从诺贝尔奖到新世纪 生命科学发展趋势 尚忠林 河北师范大学生命科学学院

诺贝尔奖 根据瑞典化学家阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱所设立的奖项，于1901年12月10日首次颁发，该奖项设有物理、化学、生理或医学、文学、和平、经济学奖。 “奖励在该领域有重大发现和重要发明的人” 涉及生命科学的主要有诺贝尔生理或医学奖、诺贝尔化学奖两项。

2001-2014生命科学领域诺贝尔奖 十四年的时间共有21项诺贝尔奖，其中生理或 医学奖14项，化学奖7项。 重要的科学发现：细胞代谢机制、病原体、重要 功能发生机制等。 重要的技术发明：代谢检测技术、遗传操控技 术、病理检测技术、辅助生殖技术等。

重要的科学发现 重要的技术发明 细胞代谢机制：细胞分裂、细胞凋亡 病原体：艾滋病毒、幽门螺杆菌 重要功能发生机制：嗅觉、免疫激活 代谢检测技术：绿色荧光蛋白 遗传操控技术：RNA干涉技术、基因打靶技术 病理检测技术：磁共振成像技术 辅助生殖技术：试管婴儿技术

细胞代谢机制的发现 细胞周期调控机制 （2001年） 细胞程序性死亡的机制（2002年） 端粒和端粒酶（2009年） 囊泡运输的机制（2013年）

2001年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：发现了细胞周期的调控机制 蒂姆·亨特 保罗·诺斯 雷兰德·哈特韦尔 美国弗里德-哈特金森 蒂姆·亨特 保罗·诺斯 英国皇家癌症研究基金会 雷兰德·哈特韦尔 美国弗里德-哈特金森 癌症研究中心

重要贡献： 利兰·哈特韦尔：发现了大量控制细胞周期的基因，其中“START”基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。 保罗·诺斯：发现了调节细胞周期的关键酶CDK（细胞周期蛋白依赖蛋白激酶） 蒂姆·亨特：发现了调节CDK功能的细胞周期蛋白（cyclin）。 科学意义：对研究细胞的发育有重大的影响，特别是对开辟治疗癌症新途径将具有极其深远的意义。

细胞周期蛋白调控细胞分裂的机制

2002年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：发现了“程序性细胞死亡”及其控制基因。 罗伯特·霍维茨 悉尼·布雷内 约翰·苏尔斯顿 罗伯特·霍维茨 悉尼·布雷内 约翰·苏尔斯顿 美国 美国 英国 麻省理工学院 伯克利分子 剑桥大学 科学研究所

重要贡献： 罗伯特·霍维茨：发现了线虫中控制细胞死亡的关键基因并描绘出了这些基因的特征。 悉尼·布雷内：建立了利用线虫监测细胞发育和凋亡的实验体系。 约翰·苏尔斯顿：找到了可以对细胞每一个分裂和分化过程进行跟踪的细胞图谱。 科学意义：为研究细胞凋亡的机制提供了重要基础。

程序性细胞死亡 “程序性细胞死亡”是细胞一种生理性、主动性的“自杀行为”，又称为“细胞凋亡”。 在发育过程中，细胞不但要恰当地诞生，而且也要恰当地死亡。成熟有机体内细胞的诞生和程序性死亡处于动态平衡状态，如果这种平衡被破坏，人就会患病，导致恶性细胞增生（如：癌症）或者免疫细胞过早死亡（如：艾滋病）。 控制“程序性细胞死亡”的基因：抑制细胞死亡的基因，启动或促进细胞死亡的基因。两类基因相互作用控制细胞正常死亡。 目的：发现所有的调控基因，分析其功能，研究出能发挥或抑制这些基因功能的药物。

细胞凋亡参与动物发育过程 研究发育过程的模式动物-线虫 细胞凋亡过程示意图

2009年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：发现了端粒和端粒酶。 伊丽莎白·布莱克本 卡萝尔·格雷德 杰克·绍斯塔克 美国 美国 伊丽莎白·布莱克本 卡萝尔·格雷德 杰克·绍斯塔克 美国 霍华德-休斯医学研究所 美国 旧金山加州大学

重要贡献： 伊丽莎白-布莱克本：端粒有助于染色体保持稳定和完整，保证DNA自我复制过程的完整性。 卡萝尔·格雷德 ：发现了端粒酶，证明端粒长短与细胞寿命呈正相关。 杰克·绍斯塔克：端粒中的特殊序列有助于保护染色体。 科学意义：揭示了细胞分裂和细胞寿命的决定因素。

染色体末端的端粒 端粒酶与DNA结合并促进端粒延长

2013年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：发现细胞的囊泡运输调控机制。 詹姆斯·罗思曼 兰迪·谢克曼 托马斯·祖德霍夫 美国 耶鲁大学 美国 詹姆斯·罗思曼 兰迪·谢克曼 托马斯·祖德霍夫 美国 耶鲁大学 美国 伯克利加州大学 德国 斯坦福大学

重要贡献 兰迪·谢克曼：发现了囊泡传输所需的一组基因。 詹姆斯·罗斯曼：发现了囊泡与目标融合并传递的蛋白质。 托马斯·苏德霍夫：揭示了引导囊泡精确释放的信号机制。 科学意义：对于正确理解重大疾病的发病机制、采取针对性措施具有决定性的意义。

兰迪·谢克曼：基因突变导致囊泡传输紊乱 詹姆斯·罗斯曼：囊泡与目标融合需要位于囊泡和目标位点的一些关键蛋白 托马斯·苏德霍夫：揭示了引导囊泡精确释放的信号机制

致命性疾病病原体的发现 幽门螺杆菌 （2005年） 人乳头状瘤病毒和艾滋病毒（2008年）

2005年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：发现幽门螺旋杆菌 巴里·马歇尔 罗宾·沃伦 澳大利亚 尼德兰兹幽门螺杆菌研究实验室

重要贡献： 罗宾·沃伦：在慢性胃炎胃黏膜活体标本发现活的细菌。 巴里·马歇尔：成功地分离培养了这些细菌，并命名为幽门螺旋杆菌。 临床试验：服用幽门螺杆菌后发生胃炎，抑制幽门螺杆菌的药物对胃炎胃溃疡有很好的疗效。 科学意义：揭示了慢性胃炎、胃溃疡发生的原因，纠正了原来的错误认识，为这些疾病的治疗奠定了基础。同时也为研究其他炎症发生机制提供了指导。

培养的幽门螺杆菌 附着在胃黏膜上的 幽门螺杆菌（示意图）

2008年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：发现了两种致命的病毒。 巴尔·西诺西 吕克·蒙塔尼 哈拉尔德·豪森 法国 德国 法国 巴尔·西诺西 吕克·蒙塔尼 哈拉尔德·豪森 法国 世界艾滋病研究与防治基金会 德国 德国癌症 研究中心 法国 巴斯德研究中心

重要贡献： 豪森：发现人乳头状瘤病毒是宫颈癌的病原体。 巴尔－西诺西：发现艾滋病病毒。 蒙塔尼：发现艾滋病病毒。 科学意义：为预防、治疗宫颈癌和艾滋病奠定了坚实基础。

人乳头状瘤病毒 艾滋病毒

重要功能发生机制的发现 嗅觉形成机制（2004年） 免疫系统激活的机制（2011年） 大脑中负责定位的功能区（2014年）

2004年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：探明了嗅觉的产生机制。 理查德·阿克塞尔 琳达·巴克 美国 美国 哥伦比亚大学 弗里德-哈特金森 理查德·阿克塞尔 琳达·巴克 美国 美国 哥伦比亚大学 弗里德-哈特金森 癌症研究中心

重要贡献 发现了嗅觉受体 发现了嗅觉细胞感受气味分子、传递信息的途径。 科学意义 指导临床治疗嗅觉障碍，动物嗅觉记忆训练。

背 景 人体主要的感觉有视觉、听觉、嗅觉、味觉、躯体感觉（包括皮肤感觉与深部感觉）和内脏感觉等。感觉的产生由感受器或感觉器官、神经传导通路和皮层中枢三部分的整体活动完成。 此前诺贝尔生理学或医学奖５次授予感觉器官结构和功能的研究： 视觉形成机制3项，1911年、1967年、1981年 听觉和平衡觉2项，1914年、1961年

嗅觉产生的机制 能够引起嗅觉的化学刺激物称为嗅质。自然形成的嗅味是几种嗅质分子的混合物，每一种嗅味是作为一种单独的感知信号而被感知的。 嗅觉受体：位于嗅上皮细胞中，能够与嗅质分子结合、产生神经冲动至中枢神经系统，整合、分析后产生相应的嗅觉。并且可以记忆嗅觉。 嗅觉细胞：每一个嗅觉细胞中只表达少数几种受体，只能对少数几种嗅质分子起反应，不同的嗅质细胞“各司其职”地感受不同的嗅质分子，以不同的路径将信号传递到中枢神经系统。 嗅觉受体的多少决定了嗅觉的灵敏程度。

2011年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：发现了免疫系统激活的原理。 布鲁斯·巴特勒 朱尔斯·霍夫曼 拉尔夫·斯坦曼 美国 斯克里普斯研究所 布鲁斯·巴特勒 朱尔斯·霍夫曼 拉尔夫·斯坦曼 美国 斯克里普斯研究所 法国 斯特拉斯堡大学 加拿大 洛克菲勒大学

重要贡献 朱尔斯·霍夫曼： 发现了果蝇中识别病原微生物激活免疫反应中发挥关键性作用的蛋白质。 布鲁斯·巴特勒：发现小鼠体内存在与果蝇体内类似的参与免疫反应的关键受体蛋白。 拉尔夫·斯坦曼：发现了免疫系统中的树突细胞，并证明了树突细胞对于T淋巴细胞具有激活作用，能够引起免疫反应（对病原体的吞噬反应）。 科学意义：对于探索不同病原体导致的免疫反应发生的机制、针对性地研发相应的获得性免疫措施、研制特异性激活免疫反应的药物奠定了理论基础。

2014年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：发现构建大脑定位系统的细胞 约翰·欧基夫 梅·布里特·莫索尔 和 爱德华·莫索尔 挪威 英国 约翰·欧基夫 梅·布里特·莫索尔 和 爱德华·莫索尔 挪威 挪威科技大学特隆赫姆分校 英国 伦敦大学

重要贡献 约翰·奥基弗：大脑海马中的特定神经细胞参与大鼠空间定位形成。  莫索尔夫妇：海马附近内嗅皮质的一些神经细胞构成一个六边形网格，每个网格细胞在特定的空间图式中起作用。 网格细胞、方向和边界识别、位置细胞一起形成一个网络系统，即脑内的GPS系统。 科学意义：揭示了动物对空间位置识别的神经基础。

细胞代谢检测技术 绿色荧光蛋白（2008年）

2008年诺贝尔化学奖 获奖原因：发现、改造了绿色荧光蛋白 下村修 马丁·沙尔菲 钱永健 日本 普林斯顿大学 美国 哥伦比亚大学 美国 下村修 马丁·沙尔菲 钱永健 日本 普林斯顿大学 美国 哥伦比亚大学 美国 圣迭戈加州大学

重要贡献 下村修：1962年从一种水母中发现了荧光蛋白。 沙尔菲 ：用绿色荧光蛋白作发光遗传标签 。  钱永健：改造绿色荧光蛋白使之荧光更强，并演变出黄色、青色荧光蛋白和双色荧光蛋白。 科学意义：为生物分子乃至生命过程的可视化研究奠定了基础。

荧光蛋白的来源及其广泛的应用

遗传操控技术 RNA干涉技术（2006） 基因靶向技术（2007） 体细胞重编程技术（2012）

2006年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：发现了RNA干涉机制 安德鲁·法尔 克雷格·梅洛 美国 美国 斯坦福医学院 马萨诸塞大学医学院

重要贡献： 发现了RNA干扰现象：将双链RNA导入线虫基因中，发现双链RNA较单链RNA更能高效地特异性阻断相应基因的表达，他们称这种现象为RNA干涉。 阐明了RNA干涉的形成机制。 科学意义：为诱导基因沉默、治疗重大疾病奠定了理论和方法基础。

RNA干涉的机理

2007年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：发明了“基因靶向”技术 马里奥·卡佩基 奥利弗·史密斯 马丁·埃文斯 美国 霍华德-休斯 医学研究所 马里奥·卡佩基 奥利弗·史密斯 马丁·埃文斯 美国 霍华德-休斯 医学研究所 美国 北卡罗来纳大学 英国 剑桥大学、卡迪夫大学

重要贡献： 卡佩基：发现外源导入的DNA片段可以通过同源重组现象整合到基因组中。 史密斯：提出定向修正有缺陷的基因。 埃文斯：发现了可以用于靶向基因整合和稳定遗传的全能性细胞，即“干细胞”。 科学意义： 定向敲除某个基因，了解基因的功能 定向修补有缺陷的基因，治疗遗传缺陷疾病

干细胞 小鼠基因打靶的技术路线图

2012年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因： 体细胞重编程技术 约翰-戈登 山中伸弥 英国 剑桥大学 日本 京都大学

重要贡献 约翰·格登：1962年他将蛙的未成熟卵细胞的细胞核替换为成熟肠细胞的细胞核，该细胞最终发育成了一只正常的蝌蚪。首次证明细胞的可逆分化。 山中伸弥：2006年发现，引入几个特殊基因，小鼠的完整的成熟细胞可以被重新编程，变成多能性干细胞。 科学意义：彻底改变了人们对于发育和细胞分化的认知，促进了科学研究和临床医疗技术的发展。

利用干细胞诱导技术治疗遗传缺陷疾病

山中伸弥和莫言在2012年诺贝尔奖颁奖仪式上

病理检测技术 磁共振成像技术（2003）

2003年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：发明了磁共振成像技术。 保罗·劳特布尔 彼得·曼斯菲尔德 美国 英国 伊利诺伊大学 诺丁汉大学

背景：1946年美国科学家费利克斯·布洛赫和爱德华·珀塞尔首先发现了核磁共振现象，他们因此获得了1952年诺贝尔物理学奖。 重要贡献： 保罗·劳特布尔：梯度磁场+电磁波照射可以绘制成物体某个截面的内部图像。 彼得·曼斯菲尔德：发现不均匀磁场的快速变化可快速检测物体内部结构图像，并且建立了计算机快速绘制图像的数学方法。 科学意义：医学诊断和研究领域的重大成果。

磁共振检测仪 人头部的磁共振成像

辅助生殖技术 试管婴儿技术（2010）

2010年诺贝尔生理或医学奖 获奖原因：发明试管受精技术 罗伯特·爱德华兹 英国 剑桥大学

重要贡献： 发现了人类受精的重要原理。 成功实现人类卵细胞在试管（细胞培养皿）中受精。 创建了辅助生殖技术 科学意义：治疗不孕症的革命性技术。 伦理争议：宗教，发育中的胚胎处置引发法律问题。

新世纪生命科学发展趋势 关注重大的生命活动生理机制和重大疾病的发病原因。 注重学科交叉融合，尤其是新的研究思想和研究技术的创新。 注重对生命活动的系统性研究。 注重基础研究与应用研究的衔接和产业化。

热 点 领 域 结构生物学：酶、受体、结构蛋白空间结构及其动态变化的解析。 系统生物学：系统研究生命活动过程中基因表达、蛋白质合成和活性调控、代谢变化到表型变化的全过程。基因组学、蛋白质组学、代谢组学等。 生物信息学：大数据分析

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