日本科学家山中伸弥与英国科学家约翰-格登

 

　　北京时间10月8日消息，据诺贝尔奖委员会官方网站报道，2012年度诺贝尔生理学或医学奖已经于北京时间10月8日17:00公布，由于在成熟细胞重编程方面做出的杰出贡献，今年的奖项授予日本京都大学科学家山中伸弥以及英国发育生物学家约翰•戈登(John B. Gurdon)。

 

　　科学背景

 

　　今年的诺贝尔生理学或医学奖所奖励的成就是发现成熟的，特化的细胞可以被重编程并转化为不成熟的细胞，其可以生长形成身体上的各种不同器官和组织。他们的研究和发现极大地改变了我们对于细胞和有机体的认识。

 

　　约翰·戈登教授在1962年发现细胞的特化是可逆的。在他进行的一项经典实验中，他将一个未成熟的青蛙卵细胞的细胞核用一个成熟的肠道细胞细胞核进行替换。这个被改造过的卵细胞后来发育成了一只正常的蝌蚪。这一实验证明，一个成熟细胞中的DNA仍然储存有让一颗细胞发育成一只完整青蛙的所有信息。

 

　　在戈登教授的经典工作进行40多年后，在2006年，日本的山中伸弥教授发现成熟的小鼠细胞可以被进行重编程，使之成为一个不成熟的干细胞。令人惊讶的是，只要引入一小部分基因，他就可以让一个成熟的体细胞转变为一个多能干细胞，这是一种不成熟的细胞，它可以生长形成身体上其它各种细胞。

 

　　这些开创性的研究彻底颠覆了我们原先对于细胞发育和特化的认识。由于他们的工作，我们现在认识到，一个成熟的细胞并非必然永远要保持它已经特化的形态。由于他们的贡献，生物学课本进行了重新编写，并且开创了一个全新的研究领域。通过对人体细胞的重编程，科学家们已经开发出一些新的手段用于疾病的治疗和诊断。

 

　　生命——细胞特异化的历程

 

　　我们所有人都是从一颗受精卵开始发育而来的。在受精之后的第一天，胚胎中所含有的是不成熟的细胞，这些细胞最终可以分化，形成一个成年个体所具有的全部各种器官和组织。这些细胞就被称作多能干细胞。随着胚胎的进一步发育，这些细胞中逐渐分化出神经细胞，肌肉细胞，肝细胞以及所有其它种类的细胞——所有这些细胞都已经特化，它们具备了一种特别的功能，用来执行人体的各种不同的生理机能。这种从不成熟细胞到特异化成熟细胞的过程在此之前曾经一度被认为是不可逆的。人们认为这是细胞的成熟过程，它们不可能返老还童，重新回到多能干细胞的阶段。

 

　　约翰·戈登教授最先向这个生物学教条发起了挑战。他猜想一颗成熟细胞中应当仍然保存着形成所有其它细胞类型的所需信息。在1962年，他对自己的这一猜想进行了实验验证：将一颗青蛙卵细胞中的细胞核用取自一只蝌蚪肠壁上的已分化特异细胞细胞核进行替换。最终这颗改造过的卵细胞发育成了一只功能完全正常的蝌蚪，这些克隆蝌蚪最终也都长成了健康的成年青蛙。这一实验说明成熟细胞的细胞核中仍然保留着发育成各种其它类型细胞的完整信息。

 

　　当戈登最初公布他的实验结果时引来质疑声不断，但是后来随着其它科学家重复他的实验并获得同样结果之后，他的这项研究结果开始被人们接受。随后科学家们竞相投身这一领域的研究，相关的技术飞速发展，最终开始了对哺乳动物克隆的研究。戈登教授的研究揭示了这样一个事实，那就是一颗成熟的已分化细胞是可以重新成为一颗不成熟的多能干细胞的。不过他的实验中包含有使用吸液管去除细胞核的步骤，随后还要引入其它细胞的细胞核。究竟有没有可能直接让一颗完好无损的细胞“返老还童”呢？

 

　　细胞的返老还童

 

　　有关这个问题的答案还要等到40年之后，日本生物学家山中伸弥教授解答了这个问题。山中教授的研究对象是胚胎干细胞，也就是在实验室从胚胎中分离出来的多能干细胞。这种细胞最早是由马丁·埃文斯(Martin Evans)教授凑够小鼠的身上分离出来的，他后来被授予了2007年度的诺贝尔奖。而此次山中教授所要做的，便是试图找出那些让细胞保持不成熟状态的基因。当最终找出一部分这种基因之后，他开始尝试是佛有可能利用这些基因对成熟细胞进行重编程，让它们重回多能干细胞阶段。

 

　　山中伸弥教授和同事们尝试各种不同的方法，对采自结缔组织和成纤维细胞组织中的成熟细胞进行实验，并在显微镜下检验实验的结果。最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！

 

　　进一步的实验显示这些多能干细胞(iPS)最终分化成了成熟的成纤维细胞，神经细胞以及骨髓细胞。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，使之返老还童，重新成为不成熟的多能干细胞。有关这一发现的论文于2006年发表，并立即被视作一项重大突破。

 

　　从重大发现向医学应用的发展

 

　　戈登和山中教授的研究为我们指出，成熟的已分化细胞在某些特殊情形下可以“返老还童”，重新成为不成熟的多能干细胞。尽管在发育过程中它们的基因组发生了变化，然而这些变化并不是不可逆的。我们获得了有关有机体和细胞发育方面的崭新认识。

 

　　近年来的研究已经显示多能干细胞可以形成人体的各种器官组织。这些研究也为全球各地的其它科学家在其它相关领域进行研究提供了巨大帮助。

 

　　多能干细胞同样可以由人类体细胞形成。比如，科学家们以后可以从患有各种疾病的患者身上获得皮肤细胞进行重编程，并在实验室中观察它们与正常人细胞之间究竟存在哪些差异。这种研究将极大地帮助科学家们揭示疾病的发病机制，从而促成相应的新药研发。

 

　　获奖科学家背景介绍

 

　　约翰·戈登爵士于1933年出生于英国Dippenhall。他于1960年获得牛津大学博士学位，后曾在美国加州理工学院做博士后研究。1972年戈登博士加入英国剑桥大学，担任该校细胞生物学教授并兼任麦格达伦学院院长。戈登目前在剑桥大学戈登研究院任职。

 

　　山中伸弥教授于1962年生于日本大阪。他于1987年在神户大学获得硕士学位，他原本应当会成为一位整形外科医师，但后来转向基础医学研究。1993年山中伸弥在大阪大学获得博士学位。在那之后他先后在美国旧金山的格拉斯通研究院和日本奈良先端科学技术大学院大学工作。目前山中在日本京都大学担任教职，并同时在美国格拉斯通研究院担任职务。

 

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