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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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1983年,他们的学生大卫·罗素(David Russell)成功克隆出低密度脂蛋白受体的基因序列。罗素是美国科学院院士,目前仍在达拉斯西南医学中心从事研究工作。
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1985年,他们的学生托马斯·苏道夫(Thomas Sudhof)成功鉴定出低密度脂蛋白的基因组序列,并开始尝试理解这个蛋白本身是如何被调控的。苏道夫现任教于斯坦福大学,是美国科学院院士。他因为对神经元突触囊泡释放的研究获得2013年诺贝尔生理学或医学奖。
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1985—1989年,他们的学生海伦·霍布斯(Helen Hobbs)利用分子生物学和人类遗传学手段,证明约翰·戴斯普塔所患的家族性高胆固醇血症,正是因为体内低密度脂蛋白受体基因上存在着大量遗传突变。她的工作将困扰小约翰的疾病还原到了基因和分子水平。霍布斯目前仍在达拉斯任教,是美国科学院院士。
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1993—1994年,他们的学生王晓东发现了一种名为胆固醇调节元件结合蛋白(Sterol regulatory element-binding protein, SREBP)的蛋白质,这种分子能够调节低密度脂蛋白受体的合成。SREBP蛋白的发现进一步完善了胆固醇合成的刹车机制。王晓东已经回到中国,建立了著名的北京生命科学研究所。他同时是美国科学院院士和中国科学院外籍院士。
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时光匆匆而过。
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今天,我们仍然可以在达拉斯西南医学中心的实验楼里,找到两位科学家的联合实验室。实验室里杂乱无章的瓶瓶罐罐,实验室外走过的穿着白大褂的年轻人,似乎也和几十年前别无二致。
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而他们实验室外的长廊上,密密麻麻的线条勾勒着胆固醇合成和调节的复杂机制,像历史画卷一般展示着这群科学家向着人类知识前沿的不懈挑战。他们在时光的背影里留下一个又一个伟大的发现,使得现在的我们可以骄傲地宣称,胆固醇和围绕着它的几乎全部奥秘,已经被完整、详细地描绘了出来。
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是这样一群人,用自己的青春、智慧和坚持,把隐藏在我们身体里、由造物主在亿万年中精雕细琢而成的秘密呈现给我们,赚足我们的惊叹和崇拜。而这些秘密,也已经在每一天的生活中,帮助我们塑造更好的自己。
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