山中伸彌的諾貝爾獎之路

    　今年的諾貝爾生理與醫學獎頒給了劍橋大學的 John B Gurdon (79歲)和日本京都大學的 Shinya Yamanaka(山中伸彌，50歲) 。Gurdon得獎是因為他50多年前在牛津大學的工作，他是第一個利用成熟體細胞轉入到胚胎細胞中并成功克隆出生物個體的，并且發明的細胞核轉移技術一直被廣泛應用(如克隆羊多莉)。 而山中伸彌得獎是因為成功的將成熟的體細胞誘導成具有分化能力的多功能干細胞(IPS, Induced pluripotent stem cells),而這項工作是在2006年完成的。大多數重大成果都要等上十幾年到幾十年(如 Gurdon 等了50年)才能拿到諾貝爾生理與醫學獎，而山中的工作只等了6年，可知其重要意義。

　　山中伸彌另外一個搶眼的原因是 他之前并不是做干細胞研究的，之前做的是脂肪代謝，轉到干細胞研究也是十多年前，并且是由于脂肪代謝研究失敗才陰差陽錯才轉行的。而他的諾貝爾獎之路也是從他現在任職的單位之一，美國加州大學舊金山分校的Gladstone 研究所開始的。

　　1993年，31歲的山中伸彌在日本大阪城市大學醫學博士畢業之后，放棄了做整容醫生賺大錢的機會轉而做基礎研究，他想在美國找一個做博士后的工作，不過盡管投了不少簡歷但等了很久也沒有收到回信，后來才等到了 舊金山Gladstone 研究所 T om Innerarity 的回信，答應給他一個博士后的位置，T om Innerarity 是 Gladsone 研究所的資深研究員，研究工作主要是跟心血管相關。 Gladstone 研究所成立于1979年， 整個研究所最初研究方向是心血管疾病和病毒引起的疾病上，后來又多了個神經退行性疾病的方向。當時研究熱門是引起心臟病的罪魁禍首- -低密度脂蛋白(或稱壞膽固醇)，研究所之前的研究發現了壞膽固醇的主要成分是一種叫做apoB的蛋白，這種蛋白在人體內有兩種不同結構，長結構和短結構，長結構一般存在于肝臟中，并且參與了壞膽固醇的累積，而短結構一般存在于腸中，并且是相對無毒性的。 山中在 Tom Innerarity 實驗室中的課題就是尋找一種新的降低壞膽固醇的方法，在這之前他得弄明白 apoB蛋白的這兩種結構是怎么形成的，只要找到了形成的機制，就可以控制長結構的形成進而阻止壞膽固醇的累積。在最初的實驗中，山中鑒定了一種叫做APOBEC-1的酶，在腸中這種酶可以縮短aopB的結構使其毒性變小。而在肝臟中，這種酶是失活的。在老板T om Innerarity 指導下，山中與其他實驗室成員開始尋找在肝臟中激活APOBEC-1的方法，只要APOBEC-1 激活就可以減少長結構的apoB進而減少壞膽固醇的形成。

　　經過一連串實驗之后，他們終于發現老鼠肝臟中壞膽固醇降低了，不過實驗卻有另外一個意想不到的結果 ―- 老鼠得了肝癌。這對整個實驗小組是個打擊，本以為減低了壞膽固醇降低心臟病的發生卻產生了另外一個更加嚴重的副作用。當實驗室其他人都對實驗結果很沮喪時，山中卻產生了好奇心，他想弄明白到底是什么原因導致了老鼠得了肝癌。 他想是不是因為開啟了APOBEC-1的在肝臟的表達才導致了肝癌呢?進一步的實驗完善了他的想法, APOBEC-1 的開啟改變了一個叫做NAT1蛋白，這個蛋白在被修飾后就會導致癌癥的產生。山中覺得他自己找到了產生癌癥的關鍵，那就是失去功能的NAT1。下一步，山中要研究NAT1缺失的老鼠，想看看他們是否也會得癌癥。為了這個目的，他需要做基因敲除的老鼠，這其中就需要到胚胎干細胞。胚胎干細胞是萬能的，他們可以分化成各種各樣的細胞如皮膚細胞，肌肉細胞和血細胞。他首先是求助于他在研究所的朋友 Robert Farese，后者把他介紹給了 研究所當時做胚胎干細胞的專家 Heather Myers。山中要Heather幫他做NAT1敲除的老鼠，并且他要跟她學怎么去做。 Heather后來說很多人都會過來要幫忙做轉基因的老鼠，不過只有山中要求親自參與其中，他想學習操作的每一步，每一個細節，他一直說是因為以后還要做基因敲除的老鼠，他說他現在學會了，以后就不會麻煩她了。

　　不過NAT1敲除的老鼠一直都沒做出來，這讓他和Heather感到很沮喪，不知什么原因，他們發現NAT1缺失之后，胚胎干細胞就不能繼續發育成熟，它們只是不斷的復制但不會分化為其他細胞。不過這也正好表明NAT1在胚胎干細胞分化過程中起著很重要的作用，這是他們意外的發現。山中后來在多處場合感激Heather 的幫助，不僅是因為她教給了他做胚胎干細胞的方法，更是因為Heather 告訴他胚胎干細胞不僅可以是個工具，更可以作為研究的重點。

　　也就是從這里開始，山中開始了胚胎干細胞的研究之路，與其他實驗室研究胚胎干細胞的思路不同，他并不是研究胚胎干細胞怎么分化成其他細胞，他的思路是反著的，他要研究已經分化成熟的細胞怎么變成具有多功能的干細胞，并且這種被誘導成的干細胞跟胚胎干細胞具有相似的功能。經過一系列的摸索，2004年的時候，他實驗室就已經確定了24種基因可能參與了成熟細胞轉變為干細胞的過程，經過2年的篩選，最終確定了其中最重要的4種基因(Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc)，并稱為山中因子。2006年，他們通過在老鼠的皮膚成纖維細胞中注入山中因子成功將其轉變為多功能干細胞，2007年，他們也通過了同樣的辦法把人的皮膚細胞轉變為多功能干細胞，這種干細胞可以與人的胚胎干細胞相比擬。 當他們在2006年第一次把老鼠成熟細胞變成干細胞時，他們自己也不敢相信會這么簡單，僅僅4個基因的導入就能起到作用，原本以為會復雜的多，加上那時正是韓國克隆專家黃禹錫造假的時候，所以他們自己也很擔心，所以在2006年發表的那篇《CELL》上，盡可能的把實驗每個細節都列出來了。再過一年，其他實驗室用了他們的技術之后也都相繼作出了相關的干細胞，證實了IPS技術是成功的。

　　這就是山中伸彌的諾貝爾之路，原本研究膽固醇的博士后，走了一條岔路，歪打正著，寫入史冊。看了這些，覺得做科研，好奇心很重要，好奇能害死貓，好奇讓你能拿獎!