从蛋白到宇宙，诺贝尔奖继续延展人类想象力

孙爱民 王小

2019年10月7日，诺贝尔生理学或医学奖发布现场

一年一度的诺贝尔奖，于2019年10月7日陆续揭晓，三项科学类奖——生理学或医学奖、物理奖、化学奖，分别颁给了来自美国、英国、加拿大、瑞士、日本5个国家的9位科学家，以表彰他们在低氧信号通路、理解宇宙进化、锂离子电池等方面的贡献。

这届诺贝尔奖不乏惊喜与意外，还破了100多年来的一项纪录——化学奖获得者、美国科学家约翰·巴尼斯特·古迪纳夫（John B.Goodenough），以97岁高龄打破了诺贝尔奖历史上最高龄得奖者的纪录。

这些在实验室、学术会场、大学课堂上接到得奖电话的科学家们，在得知自己获得科学界最高荣誉时，并没有停止科学探索的脚步。就连年近百岁的古迪纳夫都表示，还要再坚持工作5年才退休，诺贝尔奖并非他科学探索的终点。

获奖的研究是这些科学家早在20多年前，甚至40多年前的成果，有些改变了人类对于自身和宇宙的认知，有些为进一步的未知探索提供了工具，有的已经深深融入到人类的日常生活。

第一天开奖，打开疾病治疗新思路

10月7日首头筹的是，美国遗传学家格雷格·西门扎（Gregg L.Semenza），英国医学家、分子生物学家彼得·拉特克利夫（Sir Peter J.Ratcliffe），美国癌症学家、哈佛医学院教授威廉·凯林（William G.Kaelin），三人分享诺贝尔生理学或医学奖。

近两年，不少机构、个人在预测诺贝尔生理学或医学奖时，将这三位科学家“打包”放在一起。科普作家郭晓强博士在近两年都预测，三位科学家在低氧信号通路中的学术贡献将获得诺贝尔奖。不过当最终果出来时，“猜中了开头但没猜中尾”的郭晓强仍感慨，“原来以为再等两年，果提前了。”

2010年与2016年，这三位科学家“组团”获得加拿大的盖尔德纳国际奖、美国拉斯克基础医学奖，后者更是有“小诺贝尔奖”之称。这也给了不少人大胆预测的勇气。

诺奖委员会给出的获奖理由是：“表彰他们在理解细胞感知和适应氧气变化机制中的贡献”。

细胞在不同浓度的氧环境中，尤其是低氧环境中如何反应、如何对器官产生影响，这一未知领域关系到诸多疾病的治疗。

低氧可增加促红细胞生成素（EPO）含量。比如，当人处于高海缺氧环境时，新陈代谢发生变化，开始生长出新的血管，制造新的红细胞。三位科学家所做的，正是找出这种身体反应背后的基因表达。

此次获奖者之一、遗传学家西门扎，最初研究方向是地中海贫血症的发病原因，在研究过程中他无意间接触到红细胞生成素（EPO），从而改变了研究方向。

1995年，西门扎团队纯化了一种叫做缺氧诱导因子（HIF）的蛋白质，并证实了HIF-1，是通过红细胞和血管新生介导了机体在低氧条件下的适应性反应。此后他的团队又鉴定出多种HIF-1调节的低氧诱导基因。HIF-1发现的意义在于说明低氧感知是一个非常重要的生物学过程，具有广泛的生物学意义，HIF-1与动物的代谢调节、血管新生、胚胎发育、免疫和肿瘤等都直接相关。

另一位获奖者——美国分子生物学家凯林（Wil-liam Kaelin），原本对基础研究几无兴趣的凯林，只想成为一名临床医生，机缘际会在经历一段时间实验室系统培训后，他开始自己的抑癌基因研究，选择对象是VHL突变相关的肾癌。然后，凯林与同事意外发现，即使正常情况下，VHL突变细胞仍可大量表达低氧诱导基因。而之所以这样，是由于VHL基因突变破坏了HIF-1α在常氧下的降解能力。

凯林的发现，很好解释了肾癌高度血管化的现象，然而一个新问题是，即VHL蛋白在常氧环境下降解HIF-1α的机制。

三位获奖者之一、分子生物学家拉特克利夫发现，肝癌细胞移植入小鼠体内成瘤后，在缺氧区出现大量低氧诱导基因如血管内皮生长因子（VEGF）等，如破坏HIF-1则使低氧诱导基因表达不再升高，并且肿瘤组织生长减缓。

拉特克利夫的研究果一方面证明了低氧信号通路广泛的生物学作用，而且也与凯林肾癌的果产生了密切联系。

“低氧信号通路阐明了机体在不利环境下的适应机制，包括低氧促进红细胞生成增多、耗氧量降低等代偿性效应以减少氧不足造成的机体损伤。”郭晓强对《财经》记者分析。

低氧信号通路的探索，為临床上治疗疾病提供了新思路。以肿瘤为例，肿瘤细胞为形成细胞团，细胞团内部便是缺氧环境，新生的毛细血管可以给肿瘤细胞提供养料，但如果能够阻断HIF的功能，不让毛细血管进入，肿瘤细胞团就会坏死。

目前已经有以VEGF为靶点的单克隆抗体药物问世，如用来治疗肿瘤或眼部疾病的安维汀（Avastin）。

“如果以HIF为靶点，HIF调控下游的所有生长因子都会被抑制。因此HIF的应用范围更广，按道理说疗效应该会更好。”曾经在西门扎团队工作过的王广良博士在接受媒体采访时分析。

以HIF为新靶点将会有更广泛的应用研发，不过，巨大的风险曾经让药企、资本不敢进入。如今诺奖一锤定音，或许为新药的研发投入带来契机。

物理奖，回归“星辰大海”

如果用美国情景喜剧《生活大爆炸》中的人物来描述今年的诺贝尔物理奖，理论物理学家谢耳朵要闹别扭了，因为今年的物理学奖颁给了Raj。Raj是一名天体物理学家。

10月8日，诺贝尔奖委员会宣布，瑞士天文学家米歇尔·梅耶（Michel Mayor）、瑞士天文学家迪迪埃尔·克罗兹（Didier Queloz）因“共同发现了第一颗围绕类太阳恒星运转的系外行星”获奖，将平均分享二分之一的奖金。