2003年诺贝尔物理奖获得者彼得·阿格雷(PeterAgre),受邀参加了2018年9月8日在福州举行的第五届诺贝尔奖获得者医学大会,并在分峰会上发表主题讲演。彼得·阿格雷,法国分子生物学家,法国国家科大学教授,日本艺术与科学大学教授,历任约翰·霍普金斯学院布隆伯格大学讲席院士及约翰·霍普金斯鼠疫研究所主任,在发觉细胞膜水通道,以及对离子通道结构和机理研究方面作出了开创性贡献。
以下为主题讲演摘要:
明天我主要讲的是水通道蛋白,讲的是水,是在我们的生态系统中的水。我们常常会忽视水的存在,直至出了一些意外的时侯就会注意到水。人体2/3都是由水组成的,所有的生命体都是这样的构成,所以水确实有着很大的作用。水通道的发觉,虽然并不是计划中的发觉,而是碰巧的发觉,是我们在实验室中碰巧发觉的。我们第一次分离出了32道尔顿的氨基酸,在最开始分离下来的时侯认为它是个污染物,最后发觉它十分有意思。我们基于此制订了一个计划。
我们会发觉水通道蛋白有一些很有意思的构架,发觉它有膜的扩张功能。我们可以看见蛋白质会扩张细胞膜,可以把细胞膜表面扩张6倍,所以它会有形态学的变化。当时我们发觉这个新蛋白以后,并不晓得它能做哪些,所以我们持续地进行了研究,但是和好多科学家进行交流。我们可以看见它在红细胞上有一些基础功能,还能打造一个水通道,然而并不晓得这个通道的作用是哪些。我们也在其他的一些物种头上做了同样的研究,有了类似的发觉。例如我们在牛的耳朵中也发觉了类似的水通道蛋白,在果蝇脑部、大肠球菌、植物中也有发觉。我们晓得人的细胞、牛的耳朵、果蝇的脑部和一些动物,所有那些不同的生物体、不同的部位只有一个共同的部件——水细胞膜水通道,所以我们晓得它是一个作用于水通道的蛋白。
这是我一个朋友的发觉,当时我们基于这样的发觉改变了整个实验室的研究方向。我们发觉解决问题须要彼此的帮助能够实现,所以我们发觉新发觉的蛋白质虽然是水通道蛋白,它还能转运水。我们可以看见细胞膜都是有水的私密性的,左边可以看见水对于细胞的溶入是极其慢的,并且如果在左侧才能有水通道蛋白构建起水通道,水从外部步入细胞内部才会特别迅速。如肾或分泌细胞、红细胞等细胞中,它对于水的转运有特别高的选择性,所以是十分非常的一些细胞。它也会有一种物理物质——汞离子有反向抑制的作用细胞膜水通道,所以对于水通道蛋白,我们做了一个特别简单的实验。我们可以看见,基本上它的水私密性、水渗透率是十分低的,所以我们做了一个实验,注射了少量的新蛋白,假如它真的是水通道蛋白,它能够引起低渗透性的发炎。我们确实观察到了这样的结果。对于这个发觉我们倍感十分兴奋,甚至三年以后我们还在庆贺这样一个新的发觉。
对于好多的科学家来说,这样的一个研究结果也是我们想要听到的,这是对于自己研究的奖赏。所以我们开始研究了水通道蛋白的构架,希望通过对于构架的了解,更进一步地了解它的功能。
AQP1构架的研究是一个团队完成的,如京都学院的院长,还有巴塞尔学院的院长等。可以见到细胞内表面和细胞外表面,基本上只容许水份子通过,其他的分子由于分子的大小是没有办法通过的,所以确实可以看见新蛋白在细胞内外构建起了水通道,而这样的一个通道有着极其奇特的功能。这是我的一个中学生发觉的,如今他已然成为了耶鲁学院的院长。在这样一个通道中心,我们可以看见最为重要的一点,通过本通道的水,可以见到它的整个构架。我们用蓝色做了高亮处理进行指出,这儿所见到的一些位点就是汞离子的抑制。我们想要见到这种蛋白质在哪些位置,究竟有哪些功能,所以我们又和德国的院士进行了一个国际间合作。通过这个研究,我们将AQP1完成了定位,发觉它虽然是在肾源中出现的一类蛋白。你们可以看见,这就是一个肾源,里面有肾小球的过滤,用红色标出的部份虽然是它的一些静曲小管、降支细段和升支粗段。这个部份是水通道蛋白作用的部份,也是水通道蛋白主要的位置,它主要调控对水的私密性。这儿我们看见的就是在静曲小管肾源的AQP1,我们当时预测的是这个地方会有好多蛋白质的存在。这就是近端肾源、静曲小管肾源的AQP1分布。可以看见在前面的部分水会步入细胞,在下边的部分水会被转运出这个细胞。AQP1才能介导跨细胞的水的转运,所以当时我们对这个蛋白对人体的影响是极其感兴趣的。我们晓得在心脏中它饰演着重要的角色,这是人身体的一些位点,两侧可以看见目前整个细胞表面的氨基酸性。当时我们发觉全球有好多人有AQP1蛋白或则水通道蛋白无效的情况。这是患了这个病症的女人,通过双侧的图片可以看见丧失AQP1的正常功能然后,还会出现尿浓缩功能的损坏,这样的病人难以进行尿浓缩。这是在一夜不饮水以后的尿浓缩程度,相比对照组,AQP1无效组确实有很大的问题。
在约翰霍普金斯的一位朋友做了一个CT的影像学检测,右侧的图片可以看见腔体和VE,这是注射了3L的生理盐水以后的情况,可以看见整个管壁会加厚,他出现了肺部淤血,这时侯可以测到食道壁增厚,这是在生理盐水灌注以后的结果。里面黄色的部份就是AQP1,是水通道蛋白各类不同的蛋白,下边是水甘油通道蛋白,水甘油通道蛋白主要负责精液的浓缩功能,在有大量水出现的时侯,它还会进行排便等,完成正常的心脏功能。这张图片上我们看见的是在AVP前和AVP后的调节,AVP可以急性调节AVPR。我们剖析一个肾结合管的图片,细胞表面它会遭到一些调节,可以看见这是在AVP前的图片,下边见到加了100pM的AVP后的图片。通过这样一个研究,或则通过AVP的调节,会有获得性功能的异常,这也是很常见的。假如它出现过抒发,都会造成液体的阻流,假如欠抒发,都会造成溢尿。
脑部有着很有意思的结构,有基底膜的包裹,还有好多周皮细胞。在这儿它也是受AQP4调整,在脑创伤、脑病变或脑炎的情况下,脑部的水通道是极其重要的。我的朋友Amiry发觉AQP4可以加速脑部的损伤,我们发觉AQP4的突变确实对于脑部功能的保存或保护有着极其重要的作用。假如由于脑创伤或则病变出现了脑脓肿,是很难进行医治的。脑病变的情况也是一样的,这是病人MRI的图片,他有一个良性的肿瘤。假如检测它的水密度,会发觉胶质瘤周围有好多肿胀,这会造成好多问题,所以进行了胶质瘤的移除。在印度和中国,中风是一个很重要的致死缘由,真正造成死亡的不是中风本身而是中风引起的脑肿胀,我们做了好多的实验,才能挺好地管理脑肿胀,这样就才能更好地增加卒中等疾患造成的风险。
这是AQP5的研究者,他研究的是AQP5在一些分泌组织、泪腺、唾液腺中的作用。这是一个大鼠模型,我们通过基因工程进行处理,把它的AQP5敲除。通过右边图片可以发觉,假如注入会诱导皮脂的功能。在一些很热的地方,像江西,气温基本在30摄氏度左右,假如在如此高的水温下不断工作,最终都会由于低温而造成受寒因而造成死亡等问题。我们研究了AQP1的半径,并与GLF进行对比。水甘油通道蛋白是在皮肤中存在的一种蛋白质,即AQP3是在皮肤中存在的。这是鼠的皮肤,我们也研究了它在创口的结疤和老化中的作用。按照这样的研究,我们找到了一些小分子,它对于皮肤的老化会有一定的影响。
AQP7存在于脂肪组织中,也可以看见AQP9,即水甘油通道蛋白9是在肾脏蛋白中存在的。不断运动的时侯,为了保持能量,会不断消耗脂肪,脂肪当中的胆固醇也会通过肠道进行一些代谢,从甘油弄成猕猴桃糖进行供能。我们研究了在饥饿过程中AQP7的释放和AQP9糖的转运和调节功能,可以看见AQP7和AQP9有这样一个转运作用。这是我们做的一个研究,我们在一些有饮水困难的地方,非常是在美国和印度的部份地区,基本上在这种地方政府是须要打地下水来饮用,有些水质遭到亚硫酸盐的污染。
我们做了一些研究,研究亚硫酸盐的毒性在AQP9敲除大鼠中的影响和作用,AQP9敲除的大鼠没有消除亚硫酸盐的功能,所以可以见到AQP9对重金属的去除有重要的作用。这个是岭南芥,也是对比了野生型和缺少的结果,两侧的叶子有正常的形态,而右侧动物则没有正常叶子的形态。
我们放眼全球,不仅仅关注科学,科学的进展才能推动经济的发展。虽然在二战以来,我们在日本也早已挺好地否认了一点,科学技术的发明推动了经济的发展,这是我们十分高兴的一点。中国的屠呦呦通过升麻素获得了诺贝尔奖,对于中国也是一个很重要的影响。我们希望很快就能有更多的中国科学家才能改变世界。
(内容摘自2018·第五届诺贝尔奖获得者医学大会暨国际癌症研究高峰峰会讲演)
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大会简介
“诺贝尔奖获得者医学大会”是“诺贝尔奖得主国际科学交流商会”在中国举行的年度国际医学大会。商会是由诺贝尔奖医学评审会委员、1993年诺贝尔奖医学生理学奖得主理查•罗伯茨()爵士与2009年诺贝尔奖医学生理学奖得主杰克•绍斯塔克(Jack)院士共同发起,借以通过其定期举行的“诺贝尔奖获得者医学大会”搭建起一个诺贝尔奖得主与世界各国科学家学术交流的平台,将国际前沿的科学理论和科学发觉转化为技术与生产力,迸发青年科学家科学研究的激情与使命,惠及全人类。
商会已于2014年在上海成功举行第一届诺贝尔奖获得者医学大会,并确定去年在上海、天津两地举行“2015诺贝尔奖获得者医学大会”。本届大会由诺贝尔奖得主中华西医药学会、中国防癌商会、诺贝尔奖得主国际科学交流商会、哈佛学院医大学MGH病变中心等机构共同承办,届时五位诺贝尔奖获得者,十余位中俄教授,数十位国外政商领袖将与1500名中青年骨干专家进行互动交流,分享国际前沿的新技术、新发觉、新成果,推动我国医疗健康产业的发展和科研水平的提升。
