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那些变化着功能的细胞——简述2012年的诺贝尔医学和生理学奖   

2013-07-31 12:08:13|  分类: 好文章强力推荐 |  标签: |举报 |字号 订阅

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那些变化着功能的细胞——简述2012年的诺贝尔医学和生理学奖

作者:代谢聚类谨

原来是他们两位!早该得奖了。2012年诺贝尔医学和生理学奖被授予英国剑桥大学科学家约翰·戈登(John B. Gurdon)和日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)。

这并不让人意外,因为戈登这次获奖可谓众望所归,几乎每一个生物学本科生都曾经读到过他在20世纪60年代所做的划时代的实验:把美洲爪蟾的小肠上皮细胞核注入去核的卵细胞,结果发现一部分卵依然可以发育成蝌蚪,其中的一部分蝌蚪可以继续发育成为成熟的爪蟾。听着这个技术是不是有些耳熟?对了,这就是人类第一次从动物的成体细胞中重新复制出一个新的动物。后来把这项技术称为克隆技术。戈登后来发现,甚至一个普通的上皮细胞核也能够让卵细胞发育成为一个蝌蚪,进而变成一只成熟的爪蟾。不过,如果说到最早提出这项技术的科学家,则应该是1935年诺贝尔医学生理学奖获得者汉斯·斯佩曼(Hans Spemann)。

早在1938年,斯佩曼和他的学生就发现把发育早期的蝾螈细胞核移植到去除了细胞核的发育晚期蝾螈胚胎中,胚胎细胞可以继续发育成为一个完整的蝾螈。斯佩曼的工作告诉我们,既然单独的细胞核移植就可以让生物由一个细胞逐渐分裂分化成为完整的个体,那么这种现象就一定不会仅仅存在于胚胎中,什么时候成体细胞也可以用类似的技术重新获得发育成一个完整个体的潜在能力?毕竟胚胎细胞和成体细胞至少在基本结构上没有什么本质性的区别,都是由细胞核与细胞质构成的。毫无疑问,戈登的工作为这个问题提供了一个圆满的答案。至此,无数的科学家开始不断把发育到各个阶段的细胞核通过核转移技术移植到各种胚胎细胞中。这项技术甚至在上个世纪80年代就已经开始了商业使用——利用这项技术可以在短期内获得大量好不容易得来的良种奶牛的胚胎,一次性让数十头母牛怀孕并且产下品性完全一样的小牛。

当然,这项研究的最高峰则是1997年英国科学家的伊恩·威尔穆特(Ian Wilmut),他完成了成体细胞的核移植。一头叫做多莉的克隆绵羊诞生了。这头小绵羊实际上是用一头母羊的乳腺细胞核和另外一头羊的去核卵细胞融合发育而成。实际上,当戈登完成了他的那项划时代的研究的时候,很多人就已经猜到了:细胞核已经不再神秘,迟早有人会忍不住去把人的细胞核拿来做这一类的实验。

核移植技术本质上是一种把成年的细胞变成有多种分化能力的细胞的过程,戈登等人的工作告诉我们:既然一个普普通通的乳腺细胞或者上皮细胞都可以发育成为一个完整的个体。那么可以想象,一定存在某种途径可以让这个细胞通过连续的分化有让它变成心肌细胞、骨骼细胞、牙齿细胞或者其它那些身体所拥有的细胞。这对任何医生可都是一个巨大的诱惑——想象一下,只需要将一个细胞经过一段时间的培养,就可以获得大量各种心、肝、脾、肺等身体的组织,这些组织可以任意用在损伤的器官修复上面。更加美妙的是,这些细胞都可以是患者本人的!医生再也不需要考虑来自其他人的细胞或者器官所带来的可能致命的免疫排斥作用——一副美妙的画卷展现在了人类的面前。

可惜实际操作并没有那么简单,早在上个世纪30年代,斯佩曼早就发现,一种细胞要转化为另外一种细胞,需要的是周围细胞的诱导。斯佩曼发现,如果你想把一个胚胎细胞培养成眼睛的晶状体,那只有在周围存在视杯细胞的情况才能发育出来。而如果你想获得视杯细胞,必须在周围有神经外胚层细胞才可以发育出来……总之,如果你想获得一个有功能的肾脏,那么肾脏周围的各种器官组织一个也不能少!这可太邪恶了。也就是说,你得让一个完成的胎儿各种器官都发育出来了你才能够得到这个肾脏。而从一个发育完整的胎儿身上取下一个肾脏,则无异于杀人了。

幸运的是,日本科学家山中在戈登的工作40年之后终于发现,我们也许不需要一个完整的胎儿就能够获得我们想要的各种细胞。2006年,山中伸弥通过一系列艰苦的努力(山中的工作也许需要另外一篇长文来介绍,他把日本人的吃苦耐劳的精神在细胞生物学上发挥到了极致)找到了四个基因,他发现当这四个基因重新在细胞内开始表达的时候,这个细胞就具有了类似干细胞的可诱导分化的能力,于是我们可以用更安全的方法用这样一些细胞来修复体内潜在的受损的器官或者组织。

细胞的分裂和分化是生命活动的奇迹,想象一下一个细胞在200多天的时间里面可以通过不断的分裂和分化形成一个60多亿个细胞的婴儿,这60多亿个细胞功能各不相同,它们分工合作。这些细胞让这个婴儿在未来的几十年中可以经历人生的种种悲欢离合,他们携手在一起甚至会做出种种改变这个世界乃至宇宙的种种神奇事迹,这本身就是一个最大的奇迹。



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