“新的发现使生命更美好”

有人说，2017诺贝尔生理学或医学奖颁布了,总结起来就四个字：不要熬夜！

百余年来，诺贝尔生理学或医学奖表彰的每个重大发现，都为人类抵抗致命疾病提供了新的手段，每年拯救了数以亿计患者的生命。诺贝尔生理学或医学奖对于世界来说，被认为是“一个很伟大的奖项”。

北京时间10月2日，2017年诺贝尔诺贝尔生理学或医学奖揭晓，获奖者分别是三位美国科学家杰弗里·霍尔(Jeffrey C.Hall)、迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash)和迈克尔·扬(Michael W. Young)，以表彰他们“发现控制生理节律的分子机制”。

杰弗里·霍尔（Jeffrey C. Hall）

生理学或医学奖是根据已故的瑞典化学家诺贝尔的遗嘱而设立的，目的在于表彰“在生理学或医学界做出卓越发现者”。诺贝尔生理学或医学奖评审委员会称，三位科学家识别出控制日常生理节律的基因，“我们得以一窥生物钟，并阐明了它的内部运转方式”。生理学或医学奖奖章图案是手拿一本打开的书的医学之神，她正在从岩石间收集泉水，为生病的少女解渴。奖章上刻有一句拉丁文，意为“新的发现使生命更美好”。

正如奖章所言，长期以来，诺贝尔生理学或医学奖所获成果，为人类的健康作出了突出贡献。

“一个很伟大的奖项”

在诺贝尔百余年的历史中，该奖项于1901年首次颁发，至今已颁发107次，获奖者共有211人。距今最近的一次是2016年，日本分子细胞生物学家大隅良典因“发现细胞自噬的机制”获奖。

迈克尔·罗斯巴什（Michael Rosbash）

上世纪60年代，研究人员首先发现细胞自噬现象，他们观察到细胞内有“自己吃自己”的现象，即细胞自身分解并循环利用自身组成物质。所谓自噬作用，是指细胞在应对短暂的生存压力时，可通过降解自身非必需成分来提供营养和能量，从而维持生命。相应地，自噬作用也可能降解潜在的毒性蛋白来阻止细胞损伤，或是阻止细胞的凋亡进程。然而，自噬并不总是良性反应，它更像是在走投无路时进行的一场豪赌。

研究发现，受到干扰的自噬过程与多种病症有关联，包括帕金森病、糖尿病和癌症。虽然在显微镜下观察到了自噬现象，但它的分子机理一直是个谜。直到上世纪90年代，大隅良典通过一系列巧妙地试验，在酵母中阐明了自噬机理，发现了对自噬至关重要的基因，揭示了自噬的基本机理及其生理意义。

近年来，科学家发现，细胞自噬作用与生物发育以及许多人类疾病，如衰老、肿瘤、感染与免疫、心血管疾病、肌肉病变及神经退化性疾病等密切相关。研究细胞自噬的启动机制，这对预防和治疗由细胞自噬引发的癌症及神经类疾病有重要意义。卡罗琳医学院评价说，大隅良典的研究“给出了了解细胞物质如何循环利用的新模式”。“自噬基因突变能引发疾病，自噬过程关联多种病症，包括癌症和神经学疾病。”这一发现极大的推动了科学进步。借助大隅等人研究成果，人类正在积极研制治疗相应疾病的药物。

2015年，凭借在“中药和中西药结合研究提出了青蒿素和双氢青蒿素的疗法”，药学家屠呦呦成为第一位摘得该奖的中国科学家，这也使得这一奖项更为中国人所熟知。屠呦呦的这一伟大发现，被誉为“拯救了地球上2亿人口”。

由寄生虫引起的疾病困扰了人类几千年，对全人类的健康构成严峻威胁。在诺贝尔奖的官方颁奖词中写道：“屠呦呦等人所做的工作改变了全世界数以亿计人们的命运。”疟疾是一种主要由蚊虫传播的疾病，每年全球有超过45万人因感染疟疾而死亡，另外还有数十亿人受到这种疾病的威胁。在此之前，人类对抗并根除疟疾的努力遭受了失败——原有的药物针对疟疾的治疗效果不断降低，疟疾的发病率重新呈现上升势头。

上世纪1960年代，屠呦呦教授从北京医学院药学系毕业，她希望能够从中国传统的中医药中找到治疗疟疾的突破口。经历一系列波折和巨大的努力之后，她的研究团队注意到一种名为黄花蒿的植物中含有的一种成分可能具有抗疟潜力并致力于相关研究工作。屠呦呦的团队从这种植物中提取到一种后来被称作“青蒿素”的物质，这种物质对疟原虫具有强烈杀灭作用。诺贝尔奖评审委员会委员扬·安德森评价说，得益于屠呦呦的研究，过去10年全球疟疾死亡率下降了50%，感染率降低了40%。

迈克尔·W·扬（Michael W. Young）

2014年，英国科学家约翰·奥基夫和挪威两位科学家爱德华·莫索尔和梅·布莱特·莫索尔因“发现构成大脑定位系统的细胞”获奖。2013年，美国科学家詹姆斯·E·罗斯曼和兰迪-W·谢克曼，以及德国科学家托马斯-C·苏德霍夫因“在细胞内运输系统领域的新发现，三人发现了细胞囊泡交通的运行与调节机制”获奖。2012年，英国科学家约翰·格登爵士和日本科学家山中伸弥因“发现成熟细胞可被重写成多功能细胞”获奖。2011年，美国科学家布鲁斯·巴特勒和法国科学家朱尔斯·霍尔曼因“他们对于先天免疫机制激活的发现”获得诺贝尔生理或医学奖。2010年的诺贝尔生理学或医学奖，授予被誉为“试管婴儿之父”的英国科学家罗伯特·爱德华兹，他让治疗不育症成为可能，“全球超过10%的夫妇因此获益”。

百余年来，诺贝尔生理学或医学奖表彰的每个重大发现，都为人类抵抗致命疾病提供了新的手段，每年拯救了数以亿计患者的生命。诺贝尔生理学或医学奖对于世界来说，被认为是“一个很伟大的奖项”。的确如颁奖词所言，它所研究出来的东西，很多为人类的生命健康作出了卓越贡献。

探索“生物节律”的奥秘

什么是“生物节律”？“生物节律”是指以24小时为单位表现出来的机体活动一贯性、规律性的变化模式。在生命起源的进化过程中，太阳系中的生物体构成的24小时生命节律，是一种与环境达到最佳平衡的适应机制。在生命过程中，从分子、细胞到机体、群体各个层次上都有明显的时间周期现象，其周期从几秒、几天直到几月、几年。

在日常生活中，几乎每个人都有这么一种感觉：有时体力充沛，情绪饱满，精神焕发；而有时却又感到浑身疲乏，情绪低落，精神萎靡。迥然不同的两种情况是怎么在同一个人身上发生的呢？科学家们经过长期研究表明：对人的自我感觉影响最大的三个因素是——体力、情绪和智力，而且体力、情绪和智力的变化是有规律的，一个人从出生之日起，到离开世界为止，这个规律自始至终不会有丝毫变化，不受任何后天影响，这个规律就是人的“生物节律”。

“生物节律”分以下几种：日节律：以24小时为周期的节律,通称 昼夜节律，如细胞分裂、高等动植物组织中多种成分的浓度、活性的24小时周期涨落、光合作用速率变化等。潮汐节律：生活在沿海潮线附近的动植物,其活动规律与潮汐时相一致。月节律：约29.5天为一期,主要反映在动物动情和生殖周期上。年节律：动物的冬眠、夏蛰、洄游,植物的发芽、开花、结实等现象均有明显的年周期节律。除天体物理因子外, 光线、温度、喂食、药物等因素在一定程度上可起调时作用。此外,还有一些生物节律不受外界影响,正常成人心搏每分钟70次,酶合成和酶活性的振荡周期为1到几十分钟,神经电位发放频率则可达101～102赫。广泛存在的节律使生物能更好地适应外界环境。

2017年诺贝尔生理学或医学奖授予三位研究“控制昼夜节律的分子机制”的科学家Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash 和Michael W. Young。简单说来，他们研究的就是我们平常所说的“生物钟”！一般情况下，人们把生物体内激发生物节律并使之稳定维持的内部定时机制称为生物钟。生物节律、生物时钟、生物周期等有一个相似或相同的涵义，即生物甚至自然万物的行为都按一定的周期和规律在运行。春去秋来，潮涨潮落；花开花谢，夜去昼来；日出而作，日落而息……所有这些，都是自然和生物的节律。

20世纪初，研究人员开始研究人的“生物节律”或生物周期。德国柏林的医生威廉·弗里斯和奥地利维也纳的心理学家赫乐曼斯·沃博达宣称，人的体力存在着一个从出生之日起以23天为一周期的“体力盛衰周期”；人的情感和精神状况也存在着一个从出生之日起以28天为一周期的“情绪波动周期”。20年后，奥地利的阿尔弗雷德·特尔切尔教授也声称发现了人的智力存在着一个从出生之日起以33天为一个周期的“智力强弱周期”。后来人们称这三人的发现为“人体生物三节律”，即PSI周期(Physical、Sensitive和Intellectual的缩写)。不过，这一人体生物三节律在后来并没有得到更多的生物学内部机理的证明，也并不为人们广泛认同。

探索的分水岭出现在1971年。美国加州理工学院的本泽和他的学生科罗普卡以果蝇为模型，研究和寻找可以控制果蝇昼夜节律的基因。他们发现，果蝇体内有一个基因产生不同突变后，会致使果蝇本来按部就班的生活规律变得混乱不堪，导致果蝇昼夜节律的周期要么变短，要么变长，甚至让其昼夜节律完全消失，成为一个夜游神。后来，这个基因被命名为周期(Period)基因，简称Per基因。

1984年，在美国波士顿布兰迪斯大学的杰弗里·霍尔和迈克尔·罗斯巴什团队，以及来自洛克菲勒大学的迈克尔·扬团队，各自独立地从果蝇体内克隆出了Per基因，并且把这个基因编码产生的蛋白称为Per蛋白。他们发现，在夜晚Per蛋白会在果蝇体内积累，到了白天又会被分解。由此，Per蛋白会在不同时段有不同的浓度，以24小时为周期增加和减少，与昼夜节律惊人地一致。

自此，科学家们开始逐步揭开昼夜节律的神秘面纱。霍尔和罗斯巴什的团队随后发现per基因的表达产物是一种转录抑制因子，通过抑制自身的表达而产生周期约24小时的表达节律。而迈克尔·扬的实验室则对7000多个果蝇突变株进行分析，在1994年发现了另一个核心生物钟基因Timeless（tim）。Tim基因可以编码Tim蛋白，后者可以与Per基因产生的Per蛋白相互结合，共同起作用，形成生物节律。

后来，迈克尔·扬发现了又一个生物节律基因，称为DBT基因，这个基因编码DBT蛋白。此后，霍尔、罗斯巴什与杨进行合作，获得了更多关于生物钟分子调节机制的关键信息。

三位科学家窥探到了生物钟的秘密

“很多年来，我们一直知道所有的生命体，包括人类在内，都有一个内部的生物钟，来让他们适应昼夜变换，并找到生命的节奏。但这个生物钟到底是如何工作的？”按诺贝尔官方新闻所述，获奖三位科学家的工作窥探了生物钟的秘密，并解释了其工作原理。

美国俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心神经科学系的教授和系主任兰迪·纳尔逊博士指出，“如果你认为身体里的所有分子、细胞和生理过程像管弦乐队那样运转时，那么生物钟就相当于是首席指挥家，它能确保睡眠、激素分泌、代谢、体温和免疫系统按部就班地工作。”正是由于在“生物节律的分子机制方面的发现”，2017年度的诺贝尔生理学或医学奖颁发给美国遗传学家杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·扬。这种分子机制有助于解释诸如为什么人们跨越多个时区长途旅行所出现的时差反应，并且对健康有着更广泛的影响，例如：增加某些疾病的风险。瑞典卡罗琳斯卡学院发表声明称，这三位科学家的发现将帮助解释为什么植物、动物和人类可以调整其生物节律，从而与地球的变化保持同步。

三位获奖者的工作正是在这方面有了深入的发现。颁奖声明指出，生物时钟调节身体重要功能，例如：行为、激素水平、睡眠、体温和新陈代谢等。他们的研究成果解释了植物、动物以及人类是如何适应这种生物节律，并同时与地球的自转保持同步。人们过去知道，包括人类在内的许多生物都有内在的生物钟，但其中原理却长期不清楚。“这些科学家发现了地球生命节律的分子机制，解释了生命包括人类的内部生物钟究竟如何工作，以预测和适应正常的生物节奏，使之与地球律动（每24小时一个周期的昼夜节律）保持同步。” 

三位科学家的发现，对于生活在高节奏和生活压力大的环境下的人们具有十分重要的指导意义。“工业化发展改变社会环境。长时间灯光照射、熬夜、借咖啡提神……现代人的很多行为与体内固有节律背道而驰。因忙碌偶尔打乱生物钟，不会立刻发病，也最容易被忽略。但长久下去会造成生物钟失调，对人体健康有严重损害，如失眠、免疫力下降、肿瘤易感性增加、诱发阿尔茨海默症等脑部疾病，甚至与不孕不育也有关系。”苏州大学生物钟研究中心主任王晗在生命节律方面有着独到的见解，2013年其研究团队已找到生物钟基因紊乱与男性生殖障碍相关的直接证据。“生物钟研究将给患者提供更精准的治疗方案，提示医疗操作进行改变，比如调整检查或用药时间，以获得更佳疗效。”王晗介绍，某些疾病，如心脏病、哮喘等，患者在晚上的相关生理指标更明显，在这一时间段进行监测检查结果更精确。

“从人类、动物、植物到细菌，几乎所有生物体都有生物钟，它影响着血压、血糖、睡眠、新陈代谢等各种生理过程和行为方式。更重要的是，生物钟控制着10%～43%的基因表达。”中国细胞生物学会生物节律分会会长、苏州大学特聘教授徐璎指出。偶尔偏离24小时后，规律睡眠和饮食，生物钟也自身具备重设的能力。徐璎还指出，在航天事业中，宇航员脱离了由于地球24小时昼夜自转，如何在地球以外的星际空间调整自己的生物钟，也是未来的研究课题。

一般大脑需要1周，肝脏、肠胃需要两周。“生物钟一旦紊乱了想恢复，大脑需要1周、肝脏肠胃则需要两周。不仅如此，多动症、抑郁症、代谢性疾病、生殖健康都与生物节律有关。”

生活美好，生命健康,是人类永恒的话题。有人说，一个身体健康的乞丐要比疾病缠身的国王幸福得多。自古及今，在探索人类健康的奥秘的慢慢长途上，人类一直在做着不懈的努力。从青霉素、青蒿素、磺胺、胰岛素，到如今的“生物钟”，医学或生理学领域的每一次重大发现，都不同程度地为人类生活的更加美好和生命更加健康做出了重大贡献。