生理学与医学奖：大隅良典为何能独享诺奖?

日本科学家大隅良典(Yoshinori Ohsumi)凭借“细胞自噬作用的发现与机制探索”获得今年的诺贝尔生理学或医学奖，也成为本世纪第二位独得生理学奖的科学家。在诺奖单独颁给一位科学家越来越罕见而今年的生理学获奖竞争又相当激烈的情况下，大隅良典独得奖显得尤其珍贵。作为近些年细胞研究的一大热门方向，细胞自噬的文献研究呈爆炸性增长，那么这位日本科学家对细胞自噬研究的特殊贡献是什么呢?

什么是自噬?

细胞自噬是一种细胞内“自我吞噬”的现象。这是一种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”，是生物体自发地节约能量(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。

▲真核细胞中的自噬过程

比利时科学家Christian de Duve在上世纪50年代经过电镜查看到了自噬体(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。因而Christian de Duve被公认为是自噬研讨的鼻祖，他也因发现溶酶体于1974年取得诺贝尔奖。

首次在酵母中找到突破

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。

1977年，大隅良典从美国洛克菲勒大学博士毕业后，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。但直到1988年，他才终于建立了自己的实验室，并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。酵母细胞相对比较容易开展研究，因此常被科学家们用做人类细胞模型，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。

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，他发现了一种能够识别和鉴定自噬基因的方法。这项重大的科研突破在1992年获得发表，并再次打开了自噬领域的研究格局。

▲在酵母中发现自噬作用，是大隅良典获得诺奖的关键

掀起自噬的研究热潮

自噬已经被发现了50多年，但直至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研究自噬对攻克癌症、帕金森病、糖尿病等人类疾病的作用。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。

在这一系列研究的基础上，我们才知道：在机体受到感染后，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。

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

从回到日本开始，大隅良典就下定决心要做别人没有做过的事情。他曾说：“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。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，如果它们不动，我也不会注意到这些。”

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，涌现出一批重要工作。这次日本科学家的突破就在90年代初期。我们中国目前在前进，但尚未达到日本90年代的程度，所以生物医学总体而言落后日本20年以上。当然，我们不能预计需要多少时间赶上这20年。

为何独得诺奖

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，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学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意料。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年大隅良典实验室克隆出第一个自噬基因Apg l时没有合作伙伴，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)