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医学生物学 Medical Biology 四川大学生命科学学院 医学生物学与医学细胞生物学教研室 主讲： 杨春蕾

联系方式 Tel: 85502629 (O) 13881889893 Email: YCL_108@163.com 助教：张建辉 Tel: 15208417692  QQ群：464110710

地球上的生物约200多万种，千姿百态，构成绚丽多彩的生物世界。 绪 论

什么是生命 生命的特性： 化学组成：生物大分子是生命的物质基础 细胞是有机体的基本结构单位和功能单位 新陈代谢(metabolism)：同化作用、异化作用 应激性(irritability) 生长和发育(growth and development) 繁殖(reproduction) 遗传和变异(heredity and veriation) 适应性：有机体和环境的统一 进化

一、生物学和医学生物学的概念 生物学：研究有机自然界的各种生命现象及其规律，并运用这些规律去改造有机自然界，为人类的需要服务的一门科学。 医学生物学：是一门综和性科学，研究生命现象和规律的同时，研究人类的生命现象和疾病的发生，为疾病的防治提供可能。

二、生命科学的发展特点和 趋势

（一）、生命科学研究的多层次 生命科学研究的十二个层次： 电子、分子（生物大分子和大分子体系的聚合体）、细胞器、细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系和生物圈。 例: DNA双螺旋中，A-T、G-C形成特异的氢键，但究竟是如何形成的； 决定氨基酸三联密码的原因是什么；为什么色氨酸只对应于UGG，而不是其他的三联密码； 为什么在线粒体的DNA中发现三个与一般不同的密码。 这些都寄希望于更为微观的研究。

（二）、生命科学研究向宏观领域的扩展 随着系统分析、数学模拟、遥感技术、航天科技等新概念、新方法和新技术在生态学中的应用，初步揭示了生物与生物，生物与环境相互作用的物质基础。 宇宙生物学

（三）、生命科学研究向微观世界的深入 DNA双螺旋结构的发现、三联密码的发现 对核酸和蛋白质的结构、功能及相互关系的研究 人脑由1000亿个细胞组成，是一个巨大的系统，细胞以及细胞间的生理活动导致人类思维、行为高度的有序化。

电镜下的细胞结构 膜皱襞 质膜 核被膜 微绒毛 核仁 小泡 线粒体 体外培养的神经母细胞瘤 细胞的扫描电镜图 肝细胞的透射电镜图

（四）、自然科学各学科对生命科学的深入渗透和彼此促进 自然科学中的数学、物理学、化学以及工程技术等学科广泛而深入的渗透到生命科学的各个领域，而生命科学也不断向这些学科渗透

高尔基 复合体膜 DNA 微 管

（五）生命科学实验手段的日益现代化 电子显微镜、同位素、晶体衍射、电子计算机、激光和细胞分离以及核磁共振、等新技术、新仪器、新技术和新方法。 电子显微镜：细胞结构、生物膜结构、DNA和蛋白质复合体的表面形貌直接观察。 X射线衍射技术：DNA的双螺旋结构 DNA芯片技术：基因组的快速分析 蛋白质芯片技术

（六）、人类改造生命物质体系日趋工程化 1965年，我国首次人工合成牛胰岛素（51aa) 1969年，美国合成牛胰核糖核酸 1982年，我国首次人工合成酵母丙氨酸转运核糖核酸（tRNA) 干扰素、乙肝疫苗 克隆羊

第一个成功地实现 体外长期培养的人 类细胞——Hela 细 胞（来自于子宫颈 癌），并延用至今。

克隆动物 1997年Jan Wilmut等在 Schottish Research Institute通过将 一种羊的乳腺上皮细胞与另一种羊 的去核未受精卵相融合成功地繁育 出一头健全的克隆小羊——Dolly。 实用价值：使已灭绝的动物重生(?) 理论意义：证明分化的细胞保留全 部的遗传信息。

转基因动物 (Transgenic Animals) 将克隆化的外源基因经显微注射导入动物的受精卵原核，使之随机整合到其基因组。然后移植到假孕的雌性子宫，产生表达外源基因的后代。 第一个成功的转基因小鼠为转移了大鼠的生长激素基因的超级小鼠。 1997在上海诞生了乳汁含凝血因子IX 的羊。 1999又诞生了携带人血清白蛋白基因的公牛。其女儿的乳汁可能含有人的白蛋白。 此种技术还可用于研究肿瘤相关基因的生物学作用与功能。此技术具有理论价值、治疗价值及巨大的经济价值，进展极快，

三、近十多年与医学生物学有关的 诺贝尔奖

蒂莫西·亨特 R. Timothy (Tim) Hunt（英） 2001年诺贝尔生理医学奖 利兰·哈特韦尔 Leland H. Hartwell(美） 保罗·纳斯 Paul M. Nurse（英） 蒂莫西·亨特 R. Timothy (Tim) Hunt（英） 发现了细胞周期的关键分子调节机制

对器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究 获2002年诺贝尔生理学与医学奖 诺 Marc Lieberman John E. Sulston H. Robert Horvitz 对器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究

2003年诺贝尔化学奖。 Peter Agre Roderick MacKinnon 因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获奖

2003年诺贝尔生理学与医学奖。 因在核磁共振成像技术领域的突破性成就

获2004年诺贝尔生理学与医学奖 Richard Axel Linda B. Buck 发现气味受体和嗅觉系统的组成

获2005年诺贝尔生理学与医学奖 因发现幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡方面的作用 Barry J. Marshall J. Robin Warren 因发现幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡方面的作用

2006年诺贝尔生理学与医学奖 Andrew Z. Fire Craig C. Mello 对RNA干扰的研究

2007年诺贝尔生理学与医学奖 马里奥·卡佩基 马丁·埃文斯 奥利弗·史密斯 多能胚胎干细胞是由马丁·艾文斯培养出来并定性的;三位科学家“在涉及胚胎干细胞和哺乳动物ＤＮＡ重组方面有着一系列突破性发现”，为“基因靶向”技术的发展奠定了基础。

法:弗朗索瓦丝·巴尔－西诺西和吕克·蒙塔尼因发现人类免疫缺陷病毒 德:哈拉尔德·楚尔·豪森发现人乳突淋瘤病毒引发子宫颈癌 2008年诺贝尔生理学与医学奖 法:弗朗索瓦丝·巴尔－西诺西和吕克·蒙塔尼因发现人类免疫缺陷病毒 HIV 德:哈拉尔德·楚尔·豪森发现人乳突淋瘤病毒引发子宫颈癌

2008年诺贝尔化学奖 钱永健现为美国加州大学圣迭戈分校生物化学及化学系教授、美国国家科学院院士、国家医学院院士，。主要贡献是利用水母发出绿光的化学物来追查实验室内进行的生物反应，他被认为是这方面的先驱。 马丁·沙尔菲美国哥伦比亚大学生物学教授，他获奖的主要贡献在于向人们展示了绿色荧光蛋白作为发光的遗传标签的作用。这种蛋白已经成为同时代生物科学研究最重要的工具之一。 下村修，1960年获得名古屋大学理学博士学位，曾先后在美国普林斯顿大学、波士顿大学和伍兹霍尔海洋生物实验所工作。他1962年从一种水母中发现了荧光蛋白，被誉为生物发光研究第一人。

以表彰他们“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的” 2009年诺贝尔生理学或医学奖 伊丽莎白・布莱克本 卡萝尔·格雷德 杰克·绍斯塔克 以表彰他们“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的”

2010年诺贝尔生理学或医学奖 罗伯特·爱德华兹（英国） 因发展体外授精疗法获奖

2011年诺贝尔生理学或医学奖 发现了免疫系统激活的关键原理，使人们对免疫系统的认识有了大的改变。 巴特勒和霍夫曼发现了关键受体蛋白质，能够识别微生物对动物机体的攻击并激活免疫系统，这是免疫反应的第一步。 斯坦曼则发现了能够激活并调节适应性免疫的树突细胞，这种细胞促使免疫反应进入下一阶段并将微生物清除出机体。

2012年诺贝尔生理学或医学奖 他们的研究结果正在彻底改变我们对细胞发展和细胞分化的看法。 对成熟的细胞不会永远局限于其分化的状态。通过对人体细胞的重新编程，可以创造机会来研究疾病，开发出新的诊断和治疗方法。 这两位科学家的发现：成熟的、特化的细胞可以重新编程成为未成熟的细胞，并能够发育成人体的所有组织。 Shinya Yamanaka 京都大学再生医科研究所干细胞生物系教授 John· B. Gurdon

2012年诺贝尔化学奖 突破性研究揭示了受体中最大家族“G蛋白偶联受体”的内部运作机制。 罗伯特・莱夫科维茨（美） 布赖恩·科比尔卡（美） 美国霍华德·休斯医学研究所和杜克大学医学中心医学和生物化学教授。 布赖恩·科比尔卡（美） 斯坦福大学医学院医学以及分子和细胞生理学教授。

2013年诺贝尔生理学或医学奖

老鼠在房间的某个特定位置时,其大脑海马体的一些神经细胞总是处于激活状态,而老鼠移动到房间其他位置时,其他神经细胞则被激活。(位置细胞） 2014年诺贝尔生理学或医学奖 发现大脑定位系统（GPS )细胞的研究 约翰·奥基夫（英美双重国籍） 老鼠在房间的某个特定位置时,其大脑海马体的一些神经细胞总是处于激活状态,而老鼠移动到房间其他位置时,其他神经细胞则被激活。(位置细胞） 莫泽夫妇（挪威 发现了大脑定位系统的另一关键构成—“网格细胞”。这种细胞能形成坐标系,可以精确定位和寻找路径。他们随后的研究还展示出,这些“网格细胞”是如何确定位置并导航的。

四、医学生物学与医学的关系

医学生物学作为阐明病因及发病机制的基础 传染病与感染性疾病：解释感染中的种属与器官特异性——取决于病原体（细胞）与感染细胞之间的识别与粘附。 遗传病：基因及染色体的异常或缺失。 肿瘤：是细胞病——体细胞的遗传性疾病。 心、脑血管病：脉管内皮细胞、平滑肌细胞及细胞外基质的异常，以及血小板与内皮细胞的粘附异常。 免疫病：免疫细胞异常及免疫应答紊乱。 退行性病变：细胞变性、衰老或死亡，细胞外基质成分异常。

血清诊断：单克隆抗体（来自于杂交瘤细胞） 基因及染色体诊断：原位杂交、PCR、RT－ PCR、LOH、FISH、CGH 医学生物学作为诊断疾病的基础 病理诊断：细胞病理学、细胞化学、细胞免疫 组化等 血清诊断：单克隆抗体（来自于杂交瘤细胞） 基因及染色体诊断：原位杂交、PCR、RT－ PCR、LOH、FISH、CGH

医学生物学作为治疗疾病的基础 基因治疗：遗传病、心血管病、肿瘤等 细胞移植：利用干细胞治疗糖尿病、老年性痴呆等 组织工程：体外培养、构建含特定细胞的组织块移 植到体内，如人工骨、软骨、角膜、心肌及肝脏的移植。 肿瘤的导向治疗：将针对肿瘤细胞表面抗原的抗 体与对肿瘤细胞具有杀伤性的物质（核素、毒素 或药物）偶联。 创伤修复：上皮细胞、成纤维细胞及内皮细胞的协同 作用。 2. 疾病的诊断： 病理诊断：细胞病理学、细胞化学、细胞免疫组化等 血清诊断：单克隆抗体（来自于杂交瘤细胞） 基因及染色体诊断：原位杂交、PCR、RT－PCR、LOH、FISH、CGH 3. 疾病的治疗： 基因治疗：遗传病、肿瘤等 细胞移植：糖尿病、老年性痴呆及肿瘤镇痛等 组织工程：体外培养、构建含特定细胞的组织块，进行移植，如骨、 软骨及肝移植 人工细胞： 人工包封多酶体系－人工肝细胞治疗急性肝衰竭 以包封的猪肝细胞作为人工肝 肿瘤的导向治疗：以针对肿瘤细胞表面抗原的抗体与具有对肿瘤细胞杀伤性的物质（核素、毒素、药物）偶联。

学习医学生物学的注意点 抽象思维与动态观点 结构与功能统一的观点 同一性(unity)和多样性(diversity)的问题 医学生物学的主要内容： 基本概念与实验证据；生命的分子基础和细胞基础、生命的延续、生命科学和现代生物技术。 实验科学与实验技术——理论源于实践 ——What we know//How we know.

推荐读物及网站 左伋等, 2014，医学生物学, 人民卫生出版社 2.傅松滨等 ，2014， 医学生物学, 人民卫生出版社 左伋等, 2014，医学生物学, 人民卫生出版社 2.傅松滨等 ，2014， 医学生物学, 人民卫生出版社 3.陈誉华等， 2014，医学细胞生物学，人民卫 生出版社 4. 翟中和等， 2014，细胞生物学，高等教育出 版社

⑴ http://bioera.yeah.net ⑵ http://www.37c.com.cn ⑶ http://www.biosino.org ⑷ http://cmbi.bjmu.edu.cn ⑸ http://www.ncbi.nlm.nih.gov ⑹ http://www.iacr.bbsre.ac.uk ⑺ http://www.cellsalive.com ⑻ http://www.bbc.co.uk/webguide/science/ ⑼ http://www.tokyo-med.ac.jp/genet/ ⑽ http://www.ornl.gov/hgmis/medicine/ ⑾ http://www.accessexcellence.org ⑿ http://www.nabt.org

复习思考题 2.生命科学发展的主要趋势怎样？ 3.当前医学生物学研究的热点课题中你感兴趣的有哪些？为什么？ 1.什么是生命？医学生物学研究的主要内容与医学有何联系？ 2.生命科学发展的主要趋势怎样？ 3.当前医学生物学研究的热点课题中你感兴趣的有哪些？为什么？

转基因动物 ( Transgenic animal ) 第一个成功的 转基因的超级小鼠

5.神经胚（neurula) 6.器官发生（organogenesis) 7.人胚发育 (human development 新生婴儿细胞数仅有：2×1012 成人细胞数：6×1013 个体发育   1.配子发生  (gametogenesis)      2.受精（fertilization)                 3.卵裂和囊胚形成（cleavage and blastrula)     4.原肠胚（gastrula)            5.神经胚（neurula)       6.器官发生（organogenesis)     7.人胚发育 (human development