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诺贝尔生理医学奖公布,两位获奖者将出席上海滴水湖科学家论坛

第一财经 2019-10-07 18:41:47

哈佛大学医学院的William Kaelin教授、牛津大学的临床医生Peter Ratcliffe教授和约翰霍普金斯大学医学院的Gregg Semenza教授分享这一诺贝尔奖项。

10月7日,全球科学界的目光都投向了斯德哥尔摩。诺贝尔生理学或医学奖揭晓,哈佛大学医学院达纳-法伯癌症研究所的威廉·凯林的(William Kaelin)教授、牛津大学和弗朗西斯·克里克研究所的临床医生彼得·拉特克利夫(Peter Ratcliffe)教授和约翰霍普金斯大学医学院的雷格·塞门扎(Gregg Semenza)教授分享这一诺贝尔奖项,表彰他们革命性的发现让人们理解了细胞在分子水平上感受氧气的基本原理。他们将获得金额超过90万美元的奖励。

其中的两位得主哈佛医学院达纳-法伯癌症研究所的威廉·凯林( William G. Kaelin, Jr.)和美国约翰霍普金斯大学医学院的格雷格·塞门扎(Gregg L. Semenza)将应邀参加本月底在上海滴水湖举办的第二届世界顶尖科学家论坛。他们同时也是世界顶尖科学家论坛的会员。

三名科学家获奖可谓是实至名归。早在2016年,拉斯克基础医学奖就已经颁给了William Kaelin、Peter Ratcliffe和Gregg Semenza三位教授,以奖励他们在发现动物细胞感受和适应氧气水平改变的分子机制,氧气感受信号系统在许多生理和病理过程中发挥关键作用。

氧气对生命的重要性不言而喻。它是能量代谢的关键,是人体4万亿细胞维持功能和生存的基础。细胞产生ATP有两个基本方式:需要氧气的氧化磷酸化和不需氧气的糖酵解。但是不需氧气的糖酵解产生ATP的效率非常低下,无法长时间维持,因此需要氧气的氧化磷酸化称为细胞最基本的能量代谢模式。细胞一般利用葡萄糖作为能量代谢的原料,也能利用脂肪酸和氨基酸为原料。

复杂的神经系统和肌肉运动需要大量的能量,细胞产生ATP(三磷酸腺苷)才能保证器官顺利实现正常功能。在有氧的情况下,ATP才能高效地产生,因此多细胞动物生命必然具有满足能量代谢需要的高效率利用氧气的能力。这也是研究细胞营养物质氧化产生ATP的过程能多次获得大奖的原因。

长期以来,关于氧气运输蛋白如血红蛋白和肌红蛋白的发现和特征的研究就一直是获奖关注的重点。虽然对需氧代谢和氧气运输的问题被逐渐解决,但关于氧气代谢的一个重要侧面,细胞感受和适应氧气的信号系统上世纪末才开始被逐渐弄清楚,这一信号系统会对环境缺氧和呼吸循环血液系统功能障碍产生显著改变。今年的诺贝尔奖正是给了三位发现动物细胞内氧气感受系统的科学家。

WilliamKaelin、Peter Ratcliffe和 Gregg Semenza是三位独立开展研究的科学家,但是他们的工作是关于细胞感受氧气的一个整体系统。该发现的源头是关于一个蛋白的研究,这种蛋白是促红细胞生成素(Erythropoietin促红素),肝脏和肾脏细胞合成的促红素作用是一种激素,基本功能是促进骨髓内红细胞生成,这样可以提高血液运输氧气的能力。

Semenza教授对这个基因研究一段时间后,兴趣逐渐转移到这个基因表达的调节机制。经过反复探索,1995年他和团队纯化到一种二聚体蛋白的转录因子,因为它在低氧条件下发挥转录促红素基因的作用,所以被命名为低氧诱导因子。

在Semenza发现基础上,Peter Ratcliffe教授对低氧诱导因子进行了更深入研究。长期以来,科学家一直认为氧气的感受只是少数细胞特有的能力。例如在颈动脉体和主动脉体就存在感受血液中氧气浓度的化学感受器,能通过神经反射调节呼吸频率和血压。但是Ratcliffe教授1993年的研究发现,许多细胞内低氧反应元件DNA结合活性受到氧浓度调节,说明低氧诱导因子是许多细胞感受低氧的共同分子。

1994年Ratcliffe教授进一步用糖酵解酶也受到低氧反应元件调节确定了这一判断。糖酵解也是细胞对低氧的一类反应,但和血管生成和红细胞生成属于长期低氧效应不同,糖酵解属于快速低氧反应。这说明低氧诱导因子不仅负责调节长期低氧反应,也是急性低氧反应的调节因子。

不同于Semenza教授和Ratcliffe教授,Kaelin教授是研究癌症的临床医生。他从临床疾病的研究出发,证明了抑制癌症的基因VHL缺陷能导致低氧诱导因子调控基因表达上调。

值得注意的是,Kaelin教授近年来在学术期刊《Nature》上撰文呼吁抵制学术浮躁,他对生物医学研究的不严谨表示担忧,称许多研究结果只能在非常狭窄条件下作出来,甚至无法被重复。

Kaelin教授表示,生物医学领域最近几十年呈现出快速发展的趋势,大量研究数据和声称不断涌现出来,研究人员被困在这种数据和声称的漩涡中,好像慢慢变热的水煮青蛙那样,慢慢地被这种科研文化影响和习惯。学术论文的目标不是为确认特定结论,而是为了制造更广泛更多声称。这种论文的危险只是增加了许多稻草建筑,而不是砖瓦房。生物医学研究论文越写越长,研究方法越来越花哨,研究结论越来越多,但明确坚实的结论相对减少。

10月8日诺贝尔物理奖将会揭晓。根据美国科学媒体Inside Science此前的预测,今年的诺贝尔物理学奖可能颁给外星球的发现和探测,黑洞的发现,量子纠缠和两种新型超导的发现。

另据研究机构Clarivate Analytics根据超过3.4万条学术引用的分析预测,在物理学方面,引用最多的包括量子计算和密码学,二维纳米材料研究以及用密度功能理论的计算方法帮助科学家理解材料性能;在化学方面,人类基因组的DNA测序等方面研究的引用最多。

责编:宁佳彦

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