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我国的癌症发病率在过去30年增长了80%,癌症已成为我国因疾病死亡的第一大死因。
癌症的发生是多因素的,主要有内在因素和物理化学生物因素。内在因素:神经与精神因素、内分泌因素、遗传因素和肌体的自然防御机制;物理因素(X射线等),化学因素(腌制食品中的亚硝酸钠),生物因素(寄生虫与病毒)。但癌症的发病机制都是基因功能紊乱造成的。
对癌症的理论研究有助于我们认识癌症发病的原因、过程,从而找到相关诊断、治疗方法和预防对策。本文讲述几位杰出的华人科学家正在进行的攻克癌症的故事。
王晓东院士:细胞线粒体死亡途径的发现者
凋亡(apoptosis),在希腊文中是描述树叶从枝头掉落的状态。比如蝌蚪蜕变为青蛙时,尾巴的自然消失就是不必要细胞的凋亡现象,也就是所谓的细胞自杀。
大多数细胞在达到一定的寿命后会自然死亡,取而代之的是新细胞的生成,此种新陈代谢反复进行。细胞凋亡是肌体在一定的生理、病理条件下为维持内环境稳定,通过基因控制而使细胞主动有序的死亡的方式,是细胞为了更好地适应环境的死亡过程。通过这个过程,肌体能清除衰老及异常细胞,并在维持很多细胞功能方面有重要作用。
自1972年Kerr提出细胞凋亡这一概念后,细胞凋亡从20世纪80年代末期开始成为肿瘤病因学、病理学研究热点。人们逐渐认识到,癌症的发生可能与细胞生长与死亡的速度平衡失调有关;失调的程度可决定癌症是否发生,也可决定癌症发展的速率。正常的肌体可通过细胞自杀机制(凋亡)清除体内由于老化、受损而基因组极不稳定、易于癌变的细胞,也可清除那些有癌前病变、基因发生改变的细胞。当上述细胞不能通过细胞凋亡机制予以清除时,便可导致癌症的发生。
1991年~1995年,王晓东在美国得州大学西南医学中心从事博士后研究,师从诺贝尔奖获得者古德温教授(Joseph L.Goldstein)和布朗(Michael S.Brown)教授,从事胆固醇代谢方面的研究,他找到了与细胞凋亡相关的蛋白酶CPP32。4年博士后工作结束后,王晓东从助理教授做起,开始组建自己的实验室,并正式进入细胞死亡相关研究领域,随后取得了一系列震惊国际学术界的研究成果。
1996年,他发现细胞色素C参与了细胞凋亡,而细胞色素C位于线粒体上,进而发现了线粒体凋亡途径。变异发生的癌细胞就是因为关闭了细胞内线粒体的这一调控功能,所以才躲过这一调控机制,不会自我毁灭。他带领课题组阐明了参与线粒体通路里更多的成员,有的显示了强大的抗癌活性。
王晓东因其一系列杰出贡献,成为改革开放以来中国大陆20多万留美人员中当选美国国家科学院院士的第A,同时,他以41岁的“低龄”,成为目前美国国家科学院中最年轻的院士。2003年他担任北京生命科学研究所的所长,每年都回国在北大和清华等高校教书,还积极和国内的科研人员合作,努力提高我国在生命科学领域的研究水平。王晓东院士已成为中国生物学研究实力的象征,作为“干人计划”入选专家,从2010年开始全职回国工作。
细胞凋亡的线粒体途径是生物学界阐明的最明确的信号通路之一,王晓东利用经典的实验技术发现并梳理了这一通路。越来越多的科学家认识到细胞凋亡在生命发育和疾病发生过程中的重要性,随着对这个现象研究的深入,更加有利于人们对生命本质的认识,同时为人类战胜癌症等疾病提供手段和方法。
施一公教授:世界顶尖的结构生物学家
结构生物学起源于20世纪50年代众所周知的DNA双螺旋模型,具体研究生物细胞的结构,可以帮助科学家根据疾病细胞的特殊结构设计药物,从而更有效地进行治疗,这极大地增强了人类攻克重大疾病难题(如艾滋病、癌症等)方面的能力。
20世纪90年代,施一公在美国霍普金斯大学攻读博士学位时,老师在讲课时说:“细胞凋亡领域已经开始发展了,其中有一系列生命科学的重大问题,你们应该关注T。细胞生长已经被研究了许多年,但研究凋亡的人还很少。其实,凋亡与生长一样重要。”
后来在博士后研究阶段,施一公的导师是研究基因组守护神p53的专家,p53突变后会引发癌症,平均每两个癌症患者中便有一人缺少正常的1953蛋白。1998年初,施一公在普林斯顿大学创建了自己独立的实验室,以结构生物学为手段,开始了癌症发生和细胞凋亡机理的研究。
2008年,施一公辞去普林斯顿大学终身教职,全职回国。迄今为止,他在国际权威学术杂志发表学术论文百余篇,其中作为通讯作者在顶级刊物(《细胞》发表11篇、《自然》发表11篇、《科学》发表5篇,而且每年都有重大科学发现。这些工作系统地揭示了哺乳动物、果蝇和线虫中细胞凋亡通路的分子机理,已有若干研究成果申请专利,用于治疗癌症的药物研发。
曹雪涛院士:问鼎免疫学巅峰
免疫系统是肌体保护自身的防御性结构,其核心为淋巴细胞,人类所有的疾病几乎都与免疫系统相关。
人体有了淋巴细胞才有抵抗力,而淋巴细胞是受树突状细胞(目前已知的功能最强的人体抵御重大疾病侵袭新的“哨兵”,因其成熟时伸出许多树突样或伪足样突起而得名)控制的。人体树突状细胞的作用,就是“通报敌情”和“发动战争”。树突状细胞会在第一时间敲响警钟,通知“正规军”——淋巴细胞去消灭敌人,从而保护人的肌体健康。
而在我国,将中国免疫学推向世界的当首推曹雪涛院士,他26岁硕士毕业时因论文水平高被提前授予博士学位,1990年博士毕业时,曹雪涛和第二军医大学的其他11名医学博士一样,要选择到国外留学。但是当年近80岁的导师叶天星到医院看望正因胃出血住院的曹雪涛,并且挽留这位才华横溢的学生时,曹雪涛被打动了。叶天星老先生当时对曹雪涛说:“我一生有两大遗憾:一是没能把二医大免疫学科建成博士点,二是没把教研室建成全军重点实验室。你年轻,有才华,希望你留下来,完成我的夙愿。”山东人的豪气顿时在他胸中激荡,年轻人一口答应这位他待之如父的导师,要留在国内,做一番事业。从此曹雪涛就走上了免疫学研究的道路。 曹雪涛28岁成为当时全国最年轻的医学教授,41岁当选当时中国最年轻的院士。他领衔的创新团队一直致力于以树突状细胞为重点的基础免疫学、肿瘤免疫治疗和基因治疗的相关研究。尽管曾经因为年轻和毫无背景而在学术上不被认可、在经济上缺乏支持,但他克服重重困难,今天已成为中国最受尊敬的免疫学科学家。
截至目前,曹雪涛已在世界顶级免疫学学术刊物《自然·免疫学》发表多篇研究论文,在著名学术刊物《免疫学》、(《血液》、《生物化学》等发表近70篇研究报告。这样的科学成就,世界范围都异常罕见。
曹雪涛教授关于树突状细胞的功能研究为人们对抗癌症提供了新的思路。例如通过激活此类细胞,能够使免疫系统对某些肿瘤组织产生反应,从而发挥抗癌的功能。目前,以外科手术辅助放、化疗及免疫治疗等综合治疗成为肿瘤治疗的发展方向。
师出同门的院士伉俪——陈竺夫妇
谈起白血病,人们往往会想起20世纪80年代初在我国热播的日本电视剧《血疑》,主人公幸子意外患上了白血病而撒手人寰。1845年,博耐(Bennett)和魏尔啸(Virchow)先后报告了一种造血系统的恶性疾病——白血病,从此人类开始了对白血病的研究。目前比较认可的发病原因有病毒感染、电离辐射(如1945年日本广岛和长崎原子弹爆炸后白血病患病率增高)、化学物质(如苯)和遗传因素(较少见),并且随着大气污染、环境污染等问题逐渐严重,这些因素也可能是诱发白血病的重要原因。
急性早幼粒细胞白血病(APL),曾经被认为是最凶险的白血病之一,因为缺乏有效的治疗方法,很多患者在发病早期即死于严重出血。
20世纪70年代,哈尔滨医学院第一附属医院的药师韩太云从民间中医得知用砒霜、轻粉(氯化亚汞)和蟾蜍等治疗淋巴结核和癌症,韩太云将其改制水针剂,称“713”或“癌灵”注射液,通过肌肉注射治癌,有些肿瘤病例见效,但因毒性太大而导致被弃。砒霜虽在我国古代位列五毒之一(断肠草、鹤顶红、砒霜、乌头、曼陀罗),但我国古代也有用作中药的传统(含砷的中药有砒霜、砒石、雄黄、雌黄等),李时珍的《本草纲目》记载了砒霜的药性。
哈尔滨医科大学附属第一医院中医科的张庭栋教授发现用“癌灵”治疗急性早幼粒细胞白血病后,缓解率达70%。他们发现在采用“癌灵”治疗后,白血病10年生存率竟可以达到惊人的28%。只是张庭栋教授的研究报告发表在国内杂志上,很遗憾没有在国际学术刊物上发表,因此也没引起国际学术界的注意。
1985年,上海血研所王振义教授在国际上率先应用全反式维甲酸(ATRA)治疗APL患者取得成功,80%以上患者可以完全缓解,但短期内容易复发。陈竺夫妇1989年从法国学成归来组建实验室,继续和导师王振义教授从事白血病相关研究。1994年,通过和张庭栋课题组合作,陈竺教授用三氧化二砷(“癌灵”的主要化学成分)作为药物,重复了张庭栋课题组在20世纪70年代的临床实验,发现三氧化二砷的确能够缓解白血病。后来进一步研究发现,三氧化二砷在全反式维甲酸治疗无效的白血病患者身上也显示了强大的威力。他们的合作研究成果发表在国际著名刊物《血液》上,甫一发表,即引起全世界的注意。美国、欧洲和日本的科学家都采用他们的疗法重复得到了相似的治疗效果。
陈竺院士有着从知青到科学家的传奇经历,和夫人陈赛娟院士在白血病研究领域做出了卓越贡献,他们师出同门,是科学界令人赞叹的院士伉俪。
经过20年艰苦卓绝的努力,院士伉俪陈赛娟和陈竺带领课题组阐明了急性早幼粒细胞白血病发病的机理,通过三氧化二砷和全反式维甲酸联合使用,使该类白血病的生存率从不足20%提高到90%,为广大白血病患者带来福立。
科学传奇还在继续,并注定在人类生命科学史上留下无比璀璨的篇章。
癌症的发生是多因素的,主要有内在因素和物理化学生物因素。内在因素:神经与精神因素、内分泌因素、遗传因素和肌体的自然防御机制;物理因素(X射线等),化学因素(腌制食品中的亚硝酸钠),生物因素(寄生虫与病毒)。但癌症的发病机制都是基因功能紊乱造成的。
对癌症的理论研究有助于我们认识癌症发病的原因、过程,从而找到相关诊断、治疗方法和预防对策。本文讲述几位杰出的华人科学家正在进行的攻克癌症的故事。
王晓东院士:细胞线粒体死亡途径的发现者
凋亡(apoptosis),在希腊文中是描述树叶从枝头掉落的状态。比如蝌蚪蜕变为青蛙时,尾巴的自然消失就是不必要细胞的凋亡现象,也就是所谓的细胞自杀。
大多数细胞在达到一定的寿命后会自然死亡,取而代之的是新细胞的生成,此种新陈代谢反复进行。细胞凋亡是肌体在一定的生理、病理条件下为维持内环境稳定,通过基因控制而使细胞主动有序的死亡的方式,是细胞为了更好地适应环境的死亡过程。通过这个过程,肌体能清除衰老及异常细胞,并在维持很多细胞功能方面有重要作用。
自1972年Kerr提出细胞凋亡这一概念后,细胞凋亡从20世纪80年代末期开始成为肿瘤病因学、病理学研究热点。人们逐渐认识到,癌症的发生可能与细胞生长与死亡的速度平衡失调有关;失调的程度可决定癌症是否发生,也可决定癌症发展的速率。正常的肌体可通过细胞自杀机制(凋亡)清除体内由于老化、受损而基因组极不稳定、易于癌变的细胞,也可清除那些有癌前病变、基因发生改变的细胞。当上述细胞不能通过细胞凋亡机制予以清除时,便可导致癌症的发生。
1991年~1995年,王晓东在美国得州大学西南医学中心从事博士后研究,师从诺贝尔奖获得者古德温教授(Joseph L.Goldstein)和布朗(Michael S.Brown)教授,从事胆固醇代谢方面的研究,他找到了与细胞凋亡相关的蛋白酶CPP32。4年博士后工作结束后,王晓东从助理教授做起,开始组建自己的实验室,并正式进入细胞死亡相关研究领域,随后取得了一系列震惊国际学术界的研究成果。
1996年,他发现细胞色素C参与了细胞凋亡,而细胞色素C位于线粒体上,进而发现了线粒体凋亡途径。变异发生的癌细胞就是因为关闭了细胞内线粒体的这一调控功能,所以才躲过这一调控机制,不会自我毁灭。他带领课题组阐明了参与线粒体通路里更多的成员,有的显示了强大的抗癌活性。
王晓东因其一系列杰出贡献,成为改革开放以来中国大陆20多万留美人员中当选美国国家科学院院士的第A,同时,他以41岁的“低龄”,成为目前美国国家科学院中最年轻的院士。2003年他担任北京生命科学研究所的所长,每年都回国在北大和清华等高校教书,还积极和国内的科研人员合作,努力提高我国在生命科学领域的研究水平。王晓东院士已成为中国生物学研究实力的象征,作为“干人计划”入选专家,从2010年开始全职回国工作。
细胞凋亡的线粒体途径是生物学界阐明的最明确的信号通路之一,王晓东利用经典的实验技术发现并梳理了这一通路。越来越多的科学家认识到细胞凋亡在生命发育和疾病发生过程中的重要性,随着对这个现象研究的深入,更加有利于人们对生命本质的认识,同时为人类战胜癌症等疾病提供手段和方法。
施一公教授:世界顶尖的结构生物学家
结构生物学起源于20世纪50年代众所周知的DNA双螺旋模型,具体研究生物细胞的结构,可以帮助科学家根据疾病细胞的特殊结构设计药物,从而更有效地进行治疗,这极大地增强了人类攻克重大疾病难题(如艾滋病、癌症等)方面的能力。
20世纪90年代,施一公在美国霍普金斯大学攻读博士学位时,老师在讲课时说:“细胞凋亡领域已经开始发展了,其中有一系列生命科学的重大问题,你们应该关注T。细胞生长已经被研究了许多年,但研究凋亡的人还很少。其实,凋亡与生长一样重要。”
后来在博士后研究阶段,施一公的导师是研究基因组守护神p53的专家,p53突变后会引发癌症,平均每两个癌症患者中便有一人缺少正常的1953蛋白。1998年初,施一公在普林斯顿大学创建了自己独立的实验室,以结构生物学为手段,开始了癌症发生和细胞凋亡机理的研究。
2008年,施一公辞去普林斯顿大学终身教职,全职回国。迄今为止,他在国际权威学术杂志发表学术论文百余篇,其中作为通讯作者在顶级刊物(《细胞》发表11篇、《自然》发表11篇、《科学》发表5篇,而且每年都有重大科学发现。这些工作系统地揭示了哺乳动物、果蝇和线虫中细胞凋亡通路的分子机理,已有若干研究成果申请专利,用于治疗癌症的药物研发。
曹雪涛院士:问鼎免疫学巅峰
免疫系统是肌体保护自身的防御性结构,其核心为淋巴细胞,人类所有的疾病几乎都与免疫系统相关。
人体有了淋巴细胞才有抵抗力,而淋巴细胞是受树突状细胞(目前已知的功能最强的人体抵御重大疾病侵袭新的“哨兵”,因其成熟时伸出许多树突样或伪足样突起而得名)控制的。人体树突状细胞的作用,就是“通报敌情”和“发动战争”。树突状细胞会在第一时间敲响警钟,通知“正规军”——淋巴细胞去消灭敌人,从而保护人的肌体健康。
而在我国,将中国免疫学推向世界的当首推曹雪涛院士,他26岁硕士毕业时因论文水平高被提前授予博士学位,1990年博士毕业时,曹雪涛和第二军医大学的其他11名医学博士一样,要选择到国外留学。但是当年近80岁的导师叶天星到医院看望正因胃出血住院的曹雪涛,并且挽留这位才华横溢的学生时,曹雪涛被打动了。叶天星老先生当时对曹雪涛说:“我一生有两大遗憾:一是没能把二医大免疫学科建成博士点,二是没把教研室建成全军重点实验室。你年轻,有才华,希望你留下来,完成我的夙愿。”山东人的豪气顿时在他胸中激荡,年轻人一口答应这位他待之如父的导师,要留在国内,做一番事业。从此曹雪涛就走上了免疫学研究的道路。 曹雪涛28岁成为当时全国最年轻的医学教授,41岁当选当时中国最年轻的院士。他领衔的创新团队一直致力于以树突状细胞为重点的基础免疫学、肿瘤免疫治疗和基因治疗的相关研究。尽管曾经因为年轻和毫无背景而在学术上不被认可、在经济上缺乏支持,但他克服重重困难,今天已成为中国最受尊敬的免疫学科学家。
截至目前,曹雪涛已在世界顶级免疫学学术刊物《自然·免疫学》发表多篇研究论文,在著名学术刊物《免疫学》、(《血液》、《生物化学》等发表近70篇研究报告。这样的科学成就,世界范围都异常罕见。
曹雪涛教授关于树突状细胞的功能研究为人们对抗癌症提供了新的思路。例如通过激活此类细胞,能够使免疫系统对某些肿瘤组织产生反应,从而发挥抗癌的功能。目前,以外科手术辅助放、化疗及免疫治疗等综合治疗成为肿瘤治疗的发展方向。
师出同门的院士伉俪——陈竺夫妇
谈起白血病,人们往往会想起20世纪80年代初在我国热播的日本电视剧《血疑》,主人公幸子意外患上了白血病而撒手人寰。1845年,博耐(Bennett)和魏尔啸(Virchow)先后报告了一种造血系统的恶性疾病——白血病,从此人类开始了对白血病的研究。目前比较认可的发病原因有病毒感染、电离辐射(如1945年日本广岛和长崎原子弹爆炸后白血病患病率增高)、化学物质(如苯)和遗传因素(较少见),并且随着大气污染、环境污染等问题逐渐严重,这些因素也可能是诱发白血病的重要原因。
急性早幼粒细胞白血病(APL),曾经被认为是最凶险的白血病之一,因为缺乏有效的治疗方法,很多患者在发病早期即死于严重出血。
20世纪70年代,哈尔滨医学院第一附属医院的药师韩太云从民间中医得知用砒霜、轻粉(氯化亚汞)和蟾蜍等治疗淋巴结核和癌症,韩太云将其改制水针剂,称“713”或“癌灵”注射液,通过肌肉注射治癌,有些肿瘤病例见效,但因毒性太大而导致被弃。砒霜虽在我国古代位列五毒之一(断肠草、鹤顶红、砒霜、乌头、曼陀罗),但我国古代也有用作中药的传统(含砷的中药有砒霜、砒石、雄黄、雌黄等),李时珍的《本草纲目》记载了砒霜的药性。
哈尔滨医科大学附属第一医院中医科的张庭栋教授发现用“癌灵”治疗急性早幼粒细胞白血病后,缓解率达70%。他们发现在采用“癌灵”治疗后,白血病10年生存率竟可以达到惊人的28%。只是张庭栋教授的研究报告发表在国内杂志上,很遗憾没有在国际学术刊物上发表,因此也没引起国际学术界的注意。
1985年,上海血研所王振义教授在国际上率先应用全反式维甲酸(ATRA)治疗APL患者取得成功,80%以上患者可以完全缓解,但短期内容易复发。陈竺夫妇1989年从法国学成归来组建实验室,继续和导师王振义教授从事白血病相关研究。1994年,通过和张庭栋课题组合作,陈竺教授用三氧化二砷(“癌灵”的主要化学成分)作为药物,重复了张庭栋课题组在20世纪70年代的临床实验,发现三氧化二砷的确能够缓解白血病。后来进一步研究发现,三氧化二砷在全反式维甲酸治疗无效的白血病患者身上也显示了强大的威力。他们的合作研究成果发表在国际著名刊物《血液》上,甫一发表,即引起全世界的注意。美国、欧洲和日本的科学家都采用他们的疗法重复得到了相似的治疗效果。
陈竺院士有着从知青到科学家的传奇经历,和夫人陈赛娟院士在白血病研究领域做出了卓越贡献,他们师出同门,是科学界令人赞叹的院士伉俪。
经过20年艰苦卓绝的努力,院士伉俪陈赛娟和陈竺带领课题组阐明了急性早幼粒细胞白血病发病的机理,通过三氧化二砷和全反式维甲酸联合使用,使该类白血病的生存率从不足20%提高到90%,为广大白血病患者带来福立。
科学传奇还在继续,并注定在人类生命科学史上留下无比璀璨的篇章。