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2012年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎獲獎解析
點(diǎn)擊次數(shù)：1299 發(fā)布時間：2012-10-12
諾貝爾獎生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎（以下簡稱醫(yī)學(xué)獎）于10月8日17:30揭曉，今年的醫(yī)學(xué)獎授予John B. Gurdon與山中伸彌，以獎勵他們發(fā)現(xiàn)成熟分化細(xì)胞可轉(zhuǎn)化為多能干細(xì)胞。
獲獎理由：他們發(fā)現(xiàn)已成熟分化的細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化為多能干細(xì)胞。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)改變了我們對于機(jī)體細(xì)胞和器官生長發(fā)育的傳統(tǒng)看法，因而具有革命性意義。
John B. Gurdon在1962年發(fā)現(xiàn)細(xì)胞分化是個可逆轉(zhuǎn)的過程。在一個經(jīng)典試驗(yàn)中，John B. Gurdon將青蛙的已分化腸道細(xì)胞細(xì)胞核植入青蛙卵細(xì)胞中，結(jié)果這個被重新組裝的卵細(xì)胞發(fā)育為正常的蝌蚪。這表明，已分化細(xì)胞的DNA仍具備發(fā)育為正常青蛙所有組織細(xì)胞類型的全部信息。
山中伸彌在老鼠試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)了已分化細(xì)胞被轉(zhuǎn)化為未分化細(xì)胞的現(xiàn)象，但此時是2006年，距離John B. Gurdon發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象已有40年之久。山中伸彌還發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象，如果向已分化細(xì)胞內(nèi)植入一些基因，這些分化細(xì)胞可轉(zhuǎn)化為多能干細(xì)胞，比如，可以分化為所有體細(xì)胞類型的未成熟細(xì)胞。
這些開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)*顛覆了我們關(guān)于細(xì)胞生長分化的傳統(tǒng)觀念。我們開始轉(zhuǎn)變觀念，并且知道，成熟細(xì)胞并非永遠(yuǎn)局限在他們已經(jīng)分化的狀態(tài)。教科書上的相關(guān)知識已經(jīng)被重新修正，新的研究領(lǐng)域也因此被開辟出來。研究人員通過將相似的原理應(yīng)用在人類細(xì)胞上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了疾病研究和診療的新方法。
生命：一段分化程度逐漸升高的旅程
我們都是由受精卵發(fā)育而來。在受精卵發(fā)育的初期，胚胎組織是由未分化細(xì)胞組成，這些未分化細(xì)胞具備分化為成人全部組織細(xì)胞類型的潛能，此類細(xì)胞被稱為多能干細(xì)胞。隨著胚胎不斷發(fā)育，這些多能干細(xì)胞逐漸分化為神經(jīng)細(xì)胞、肌細(xì)胞、肝細(xì)胞或者其他類型體細(xì)胞---這些細(xì)胞將在成人體內(nèi)執(zhí)行特定功能。此前，人們一直認(rèn)為，細(xì)胞由未分化狀態(tài)發(fā)育為分化狀態(tài)是單向的，即已經(jīng)分化成熟的細(xì)胞不可能再返回至未分化狀態(tài)。
“返老還童”的青蛙細(xì)胞
John B. Gurdon zui先挑戰(zhàn)了這個深入人心的醫(yī)學(xué)教條（認(rèn)為細(xì)胞生長發(fā)育是單向過程）。他證明了已分化細(xì)胞仍然具有分化為機(jī)體所有體細(xì)胞類型的遺傳信息。1962年，John B. Gurdon將青蛙的已分化細(xì)胞核植入青蛙的卵細(xì)胞中，結(jié)果這個卵細(xì)胞生長發(fā)育為一個功能健全的蝌蚪，而且這些卵細(xì)胞還成為了John B. Gurdon的試驗(yàn)中成年青蛙的后續(xù)來源。這一結(jié)果表明，成熟細(xì)胞的細(xì)胞核并未喪失驅(qū)動細(xì)胞發(fā)育為正常機(jī)體的潛能。
Gurdon這一里程碑式的發(fā)現(xiàn)zui初卻受到很多質(zhì)疑，不過其他科學(xué)家后面陸續(xù)證實(shí)這一發(fā)現(xiàn)，該發(fā)現(xiàn)開始獲得認(rèn)可。這一發(fā)現(xiàn)使帶來了相關(guān)領(lǐng)域的更多研究，并促進(jìn)了醫(yī)學(xué)科技的進(jìn)一步發(fā)展，zui終使哺乳動物的細(xì)胞克隆成為可能。Gurdon的研究告訴我們，成熟分化的細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化為未成熟的多能干細(xì)胞，但是實(shí)現(xiàn)這一過程需要移液器將一個細(xì)胞的細(xì)胞核轉(zhuǎn)移至另一細(xì)胞中。那么，如果不進(jìn)行此類操作，一個原封不動的細(xì)胞能不能轉(zhuǎn)化為多能干細(xì)胞呢?
從成熟細(xì)胞回到干細(xì)胞
在Gurdon得到他的發(fā)現(xiàn)40多年之后，山中伸彌回答了這一問題。山中伸彌專注于胚胎干細(xì)胞研究，例如從胚胎中分離在實(shí)驗(yàn)室中獲取多功能干細(xì)胞。這類干細(xì)胞的研究zui初是從小鼠中開始（Martin Evans 藉此獲得2007年諾貝爾獎），山中伸彌試圖做的是找到那些能使細(xì)胞維持在非成熟狀態(tài)的基因。在發(fā)現(xiàn)了多個基因之后，他要尋找的就是其中能讓成熟細(xì)胞重返多功能干細(xì)胞的那把鑰匙。
據(jù)山中伸彌及他的同事介紹，各基因以不同的組合方式注入到成熟的纖維母細(xì)胞中，然后在顯微鏡下觀察結(jié)果。zui終，他們找到了這一種組合。事實(shí)上非常簡單，只要引入四種基因，就能讓成熟的纖維母細(xì)胞重新編程為多能干細(xì)胞。
誘導(dǎo)所得的多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞）zui后仍然可分化成成熟的細(xì)胞類型，如成纖維細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和腸細(xì)胞。2006年這項(xiàng)研究發(fā)表，即刻引起關(guān)注，是醫(yī)學(xué)界的重大突破。
從科學(xué)突破到臨床實(shí)踐
Gurdon和山中伸彌的發(fā)現(xiàn)表明，已分化細(xì)胞在某些情況下是可以逆轉(zhuǎn)分化路徑的。雖然在此過程中的基因組經(jīng)過修改，但這些修改并非是不可逆的。由此，我們對細(xì)胞和有機(jī)體的發(fā)育有了新的觀點(diǎn)。
近年來的研究顯示，iPS細(xì)胞能分化成機(jī)體所有類型的細(xì)胞。這為世界各地的科學(xué)家提供了研究新的工具，由此各醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也取得了顯著進(jìn)展。iPS細(xì)胞甚至還能用于制備人類細(xì)胞。例如，通過重編程各類疾病患者的皮膚細(xì)胞，加以實(shí)驗(yàn)室研究，以尋找它們與健康人的不同之處。這對了解疾病的機(jī)制、提供新的醫(yī)療手段和開展藥物治療，都價值。
John B. Gurdon爵士1933年出生于英國Dippenhall，1960年獲得牛津大學(xué)博士學(xué)位，曾在加州理工學(xué)院做博士后研究。爾后擔(dān)任英國劍橋大學(xué)教授，1972年成為麥格達(dá)倫學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)教授和院長。 Gurdon目前在劍橋大學(xué)的Gurdon研究所進(jìn)行研究。
山中伸彌1962年出生于日本大阪，1987年獲得神戶大學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)士學(xué)位，在從事基礎(chǔ)研究前是一名整形外科醫(yī)生。1993獲得大阪大學(xué)博士學(xué)位，畢業(yè)后曾在舊金山格拉德斯通研究所和奈良科學(xué)技術(shù)研究所任職。目前是京都大學(xué)教授，同時任職于格拉德斯通研究所。