英國與日本科學家分獲2012年諾貝爾醫學獎

2012年10月08日 18:29  新浪科技

　　

　　日本科學家山中伸彌與英國科學家約翰-格登

　　新浪科技訊 北京時間10月8日消息，據諾貝爾獎委員會官方網站報道，2012年度諾貝爾生理學或醫學獎已經於北京時間10月8日17:00公布，由於在成熟細胞重編程方面做出的傑出貢獻，今年的獎項授予日本京都大學科學家山中伸彌以及英國發育生物學家約翰•戈登(John B. Gurdon)。

　　　　科學背景

　　今年的諾貝爾生理學或醫學獎所獎勵的成就是發現成熟的，特化的細胞可以被重編程並轉化為不成熟的細胞，其可以生長形成身體上的各種不同器官和組織。他們的研究和發現極大地改變了我們對於細胞和有機體的認識。

　　約翰·戈登教授在1962年發現細胞的特化是可逆的。在他進行的一項經典實驗中，他將一個未成熟的青蛙卵細胞的細胞核用一個成熟的腸道細胞細胞核進行替換。這個被改造過的卵細胞後來發育成了一隻正常的蝌蚪。這一實驗證明，一個成熟細胞中的DNA仍然儲存有讓一顆細胞發育成一隻完整青蛙的所有信息。

　　在戈登教授的經典工作進行40多年後，在2006年，日本的山中伸彌教授發現成熟的小鼠細胞可以被進行重編程，使之成為一個不成熟的幹細胞。令人驚訝的是，只要引入一小部分基因，他就可以讓一個成熟的體細胞轉變為一個多能幹細胞，這是一種不成熟的細胞，它可以生長形成身體上其它各種細胞。

　　這些開創性的研究徹底顛覆了我們原先對於細胞發育和特化的認識。由於他們的工作，我們現在認識到，一個成熟的細胞並非必然永遠要保持它已經特化的形態。由於他們的貢獻，生物學課本進行了重新編寫，並且開創了一個全新的研究領域。通過對人體細胞的重編程，科學家們已經開發出一些新的手段用於疾病的治療和診斷。

　　　　生命——細胞特異化的歷程

　　我們所有人都是從一顆受精卵開始發育而來的。在受精之後的第一天，胚胎中所含有的是不成熟的細胞，這些細胞最終可以分化，形成一個成年個體所具有的全部各種器官和組織。這些細胞就被稱作多能幹細胞。隨著胚胎的進一步發育，這些細胞中逐漸分化出神經細胞，肌肉細胞，肝細胞以及所有其它種類的細胞——所有這些細胞都已經特化，它們具備了一種特別的功能，用來執行人體的各種不同的生理機能。這種從不成熟細胞到特異化成熟細胞的過程在此之前曾經一度被認為是不可逆的。人們認為這是細胞的成熟過程，它們不可能返老還童，重新回到多能幹細胞的階段。

　　約翰·戈登教授最先向這個生物學教條發起了挑戰。他猜想一顆成熟細胞中應當仍然保存著形成所有其它細胞類型的所需信息。在1962年，他對自己的這一猜想進行了實驗驗證：將一顆青蛙卵細胞中的細胞核用取自一隻蝌蚪腸壁上的已分化特異細胞細胞核進行替換。最終這顆改造過的卵細胞發育成了一隻功能完全正常的蝌蚪，這些克隆蝌蚪最終也都長成了健康的成年青蛙。這一實驗說明成熟細胞的細胞核中仍然保留著發育成各種其它類型細胞的完整信息。

　　當戈登最初公布他的實驗結果時引來質疑聲不斷，但是後來隨著其它科學家重複他的實驗並獲得同樣結果之後，他的這項研究結果開始被人們接受。隨後科學家們競相投身這一領域的研究，相關的技術飛速發展，最終開始了對哺乳動物克隆的研究。戈登教授的研究揭示了這樣一個事實，那就是一顆成熟的已分化細胞是可以重新成為一顆不成熟的多能幹細胞的。不過他的實驗中包含有使用吸液管去除細胞核的步驟，隨後還要引入其它細胞的細胞核。究竟有沒有可能直接讓一顆完好無損的細胞「返老還童」呢？

　　　　細胞的返老還童

　　有關這個問題的答案還要等到40年之後，日本生物學家山中伸彌教授解答了這個問題。山中教授的研究對象是胚胎幹細胞，也就是在實驗室從胚胎中分離出來的多能幹細胞。這種細胞最早是由馬丁·埃文斯(Martin Evans)教授湊夠小鼠的身上分離出來的，他後來被授予了2007年度的諾貝爾獎。而此次山中教授所要做的，便是試圖找出那些讓細胞保持不成熟狀態的基因。當最終找出一部分這種基因之後，他開始嘗試是佛有可能利用這些基因對成熟細胞進行重編程，讓它們重回多能幹細胞階段。

　　山中伸彌教授和同事們嘗試各種不同的方法，對采自結締組織和成纖維細胞組織中的成熟細胞進行實驗，並在顯微鏡下檢驗實驗的結果。最終他們找到了一種可行的方法，他們成功地將成纖維細胞組織中的成熟細胞轉化成了不成熟的幹細胞！

　　進一步的實驗顯示這些多能幹細胞(iPS)最終分化成了成熟的成纖維細胞，神經細胞以及骨髓細胞。這就意味著成熟的細胞可以在完好無損的情況下被重編程，使之返老還童，重新成為不成熟的多能幹細胞。有關這一發現的論文於2006年發表，並立即被視作一項重大突破。

　　　　從重大發現向醫學應用的發展

　　戈登和山中教授的研究為我們指出，成熟的已分化細胞在某些特殊情形下可以「返老還童」，重新成為不成熟的多能幹細胞。儘管在發育過程中它們的基因組發生了變化，然而這些變化並不是不可逆的。我們獲得了有關有機體和細胞發育方面的嶄新認識。

　　近年來的研究已經顯示多能幹細胞可以形成人體的各種器官組織。這些研究也為全球各地的其它科學家在其它相關領域進行研究提供了巨大幫助。

　　多能幹細胞同樣可以由人類體細胞形成。比如，科學家們以後可以從患有各種疾病的患者身上獲得皮膚細胞進行重編程，並在實驗室中觀察它們與正常人細胞之間究竟存在哪些差異。這種研究將極大地幫助科學家們揭示疾病的發病機制，從而促成相應的新葯研發。

　　獲獎科學家背景介紹

　　約翰·戈登爵士於1933年出生於英國Dippenhall。他於1960年獲得牛津大學博士學位，后曾在美國加州理工學院做博士后研究。1972年戈登博士加入英國劍橋大學，擔任該校細胞生物學教授併兼任麥格達倫學院院長。戈登目前在劍橋大學戈登研究院任職。

　　山中伸彌教授於1962年生於日本大阪。他於1987年在神戶大學獲得碩士學位，他原本應當會成為一位整形外科醫師，但後來轉向基礎醫學研究。1993年山中伸彌在大阪大學獲得博士學位。在那之後他先後在美國舊金山的格拉斯通研究院和日本奈良先端科學技術大學院大學工作。目前山中在日本京都大學擔任教職，並同時在美國格拉斯通研究院擔任職務。(晨風)