【諾貝爾2009】非凡意義的端粒

◆透視2009諾貝爾生理或醫學獎

就像惡作劇似的，瑞典卡羅林斯卡醫學院每年總喜歡在美國時間的凌晨時分給新晉諾貝爾獎得主們打電話報喜，讓大家體驗困意被激動一掃而空的感覺。這次獲得諾貝爾生理學或醫學獎的三個美國人也不例外，他們分別是：美國加利福尼亞舊金山大學的伊莉莎白·布蘭克本（Elizabeth H. Blackburn）、巴爾的摩約翰·霍普金斯醫學院的卡羅爾·格雷德（Carol W. Greider）和霍華德休斯醫學研究所的傑克·紹斯塔克（Jack W. Szostak）。

這是諾貝爾生理學或醫學獎第100次確定獲獎者，也是第一次由兩名女性同時摘得這一獎項。在此之前，布蘭克本、格雷德和紹斯塔克2006年曾共同摘取艾伯特拉斯克基礎醫學研究獎。這是美國醫學界最高獎項，不少艾伯特拉斯克獎獲得者日後成為諾貝爾獎得主。

頒獎詞稱，之所以將今年的諾貝爾生理學或醫學獎頒給他們三人，是因為他們共同解決了生物學的一個重大問題，即「在細胞分裂時染色體如何完整地自我複製以及染色體如何受到保護以免於退化」。「這三位諾貝爾獎獲得者已經向我們展示，解決辦法存在於染色體末端——端粒，以及形成端粒的酶——端粒酶。」

端粒和端粒酶

染色體是DNA的載體。在DNA複製過程中，每次其末端都會有一小段複製不到。因此科學家便產生疑問，如果每次都會少複製一點，那麼DNA如何能保持遺傳的穩定性？經過布蘭克本與紹斯塔克潛心研究，他們發現了端粒——在染色體末端部分一段很長很長的規律重複卻不編碼蛋白的DNA序列。「端粒」來源於一個希臘詞彙，是「末尾部分」的意思。

有學者形象地比喻，端粒就是DNA的尖頂高帽子，每次複製相當於把這個帽子從尖上削掉一層，如此就保護了帽子下面的腦袋。然而帽子的高度總是有限的，當端粒變得短的不能再短時，細胞便不再分裂，而開始衰老、死亡。

那麼這個過程是否可逆呢？是否存在永生的細胞？格雷德與布蘭克本發現，原來還存在一種酶，即端粒酶，端粒酶就是形成端粒DNA的成分，端粒是由端粒酶形成的。它的功能就是增加端粒的長度，延緩端粒變短的時間。

「端粒是細胞內染色體末端的『保護帽』，它能夠保護染色體。伴隨著人的成長，端粒會逐漸受到『磨損』。而端粒酶在端粒受損時能夠恢復其長度。」布蘭克本介紹。

從左到右：卡羅爾·格雷德，傑克·紹斯塔克，伊莉莎白·布蘭克本

癌症治療新靶點

頒獎詞中還介紹道，「如果端粒縮短了，細胞就會老化。相反，如果端粒酶的活動顯著，端粒的長度也就能得以保持，並且細胞衰老也將延後。癌細胞就是一個例子，癌細胞被認為是具有永久生命力的。相反，某些特定的遺傳疾病，會出現一些有缺陷的端粒酶這樣的特徵，導致損害細胞。對此諾貝爾獎頒給這一細胞基本機制的發現，這一發現有助於新的治療措施的發展。」

對此，中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所研究員周金秋告訴記者：「癌症有很多不同的種類，研究顯示在85%以上的各類癌細胞中，端粒酶都會表現出活性，它是細胞擴增的必要條件。因此，抑制端粒酶的活性，就可以控制癌細胞的無限生殖。」這一理論被普遍看好，很多科學家對此進行了長時間的研究，以端粒酶為靶點的抗癌藥物在美國最快的已進入III期臨床。

格雷德說，「剛開始這項研究時，我們絲毫不知端粒酶與癌症存在關聯，只是對染色體如何保持完整無損感到好奇」。如今她也在從事癌症方面的研究，她表示，「作為科學家，我很難預測結果。但是很明確的是，我們現在掌握了比此前更多的信息。我希望這是一個正確的方向。」

引發衰老的機制

卡羅林斯卡醫學院教授魯內託夫特戈德說，端粒和端粒酶研究有助於攻克醫學領域3方面難題，即「癌症、特定遺傳病和衰老」。

對此格雷德告訴記者，端粒與很多老年性疾病都有關係，因為細胞需要通過端粒來保持其分裂新生的能力。如果沒有足夠的端粒酶，端粒就會慢慢地變短，細胞就不能分裂重生，這是很多老年疾病的共同特點。

「這項研究最重要的意義在於確定了一種細胞的基本機制，即染色體末端對染色體的保護作用。」周金秋告訴記者，「它引出了一種細胞的衰老機制，但並不是所有的衰老都是由它引起，細胞衰老是一個複雜的過程。」

現年61歲的布蘭克本是加利福尼亞大學舊金山分校的生物化學和生物物理系主任，因學術成就卓著曾在2007年被美國《時代》周刊評為年度全球最具影響力的100個人物之一。

布萊克本一頭金色短髮，總喜歡面帶微笑：「工作早九晚五，周末是我的家庭日。」她說她享受家庭生活，平時喜歡聽音樂，沒有人的時候彈彈鋼琴，每天儘量出去散步，到健身房運動。

「我並沒有特別期待這個獎，得獎不會改變我什麼，不過我還是很高興。」她說。

紹斯塔克1952年出生於英國倫敦。28歲時聽了一場布蘭克本的報告後，與她展開合作，共同證實了端粒對染色體的穩定作用。在那之前，從1974年到1979年，他在康奈爾大學隨著名華裔分子生物學和基因學教授吳瑞做研究生，並留在吳瑞實驗室做博士後，接受系統的科學訓練。2008年吳瑞去世後，紹斯塔克還曾撰文進行追憶。

出生於1961年的格雷德當年在加利福尼亞大學伯克利分校讀博士期間，師從伊莉莎白·布萊克本，當時布萊克本剛剛與紹斯塔克共同發現了端粒，並提出猜測：也許是由於某種未知的酶決定了端粒的細胞分裂，隨後格雷德便與布萊克本一起致力於驗證這一猜想，並與之一起發現了端粒酶的存在。

這三個人將平分1000萬瑞典克朗（約合140萬美元）的獎金。布蘭克本有意將自己的獎金投入實驗室；紹斯塔克說他要用這筆錢供幾個孩子讀大學；而格雷德考慮先買輛新的自行車。