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3名科学家夺2019诺贝尔生理学或医学奖,解读获奖研究成果

2019-11-22 13:36:14 字号: | | 【 打印 】

瑞典卡罗琳医学院7日宣布,2019年诺贝尔生理学或医学奖将授予美国科学家威廉·凯林(William Kellin)、格雷格·塞门扎(Greg Semenza)和英国科学家彼得·拉特克利夫,以表彰他们对“发现细胞如何感知和适应氧气供应的贡献。这三位科学家将分享900万瑞典克朗(约合91万美元)的奖金。

这是10月7日在瑞典斯德哥尔摩卡罗琳医学院宣布2019年诺贝尔生理医学奖的地方。新华社记者郑焕松照片

奖励委员会说动物需要氧气来将食物转化成有用的能量。几个世纪以来,人们已经知道氧气的基本和重要作用,但是细胞如何适应氧气水平的变化一直是未知的。今年三位获奖科学家发现了“细胞如何感知和适应不断变化的氧气供应”,并证实了“可以调节基因活性以适应不同氧气水平的分子机制”。他们开创性的研究成果“揭示了生命中最基本的适应过程之一的机制”,并为我们理解氧水平如何影响细胞代谢和生理功能奠定了基础。

该奖项委员会强调,今年的获奖成果为人类发展“有望对抗贫血、癌症和许多其他疾病的新战略”铺平了道路

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这三人都获得了拉斯克医学研究奖

据报道,这三位获奖者都获得了2016年拉斯克医学研究奖,因为他们研究了细胞如何适应不同的氧气环境。拉斯克医学研究奖是生物医学领域最著名的奖项之一,仅次于诺贝尔奖。许多获奖者将来都获得了诺贝尔奖。因此,它被称为诺贝尔生理医学奖的风向标。他们还获得了2010年加拿大格尔达纳国际奖。

62岁的威廉·凯利(William Kelly)是哈佛医学院的教授和癌症专家,在达纳·费伯癌症研究所有一个专门的研究实验室。

65岁的彼得·拉特克利夫是牛津大学的教授。他在大学里成立了一个独立的研究小组,是肾病专家。他正在讨论人体是如何产生一种荷尔蒙的,这种荷尔蒙可以在缺氧环境中产生红细胞来调节它。

格雷格·塞门扎,63岁,约翰·霍普金斯大学医学教授。他写了400多篇研究论文,被引用超过13万次。在他高中生物老师的指导下,他对科学产生了兴趣。当他在哈佛大学学习时,他得知一个朋友的孩子患有唐氏综合症,这促使他决定学习儿科遗传学。

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揭开细胞和氧气之间“相互作用”的秘密

在漫长的进化过程中,人类和其他动物已经进化出一套机制来确保组织和细胞有足够的氧气供应。例如,人的颈动脉体含有特殊的细胞来感知血氧水平。1938年诺贝尔生理学或医学奖授予相关研究,该研究揭示了颈动脉体在感知不同血氧水平后如何与大脑沟通以调节呼吸频率。

除了颈动脉体对呼吸的调节机制外,动物对氧供应有更基本的生理适应机制。例如,红细胞可以将氧气输送到身体的不同组织。在缺氧的情况下,一个关键的生理反应是体内被称为红细胞生成素(epo)的激素含量增加,从而刺激骨髓产生更多的红细胞来输送氧气。自20世纪90年代以来,拉特克利夫和塞门扎一直在探索这一现象背后的机制。

两者都研究了epo基因与不同氧水平之间的“相互作用”机制,最终找到了在缺氧环境中起“调节”作用的关键蛋白——缺氧诱导因子(hif)。Hif不仅能随着氧浓度的变化而变化,还能调节epo表达水平,促进红细胞生成。Semenza证明hif实际上包含两种蛋白质,hif-1α和arnt。

科学家还发现,当氧气水平上升时,体内hif-1α的含量急剧下降。它是如何在富氧环境中降解的?

肿瘤专家林熙蕾在研究一种罕见的遗传疾病——希佩尔-林道综合征时解开了这个谜。因此,他的研究与上述两位科学家的研究有关。卡琳发现vhl综合征患者由于vhl蛋白缺乏而患有多种肿瘤。典型的vhl肿瘤常发生异常新生血管形成,这可能与氧调节途径有关。在随后的研究中,他还发现是vhl蛋白通过氧依赖性蛋白水解负调节hif-1α。

揭示细胞的氧调节途径不仅具有基础科学研究价值,而且有望为疾病带来新的治疗方法。例如,调节缺氧诱导因子途径将有助于治疗贫血;然而,hif-1α和其他相关蛋白的降解可能抑制血管生成,从而有助于对抗需要新血管支持的恶性肿瘤。

问答

为什么它被称为生理学或医学奖?

自从1901年获得一等奖以来,诺贝尔生理医学奖已经过去了118年。然而,多年来,许多人一直在想为什么这个奖项是生理学或医学奖,而不是像物理奖或化学奖那样单独设立。

据说这是因为在阿尔弗雷德·诺贝尔时代,生理学现在指的是许多生物学领域。根据1895年诺贝尔奖表达的意图解释“生理学或医学”这一术语,将给予奖励机构在生物医学和临床医学领域授予奖项的更大自由。

从1901年贝林获得白喉血清疗法发明奖到2018年詹姆斯·埃里森和本庶佑发现抑制负性免疫调节的癌症疗法,该奖项获奖者的研究领域涵盖生理学、遗传学、生物化学、代谢和免疫学,其中一些领域完全改变或促进了医学的发展。

你知道从放血到输血的病史吗?你知道胰岛素和青霉素是如何被发现的吗?你知道为什么人类在衰老吗?回顾100年生理医学奖的获奖者,你会找到这些问题的答案。

生理学或医学奖的获得者是如何产生的?

诺贝尔生理医学奖评审团成员、瑞典卡罗林斯卡学院临床综合生理学教授朱琳·吉拉说,科学家提名的数量和受欢迎程度并不是获得诺贝尔奖的必要条件。该委员会每年收到数百项提名,大约25%的被提名者可能从未听说过,大约75%的人可能是众所周知的。

她表示,在遴选过程中,委员会通常会进行“删除测试”:如果被提名者被删除,是否还有发现或发明,结果是否是推动相关研究进一步发展的必要因素,被提名者是否有一些意想不到的发现等。

“正如诺贝尔在遗嘱中明确指出的那样,这一荣誉应该授予本年度最重要的发现,”吉勒说,并补充说,这一标准经常用于生理学或医学奖的选择,而在其他学科中则不太常见。

时间检验了结果。

也带走了研究人员

每一位诺贝尔生理学或医学奖获得者都经历过与时间的“斗争”。他们花了很长时间研究结果,等待结果被检验。

dna双螺旋结构的分析是20世纪最伟大的科学发现之一。沃森、克里克和威尔金斯因研究dna双螺旋结构模型而获得1962年诺贝尔生理医学奖。然而,罗莎琳德富兰克林对dna结构的研究做出了巨大贡献,于1958年死于卵巢癌,享年37岁。甚至克里克也坦率地承认,没有富兰克林的关键研究,他们不会取得任何成就。

奥斯瓦尔德·埃弗里(Oswald Avery)是一位非常杰出的科学家,他发现“基因转化现象”是由dna引起的,而不是当时普遍认为的蛋白质。他花了15年寻找相关证据,最后在1944年发表了一篇决定性的论文。由于他在分子生物学和免疫学方面的杰出工作,自20世纪30年代以来,他几乎每年都获得诺贝尔奖提名。然而,无论做多少工作都无法说服哈默斯坦,一位当时的核酸专家。汉默斯顿,当时卡罗林斯卡研究所的化学教授,一直认为蛋白质导致遗传转化。甚至有谣言说哈默斯顿阻止埃弗里获奖。然而,也许埃弗里没有赢的真正原因是时间。当1962年生理医学奖被授予时,哈默斯顿在确凿的证据下屈服了,但埃弗里从未有机会获得诺贝尔奖--他于1955年去世。

爱德华兹和英国产科医生帕特里克·斯特普托成功开发了体外受精技术。1978年,世界上第一个试管婴儿路易丝·布朗在英国奥尔德姆市医院出生,在全球科学界引起轰动,同时也带来巨大争议。直到2010年,85岁的爱德华兹获得了诺贝尔生理医学奖。审查委员会称这项技术是“现代医学发展的里程碑”,并帮助世界上10%的夫妇避免了不孕不育的问题。然而,爱德华兹由于年老体弱而未能发表获奖感言。共同创立这项技术的steptoe经受住了时间的考验。他于1988年去世。诺贝尔基金会规定诺贝尔奖不能授予去世的人。经过几十年的发展,体外受精技术已经越来越成熟,并在世界范围内得到认可和推广。

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