图1. 2024年诺贝尔医学奖获得者Victor Ambros(左)、Gary Ruvkun(右)
2024年10月7日,诺贝尔奖委员会秘书长托马斯·珀尔曼宣布(见视频),2024年诺贝尔生理和医学奖授予维克多·安布罗斯(Victor Ambros)和加里·鲁夫昆(Gary Ruvkun)这两位科学家(见图1),以奖励他们发现microRNA及其在转录后基因调控中的作用。两位科学家将会平分1100万瑞典克朗(约合人民币745万元)诺贝尔奖单项奖金。从这两位世界顶尖基因研究的科学家的获奖成果,可以看到是原本是现代医学的一个冷门,但是却蕴含着人类长寿的密码。
一、两位获奖科学家的来历
维克多·安布罗斯(Victor Ambros)出生于美国新罕布什尔州。他的父亲朗金(Longin)是一名波兰战争难民。维克多在佛蒙特州哈特兰的一个小奶牛场长大,家里有八个孩子。他于1975年在麻省理工学院(MIT)获得生物学学士学位,并于1979年在诺贝尔奖获得者戴维·巴尔的摩 (David Baltimore)的指导下获得博士学位。
安布罗斯于 1984 年成为哈佛大学的一名教员。然而,在安布罗斯发现了现在被称为 microRNA 的物质后不久,哈佛大学就拒绝了他的终身教职。对此,他的博士导师巴尔的摩教授表示:“他们失去了一位潜在的诺贝尔奖获得者,因为他们根本没有看到他所拥有的潜力……这是一项开创性发现的本质,回想起来它具有开创性。无法提前知道。”
安布罗斯于1992年加入达特茅斯学院任教。他于2008年加入马萨诸塞大学医学院任教,目前在分子医学项目中担任西尔弗曼自然科学教授,该职位由他以前的达特茅斯学生霍华德·斯科特·西尔弗曼资助。
相对于维克多·安布罗斯(Victor Ambros),另一位获奖者加里·鲁夫昆(Gary Ruvkun)的研究经历就顺利的多。加里·鲁夫昆(Gary Ruvkun),1952年3月26日出生于美国加利福尼亚州的伯克利,是美国分子生物学家、马萨诸塞州总医院和波士顿哈佛医学院的遗传学教授。鲁夫昆出生于一个犹太家庭,1973 年获得加州大学伯克利分校生物物理学专业文学学士学位。1982 年获得哈佛大学生物物理学哲学博士学位。他在Frederick M.奥苏贝尔,他在那里研究了细菌固氮基因。Ruvkun 与麻省理工学院(MIT) 的Robert Horvitz和哈佛大学的Walter Gilbert一起完成了博士后研究。
二、为什么冷门?
早在20 世纪 80 年代末,维克多·安布罗斯(Victor Ambros)和加里·鲁夫昆(Gary Ruvkun)是罗伯特·霍维茨(Robert Horvitz)实验室的博士后研究员的时候,就发现了microRNA,并且于1984年在世界著名医学期刊《科学(Science)》和1981年在《细胞(CELL)》分别发表了研究论文《秀丽隐杆线虫的异时突变体(Heterochronic Mutants of the Nematode Caenorhabditis elegans)》,见图2和《导致秀丽隐杆线虫细胞谱系重复的突变(Mutations that lead to reiterations in the cell lineages of C. elegans)》,见图3。但是,这个研究领域很长一段时间,一直都没有引起现代医学研究的重视,研究的人和投入的资金都很少。甚至出现了microRNA的主要发现者之一——维克多·安布罗斯(Victor Ambros)被哈弗大学拒绝终身教职,不得不多次转换工作,最后还是在自己学生的资助下得以继续研究。
三、这个研究中蕴含的长寿密码是什么
这个获得诺贝尔奖的研究,其实是在研究2小段基因Lin-4和Lin-14,见图4,但是这个小小的研究却为人类打开了一扇新的基因调控的大门。
图4. 基因Lin-4和Lin-14
40多年前,当维克多·安布罗斯博士还是Robert Horvitz教授课题组的一名博士后研究员的时候就发现了microRNA。他发现,当lin-4基因出现突变后,线虫会一直停留在发育早期,无法发育成熟。而另一个lin-14基因突变,线虫就会“跳过”一些早期的发育阶段,直接展露出一些只有发育后期才会出现的特征,也就是早熟。这些结果也表明,lin-4与lin-14基因在线虫的细胞里起到了相反的作用。
lin-14的功能是加里·鲁夫昆博士加入到Horvitz教授课题组之后与Ambros博士一道,两人先是分离出了lin-14基因,又在各自建立独立的实验室后,保持了紧密的合作关系。在波士顿的麻省总医院,加里·鲁夫昆教授团队发现,在线虫的发育早期,lin-14基因所编码的蛋白产物有着非常充足的表达。而随着发育的进行,lin-14蛋白的水平也会逐步下降。而在哈佛大学,Ambros教授团队则发现lin-4作用于lin-14的上游,且会抑制后者的活性。
这样一来,这两条基因的功能就解释得通了:在正常的动物中,lin-4会在正确的时间启动,抑制lin-14的功能。而随着后者活跃水平的下降,线虫能够顺利迈入发育的后期。
lin-4基因真正起作用的关键部分,竟然是两种微型的RNA(microRNA,或miRNA)。其中一种只有61个碱基(可以理解为单词的字母),比当时已知最短的功能性RNA(75个碱基)还要短。另一种RNA则更夸张,它只有22个碱基,见图5。
图5. microRNA的作用机理
这个小小的在调控基因表达时,明显就在调控了线虫的发育,如果是lin-4基因突变,线虫会一直停留在发育早期,无法发育成熟。而另一个lin-14基因突变,线虫早熟。也就是过早衰老。完全可以推测,在线虫身上,这两个作用相反的基因在调节线虫的衰老,可能蕴含着长寿的密码。
四、长寿的密码会在中医还是西医手里
健康长寿是人类追求的目标,甚至随着科技的发展,现代医学从生命的密码——基因的角度,不断在探索,这个microRNA的研究就可以从一个角度来看,人类有可能通过基因调节来保持青春永驻,长命百岁。但是,人的寿命可能不是简单的几个基因所调控,一定是复杂的和多基因的,现代医学的研究应该还在路上。
中华文明有五千年之久,中医学也有着与之相当的历史。中医抗衰老已经形成理论体系和具体实践。中医抗衰老的方剂和方法可以说是数不胜数。几乎每个中医书籍和经典中,都能有延年益寿的方剂。但是,如此巨大数量的方剂,可以说也是鱼目混珠,良莠不齐。如何去伪存真,为自己选择适合的方法和方剂就十分重要。
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(作者简介:杜文民,医学博士、主任药师、教授,南京医科大学药学院药物警戒与药物评价中心主任、兼职教授,硕士研究生导师;复旦大学兼职教授;加拿大智慧中药生物科技公司总裁(Canada Sageherb Biotechnology Co. Ltd);师从中国药品不良反应监测与药物流行病学创始者、原上海医科大学药学院院长王永铭教授,是中国第一位药物流行病学博士;原上海市药品不良反应监测中心技术总监、常务副主任;也曾在加拿大阿尔伯塔省医院管理局(Alberta Health Service)工作。第23届中国药学会理事会理事;国际传统药物临床评价学会(International Clinical Evaluation Association of Chinese Medicine, ICEACM)常务理事;国际药物流行病学学会(ISPE)等多个学术组织成员)