山中伸弥的诺贝尔奖之路

    　今年的诺贝尔生理与医学奖颁给了剑桥大学的 John B Gurdon (79岁)和日本京都大学的 Shinya Yamanaka(山中伸弥，50岁) 。Gurdon得奖是因为他50多年前在牛津大学的工作，他是第一个利用成熟体细胞转入到胚胎细胞中并成功克隆出生物个体的，并且发明的细胞核转移技术一直被广泛应用(如克隆羊多莉)。 而山中伸弥得奖是因为成功的将成熟的体细胞诱导成具有分化能力的多功能干细胞(IPS, Induced pluripotent stem cells),而这项工作是在2006年完成的。大多数重大成果都要等上十几年到几十年(如 Gurdon 等了50年)才能拿到诺贝尔生理与医学奖，而山中的工作只等了6年，可知其重要意义。

　　山中伸弥另外一个抢眼的原因是 他之前并不是做干细胞研究的，之前做的是脂肪代谢，转到干细胞研究也是十多年前，并且是由于脂肪代谢研究失败才阴差阳错才转行的。而他的诺贝尔奖之路也是从他现在任职的单位之一，美国加州大学旧金山分校的Gladstone 研究所开始的。

　　1993年，31岁的山中伸弥在日本大阪城市大学医学博士毕业之后，放弃了做整容医生赚大钱的机会转而做基础研究，他想在美国找一个做博士后的工作，不过尽管投了不少简历但等了很久也没有收到回信，后来才等到了 旧金山Gladstone 研究所 T om Innerarity 的回信，答应给他一个博士后的位置，T om Innerarity 是 Gladsone 研究所的资深研究员，研究工作主要是跟心血管相关。 Gladstone 研究所成立于1979年， 整个研究所最初研究方向是心血管疾病和病毒引起的疾病上，后来又多了个神经退行性疾病的方向。当时研究热门是引起心脏病的罪魁祸首- -低密度脂蛋白(或称坏胆固醇)，研究所之前的研究发现了坏胆固醇的主要成分是一种叫做apoB的蛋白，这种蛋白在人体内有两种不同结构，长结构和短结构，长结构一般存在于肝脏中，并且参与了坏胆固醇的累积，而短结构一般存在于肠中，并且是相对无毒性的。 山中在 Tom Innerarity 实验室中的课题就是寻找一种新的降低坏胆固醇的方法，在这之前他得弄明白 apoB蛋白的这两种结构是怎么形成的，只要找到了形成的机制，就可以控制长结构的形成进而阻止坏胆固醇的累积。在最初的实验中，山中鉴定了一种叫做APOBEC-1的酶，在肠中这种酶可以缩短aopB的结构使其毒性变小。而在肝脏中，这种酶是失活的。在老板T om Innerarity 指导下，山中与其他实验室成员开始寻找在肝脏中激活APOBEC-1的方法，只要APOBEC-1 激活就可以减少长结构的apoB进而减少坏胆固醇的形成。

　　经过一连串实验之后，他们终于发现老鼠肝脏中坏胆固醇降低了，不过实验却有另外一个意想不到的结果 ―- 老鼠得了肝癌。这对整个实验小组是个打击，本以为减低了坏胆固醇降低心脏病的发生却产生了另外一个更加严重的副作用。当实验室其他人都对实验结果很沮丧时，山中却产生了好奇心，他想弄明白到底是什么原因导致了老鼠得了肝癌。 他想是不是因为开启了APOBEC-1的在肝脏的表达才导致了肝癌呢?进一步的实验完善了他的想法, APOBEC-1 的开启改变了一个叫做NAT1蛋白，这个蛋白在被修饰后就会导致癌症的产生。山中觉得他自己找到了产生癌症的关键，那就是失去功能的NAT1。下一步，山中要研究NAT1缺失的老鼠，想看看他们是否也会得癌症。为了这个目的，他需要做基因敲除的老鼠，这其中就需要到胚胎干细胞。胚胎干细胞是万能的，他们可以分化成各种各样的细胞如皮肤细胞，肌肉细胞和血细胞。他首先是求助于他在研究所的朋友 Robert Farese，后者把他介绍给了 研究所当时做胚胎干细胞的专家 Heather Myers。山中要Heather帮他做NAT1敲除的老鼠，并且他要跟她学怎么去做。 Heather后来说很多人都会过来要帮忙做转基因的老鼠，不过只有山中要求亲自参与其中，他想学习操作的每一步，每一个细节，他一直说是因为以后还要做基因敲除的老鼠，他说他现在学会了，以后就不会麻烦她了。

　　不过NAT1敲除的老鼠一直都没做出来，这让他和Heather感到很沮丧，不知什么原因，他们发现NAT1缺失之后，胚胎干细胞就不能继续发育成熟，它们只是不断的复制但不会分化为其他细胞。不过这也正好表明NAT1在胚胎干细胞分化过程中起着很重要的作用，这是他们意外的发现。山中后来在多处场合感激Heather 的帮助，不仅是因为她教给了他做胚胎干细胞的方法，更是因为Heather 告诉他胚胎干细胞不仅可以是个工具，更可以作为研究的重点。

　　也就是从这里开始，山中开始了胚胎干细胞的研究之路，与其他实验室研究胚胎干细胞的思路不同，他并不是研究胚胎干细胞怎么分化成其他细胞，他的思路是反着的，他要研究已经分化成熟的细胞怎么变成具有多功能的干细胞，并且这种被诱导成的干细胞跟胚胎干细胞具有相似的功能。经过一系列的摸索，2004年的时候，他实验室就已经确定了24种基因可能参与了成熟细胞转变为干细胞的过程，经过2年的筛选，最终确定了其中最重要的4种基因(Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc)，并称为山中因子。2006年，他们通过在老鼠的皮肤成纤维细胞中注入山中因子成功将其转变为多功能干细胞，2007年，他们也通过了同样的办法把人的皮肤细胞转变为多功能干细胞，这种干细胞可以与人的胚胎干细胞相比拟。 当他们在2006年第一次把老鼠成熟细胞变成干细胞时，他们自己也不敢相信会这么简单，仅仅4个基因的导入就能起到作用，原本以为会复杂的多，加上那时正是韩国克隆专家黄禹锡造假的时候，所以他们自己也很担心，所以在2006年发表的那篇《CELL》上，尽可能的把实验每个细节都列出来了。再过一年，其他实验室用了他们的技术之后也都相继作出了相关的干细胞，证实了IPS技术是成功的。

　　这就是山中伸弥的诺贝尔之路，原本研究胆固醇的博士后，走了一条岔路，歪打正着，写入史册。看了这些，觉得做科研，好奇心很重要，好奇能害死猫，好奇让你能拿奖!