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英日两科学家分享2012年诺贝尔生理学或医学奖

2012年10月19日 18:55 来源: 科技日报 类型:转载

据诺贝尔奖委员会官方网站报道,北京时间8日17时30分,2012年诺贝尔生理学或医学奖在瑞典斯德哥尔摩揭晓,英国发育生物学家约翰·格登、日本京都大学物质—细胞统合系统据点iPS(诱导多功能干细胞)细胞研究中心主任长山中伸弥因在细胞核重新编程研究领域的杰出贡献而获奖。

所谓细胞核重编程是将成年体细胞重新诱导回早期干细胞状态,以用于形成各种类型的细胞,应用于临床医学,是细胞内的基因表达由一种类型变成另一种类型。通过这一技术,可在同一个体上将较容易获得的细胞(如皮肤细胞)类型转变成另一种较难获得的细胞类型(如脑细胞)。这一技术的实现将能避免异体移植产生的排异反应。

英国发育生物学家约翰·格登  

英国发育生物学家约翰·格登  

约翰·格登1933年10月2日出生于英国,现任职于英国剑桥大学格登研究院。他以在细胞核移植和克隆方面进行的开创性研究著称,并因此获得了1989年的沃尔夫医学奖和2009年的拉斯克基础医学奖等奖项。他于1971年成为英国皇家学会会员,并在1995年被授予爵士头衔。

1958年,约翰·格登在牛津大学成功做出了体细胞克隆蛙。1962年,他发现细胞的特化是可逆转的。在一项经典的实验中,他将一个青蛙卵细胞内未成熟的细胞核替换为成熟肠细胞的细胞核。这个改变了的卵细胞发育成为一只正常的蝌蚪。该成熟细胞的DNA仍含有发育成青蛙所需的全部信息。早年,约翰·格登专注于核移植以及克隆的研究,近年来他已经将科研重心转向了细胞生物学,着力于分析细胞分化中细胞间的信号传输和细胞核重编程机制。

日本京都大学物质—细胞统合系统据点iPS细胞研究中心主任长山中伸弥

日本京都大学物质—细胞统合系统据点iPS细胞研究中心主任长山中伸弥

山中伸弥1962年出生于日本大阪府,是诱导多功能干细胞的创始人之一。2007年,他所在的研究团队通过对小鼠的实验,发现诱导人体表皮细胞使之具有胚胎干细胞活动特征的方法。此方法诱导出的干细胞可转变为心脏和神经细胞,为研究治疗目前多种心血管绝症提供了巨大助力。这一研究成果在全世界被广泛应用,因为其免除了使用人体胚胎提取干细胞的伦理道德制约。山中伸弥也因此接连获得邵逸夫生命科学与医学奖、拉斯克基础医学奖以及国际学术大奖之一的沃尔夫医学奖等诸多奖项。

解读:他们开创了生命科学研究的一大潮流

诺贝尔奖评选委员会在当天的一份新闻稿中称,他们的发现革新了人们对于细胞和有机体如何发育的理解,改写了教科书,建立了新的研究领域,为疾病的诊断和治疗带来了新的契机。

约翰·格登:勇敢向教条说不

人类都是由受精卵发育而来,在受孕之后的初几天,组成胚胎的都是未成熟的细胞。这些细胞每一个都可以发育成成熟有机体中所有细胞类型的细胞。这种未成熟的细胞被称为多功能的干细胞或诱导多功能干细胞。随着胚胎的发育,多功能干细胞进一步形成神经细胞、肌肉细胞、肝脏细胞以及其他所有种类的细胞,这些细胞经过分化后,开始在人体内承担起特殊的机能。很长的一段时间里,人们普遍认为这一过程是单向的、不可逆的。成熟之后的细胞是不可能再回到未成熟、多能性的状态。

但约翰·格登却提出了自己的看法,他假设:这些细胞的基因组仍然包含着驱动它发育成机体所有不同类型的细胞所需的信息。在1962年,在一项经典实验中,他将一个青蛙卵细胞的细胞核替换为成熟肠细胞的细胞核。这个改变了的卵细胞发育成为一只正常的蝌蚪。这一实验具有划时代的意义,首次证实了已分化细胞的基因组的可通核移植技术将其重新转化为具有多能性的细胞。

起初,这一里程碑式的发现遭到了许多人的怀疑,不少科学家认为这完全不可能。但在重复实验的验证下,该结果终被接受并引发了密集的研究。随着技术手段的发展,终导致了哺乳动物的克隆,也使约翰·格登成为细胞核移植与克隆方面的先驱。他的研究告诉人们,一个成熟、已分化细胞的细胞核可以返回到未成熟、多能性的阶段,这为此后诱导多功能干细胞的研究埋下了伏笔。

山中伸弥:为何不反其道而行

在约翰·格登发现细胞的分化能够可逆的之后40多年后的2006年,山中伸弥发现,小鼠完整的成熟细胞可以被重新编程,变成未成熟的干细胞。令人惊奇的是,只要引入几个基因,就可以将成熟细胞重新编程变为多能性的干细胞。而这一研究同样源自于对传统的背道而驰。

当时,胚胎肝细胞正是各国科学家们研究的热点,很多研究人员试图控制这些细胞,让它们分化为特定细胞类型,以替代病变或受损组织,从而改进现有医疗手段。但对于这样研究,当时的山中伸弥的实验室并不具备竞争力。于是,他提出为什么不反其道而行之——不是让胚胎干细胞变成什么,而是让别的东西变成胚胎干细胞。

山中伸弥和同事们尝试各种不同的方法,对成熟细胞进行实验,并在显微镜下检验实验的结果。终他们找到了一种可行的方法。他们成功地将成纤维细胞组织中的成熟细胞转化成了不成熟的干细胞。这就意味着成熟的细胞可以在完好无损的情况下被重编程,重新成为不成熟的多能干细胞。这种细胞与其他多功能干细胞的特点一样,都能发育成各种其他器官的细胞,因此具有重大的医学研究价值。

此后,科学家纷纷放弃胚胎干细胞研究,转而进行成熟细胞的诱导工作。目前,山中伸弥和其他研究小组已把多种组织(包括肝、胃和大脑)的细胞,转变成了诱导多功能干细胞,并让诱导多功能干细胞分化成了皮肤、肌肉、软骨、神经细胞以及可以同步搏动的心脏细胞。这一伟大发现让全球科学家感到无比兴奋,也给生物医学领域带来了无数可能,但这位曾经的医生依然非常谦虚和谨慎:“我们还有许多基础性工作要做,比如确保诱导多功能干细胞的安全性。这不是体育比赛中的国际竞争,而是国际合作。现在,我们的所有工作都只是一个开始。”

中国同行:获奖无悬念

生物学家饶毅在两年前预测:英国人约翰·格登和日本人山中伸弥共同获得诺贝尔奖的可能性很大。这个预测今天被证实了——2012年诺贝尔生理学或医学奖正是授予了这两位细胞学家。“两人的工作都是发育生物学,在概念上相关。”北京大学生命科学学院教授饶毅告诉科技日报记者,“格登的工作很长时间被发育生物学界所推崇。”

格登1960年用细胞核移植的办法,实现了细胞的“返老还童”。而山中伸弥2006年和2007年的iPS实验是升级版的“返老还童术”——他先后把老鼠和人的成年细胞变成了具有分化潜力的干细胞。

“格登的成果表明,生命时钟是可以倒拨的,这更新了人们对生命过程的认识。”同济大学医学院教授、干细胞科学家徐国彤说,“但格登‘一股脑’把细胞核移了过去,并不知道具体是哪些因子起作用。山中伸弥从24个遗传基因中挨个移除,直到确定了4个不能缺少的因子。”

徐国彤介绍说,现在研究iPS干细胞的人数已超过胚胎干细胞,成为主流。因为iPS干细胞不仅避免了伦理争议,也降低了技术门槛,而且包含了新的应用潜能。中国科学家在这方面也有出色表现。“山中用的办法是有致癌危险的,现在很多人用更好的办法做。”徐国彤说,“很多科学家考虑不用病毒,甚至不用遗传因子,而是用小分子。但山中毕竟是个做成的人。”格登和山中伸弥在2009年就共同获得了拉斯克奖的基础研究奖,这个奖项被视为诺贝尔奖风向标。在学界看来,他们两人获诺奖是意料之中的事情。本届诺奖揭晓前,他们也被不少媒体介绍为获奖热门。

“我们对这位日本人的印象很深。很多工作都是基于他的论文来做的。”徐国彤说。“大家平时议论,认为山中伸弥迟早要获诺奖,但可能会在2016年以后。他的获奖算是比较快的。

“山中和很多中国科学家的关系都不错,他这人很亲和。”徐国彤说,“他做生物研究只有十年多的历史,但做事踏实,不急功近利,是日本人的做事风格。当时筛查因子是非常单调的,他都认真地完成了。”饶毅告诉科技日报记者:“日本在生命科学做出过多个重要发现,今年终于次获诺贝尔奖。”对于年近八旬的格登,饶毅的印象是:“他是典型的、但是现在越来越少的绅士科学家。”

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