3名美國科學家分享2017年諾貝爾生理學或醫學獎

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人民網斯德哥爾摩10月2日電（記者李玫憶）2017年諾貝爾生理學或醫學獎於當地時間10月2日揭曉。上午11點35分，諾貝爾生理學或醫學獎評委會秘書長托馬斯·佩勒曼在瑞典卡洛林斯卡醫學院諾貝爾大廳宣布，將2017年諾貝爾生物學或醫學獎授予3位美國醫學家傑弗里·霍爾，邁克爾·羅斯巴什和邁克爾·楊，以表彰他們「發現了控制人體晝夜變化的分子機制。」

3位獲獎科學家傑弗里·霍爾，邁克爾·羅斯巴什和邁克爾·楊

按諾貝爾基金會的規定：每年的獲獎者可以是不同研究方向的2個人，或同一研究領域的2-3個人，但不管是什麼情況，獲獎人的總數不得超過3人。今年也是3位科學家分享。

自1901年設立諾貝爾獎以來，由於第一和第二次世界大戰期間9次停頒獎外，諾貝爾生理學或醫學獎未獲頒獎共頒發了108次，其中39次是由個人獨享，32次是由兩位獲獎者分享，37次則由3為科學獎分享。共計214名獲獎者。

截止到2017年所有生理學或醫學獎得主的平均年齡是58歲。其中獲獎者最多的年齡段是60-64歲，共38人，占所有獲獎者的18%。而近63.8%獲獎者的年齡在45-64歲，共計134人。到目前為止，最年輕的獲獎者是加拿大醫學家腓特烈·班廷（Frederick Grant Banting），1923年被授予諾獎時他年僅32歲。而年齡最大的獲獎者是美國生物學家裴頓·勞斯（Peyton Rous），他在1966年被授予醫學獎時，已達87歲高齡。

諾貝爾生理學或醫學獎評委會秘書長托馬斯·佩勒曼在瑞典卡洛林斯卡醫學院諾貝爾大廳宣布 2017年該獎獲得者。

另據數據統計，在獲得諾貝爾生理學或醫學獎的211人中，只有12人是女性。而在這12名中，也只有美國細胞遺傳學家芭芭拉·麥克林托克（Barabara McClintock）是一個人獨享的1983年諾貝爾獎生理學或醫學獎。2015年獲得諾貝爾獎生理學或醫學獎的中國科學獎屠呦呦則是至今為止獲得該獎項的最後一位女科學家。

在歷年的諾貝爾獎獲獎者中，因為夫妻在同一研究領域互相扶持、並肩作戰而雙雙獲獎的就有兩對。1947年諾貝爾生理學或醫學獎的美國生物化學家格蒂·科里（Gerty Cori）和她的丈夫（Carl Cori）和獲得2014年諾貝爾生理學或醫學獎的挪威心理學家邁-布里特·莫澤（May-Britt Moser）和愛德華·莫澤（Edvard I. Moser）夫婦。除了夫妻，還有其它的家庭成員，雖然研究領域迥異，但也先後斬獲了不同的獎項。比如，獲得諾貝爾化學獎的德國瑞典生物化學家漢斯 ·馮·奧伊勒-切爾平（Hans von Euler-Chelpin）與獲得生理學或醫學獎的沃夫 ·馮·奧伊勒（Ulf von Euler）是父子，同樣是父子的還有曾獲生理學或醫學獎的美國生物化學家阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg）和獲化學獎羅傑·大衛·科恩伯格（Roger D. Kornberg）。另外，揚·廷貝亨（Jan Tinbergen）和尼古拉斯·廷貝亨Nikolaas Tinbergen這對來自荷蘭親兄弟也不示弱，前者獲得了諾貝爾經濟學獎，後者獲生理學或醫學獎。

2017年諾貝爾生理學或醫學獎發布會現場

不過，除了這一串串喜人的獲獎者名單外，在那份按規定必須保密50年諾貝爾獎的提名名單中，陪榜的也不少，其中運氣最差的要數奧地利神經病學家和精神分析創始人佛洛依德，他被提名為諾貝爾生理學或醫學獎的32次，但從未獲獎。評委會1929年為此專門請了一位專家評估，結果認為，這無需討論，因為佛洛依德的理論的科學性很難被證實。1936年，佛洛依德還獲得過一次諾貝爾文學獎的提名，提名來自他的朋友，另一位諾貝爾文學獎獲得者羅曼羅蘭。

在諾貝爾生理學或醫學獎評委會的統計數據中，研究遺傳學領域的科學家獲獎人數最多，共計48人獲獎，遠遠高於其它相關領域。而生物化學（29人）、細胞生理學（27人）、神經生理學（26人）以及免疫學（23人）等領域的獲獎者也相對較多。

獲獎知識簡介

地球上的生命早已適應了地球這顆行星的轉動。很多年以來，我們已經知道包括人類在內的各種生命體體內存在一種生物鐘，能幫我們感知並適應每一天的周期規律。但是這種生物鐘實際上是如何運作的呢？Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash和Michael W. Young三位就對生物鐘進行了探究並成功闡釋其內在運作機制。他們的發現解釋了植物、動物和人類是如何適應自身的生物節律並與地球的轉動保持同步。

今年的獲獎者利用果蠅作為模式生物，分離出一種能夠控制日常生物節律的基因。他們通過研究證明：用這種基因編碼出的一種蛋白，會在夜間不斷累積，然後在白天又發生分解。此外，他們還發現這種生物過程中的其他相關蛋白成分，從而揭示細胞管理這種自我維持運行的機制。現在我們已經知道，包括人類在內的其他多細胞生命體的生物鐘都是同樣的運行機制。

憑藉著非同尋常的精密性，生物鐘讓我們的身體適應了每一天的各種變化：它負責調節身體各種重要機能比如行為舉止、荷爾蒙水平、睡眠、體溫以及新陳代謝。當外部環境與生物鐘發生短暫衝突時，我們的健康會受到影響，比如當我們坐飛機跨越多個時區，便會出現時差倒不過來的情況。此外，如果生活方式與生物鐘要求的節律產生慢性不協調，則會影響身體各種疾病的出現。

我們體內的時鐘

大多數生命體能夠感知和適應環境的日常變化。早在18世紀，天文學家Jean Jacques d Ortous de Mairan就研究了含羞草這種植物，他發現含羞草的葉子會在白天向著太陽打開，然後在黃昏時合攏。他好奇如果含羞草持續處於黑暗環境中會產生什麼變化，之後他發現，儘管沒有日光照射，含羞草的葉子每天仍然保持其正常的規律性變化（圖1）。植物似乎有它們自己的生物鐘。

後來，其他科學家發現不只植物，動物和人類也有生物鐘幫助自身生理狀態適應環境的日常變化。這種常規性適應被稱為「晝夜節律」，其中「晝夜（circadian）」一詞來源於拉丁文中的circa（意為「大約」）和dies（意為「一天」）。但是，我們體內的晝夜生物鐘到底如何運作仍是未解之謎。

圖1.體內生物時鐘。含羞草的葉子白天向著太陽打開，到黃昏時閉合（圖上半部分）。Jean Jacques d Ortous de Mairan將含羞草放在黑暗環境中（圖下半部分）並發現：就算沒有陽光的照射，葉子仍然保持其正常的規律性變化。

時鐘基因的發現

在上個世紀70年代，美國分子生物學家Seymour Benzer及其學生Ronald Konopka提出一個想法：果蠅體內有沒有可能存在著控制其晝夜節律的基因呢？經過研究，他們發現果蠅體內一種未知基因的突變確實會擾亂其晝夜節律。他們將這種突變的基因命名為「周期」基因。但是，又有個新問題出現：周期基因又是怎麼影響果蠅的晝夜節律的呢？

今年的諾獎得主們，研究的對象也是果蠅，他們就瞄準了生物鐘到底如何運行這個研究領域。1984年，Jeffrey Hall和Michael Rosbash——這兩位在波士頓的布蘭迪斯大學有著緊密合作的科學家，以及洛克菲勒大學的Michael Young，三人成功地分離出周期基因。Jeffrey Hall和MichaelRosbash接著發現了周期基因編碼的蛋白PER，PER會在會在夜間不斷累積，然後在白天又發生分解。因而，PER蛋白水平的變化以24小時為周期，正好與晝夜節律保持同步。

一種自我調控的發條機制

下一步研究的關鍵是，搞清楚這樣的節律變化是如何產生並維持的。Jeffrey Hall和Michael Rosbash猜想，PER蛋白阻斷了周期基因的活性。他們進而推測，通過一種抑制反饋迴路，PER蛋白可能阻止了自身的合成，因而持續而周期性地調節了自身的水平（圖2A）。

圖2A：周期基因反饋調節的簡單圖示。圖中顯示了24小時內的系列事件。當周期基因激活時，mRNA就生成了。mRNA被轉運到細胞質中，作為PER蛋白產生的模板。PER在細胞核中聚集，而周期基因的活性此時被阻斷。這就幫助產生了阻斷反饋機制，從而形成了晝夜節律。

這一模型很「誘人」，但是缺失了一些片段。為了阻斷周期基因的活性，PER蛋白需要接觸到細胞核。Jeffrey Hall和Michael Rosbash已經證實，PER蛋白是在夜間聚集到細胞核的，問題是如何到那兒的？1994年，Michael Young發現了第二種發條基因timeless，它編碼晝夜節律所需的TIM蛋白。他證實，當TIM蛋白綁定到PER蛋白時，兩種蛋白就能進入細胞核，從而阻斷周期基因活性，關閉阻斷反饋迴路（圖2B）。

圖2B：節律鐘的分子成分的簡單圖示。

這一調節反饋機制解釋了細胞蛋白水平的變化是如何產生的，但仍有疑問待解。是什麼控制了這種變化的頻率？Michael Young鑒定出了另一種基因doubletime，它編碼DBT蛋白，能夠延遲PER蛋白的聚集。這就解釋了這種節律調控如何更契合24小時的循環。

三位諾獎得主的發現是顛覆傳統的，建立了生物鐘的關鍵機制。隨後一些年，節律鍾機制的其他分子組分陸續被闡明，進一步闡釋了它的穩定性和功能。比如，今年的得主還鑒定出一些額外蛋白，是激活周期基因所需，此外，光能同步節律鐘的機制也少不了它們。

為人體生理「保持準時」

人體生理的很多方面都牽涉到生物鐘。我們知道，所有的多細胞有機體，包括人類，利用一種相似的機制來控制晝夜節律。我們很大一部分基因是由生物鐘調控著，於是，一種精細校準過的晝夜節律就調整著我們的生理，以適應每天的不同階段（圖3）。自從這一重大發現以來，節律生物學已經發展成為一個廣闊而有活力的研究領域，影響著我們的健康和福祉。

圖3：節律鍾預測並調整我們的生理，以適應每天的不同階段。生物鐘幫助調節睡眠模式、攝食行為、激素釋放、血壓以及體溫。

人物簡介

傑弗里·霍爾

傑弗里·C·霍爾於1945年生於美國紐約。1971年，他在華盛頓大學獲得遺傳學博士學位，隨後在加州理工學院做博士後（1971~1973）。1974年，他加入邁克爾·羅斯巴什的研究小組，並參與了果蠅周期基因的克隆。2002年，他稱為緬因大學任生物學教授，並於2009年退休。此外，在一次造訪南北戰爭的戰場之後，他對歷史產生了濃厚的興趣，並在2003年出版了一本關於葛底斯堡戰役的專著。

邁克爾·拉斯巴什

邁克爾·羅斯巴什是一位遺傳學家和時間生物學（又稱生物鐘學）專家，於1944年出生於美國堪薩斯城。1970年，他在麻省理工學院獲得博士學位。接下來三年里，他在蘇格蘭的愛丁堡大學做博士後。從1974年開始，他在美國布蘭代斯大學和霍華德-休斯醫學研究所任職。1984年，他和傑弗里?霍爾的研究小組克隆了果蠅的周期基因，並在1990年提出了生物鐘的轉錄翻譯負反饋迴路概念。1998年，他們在果蠅中發現了周期基因和時鐘基因。