奇异的胆固醇揭秘之旅(1)
华章 1985年诺贝尔生理医学奖
1985年12月10日,在瑞典斯德哥尔摩音乐厅举行隆重的颁奖仪式。诺贝尔生理医学奖,颁给了美国德州大学达拉斯校区西南医学院分子遗传系的麦克·S·布朗(M.S.Brown)及约瑟夫·L·戈德斯坦(J.L.Goldstein)二位教授,以表扬他们杰出的研究成果:对“了解胆固醇新陈代谢和治疗胆固醇有关的疾病”的卓越贡献。诺贝尔奖评选委员会宣称,他们二位的成就是“胆固醇研究的新里程碑”。诚如《时代》杂志所作的评语:“低密度脂蛋白的接受体的发现,革新了科学家对于胆固醇的代谢与某些心脏血管疾病的看法。”这一举世注目的荣誉是布朗与戈德斯坦十多年来合作无间,辛勤努力所获得的成果。
序曲 发现胆固醇
人们对胆固醇的研究可谓是由来已久了,早在十九世纪中叶人们在血液和胆汁中发现它的那一刻起,对它的研究就从来没有停止过。
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早在18世纪初期,科学家们第一次从胆石中提取出一种物质,1816年化学家本歇尔将这种具脂类性质的物质命名为胆固醇。胆固醇广泛存在于动物体内,尤以脑及神经组织中最为丰富,在肾、脾、皮肤、肝和胆汁中含量也高。其溶解性与脂肪类似,不溶于水,易溶于乙醚、氯仿等溶剂。这种像蜡一样的半油性的物质到底是什么?在人体中究竟有什么作用呢?这个谜团始终困扰着十九世纪的那些医疗工作者们。
我们人体的一切活动都是要不断的消耗能量的,能量主要来源于糖类,当糖类消耗殆尽之时,我们身体内的脂肪将被转化为糖继续提供我们足够用于日常生活、免疫以及行为,就像是在人体中的一个能源储备库一般,源源不断的供给我们足够的能量。目前已知道的脂肪大致能分为三类,即三酰甘油、磷脂以及固醇类三大类别,这其中胆固醇就是最重要的固醇类组成物质。胆固醇是我们的人体的细胞膜重要成分,它支撑起了我们人体的细胞结构,使之成型,如果缺少了胆固醇,那么我们的细胞膜就会像失去了支柱房间,很容易被破坏甚至坍塌,我们体内健康卫士——专门吞噬异变细胞的白血球也就很难准确判断和捕捉那些包括癌细胞在内的异变细胞。一个缺乏胆固醇的人获得癌症的几率比正常人高出三倍以上。
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深入 锁定嫌疑犯
第二次世界大战后,医学家们开始普遍对心脏病的高发进行研究,经过无数次科学实验,人们一直在寻找心脏病的发病原因。研究结果显示高胆固醇的国家几乎同时也就是高心脏病发病率的国家,胆固醇被许多科学家关注,不用说,胆固醇成为引发心脏病的重要嫌疑犯。人体内的胆固醇有70%来源于肝脏的分泌,而另外30%来源于动物性的食物,比如肉类、蛋类、奶类等。那么这些胆固醇究竟是通过什么方式传送到身体的各个角落的呢?又是怎么形成对心血管的重大威胁的呢?
二十世纪40年代,两位杰出的“医学警察”出场了,他们是美国福吉尼亚大学的年轻副教授戈夫曼和助手弗兰克。在戈夫曼生活的年代,心脏病和癌症成为人们最主要的研究对象,由高胆固醇所带来的心脏病已经成为了美国的头号杀手。
胆固醇是如何通过血液运输到身体的细胞组织的,已经成为了停滞胆固醇研究的最大障碍,人们根本无从得知血液中细微物质,而戈夫曼亦然。带着“缉拿心脏病元凶”的使命和疑问,他们在劳伦斯·伯克利国家实验室的艰难研究开始了。
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线索 它们看起来就像疯了一样!
有时,历史完全由巧合书写。这个时候,实验室刚刚新添了一台最新的高速离心器,它能够高速运转标本,从而使较轻的分子升起来,使较重的分子沉淀下来。戈夫曼打算用它来对付胆固醇。但这台仪器的发明者称,离心器根本不适合对血液样本进行处理。原因是血浆分子的不稳定性会引起测量困难,使研究结果毫无用处。
年轻的戈夫曼和弗兰克显然十分年轻,因此也就没有什么条条框框。同时,也许是他们暂时也找不到新的替代“武器”,只好有聊胜于无。他们不想放弃。于是,他们将胆固醇一次又一次地送上这台高速离心器“拷问”。
他们将血液样品进行了一次又一次的分离,但是始终令他们疑惑不解的是,这些血液的蛋白质表现得十分不稳定,那些被分离出来白色的物质有些向上移动,而有些则向下沉。发明者的警告得到应验。为什么会发生这样的现象呢?为什么有些血蛋白向下移动,而有些则反向移动了呢?
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从理论上讲,蛋白质的质量和密度通常是要高于血清的,也就是说,蛋白质是应该沉淀的,而不应该上浮,但是偏偏就是有些蛋白不符合常规。究竟是哪里出了问题?实验和研究陷入了僵局。“它们看起来就像是疯了一样!”这就是戈夫曼对血液样本的“预审”结论!进展的线索一度中断。那些日子非常紧张,他们夜以继日地守在离心器旁边,困了也只是在这里稍稍休息一下。
抓捕 卫生间里灵光乍现
在人们一筹莫展的时候,一个突破性的进展即将降临。
同事们惊讶地发现,这次弗兰克从卫生间里出来和以往任何一次都不同地万分激动,手里拿着一张纸巾,上面有一个数学公式。原来,一个貌似天籁的灵感从他脑中闪过,一个大家都十分熟悉的简单的微积分公式使他的一切问题豁然开朗。是啊,力的平衡,只有力的平衡才可能造成如此效果,浮上去的蛋白质一定不是纯的蛋白质,而是混合状态下的某些物质使蛋白的质量变轻了。
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是混合了什么使得蛋白质变轻了呢?是脂肪,弗兰克意识到它们是脂肪和蛋白质的混合物,正是它们携带胆固醇在血液中运行。就像鸡汤一般,鸡的蛋白质会沉在汤底而鸡的脂肪则会漂浮其上。是的!这些蛋白就是运载胆固醇到身体的载体。如果说血液是一条长河的话,胆固醇是渡客,蛋白就是一条条小船,它们穿梭于血液之间,把那些胆固醇装满并且运到身体内的每一个细胞里。
顺着这个伟大的突破,戈夫曼终于发现了人体血液中最重要的蛋白之一——脂蛋白。戈夫曼总结道:“所有的疯狂都消失了!”
人们终于知道了自身的胆固醇是如何在体内进行运输的了,但是问题又随之而出现了:既然人体拥有着如此完善的运输机制,为什么胆固醇又会堆积在人的血管里,形成血栓呢?
双雄 胆固醇“绝杀双星”登场
戈夫曼发现脂蛋白的十五年之后,第三次产业革命时代到来,电子化快速而又高度发展了起来。整个医疗界也受到了前所未有的冲击和波动。先进的科技带来了先进的医疗卫生仪器和新兴的研究手段,到了七十年代,电子技术和分子技术对生物学研究提供了强有力的支持。
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布朗于1941年出生于纽约市,宾州大学毕业后继续进入该校医学院攻读医学博士,曾因成绩优异获颁费德力克巴卡内科医学奖。毕业后来到波士顿,进入以医学研究享有盛名的麻州综合医院当实习医生。1968年转到马里兰州的国家健康研究中心,布朗开始专攻肠胃病学,并探讨消化系统中的酵素功能,一直到1971年他才在德克萨斯州大学安定下来。
戈德斯坦是南卡罗莱纳州人,比布朗年长一岁。他在弗吉尼亚州的华李大学拿了理学士后,就进入德克萨斯州大学达拉斯校区并获得医学博士,他的师长都认为他是个不可多得的天才型人物,之后他也是到了麻州综合医院实习和布朗成了同事。二年后他也去了国家健康研究中心,在生物医学遗传研究室跟随纽伦伯格──即首先发现基因转译蛋白质密码的分子遗传学大师。在华盛顿大学的心脏病遗传学家莫托斯基的研究室又工作了二年后回到德州大学。1967年他参与了大规模家族性高血脂症免疫学调查,发现患病儿童比正常儿童胆固醇含量高6~10倍。二个好友选择了“胆固醇新陈代谢调控”作为共同研究的目标,从此埋首于兹达十二年。
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