【大隅良典】那么多科学家都在研究细胞自噬，为何只有大隅良典独得诺奖？

吴、杨田成为本世纪第二位获得“毒生理学奖”的科学家。细胞自噬是研究热门，为什么大源好码独获诺奖？他的研究没有伙伴吗？

文/记者白庆南吉京

日本科学家OSHINORI OHSUMI(YOSHINORI OHSUMI)通过“细胞子作用的发现和机制探索”获得了今年的诺贝尔生理学或医学奖，成为本世纪第二位独生奖科学家。

▍“自噬”研究鼻祖已选择安乐死离世

什么是细胞自噬？这是一种细胞内“自我吞噬”的现象。细胞自噬是一个十分重要的生物学现象，可以形象地比喻为细胞自我调控的细胞内物质“回收和再利用”，是生物体自发的节约能量（能源）的调控机制，对维持细胞内的物质合成、降解和重新利用之间的平衡具有重要意义，普遍存在于真核生物的各种生命过程中。

比利时科学家Christian de Duve在上世纪50年代，经过电镜察看到了自噬体（autophagosome）构造，并且在1963年溶酶体国际会议上首先提出了“自噬”这种说法。“自噬”（autophagy）一词源于希腊语前缀“auto-”，意为“自我”，以及另一个希腊语单词“phagein”，意为“吞食”。因此，自噬作用即“自我吞噬”。因而Christian de Duve被公以为自噬研讨的鼻祖，他也因发现溶酶体于1974年取得诺贝尔奖。不过，这位一生都在研究细胞死亡方式的科学家后来选择了安乐死，令人唏嘘。

▲比利时科学家Christian de Duve

▍首次在酵母中看到自噬现象

当时，研究人员发现细胞能够消灭自身内部物质，方式是将其包裹进一个膜结构中，从而形成小型囊体并被输运至被称作“溶酶体”的回收机构进行分解。但是，对这一过程开展研究却非常困难，这也就意味着我们对其知之甚少。

大隅良典从洛克菲勒大学博士毕业后，1977回到日本在东京大学理学院成为Anraku教授的助理，开始了对酵母液泡膜的研究。

1988年，大隅良典建立了自己的实验室，他主要致力于对液泡内的蛋白质降解进行研究。液泡也是一种细胞器，它在酵母中的地位和人体中溶酶体的地位类似，而酵母细胞相对比较容易开展研究，因此它们常被科学家们用做人类细胞模型，它们对于锁定复杂细胞机制背后的特定基因尤为有效。但大隅良典正面临一项挑战：酵母细胞很小，在显微镜能够下它们的细胞器并不容易分辨出来。因此此时的大隅良典甚至还不能确认在这种细胞内部是否存在自噬现象。

▲细胞自噬简略图

大隅良典推论，如果他能在自噬行为发生的时候阻断液泡中蛋白质分解的过程，那么自噬体将在液泡中累积，从而在显微镜下可见。因此，他培育出因突变而缺乏液泡降解酶的酵母细胞，并通过使细胞饥饿激发自噬。结果，实验取得了意想不到的效果，几个小时内，液泡中就充满了细小的、未被降解的囊泡，这些囊泡就是自噬体。他的实验证明酵母细胞中也存在自噬现象，然而更重要的是，他发现了一种方法，能够识别和鉴定涉及这些过程的关键基因。

这是人类首次在酵母中看到自噬现象。这是一项重大的科研突破在1992年获得发表。

▍克隆出第一个自噬基因

发现自噬体后，大隅良典教授决定进行突变株的筛选，并在1993年找到了一批和自噬有关的酵母突变体。

在经过一系列出色的实验之后，他利用面包酵母找到了与自噬作用有关的关键基因，这些基因被命名为apg（autophagy）基因，将细胞自噬带入了分子时代，并随后开始致力于阐明酵母菌体内自噬作用的背后机制，并发现与之相似的复杂过程也同样存在于我们人类的细胞内。

1997年，大隅良典实验室克隆了第一个自噬基因apgl；90年代末期，曾在大隅良典实验室经受过严格训练的大阪大学教授Tamotsu Yoshimori研究组鉴定了细胞自噬中的关键标记分子，建立了哺乳动物细胞中检测自噬水平的方法，而这一方法已经成为细胞自噬研究中普遍使用的标准检测方法。

▍掀起细胞自噬机制研究热潮

自噬已经被发现了50多年，但直至这时大隅良典公布其研究结果后，其在生理学和医学领域的功能重要性才被意识到，继而有了更多的科学家对于自噬细胞的作用机制进行研究，从而进一步对攻克癌症、帕金森病、糖尿病等人类疾病进行研究。如今，科学家们已经在根据不同病症的细胞自噬来研发药物。

大隅良典还鉴别出了第一批对自噬作用非常重要的基因，在接下来的一系列研究中，研究者对这些基因所编码的蛋白质的功能进行了特性研究和描述，结果表明，自体吞噬过程能够被一系列级联的蛋白质和蛋白质复合体所控制，每一种蛋白质或蛋白质复合体都能够调节自噬体开始和形成的不同阶段的发生。

▲大隅良典曾研究表达自噬蛋白的基因

在这一系列的研究基础上，我们才知道，在机体感染后，自噬能够消灭外来入侵的细菌和病毒，而且自噬对于胚胎发育和细胞分化也很关键，细胞还能够利用自噬来消除损伤的蛋白质和细胞器，这种细胞内部的质量控制机制对于应对老化带来的副作用也发挥着至关重要的作用。

目前，细胞自噬已经成为继细胞凋亡之后，生命科学领域又一热门研究方向。近20年来，自噬领域发表的文章呈现指数级增长，到2015年，已有40个自噬关键基因被鉴定出来。

▍做别人没做过的

从回到日本跟随Anraku教授开始从事研究之后，大隅良典就决心要做别人没有做过的事情。他曾说：“在Anraku教授实验室工作，我选择了酵母液泡作为我的研究项目，因为还没有人研究它。”

在日常的实验工作中，大隅良典对于研究有着疯狂的钻研精神。据他回忆，当时观察酵母菌被“饿死”花费了几个小时，观察到大量的小颗粒积累在液泡中并发生布朗运动，之所以会发生这种现象是因为酵母中含有少量的低粘度蛋白质。这一研究过程令他印象十分深刻。不过，大隅良典倒是没有把这些发现归功于自己这几个小时的执着，而是说“我是幸运的，如果它们不移动，我也不会注意到这些。”

这些实验都是通过显微镜进行观察，所以，大隅良典的研究成果大部分可以“归功于”显微镜。正因如此，他也让他的学生们与显微镜“日日相伴”，从某种意义上讲，这才是生物学应有的工作方式，因为观察到的现象才是最真实的，他也希望他的学生能通过自己的眼睛研究出新的发现。

北大理学部主任饶毅在接受北京科技报采访时表示，日本的生物医学研究1980年代达到相当水平，80年代前后涌现一批重要工作。这次日本科学家的突破就在九十年代初期。我们中国目前在前进，但尚未达到日本九十年代的程度，所以生物医学总体而言落后日本二十年以上。当然，我们不能预计需要多少时间赶上这二十年。

▍没有合作伙伴独得诺奖

细心的“诺迷”们可以发现，生理学或医学奖的获奖得主今年只有大隅良典一人。而自2000年以来，只有2010年的罗伯特•杰弗里•爱德华兹（Robert Geoffrey Edwards）独自获奖，其余的获奖者均为两三人。而爱德华兹当初独自获奖是因为与其共同研发体外人工授精技术的帕特里克•斯特普托（Patrick Christopher Steptoe）早在1988年就去世了。可见，在如今科学技术飞速发展的今天，尽管有越来越多的科学团队开始排队等奖时，大隅良典一人摘得诺贝尔奖实在是学霸中的学霸。

清华大学生命科学学院教授罗永章对北京科技报记者说，本次诺贝尔生理学或医奖由日本东京工业大学大隅良典独自获得，确实出乎绝大多数人的预料。然而，诺奖名额有限，且具有很强的偶然性。但仔细思量不难发现，1992年是大隅良典独自在酵母细胞中发现细胞自噬现象，1992年大隅良典实验室克隆出第一个自噬基因apgl时也没有合作伙伴，而自他开始之后才掀起了细胞自噬的研究热潮。日本另一名科学家Tamotsu Yoshimori虽然是著名的同领域研究专家，但当初也只是在大隅良典的实验室接受严格训练，1996年才正式开始哺乳类自噬研究。

正如大隅良典所说：“科学研究是不易的，但如果真的有一个主题能吸引你，在这种力量下你一定会克服重重障碍，生命中只有这一次机会，去探索别人不感兴趣的事，最后一定会尝到成功的快乐。

参考资料：

俞立，冯文之，陈扬.细胞自噬分子机制的进展[J].生命科学.2015年7月.第7期.85页

（内容来源：丁香园、新浪科技、果壳网、生物谷。新媒体编辑/吕冰心）