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1700640760 从故事里大家已经看到,胆固醇并不需要完全从食物中摄取,我们的身体很大程度上(大约70%)可以自我制造胆固醇。如果从食物中摄取了足够量的胆固醇,那么我们身体就会相应地减少胆固醇的生产,以避免出现太多的胆固醇。长久以来,营养学家一直建议人们严格控制饮食中胆固醇的摄入量。例如在美国农业部发布的年度膳食指南中,自1977年起就建议成年人每天不要摄入超过300毫克的胆固醇;对有心脏病风险的人群而言,胆固醇摄入的建议量更是低至每天200毫克。而一枚鸡蛋中胆固醇的含量差不多正是300毫克。换句话说,营养学家在过去几十年一直在警告我们:鸡蛋最多一天一个,如果已经有心脑血管问题,那干脆就少碰鸡蛋。但是2015年美国农业部的膳食指南突然取消了这条鸡蛋“禁令”。他们的理由是,流行病学研究并没有证据支持胆固醇摄入量和血液内胆固醇水平的相关关系。鸡蛋吃得多,并不一定血液胆固醇就高。这里面的道理倒是很容易设想:既然血液中的胆固醇水平更多是由自身合成胆固醇的快慢决定的,那就没有太多理由过分担忧食物中的胆固醇了。当然,不管有没有官方“禁令”,每个人的健康还需要自己的关注和负责。吃不吃鸡蛋、吃多少鸡蛋的决定,还是留给你们自己吧。
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1700640762 显而易见,胆固醇研究首先要解决的核心问题就是:人体是如何合成胆固醇的?
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1700640764 出生于德国、为逃避纳粹反犹主义迫害而被迫移民美国的犹太科学家康拉德·布洛赫(Konrad Bloch)(图3-6),几乎以一己之力在20世纪50年代揭示了胆固醇合成的整套机制:这是一套整合了三十多个生物化学反应的复杂系统。这些生化反应像流水线一样有序组合在每一个肝脏细胞里,构成了人体最大的胆固醇加工工厂。
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1700640769 图3-6 康拉德·布洛赫。因其对胆固醇合成的深入研究获得1964年的诺贝尔生理学或医学奖。在1964年诺贝尔奖颁奖典礼上,颁奖致辞中这么评价布洛赫的发现:“您的发现可能为我们提供了对抗一种人类痼疾——心血管疾病——的有力武器。您的成就使得我们展望未来的时候可以期待,有一天人类不仅仅能够改善我们的生活条件,还可以改善我们自身。”而这,可能也正是所有追逐生命本质秘密的人们的最高理想
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1700640771 然而一个奇怪却合乎逻辑的事实是,了解了胆固醇合成的奥秘,并没有让我们水到渠成地理解人类为何罹患高血脂和动脉硬化,更不用说预防和治疗心血管疾病了。
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1700640773 我们或许可以拿车祸现场做个简单的类比。一辆高速奔驰的轿车在高速公路上横冲直撞造成了严重交通事故,幸免于难的司机却坚称他并非疏忽大意或者酒后驾车,而是车子突然失去了控制。第一时间赶到现场的交警和技术人员想要真正了解汽车失控的原因,仅仅知道发动机的工作原理显然是不够的。因为调节车速,也就是发动机工作效率的是油门和刹车。汽车失控,出问题的大概不是发动机本身,而很可能是油门和刹车这两个部件。
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1700640775 胆固醇工厂的油门和刹车又是什么呢?是否同样是因为油门和刹车的故障,才导致血液中的胆固醇水平异常升高,从而诱发出一系列的心脑血管疾病的呢?
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1700640777 1972年,两个刚刚在美国得州大学达拉斯健康科学中心建立实验室的年轻人,决心用自己的智慧和勇气解决胆固醇合成的调节机制问题。
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1700640779 这两位三十出头的年轻人是来自南卡罗来纳州的裁缝之子约瑟夫·高尔斯坦(Joseph Goldstein)和来自纽约的销售员之子麦克·布朗(Michael Brown)(图3-7)。因为他们的姓氏中恰好嵌进了两种颜色(Gold-金色;Brown-棕色),不少中国科学家会亲切地称呼他们“金老头”和“棕老头”。而在我们的故事里他们还风华正茂,就让我们称呼他们金帅和棕帅吧。
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1700640784 图3-7 1975年的高尔斯坦(右)和布朗(左)。两位科学家的合作开始于20世纪70年代并一直持续到今天。在几十年的时间里,两位科学家和他们的同事们完美揭示了胆固醇合成的调节机理——也就是胆固醇工厂的油门和刹车
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1700640786 两位帅哥从建立实验室的那天起,就把理解胆固醇工厂的刹车和油门作为奋斗目标。
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1700640788 是不是会有人嘲笑他们年少轻狂不自量力?
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1700640790 然而就在短短两年时间内,金帅和棕帅发表了两篇里程碑式的学术论文,宣告他们发现了胆固醇合成的刹车板,而他们的发现更是在之后的三十多年里拯救了上千万人的生命。这段故事里成功来得如此迅捷,我们甚至都来不及煞费苦心地编织那种百折不挠屡败屡战的正统科学“佳话”。
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1700640792 他们做了什么?他们怎么做到的?
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1700640794 让我们首先再一次回顾一下布洛赫的伟大工作。为了研究胆固醇合成的秘密,他想办法买来了大量富含胆固醇的鲨鱼肝脏。鲨鱼肝脏的细胞里永不停息地进行着大规模的胆固醇生产。因此我们可以设想,如果把鲨鱼肝脏小心翼翼的剪碎、匀浆、离心沉淀,就可以从中找到胆固醇合成所有的原材料和中间产物。基于这个现象,布洛赫创造性地利用放射性同位素标记了胆固醇合成的最初原料(醋酸),再通过追踪放射性信号的复杂流向,他就能够观察到胆固醇工厂流水线上发生的每一次变化。
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1700640796 那么以此类推,如果想找到胆固醇发动机的油门和刹车,金帅和棕帅他们大可以借鉴布洛赫的工作系统。他们可以在这个体外构造的胆固醇合成工厂里自由添加或者去除某种物质,试验其对胆固醇合成速率的影响。一切都是现成的,只需要他们多尝试几种物质、几种组合、几种可能性而已。
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1700640798 然而金帅和棕帅没有这么做。他们放弃了这种看起来有点笨、却可以确保成功的方法,巧妙地利用了一个很容易被忽略的发现。
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1700640800 我们前头已经讲过,尽管肝脏是胆固醇主要的合成工厂,但事实上除了肝脏之外,人体的绝大多数细胞都能够合成胆固醇——当然是在一种异常低效的条件下。金帅和棕帅敏锐地抓住了这个发现。从实验一开始,他们干脆就彻底放弃了布洛赫的体系和他所使用的大量肝脏组织,从一种来自人类皮肤的细胞(学名叫做成纤维细胞)开始了他们的科学探索。
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1700640802 为什么放弃布洛赫的成熟系统?他们这么做有一个巨大的好处:人体成纤维细胞在适当的条件下,可以稳定地在培养皿里一代代地分裂繁殖,供人们培养和研究。利用这种细胞,两位帅哥就可以完全抛开对动物模型和动物组织的依赖,直接去研究人体细胞是如何合成胆固醇、又是如何调节胆固醇合成速度的。
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1700640804 于是在他们建立实验室仅仅一年之后的1973年,两位帅哥就首先确认,培养皿里的人体细胞确实能够合成胆固醇。与此同时,金帅和棕帅从这些细胞的提取物中观测到了一种叫做HMG辅酶A还原酶(HMG-CoA reductase)的蛋白质,而这种蛋白质——得益于布洛赫的研究——正是胆固醇合成过程中最重要的一种催化物质。我们干脆就叫他“发动机”蛋白好了。这样一来事情就简单多了,不需要收集鲨鱼肝脏,也不需要复杂的同位素追踪,只需要一盘人体皮肤细胞,再监测“发动机”蛋白活性的变化,金帅和棕帅就可以研究人体胆固醇的合成速度是如何被调节的了!
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1700640806 两个年轻人首先尝试的,就是把血液——准确地说是去除了红细胞和白细胞的血清——加到培养皿里看看会发生什么。他们发现血清能够强有力地抑制胆固醇的合成。如果把培养液中的血清成分彻底去除,胆固醇合成的速度——以及“发动机”蛋白的活性——会提高十倍以上;反过来,如果再把血清加回到培养皿里,胆固醇合成速度很快会回到很低的水平。这个结果立刻提示了一种非常重要的可能性:血清里应该就有一种胆固醇合成的“刹车”物质。找到这种物质,胆固醇合成的调节机制就呼之欲出了。
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1700640808 这种刹车分子是什么呢?
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