析年诺贝尔奖

取其精华，去其失误：析2012年诺贝尔奖

在诺贝尔奖公布后，讨论相关的科学研究，有助于公众了解科学、科学界，重温研究历程，学习和理解科学工作。

2012年诺贝尔化学奖的问题

诺贝尔化学奖委员会近9年来6次发给生物学方面的工作，虽然委员会有生物学成员，仍经常出问题，今年的化学奖也不例外。

与今年化学奖相关的，有两位科学家的工作很重要：日本的木村和美国人哈格雷夫。虽然他们被委员会忽略，但他们的工作重要性不亚于今年得奖的莱夫科维茨。

虽然莱夫科维茨研究GPCR（G蛋白偶联受体）很有苦劳（做了很多好的工作），但功劳（单项突出工作）却不够突出。化学奖委员会称莱夫科维茨和同事“made a seminal contribution when they cloned and sequenced the first receptor for epinephrine, βAR （33）.”意为在克隆和测序肾上腺素能受体方面作出重大贡献。这个说法有4个问题。

首先，1980年代很多人克隆了多种受体的基因，这些受体的重要性并不低于GPCR，工作最突出为日本的绍正作，其次是当时在美国的德国科学家乌尔里希（Axel Ullrich），他们克隆了多个重要蛋白质的基因，包括受体、离子通道等。化学奖介绍了莱夫科维茨在克隆基因前期的标记和纯化GPCR蛋白质的工作，确是同期重要的工作，但总体上莱夫科维茨不如绍正作突出。

其次，眼睛的视杆蛋白（rhodopsin）也是GPCR，而其基因在莱夫科维茨工作以前好几年就成功了。1977年美国的哈格雷夫获得视杆蛋白氨基端部分序列，其后哈格雷夫（1982，1983）和俄国的奥夫奇尼科夫（1982、1983）获得视杆蛋白基因并确定其编码蛋白质的全长序列。美国的内桑斯（Jeremy Nathans）也克隆视杆蛋白的基因（1983），并在1984年到1986年一系列工作中，确定眼睛的4个GPCR，通过漂亮的遗传学方法证明有3个是色觉相应的GPCR。而莱夫科维茨参与的克隆肾上腺素能受体基因的工作发表于1986年（Dixon et al.，1986），比视杆蛋白的三个工作都要晚好几年。虽然视杆蛋白是由光子激活的GPCR、而肾上腺素能受体是被化学分子激活的GPCR，但它们的序列高度相似。1986年肾上腺素能受体基因克隆的论文，其标题也强调了其与视杆蛋白的相似性。

第三，化学奖委员会引用的论文33，是1986年克隆肾上腺素能受体基因的工作。但这篇文章（Dixon et al., 1986）中，莱夫科维茨既不是第一作者，也不是通信作者，莱夫科维茨实验室非此工作的主力，第一作者和通信作者在Merck Sharp and Dohme公司（今称默沙东公司）的研究部门工作。如果按化学奖委员会认为这项工作是化学分子激活GPCR的代表性工作，那么最大功劳就不是莱夫科维茨。诺贝尔化学奖委员会在引用和讲述这篇文章的时候，把主要的人变成了名字可以忽略的“同事”，而不是文章最主要的作者，出现的就不仅是矛盾，而有点蹊跷。

第四，大家公认科比尔卡的结构生物学工作。他坚持多年后，于2007年成功地解析了化学分子激活的GPCR结构（Rasmussen et al., 2007; Rosenbaum et al., 2007），并有一系列漂亮的后继工作。如果按解析GPCR蛋白质结构的工作来评价，此前还有视杆蛋白的结构已经被解析：1997年日本科学家木村等解析细菌的视杆蛋白，2000年美国的帕尔切夫斯基解析动物的视杆蛋白。

所以，无论如何组合，莱夫科维茨都难以进入前三。可惜化学奖委员会继续不如一个用功的研究生，再次忽略了很容易看到的工作。

2012年诺贝尔生理学医学奖的背景

2012年的诺贝尔生理学医学奖，肯定了对发育生物学基本问题的研究。

这是发育生物学第四次获诺贝尔奖。第一次是1935年德国的施佩曼（Hans Spemann），因为他发现胚胎诱导现象；第二次是1986年意大利女科学家莱维-蒙塔尔奇尼（Rita Levi-Montalcini），因为她发现神经生长因子；第三次是1995年德国的女科学家尼斯莱因-福尔哈德、美国的维绍斯和刘易斯，因为他们研究果蝇发育相关基因。百年来，发育的奖一半给了德国，是因为德国在19世纪创立了近代发育生物学，并多年领先。

我们每个人都是始于一个细胞（受精卵）。这一个细胞分成2个细胞，再分成4、8、16、32、64个细胞，如此直至很多很多细胞，而这些细胞的形态和功能都不一样。也就是说，最初的一个细胞有多种潜能，而最后分化出的细胞，只参与一个功能，比如，长出头发的细胞，组成眼睛的细胞，不同于脑、肝脏和肾脏的主要细胞。

从发育生物学来说，关注的是：一个多潜能的细胞，如何变成分化的细胞？这个过程发生了什么变化、是否可逆？

从再生医学希望人造器官来说，关注的是这项工作能不能做到以下粗略划分成的两步：第一步，把已分化的细胞（如皮肤细胞）退回多潜能状态的细胞（多能干细胞）；第二步，把多能干细胞变成我们需要的细胞（比如肾脏的细胞）。如果可以这样，也许当我们失去眼睛、肾脏或胳膊的时候，我们用自己无关紧要的细胞（如皮肤上刮下一点），重新制造我们失去的细胞、组织和器官。这在应用上有着诱人的前景，可惜目前还做不到。

格登和山中伸弥的工作与第一步有关：格登研究已分化的细胞是否能退回多能干细胞，而山中伸弥研究用什么分子可以将已分化的细胞退回多能干细胞。有很多人在做第二步（将多能干细胞变成我们希望的分化细胞），但尚需确定高效的、公认的、无副作用的方法。

格登和山中伸弥的工作在目前来说做得相当好，所以得了诺贝尔奖。但这类工作有其他里程碑，另外并未终结此领域的研究，现在也不是非常清楚山中伸弥的成果最后应用意义有多大。

他们的工作本身有很长的历史背景，可以推到19世纪德国的近代实验胚胎学创始人鲁（Wilhelm Roux）。但简单的是推到1952年，美国费城的科学家布里格斯（Robert Briggs）和托马斯·金（Thomas King）。他们于1952年发表一篇论文，将原来只在单细胞生物阿米巴上做过的核移植技术（nuclear transfer），成功地建立于多细胞生物。他们把蛙的细胞核转移到另外一个去除细胞核的细胞里面，让后者发育生长。他们想检验细胞核在发育过程中是否潜能有所改变。当时，他们只检查了胚胎发育比较早的几个时期的细胞核，发现越早成功率越高。

1958年，当时在牛津大学的格登等用布里格斯和托马斯·金同样的方法，换了一种蛙，也能做核移植，而且观察到同样现象，越早的细胞核，越能支持胚胎从开始发育到成熟。较晚的细胞核成功率降低。但是，格登强调较晚的细胞核竟然还有全能性，他们当时发觉最晚是早于蝌蚪的时期。1962年，格登用蝌蚪肠子的细胞核也获得成功，进一步支持以下观点：已分化的细胞，其细胞核仍有全能性，只是需要和早期的细胞质放在一起。这个工作一方面说明晚期细胞核还有全能性，另外一方面说明早期细胞质有保持或诱导全能性的能力。

1996年英国爱丁堡罗斯林研究所的维尔穆特（Ian Wilmut）团队把羊胚胎的细胞移到体外培养后，取其细胞核移植到早期卵母细胞中，可以长成羊（Campbell et al., 1996）。1997年，维尔穆特等从成年羊的乳腺中获得细胞，取其细胞核移植到卵母细胞，可以获得羊（Wilmut et al., 1997）。1997年克隆羊的实验，证明哺乳类动物已分化的细胞，其细胞核可以重新变成具有全能性的胚胎干细胞。

所以，核移植与细胞核全能性的工作，突出的是布里格斯和托马斯·金、格登、维尔穆特。不过，布里格斯于1983年去世，托马斯·金于2000年去世。

格登本人为很多人尊敬，有很多人希望他得奖。他是一个非常聪明的人（最近我才听说中学老师认为他生物学很差，不过这不是后来科学家对他的评价，他在1990年代的研究，与我当时的研究是同一领域，我们常感叹他的研究聪明，也曾要求上课的学生读他1990年代的文章）。在英国有一批科学家，他们做工作很有趣，做科学不是为了吃饭，是为了好玩。美国也许从来没有过绅士科学家，现在英国这样的科学家也不多了，格登就是位绅士科学家。

日本科学家今年得奖的工作有两个基础，一是核移植显示分化细胞的核未丧失全能性，另一是以分子生物学的方法研究细胞命运。研究细胞命运的基因，最重要的工作是德国的尼斯莱因-福尔哈德、美国的维绍斯和刘易斯，他们发现了很多控制果蝇胚胎发育的基因，于1995年获诺贝尔奖。他们研究的主要方式是让单个基因突变以后，看胚胎的表型，从而推论某个基因对某个发育过程是必需的。1987年美国西雅图雷德·哈钦森癌症研究中心温特劳布（Harold Weintraub）实验室做了一个很漂亮的实验。他带领研究生戴维斯（Robert Davis）和博士后拉萨（Andrew Lassar），用分子生物学的方法研究一个基因对细胞命运是否起到充分的作用。有一种成纤维细胞 （称C3H10T1/2），在一种药物处理下，不知为什么，会变成肌肉细胞。温特劳布实验室比较成纤维细胞和肌肉细胞之间表达哪些不同的基因，他们找到了三个差异表达的基因。他们将每一个基因单独转入成纤维细胞，结果其中一个可以将成纤维细胞变成肌肉细胞，他们称这一基因为MyoD，指“肌肉决定”（Davis et al., 1987）。其后，他们和多个实验室发现，MyoD可以将好些不同细胞变成肌肉细胞，这是通过单个基因改变细胞命运的里程碑。2012年拉斯克医学奖获得者马尼蒂斯（Tom Maniatis）称温特劳布是他认识的最聪明的生物学家，可惜温特劳布患脑瘤去世了。

1995年，瑞士巴塞尔大学生物中心的格林带领实验室成员发表一篇论文，发现在果蝇中，用一个基因可以诱导眼睛产生，果蝇的这个基因称为eyeless（无眼）、它在脊椎类动物的类似基因称为Pax6。还在摩尔根时代就知道：没有这个基因，眼睛减小很多。格林实验室克隆到这个基因后，发现它平时在早期眼睛里表达，而通过转基因技术将它表达到身体其他部分后，可以在多个部位长出眼睛，如翅膀上、腿上（Halder，Callaerts, Gehring，1995）。这表明，通过单个基因可以改变一些细胞的命运，导致一个器官的形成，至少在果蝇中是如此。

可惜的是，在脊椎动物、哺乳动物中，还没有找到用单个基因或多个基因制造组织、器官的方法，要实现人造生物器官的梦想，还需要努力。

多能干细胞也是一种细胞命运。1990年，日本的岗本（K.Okamoto）等、德国的肖勒（H.R.Scholer）等分别独立发现多能干细胞特异表达的Oct4基因。2003年，山中伸弥实验室和英国的钱伯斯（I.Chambers）等独立发现另一个对维持多能干细胞至关重要的基因Nanog（Mitsui et al., 2003；Chambers et al., 2003）。Oct4和Nanog可以使少数种类的细胞变成干细胞，但一般来说，它们单独不能将已分化的细胞变成干细胞，还需要其他因素。

在这些基础上，有了山中伸弥的工作。

山中伸弥原来的科学背景较弱，在美国进修时实验室也不是很好，回到日本时的研究条件也不很好。但他坚持不懈，一步一步，沿着自己原来的研究经常问问题，最后做了很好的工作。2003年，他的实验室作为发现Nanog的两个实验室之一（Mitsui et al., 2003；Chambers et al., 2003），首次为较多科学家注意。进一步，他的实验室的高桥（K.Takahashi）和他选择了多能干细胞与一般细胞不同的基因，他们估计了24个基因，然后把24个基因同时导入分化细胞，结果能够将后者转化为多能干细胞，他们逐步做减法，减去某一个，然后看结果。最后发现，只需要4个基因（Myc、Oct4、Sox2和 Klf4）就足以将分化细胞变成多能干细胞（Takahashi，Yamanaka，2006）。他们将由此得到的干细胞称为诱导多能干细胞（iPS）。这一工作立即引起广泛的瞩目。

他们2006年的工作是用鼠细胞做的。2007年，他的实验室（Takahashi et al.,2007）以及美国威斯康星大学汤姆森（James Thomson）实验室的俞钧瑛等（Yu et al.,2007），独立报道4个基因也可以使人的细胞转化为多能干细胞，两个实验室用的具体4个基因有2个不同。

iPS立即为很多实验室使用，并认为有很多应用潜能。不过，iPS的应用还有尚未完全解决的问题。最后用于再生医学的途径和方法，迄今未知，所以，如果最后需要制造干细胞，而且制造干细胞的方法是通过用基因诱导产生干细胞，那么今年的诺贝尔奖给山中伸弥是对的。不过，也还有可能：最后应用的方法不用制造干细胞，而是直接从一种分化细胞变成另外一种分化细胞，省略干细胞一步，那么方法就完全是温特劳布等1987年发明的；也可能最后制造应用的方法是目前大家想不到、完全不同于山中伸弥的方法和途径。所以，虽然大家对iPS还在兴奋期间，但工作尚未完成、意义未经长期检验。

很多人推崇已经79岁的格登，把他和山中伸弥合在一起，可能也是山中伸弥2006年工作出来时间不久就获奖的原因之一。

结　语

各种评价/评审共识度是否高，取决于：（1） 领域是否有共同价值观；（2） 评审者的专业水平；（3） 评审者的公正性；（4） 评审者花一定的精力做足功课。文学奖与和平奖难以获得大家共识，主要是第一种原因，讨论起来很快就变成价值和立场的争论。而诺贝尔自然科学奖，虽然一般在科学界有相当大的共识，但也会出现不同意见、出现错误，常是第四种原因。在国内评审中，可能第三种情况多一些。

如果将诺贝尔奖奉为神明，自己不直接读原始文献，讲课、写教科书按诺贝尔奖的描述，就可能夸大一些工作、忽略一些真正重要的工作，不了解科学事实和研究的历史进程，有时误导学生和其他后来者。

如果误以为得了诺贝尔奖就是定论，就可能因为诺贝尔奖给谁而误以为某项工作已经达到顶峰。实际上，有时不是这样。我们在肯定获奖工作正确部分的同时，无需崇拜，不应该被迷惑，有时意识到还有可能另辟蹊径，走不同的道路，做不同的研究，才更有意义。

整理自2012年10月22日下午在中国科协的几次发言，顺序有改动，文字有所修饰，补齐了速记省略的英文人名，修改了速记的错误，另外稍加部分内容。