诺奖新成就解开衰老与癌症的奥秘

2009年度诺贝尔生理学或医学奖于北京时间10月5日下午17时30分在瑞典卡罗林斯卡医学院揭晓,三位美国科学家伊丽莎白・布兰克本(Elizabeth H. Blackburn)、卡萝尔・格雷德(Carol W. Greider)以及杰克・绍斯塔克(Jack W. Szostak)共同获得该奖项。他们凭借“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的”这一成果,揭开了人类衰老和罹患癌症等严重疾病的奥秘。

端粒和端粒酶

除了医学界,端粒和端粒酶这两个词语对很多人来说都很陌生,其实它与我们的生活紧密相连。科学家发现,在生物的细胞核中,有一种容易被碱性染料染色的线状物质,它们被称为“染色体”,其末端部分有一个像帽子一样的特殊结构,就是端粒。端粒酶是一种核糖白,它是以RNA为模板合成DNA的酶,能够修补DNA复制的缺陷,让端粒不会因细胞分裂而有所损耗,使得细胞分裂次数增加。端粒酶的作用就是帮助合成端粒,使得端粒长度等结构得以稳定。所以,细胞中的端粒酶越活跃,端粒长度就越能维持。

颁奖词称――

“今年的诺贝尔生理学或医学奖颁给三名科学家,他们解决了生物学一个重大问题:在细胞分裂时染色体如何完整地自我复制以及染色体如何受到保护以免于退化。这三位诺贝尔奖获得者已经向我们展示,解决办法存在于染色体末端――端粒,以及形成端粒的酶――端粒酶。

携带基因信息的DNA线状长分子挤压形成染色体,端粒就像一顶高帽子置于染色体头上。伊丽莎白・布莱克本和杰克・绍斯塔克发现端粒的一种独特DNA序列能保护染色体免于退化。卡萝尔・格雷德和伊丽莎白・布莱克本确定了端粒酶,端粒酶是形成端粒DNA的成分。这些发现解释了染色体的末端是如何受到端粒保护的,而且端粒是由端粒酶形成的。

如果端粒缩短了,细胞就会老化。相反,如果端粒酶的活动显著,端粒的长度也就能得以保持,并且细胞衰老也将延后。癌细胞就是一个例子,癌细胞被认为是具有永久生命力的。相反,某些特定的遗传疾病,会出现一些有缺陷的端粒酶,导致细胞损害。对此诺贝尔奖颁给这一细胞基本机制的发现者,这一发现有助于新的治疗措施的发展。”

诺贝尔奖评选委员会秘书长戈兰・汉松说,这三位科学家的发现解决了一个生物学的重要课题,即染色体在细胞分裂过程中是怎样实现完全复制,同时染色体如何受到保护而不至于发生降解。

西班牙国立癌症研究中心的科学家曾将端粒酶植入小白鼠的干细胞中,使这些小白鼠的寿命比通常情况下延长了50%。这种改良老鼠经过继续喂养,它们新的DNA形态会进一步加强。整个过程中形成了一群“超级老鼠”,它们不但寿命更长,而且极具抗癌能力。

端粒就像一顶高帽子置于染色体头上,被科学家称为“生命时钟”。在新细胞中,细胞每分裂一次,端粒就缩短一次,当端粒不能再缩短时,细胞就无法继续分裂而死亡。当端粒酶处于休眠状态时,细胞每分裂一次,端粒就短一些,直到细胞死亡。

在正常成年人的几乎所有细胞中,端粒酶转为休眠状态。在胚胎干细胞等频繁分裂的细胞内,端粒酶处于活跃状态。癌细胞通常能获得重新激活端粒酶的能力。“睡醒”后的端粒酶允许癌细胞无限复制,继而出现癌症的典型特征,即癌细胞“生生不息”。

大约90%的癌细胞都有着不断增长的端粒以及相对来说数量较多的端粒酶。因为端粒酶的活跃,癌细胞不停增殖;但是,如果能够调控正常细胞的端粒酶,使它具备相当的活性,那么正常细胞的寿命就会延长,起到抗衰老的作用。

他们的研究成果表明,端粒的缩短极可能是导致衰老和诱发骨骼、肺部及皮肤病变的原因。端粒的长度得以维持,细胞的衰老就能够延缓,这一重要发现有助于医学界更好地研究如癌症等疾病的产生过程。

获奖“三剑客”

伊丽莎白・布莱克本和卡萝尔・格雷德都是女性科学家,她们将与杰克・绍斯塔克分享1000万瑞典克朗(约合140万美元)的奖金。

至今已获得诺贝尔生理学或医学奖的195人中,只有10名女科学家,包括这次获奖的伊丽莎白・布莱克本和卡萝尔・格雷德。但两位女科学家在同一年共享奖项,还属首次。而布莱克本和格雷德作为“师徒”同时获奖,为诺贝尔奖颁奖史更增添了一段美谈。

伊丽莎白・布莱克本是一名分子生物学家和生物化学家,拥有美国和澳大利亚双重国籍。1948年出生于澳大利亚,在墨尔本大学修完大学课程后,又拿到英国剑桥大学博士学位。婚后,伊丽莎白・布莱克本前往美国,展开端粒研究。1978年,她成为美国加州大学伯克利分校的助理教授,正是在这所大学工作期间,她做出有关染色体和DNA的开创性发现。

布莱克本谈到当年获得有关端粒和染色体的研究成果时,认为这些成果十分重要,意识到自己在做一件“大事”。此次获得诺贝尔奖,她很兴奋,“我感到如此的激动……我想,这实在是太有意思了”。

卡萝尔・格雷德是美国人,1961年出生,曾先后就读于加利福尼亚大学圣巴巴拉分校和伯克利分校,并于1987年获得博士学位,其导师正是伊丽莎白・布莱克本。格雷德曾在美国科尔德斯普林实验室从事博士后研究,1997年起她开始担任约翰斯・霍普金斯大学医学院教授。

接到诺贝尔奖评选委员会来自瑞典的获奖电话通知时,卡萝尔・格雷德刚刚起床,正在忙着洗熨衣服。

“我感到有些颤抖,这是你不可预期的惊喜。”格雷德通过电话告诉记者,“人们也许会预测谁可能会赢,但每个人却不敢奢望获得这一奖项。”

格雷德表示,这项研究一开始是为了弄清细胞是如何工作的,并没有想着某种医疗用途。她认为:“以治病为方向的研究并不是解决问题的唯一方式,这与好奇心驱使的科研具有相互促进的作用。研究过程中最令基础科研人员感兴趣的是,每当我们完成一系列实验、以为解答了一个问题时,又会冒出3个或者4个新的问题。”

格雷德谈道:“我们发现了端粒酶,但还有更多学者对理解端粒在特定疾病中的作用做出杰出贡献,获得这一奖项是对整个端粒研究领域的认可。”

美国约翰・霍普金斯大学基础生物医学研究所所长斯蒂芬・德西德里奥表示:“最深远的科学发现一般都来自基础研究。格雷德的成就得到认可使我们倍感激动,这也再次说明,在好奇心的驱使下,科学具有强大的力量。”

杰克・绍斯塔克在遗传学领域做出了开创性贡献,他努力制造出一种按照达尔文理论进化的、自我复制的原生细胞,来研究生命起源和最初的演化。

杰克・绍斯塔克1952年生于伦敦,在加拿大长大,曾先后就读于加拿大麦基尔大学和美国康奈尔大学,并于1977年在康奈尔大学获得博士学位。绍斯塔克自1979年开始在哈佛大学医学院任教,目前是马萨诸塞综合医院遗传学教授,并同时任职于美国霍华德・休斯医学研究所。

接到获奖通知后,绍斯塔克告诉记者:“总有这种事情发生的微小可能,因此当电话铃响起时,直觉暗示我,应该是自己获得诺贝尔奖了。”

绍斯塔克说:“开始进行研究时,我们仅仅是对DNA复制的基本原理及染色体末端如何维护感兴趣,当时并不知道此项研究具有如此深远的意义。保护DNA分子末端的过程十分重要,其在癌症和衰老问题上都扮演着重要角色,而这两个难题正是我们在全力解决的。”

他说:“布莱克本和格雷德的加入使得这次获奖变得更加‘甜蜜’,我期待能举办一个大型聚会,来庆祝获得这一声望极高的奖项。”

有研究显示,端粒的缩短和多种老化疾病,如心血管病及糖尿病等有关。科学家们认为,多种因素都会负面影响端粒酶的操作和加速端粒的缩短,其中包括由暴饮暴食引起的代谢应激及氧化应激,还有精神压力等。现在已经知道的一些遗传性疾病都是由端粒酶缺陷引发的,如和皮肤及肺部相关的特定遗传病和再生障碍性贫血等,这种严重的贫血就是由于骨髓干细胞分裂不当所致。

虽然有研究表明端粒并不是影响细胞老化的唯一因素,但是这三位科学家的发现仍是解开人类衰老、癌症和干细胞等谜题的重要一环,并将促使人们开发出更多潜在的新疗法。