓的紅磚墻上蔓開，綠得驚心動魄。桃花盛開，桃花樹下有座雕塑，是一對讀書的青年，前一陣被人戴上了口罩。春暖花開，口罩不見了。