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在常规的细胞培养条件下,患者细胞的胆固醇合成速度要远快于正常人的细胞,这也不奇怪,这些患者体内的胆固醇水平确实要高于常人。
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而如果这时候去除细胞培养液中的血清成分呢?两位帅哥之前已经知道,这样操作等于去除了胆固醇合成的“刹车”,正常人细胞就会加快胆固醇的合成。而有意思的事情出现了:患者细胞的胆固醇合成速度保持了之前的水平。换句话说,一旦去除刹车,正常人和患者的细胞差不多在按照同样的高速度合成胆固醇,两者之间的差别消失了!
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有刹车的时候,患者细胞比正常细胞合成胆固醇的速度快很多;
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没刹车的时候,正常细胞合成速度大幅度提高,两者的差别不见了。
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只剩下一个显而易见的结论了:患者细胞失去了感知“刹车”的能力。
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家族性高胆固醇血症之所以发生,是因为某种未知的遗传突变,使得这些患者的细胞没有能力“感受”到血液中的“刹车”分子,因此会源源不断合成胆固醇。
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两位帅哥之前的工作已经证明,血液中的胆固醇——或者更准确地说,是装载胆固醇的低密度脂蛋白——就是胆固醇合成的刹车分子。
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那么,人体细胞又到底是怎样“感受”到“刹车”分子的呢?
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一个简单并且合乎逻辑的可能性是,低密度脂蛋白也许可以装载着胆固醇直接穿过细胞膜进入人体细胞,提高了细胞内胆固醇的浓度,进而影响胆固醇合成的速度。
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但是这个解释很快被证明是错误的。两位科学家发现,薄薄的细胞膜对于胆固醇分子来说就像是铜墙铁壁,根本无法自由地穿过。这说明胆固醇进入人体细胞一定需要通过某种特别的生物学机制。比如,它可能需要打开并穿过某种细胞膜上的“管道”或“大门”才能进入细胞。
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为了更详细地追踪低密度脂蛋白分子到底是如何与人体细胞发生作用的,金帅哥和棕帅哥用放射性同位素标记了低密度脂蛋白,这样他们就可以利用放射性信号来大致追踪低密度脂蛋白的去向了。
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他们首先发现,低密度脂蛋白可以与细胞牢牢地结合在一起,从而把放射性信号留在人体细胞的表面。而如果同时加入大量没有放射性的低密度脂蛋白,细胞表面的放射性信号会大大减弱乃至几乎消失。这个实验结果是很好理解的:同时加入的低密度脂蛋白分子,无论是否有放射性,都可以结合在细胞表面。那么当非放射性脂蛋白的数量大大超过放射性脂蛋白的时候,后者就会被淹没在前者的汪洋大海里,从而失去与细胞表面结合的机会。
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但是接下来的实验就开始变得有趣了。两位科学家发现,如果两种脂蛋白不是同时加入,而是有先有后的话,结果就不同了。如果先加入放射性的脂蛋白,经过一段时间之后再加入非放射性的脂蛋白,细胞膜上的放射性信号就不会减弱乃至消失,而是会持续地、长时间地存在。
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仅仅是细微地改变一下时间顺序,为什么会出现这么大的差别?
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大家可能也不难猜到,他们的实验结果清晰地指向了几乎是唯一符合逻辑的解释。
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先加入的、带有放射性的低密度脂蛋白分子,应该是通过某种机制被“搬运”到细胞内了!这样它们就避免了与后来加入的大量脂蛋白分子产生竞争,从而可以持续产生放射性信号。而这也是1974年,两位科学家在第二篇重要论文中的猜测。(图3-9)
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图3-9 低密度脂蛋白进入细胞的示意图。低密度脂蛋白首先结合到细胞表面,或者更准确地说,是结合到细胞表面的一种特定的蛋白质——低密度脂蛋白受体上。在两者结合之后,细胞膜向内折叠和融合,将低密度脂蛋白分子整个吞到了细胞内。这个过程也被称为“内吞”
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装载着胆固醇的低密度脂蛋白结合到细胞表面,再利用某种未知机制进入细胞,从而在细胞内抑制胆固醇合成。
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当我们回头重新审视40年前的实验数据,胆固醇合成的刹车系统已经被完整和清晰地勾画出来。
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在此之后,这对建立实验室仅仅三年的黄金搭档开始招兵买马,他们不再是“两个人在战斗”了。
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接下来的历史就又好像快进了一样:
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1976年,两位科学家利用约翰·戴斯普塔的细胞,证明低密度脂蛋白确实可以与细胞表面结合,并被细胞“吞噬”。而小约翰的细胞却失去了结合并吞噬低密度脂蛋白的能力。刹车分子不能进入细胞,胆固醇刹车系统失灵,从而导致了严重的高胆固醇血症。
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1978年,两位帅哥与日本科学家远藤章合作,证明了远藤刚刚发现的一种化学物质确实能够有效抑制HMG辅酶A还原酶——胆固醇“发动机”蛋白的活性,从而为这种物质进入临床应用打开了大门。这类后来被命名为“他汀”(statin)的化合物家族成为整个人类历史上最畅销的药物分子。
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1979—1982年,他们的学生沃尔夫冈·施耐德(Wolfgang Schneider)成功地分离并纯化出了人体细胞表面、专一结合低密度脂蛋白的物质——低密度脂蛋白受体。这正是两位帅哥的模型里的重要缺环。脂蛋白正是通过结合在细胞表面的低密度脂蛋白受体才得以进入细胞的。
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