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本庶佑-诺奖得主教你做科研

整理·撰文 | 定一

编辑 | 耿爽

转载和整理自: http://zhishifenzi.com/search?keywords=%E6%9C%AC%E5%BA%B6

2018年12月10日,在瑞典首都斯德哥尔摩,本庶佑(Tasuku Honjo)身着和服,从瑞典国王卡尔十六世·古斯塔夫手中接过诺贝尔奖的奖牌和证书。他因在癌症免疫治疗领域开创性的发现,获得2018年诺贝尔生理或医学奖。

一、盯住大问题(stick to the big question)

少年时代便已崭露头角的本庶佑,修完博士课程后来到美国,在位于华盛顿的卡内基研究所唐纳尔·布朗(Donald Brown)实验室继续深造。

布朗教授打开了本庶佑在免疫学方面的眼界,激发了他对免疫学的极大兴趣。同时,他在治学态度和方法上有两点对本庶佑产生了重要的影响。

  • 第一点是“绝不放弃”;
  • 第二点是必须要能够问出“大问题(big question)”。

本庶佑后来回忆说:

通常在我们提出大问题后,会引出许多小问题。有些人会走进这些小路上而出不来,把原来提出的大问题给忘记了。布朗教授提醒我,要盯住你主要的大问题。

通常在我们提出大问题后,会引出许多小问题。有些人会走进这些小路上而出不来,把原来提出的大问题给忘记了。布朗教授提醒我,要盯住你主要的大问题。

通常在我们提出大问题后,会引出许多小问题。有些人会走进这些小路上而出不来,把原来提出的大问题给忘记了。布朗教授提醒我,要盯住你主要的大问题。

重要的事情说三遍!!!

“盯住你的问题(stick to the question)”后来就成了京大本庶佑研究室的座右铭。

二、不要迷信《Nature》《Science》

翻译 | 陈力阳

编辑 | 咖喱

2018年10月初,诺贝尔奖获奖名单的公布再次引爆了一年一度的媒体报道和公众讨论。两个多月后的今天,相关讨论已趋于平静。如果说之前媒体及公众的关注点主要在获奖的研究成果、获奖者的生平以及科学研究的土壤,那么,在尘埃落定的今天,我们不妨更多地关注和学习这些大师对待科学研究的态度、思考问题的方法以及他们的工作方法。有机会得到大师亲自言传身教者只是少数,但我们仍然能够从一些公开的材料中得到许多有益的启发。

在本庶佑获得今年诺贝尔生理学或医学奖当天,京都大学召开记者招待会。本庶佑在记者会上的致辞以及对记者提问的答复,就是这样的一份好材料。译者本人的志趣主要在社会科学,特别是经济学,但也非常喜欢阅读自然科学家的传记和访谈,了解他们看待世界的眼光以及做研究的态度、方式和方法。坦率地说,我个人从自然科学家那里学到的东西,并不少于从社会科学家那里学到的。这次看了本庶佑获奖后召开记者招待会的视频,自觉受益匪浅,不敢独自欣赏,试译全文,以飨国人。

致辞

这一次能获得诺贝尔生理学或医学奖,我感到非常的荣幸和由衷的喜悦。我的成果完全应当归功于长期以来辛勤工作、共同研究的同事、我的各位学生、通过各种方式给我支持和鼓励的人们,以及长期以来默默支持我的家人。我向这些数之不尽的人们,表示深深的感谢。

我们在1992年发现了“PD-1”,紧接着又开展了许多极为基础的研究,这些研究成果作为新的癌症免疫疗法被应用到临床中去。之后,偶尔有患者通过这种治疗方法,从重病中恢复健康,并向我表达感谢。这使我真切地感到自己的研究确有价值,世界上没有任何事情比这更让人感到高兴。

能够获得诺贝尔奖这样的奖项,我深感自己是一个非常幸运的人。为了 让免疫疗法在今后拯救更多的患者,我本人会在接下来的一段时间里继续相关研究,与此同时,全世界的许多研究人员也正在为这一目标而不断努力。我期待这一疗法得到进一步发展。

同时,我这次之所以获奖,是因为我做的基础研究促进了临床治疗的发展。如果我的获奖能促进基础医学领域的进一步发展,并且鼓舞许许多多从事基础研究的科研人员,我将感到格外的高兴。

答记者问

问:您是什么时候知道自己获奖的?是如何知道的?那时的心情怎么样?

本庶佑:如果我没记错的话,是下午5点左右(译注:指日本时间2018年10月1日下午5点左右,即北京时间下午4点左右)。有一位我认识的先生在诺贝尔基金会工作,是他给我打的电话。因为太突然了,所以我当时很吃惊。那时我正在研究室和几个年轻人讨论论文的结构,完全没想到会接到这样的电话。我当然感到很高兴,但也很吃惊。

问:通过进一步研究,您希望在今后把癌症免疫疗法发展为有多大应用前景的一种治疗方法?

本庶佑:打个比方,这种疗法目前所处的阶段,类似于我们开始用青霉素治疗感染的时候。接下来,会有越来越多类型的癌症患者从中受益,同时,我们需要研究它为什么对有些患者没有效果。全世界的研究者都正在为之努力,我想这些问题早晚会得到解决。感染已不再是人类的一大威胁,癌症也将不再成为一大威胁。我认为,最迟在本世纪内,这一天将会到来。

问:您在研究中有没有特别留意的要点,有没有自己的格言?

本庶佑:

  • 关于研究,我自己总保持着一种好奇心,总想多知道点什么。
  • 还有一点,不轻信。

媒体经常报道说:某个观点来自《自然》或是《科学》。但是,我认为《自然》、《科学》这些杂志上的观点有九成是不正确的,发表十年之后,还能被认为是正确的只剩下一成

  • 首先,不要相信论文里写的东西。对于研究,要一直钻研到眼见为实、让自己确信为止。这是我对科学所采取的基本做法。也就是说,用自己的大脑思考,一直做到自己完全想通、完全认可为止。

奖项颁给谁是人为决定的,颁奖方不同,各自的想法也不尽相同。一言概之,我是一个非常幸运的人。发现“PD-1”的时候,我并没有想到它和癌症相关,而在我进行研究的过程中,身边刚好有癌症免疫的专家,是他们把我这个免疫和癌症的外行引向非常正确的方向。除此之外还有许多其他方面的幸运,我想这些都和我的获奖分不开。

问:哪件事是您转向癌症研究的转折点?

本庶佑:就“PD-1”相关的研究而言,最初是因为我们做了一个实验,这个实验使我确信“PD-1”与癌症相关。在这个实验中,我们使用了敲除“PD-1”基因的小鼠,检验它们和正常的小鼠相比,癌细胞的增殖速度是否有差别。还好我们当时做了这个实验。如果我们不是用基因敲除小鼠,而是用抗体去做实验,那么我们很可能看不到实验效果,也就放弃了进一步研究。抗体有好有坏,不做尝试,就不知道有没有效果。基因敲除则不受到这种限制。因此,我确信“PD-1”一定是有效的,这成为研究中的一大转折点。

问:您对日本科学研究的整体方向有何看法?另外,您对日本制药企业的印象如何?

本庶佑:对于生命科学领域的研究方向,我们还没有能力做出总体设计。AI、火箭等都有自己的设计框架,能够为实现确定目标而开展明确的项目。但是对于生命科学,我们目前仍然处于几乎一无所知的阶段,很难遵从整体设计来开展研究。在这种情况下,如果不明就里地开展应用,我认为会出现大问题。也就是说,在还不知道何为正确、何为重要的情况下就高呼:“让我们一起向那座山头进攻”,这样做是很荒谬的。要让尽可能多的人登上尽可能多的山,在了解了山上都有些什么东西之后,再调查哪一座山是真正重要的。我认为现在还处于这样的阶段。我认为不要过多地搞应用,而要进行广泛和分散的各种研究。不过分散也是有限度的,把一亿日元分给一亿人完全是浪费,但也不要把一亿日元全都给同一个人,至少可以分给10个人。我认为这10个人拥有的可能性,比起把1亿元完全赌在一个人身上,可以在生命科学领域做出更值得期待的成果。我认为,要给更多、更多的人以机会,特别是年轻人。

关于制药企业,我认为日本药企存在非常大的问题。首先,数量太多了。全世界的主要大药企一共就二、三十家,而在日本一个国家,光是研发新药的企业就有30家以上。无论怎么看,日本在资本规模、各种国际化运营和研究方面都处于极大的劣势。另外,日本国内的学术界明明有很好的研究种子,他们却把大量的资金投给外国的研究所,我认为,这不得不说是他们没有眼光。

问:对有志成为研究者的孩子们,您有什么对他们说的吗?

本庶佑:要成为一名研究者,最重要的是保持对某种事物的求知欲,珍惜你内心世界对某种事物感到不可思议的想法

  • 不要相信教科书上写的东西。
  • 对事物时常保持怀疑的态度。
  • 思考事物的真相究竟是怎样的。
    也就是说,用自己的眼睛去看事物,弄通了才认可、接受。我非常希望这样的中小学生立志走上科研道路。

问:您认为将基础研究应用于临床的秘诀是什么?

本庶佑:虽然我从事的是基础研究,但我本人对医学抱有理想。所以,我时常考虑自己所做的基础研究能不能促进疾病的治疗、与诊断有没有关联。在我的研究过程中,我一直在探寻自己好奇心之所在,以及作为其延伸,自己的研究能对社会产生怎样的贡献。因此从这一考虑出发,我在研究的早期,就从各方面为新发现申请专利,启动了临床应用的程序。“PD-1”的研究成果非常迅速地应用到了临床治疗中,但从研究思路来讲,我还是希望认真做好基础研究,并在可能的时候,将研究成果回馈给社会。

问:这次获得诺贝尔奖是您期待已久的吗?

本庶佑:不同的奖项是不同的团体根据各自不同的价值标准来决定的,因此,我认为自己并没有对获得某个奖项期待已久。我喜欢打高尔夫球,经常去高尔夫球场。有一天,有一个面熟但不相识的人走到我跟前说:“我得了肺癌,本来以为上次打的是最后一轮球了,多亏用了你的药,让我好了起来,我现在又可以打球了”。听到这番话,我觉得没有比这更幸福的事了。也就是说,自己的人生,自己的所生所长,所作所为,作为一个活着的生命存在,没有比这更让我高兴的事了。老实说,比起获得什么奖,我觉得那一刻的幸福已经足够了。

问:您怎么看您和詹姆斯•艾利森博士一起获奖?

本庶佑:我觉得这是非常合适的。我和他很久之前就有过交流,而且大家都知道,他和我的研究是从完全不同的角度,各自通过两个抗体的组合,产生更强的抗癌效果。诺贝尔奖委员会也对此进行了非常详尽的解释。在我个人看来,这次 他和我共同获奖应该是最好的组合

问:制药企业获得的利润有没有回馈给大学?

本庶佑:对于这次获奖的研究,制药企业完全没有做出任何贡献。这一点是非常明确的。药企从研究者手中获得专利授权,所以我也希望企业能够给予大学以足够的回报。我个人希望利用这些回报成立基金,用以培育京都大学下一代的研究者。在这过程中,又会产生新的研究种子,然后再将研究的成果投放到日本的制药企业。这种双赢关系是最理想的,我也一直都在向制药企业表达这一诉求。

问:外界普遍期待“PD-1“不仅在癌症上,也在其它各种疾病上得以应用,您怎么看”PD-1“今后的发展?

本庶佑:“PD-1”是免疫系统的刹车。现在的免疫疗法通过剔除拥有刹车功效的“PD-1”来释放免疫功能;反过来,我们也可以加强“PD-1”原有的功能,来帮助免疫系统踩下刹车,这个思路其实也非常值得考虑。

问:您为什么想要从事癌症研究呢?

本庶佑:我上学时,同一年级里有个男生,年纪轻轻的,因为患了胃硬癌,一下子就去世了。这位男生非常优秀,他的死令人非常惋惜。不仅我一个人,同一年级的许多同学都感到很遗憾,这是我难忘的一件事。它让我认识到癌症是一种非常严重的疾病。当时我就依稀地有了想在治疗癌症上尽一份力的念头。最后,也因为许许多多的事汇集在一起,我坚定了这个想法。只要是在医学专业受过医学教育的人,都会有这样的想法。我认为这一点很重要。

问:您接下来一定会很忙,您现在最想做的事情是什么?

本庶佑:我现在最想做的是打出一轮“年龄平总杆数”。我今年76岁,最大的目标就是在一轮高尔夫球中打出总杆数76的成绩。为此,我每天都进行肌肉训练,每周都一定会去打高尔夫球,在家里也经常练习推杆。

三、不严格就没有战斗力

问:我听学生说您是特别严格的老师,您今后也还会严格要求他们吗?

本庶佑:我没有跟别人做过比较,所以不知道自己是不是很严格。我认为:

  • 对待事物的真相,必须是严格的。
  • 要严格地拷问是否弄错了
  • 拷问什么才是真实的。
    做研究,向来要以全世界的学者为对手奋力拼杀,不严格就没有战斗力

问:您在一个面向高中生的论坛上说过:“把基础研究彻底做好,就绝对不会失败”。您是什么时候开始有这样的想法的?

本庶佑:首先我希望大家不要误解这句话,因为实验中的失败多如牛毛。我那句话的意思是,只要把握住研究的整体流向,在迈出下一步时有一种“就是这样”的确信,就一定不会落入悬崖峭壁。这就是说,在向悬崖迈进之前,必须十分小心谨慎。科学是一步一步积累而成的。在积累的过程中,从一端走向另一端是十分危险的历程。而如果能提前在两端之间建立起许许多多的相互连接,就会明白哪条路才是正确的。我想表达的是这个意思。

卡内基研究所

布朗教授当时正在对青蛙的核糖体RNA基因进行高纯度的分离,并以此分析基因的构造。本庶佑向布朗提出,自己想研究核糖体RNA基因是如何表达的,希望能够在试管中对此进行重组。恰好,布朗最优秀的学生利达当时正在做基因表达方面的研究,布朗就让本庶跟着利达一起做。但是这个课题在当时难度较大,本庶佑花了一年左右的时间挑战它,却没有什么收获。

接下来,他又开始使用蝌蚪来研究发生后初期阶段的核糖体RNA的转录控制,想在分子层面上对基因间的显性、隐性现象(核仁显性)做出解释。但这项研究也只进行了半年,没能最后完成。

在卡内基研究所的一年半,本庶佑虽然没有取得具体的成果,但吸收了真核生物的分子生物学的概念和思维方式,也掌握了相关的研究手法。此外,在卡内基研究所,本庶佑有许多机会与那些正在进行基因转录控制研究的第一流学者一起交流,听取他们的研究报告,这同样让他受益匪浅。

四、提出假说非常重要:先有big question,然后有feasible hypothesis

本庶佑对免疫学的兴趣,成于当时免疫学的兴起,关键的契机则在于此前布朗教授做的一次报告。布朗教授在这次报告中根据核糖体RNA基因构造的类推,提出了一个关于抗体多样性产生机制的新假说:重复排列假说。

那时人们知道,核糖体对于蛋白合成是必须的,在需要大量蛋白质合成的发生初期,核糖体RNA基因会大量增加。在基因组内排列着数百个核糖体RNA基因,在它们之间存在着间隔区,其排列略有差异而又相似,基因与间隔区不断重复数百次。布朗教授的假说是说,抗体的基因可变区(V区)和恒定区(C区),分别类比核糖体RNA基因和间隔区,也同样存在交互重复排列,从而成为抗体多样性的分子基础。而要证明这一假说,从实验角度推理,只要测出基因组内基因的数目即可。

这个报告给了年轻的本庶佑很大的震撼:

  • 首先,在科学研究中,提出假说非常重要,而假说又必须是以可验证的方式提出,否则就只不过是提供了一个有趣的谈资而已;
  • 其次,布朗教授的这个假说激发了本庶佑对免疫学的极大兴趣。

他想测出基因组内基因的数目,验证布朗假说,于是就对布朗教授说:“我在卡内基研究所的研究结束后,希望接下来能够做关于抗体基因的研究。您认为我去哪里比较合适?”

布朗推荐了几个地方,本庶佑考虑再三,认为NIH的莱德尔(P. Leder)做得最好,就决定转到NIH去试试。

NIH

后来的事实证明,本庶佑的这个决定是非常正确的。

当时,抗体已经被证实可以控制感染等疾病,同时抗体的分离技术也日益成熟,但对产生抗体多样性的分子机制并不清楚,是竞争激烈的热门课题,包括NIH的莱德尔、MIT的利根川进(Susumu Tonegawa,1987年诺奖得主)在内,全世界有十个左右最有实力的团队正展开着激烈的竞争

五、勤奋地工作

为了挑战这个课题,从器材制作到组织分工,莱德尔团队都做了高度合理和细致缜密的安排和规划。在这里,本庶佑如鱼得水。他夜以继日,异常勤奋地工作,进一步展示了他科学研究的才能。

要测出抗体基因的个数,就需要对基因进行纯化。具体地说,就是从mRNA反转录出互补DNA(cDNA),通过对cDNA的纯化完成目标mRNA的纯化。当时世界上还没有基因克隆技术,本庶佑就通过这种方式来测量基因的个数。经过反复的尝试,本庶佑得出清晰的结论:在基因组中抗体恒定区(C区)的基因只有一个。这个结论推翻了布朗假说。

在科学研究中,假说被推翻并不是一件坏事。因为假说一旦被明确推翻,研究者就可以转而放手研究下一个问题。因此,在本庶佑看来,自己的这一研究成果也算是对布朗教授盛情帮助的一份回报。

在莱德尔实验室,不到两年的时间内,本庶佑发表了五篇论文。但本庶佑在NIH的收获远不止这五篇论文。这种置身于世界学术最前沿的激烈竞争环境中的切身体验,对本庶佑后来的研究有很大的影响。

六、“推销”你的成果(Sale your research)

本庶佑从莱德尔那里学到的另外一点是:

  • 如何呈现自己的研究成果。

研究者千辛万苦取得的成果需要让人看懂,使人理解并被你说服。这也是一门艺术,需要运用一些技巧、逻辑和恰当的表达方式。在这一点上,莱德尔的言传身教使本庶佑受益良多。后来有美国医学家说:本庶佑不仅是最好的科学家,而且是最好的沟通者。这至少应该部分地归功于莱德尔。

莱德尔

本庶佑在研究方面进展非常顺利,他的出色表现也令莱德尔刮目相看。在他离开日本到美国已经三年半时,莱德尔建议他留在美国,独立组建自己的团队继续研究。留在美国,还是回到日本,这是一个大问题。考虑再三,本庶佑决定先回国看看。

促使本庶佑做出这个决定的原因主要有两个。

  • 第一,确实如莱德尔所说,当时有不少日本人在美国做了很漂亮的工作,但是一回到日本,不久就开始写一些综述文章和书籍,再不久就在国际上销声匿迹了。这一点激起了刚三十出头、血气方刚的本庶佑的 ## 好胜心 ##:他想证明自己即使回国也同样可以做出一流的工作来。

  • 另一个原因,是他的家人也在美国生活,多多少少还是感受到了一些 ## 种族歧视 ## 。本庶佑感觉到,在实验室里是以工作的水平和质量论高下的,但是一走出实验室,并不是所有人都能用平等的国际视野来看待有色人种。

东大时代的五年和抗体类型转换模型

1974年,在启蒙老师早石修教授的介绍下,本庶佑决定回国到东京大学真野嘉长教授的 实验室担任助手。真野嘉长教授传话给本庶佑:
在我这里,不管你做什么研究都没有问题,但要做高质量的研究

但是等到本庶佑实际回国一看,才发现:没有实验器材,没有材料,也没有经费。因为本庶佑是以助手的身份回来,既申请不到多少研究经费,也不容易找到共同研究者。但在如此的困难条件下,本庶佑仍然不忘初心,坚信自己回国是为了在日本同样做出第一流的工作,也是为了开创日本的基因研究。

于是,本庶佑振作精神,卷起袖子,自己动手开始制作各种实验器材。起初,他连寻找实验用的纯种小鼠也颇费了一番周折,最后终于找到了一个专业的卖家,但一只小鼠要一千日元,这在当时可是很贵的价钱。本庶佑第一次就买了十只。卖小鼠的大叔把小鼠装在盒子里,外面用敷巾很谨慎地层层包好,然后小心翼翼地抱着盒子坐上电车,送到大学的实验室来。

幸运的是,就在这时,本庶佑 回国前在美国申请的研究经费也批准下来了,资金方面的状况就有了好转。美国政府对已经离开美国的研究人员仍然发放此前申请的研究经费,这使本庶佑感慨良多,也非常感激。同时,在美国的同行朋友也应他的要求,免费寄来日本买不到的试剂和材料。

到了 第三年,情况就有了明显好转。本庶佑的团队聚集了一些人,研究经费也在许多人的资助下,逐渐有了着落。

接下来的大问题是:在东大研究什么课题?年长的师友们说,如果继续做抗体基因研究的话,跟美国同行相比不可能有优势。他们建议本庶佑改做其他方面的研究。但本庶佑认为,既然决定做,就要做自己最想做的事情。万一失败了,就回到乡下做个医生,悠然自得地过个小日子算了(早在京大读研究生的时候,本庶佑已经通过了国家医师资格考试)。

于是,本庶佑决定迎难而上,继续向免疫学最核心的课题发起挑战。这次,他聚焦的不再是之前在美国研究的抗体轻链(L链)可变区的多样性的机制,而是抗体重链(H链)的多样性。由于H链基因大,实验处理起来麻烦,当时包括美国科学家在内的绝大多数科学家都不太愿意研究H链。但本庶佑在东京大学的前三年时间,把精力集中在H链的研究上,如痴如醉。

当时已知抗体有多种类型:产生抗体的淋巴球B细胞为了高效地排除各种抗原,先是产生IgM这一类型的抗体,然后根据侵入的抗原的种类以及侵入位置(粘膜:肠、气管),接着产生IgE及IgA等不同类型的抗体。根据抗体类型的不同,抗原结合后的清除方式也有不同。为了弄清抗体类型的产生机制,本庶佑从移植到珍贵的小白鼠的骨髓瘤中提取出抗体的mRNA,制成cDNA,然后检测基因的数目。

在东大时,本庶佑每天要坐电车往返于自己家和大学之间,单程就要一个半小时。他发现,自己在人满为患的电车里只要能找到位子坐下,就能集中精神,工作效率极高。就这样,本庶佑选择乘坐能找到座位的电车上下班,而 每天往返共三个小时的通勤时间就是他整理数据的最好时间

七、灵感会在不经意间来敲门:前提是你要有充足的知识储备

有一天,本庶佑在回家的电车上突然觉察到:骨髓瘤细胞的抗体基因在不同的类型中有不同的缺失。这会不会是与抗原结合后的抗体清除相关的恒定区基因发生改变,使基因的一部分缺失,从而改变了抗体类型?如果这个假设成立,他就可以设计出一个与这一模型一致的H链基因的特定顺序来做实验验证。

这个想法使本庶佑非常兴奋。他回家后首先翻遍所有的笔记,检查是否有数据与假设模型矛盾,结果发现没有任何已知数据与假设模型矛盾。第二天,他就把这个假设模型告诉自己的团队,并且马上着手设计实验,对模型进行验证。

这个模型就是1978年发表在《美国科学院院报》上的《H链基因的构成与抗体基因缺失模型》,后来又被《自然》杂志介绍,在国际学界产生了很大的反响。这篇文章第一次明确指出,抗体基因的缺失是在类型转换时产生的。这对此后的发生学研究也有很大的影响。

本庶佑提出的“抗体类型转换模型(Class Switching Model)”奠定了他在基因研究方面的学术地位,他也因此成为备受日本各界瞩目的学术明星。

八、不断学习最新知识/技术,哪怕已经35岁还要飘洋过海去美国

当然,要最终证明自己的模型,还需要克隆H链的基因,检测碱基序列,确认缺失状况。因此,1977年本庶佑再次来到美国NIH莱德尔研究室。这次,他是来学习分子克隆技术的。当时在日本还没有这项技术,即使在美国,掌握这项技术的研究人员也屈指可数。

此时的本庶佑虽有留在美国继续做研究的念头,但因为这几年他在日本的研究已经逐渐走上了正轨,所以就又把这一念头搁置在一边。另外,本庶佑在掌握了分子克隆和基因重组技术之后,认为自己在日本同样可以完成目前的课题。

不过,本庶佑回到日本后要想用上自己刚学到的技术,还是得亲自上手,一个一个地制作实验器材。此时的本庶佑完全沉迷于自己的研究。虽然验证的过程很辛苦,但是新奇有趣、让人无比兴奋的工作一个接一个地冒出来。

最重要的是,对于自己提出的模型是否正确,本庶佑希望 亲手验证。因为抗体的基因在基因组内只有一个拷贝,所以实验要获得成功很不容易。当他确认在DNA凝胶电泳中捕获到抗体H链的基因时,兴奋喜悦之情难以言表。本庶佑后来回忆说:“这是一个研究者最大的乐趣,也正因为体验到了这种乐趣,我永远无法舍弃自己的研究工作。

当本庶佑第一次捕获到H链基因时,他还在东京大学担任教职。此后,他使用捕获的基因,明确了基因的构造,模型的正确性和缺失的产生。更进一步地,他捕获了完整的抗体基因,明确了碱基序列。至此,关于基因的构造及缺失的概略模型终于确立。

此时已是1982年,距离本庶佑 从东京大学转到大阪大学担任教职已有三个年头了。

阪大实验室的启动和探索

1979年,大阪大学任命本庶佑为教授。三十七岁就任大阪大学的教授,这在当时的日本是罕见的。再加上他的英俊帅气的相貌,一下子成为日本电视、杂志等各种媒体追捧和跟踪报道的学术明星和“男神”。同时,“抗体类型转换模型”使他享誉学界,扩大了他与同行之间的交流。

刚到大阪大学时,本庶佑 忙于撰写论文和启动实验室,并没有太多的时间做实验。但随着实验室逐渐步入正轨,本庶佑重新进入状态。当时大阪大学校长是日本免疫学的领袖人物山村雄一,居然破天荒地要借钱给本庶佑,全力支持他启动实验室。山村雄一对本庶佑说:“你总有一天会弄到钱的,到时候再慢慢地还给学校不迟。”这种宽松的做法在以管理严谨、规范著称的日本国立大学是很难想象的,使得本庶佑深为感动。本庶佑的研究正是在这种灵活性和包容性之下取得了进展。

在阪大工作期间(1979-1984年),本庶佑的研究进展顺利,在国际专业期刊上一共发表了六十七篇论文(含联名)。其中最重要的成果,就是上面提到的他在1982年完成的工作:彻底弄清了抗体基因的碱基序列及构造。

1984年,启蒙老师早石修从京大正式退休,本庶佑也从阪大回到京大,接替了老师的位置。此后,他一直都在京大工作,没有离开过。

九、廿一载的坚持,不忘初心那个big question

在京大的第一个十年和AID的发现

本庶佑到京大后,一边摸索尝试,一边思考接下来的研究课题。他最想研究的,还是抗体基因缺失的机制。他想弄明白一系列问题:引起基因重组的酶到底是什么?对这种功能的酶活性进行调节的物质又是什么?决定抗原清除方式的是抗体的类型,这些类型又是由什么决定的?如何进行重组的?而最重要的问题,是在这些现象的背后,存在着怎样的调控机制?这是本庶佑最想弄清楚的问题。实际上,这个目标从一开始就有,也一直没有放弃过,贯穿着本庶佑迄今为止的整个研究生涯。

当这一系列课题还处于摸索尝试阶段,1984到1986年期间,本庶佑成功地分离出控制抗体类型转换的细胞因子白细胞介素4和白细胞介素5(IL-4、IL-5),并明确了它们的基因构造和功能。这样,B淋巴细胞的不同功能,可以通过IL-4、IL-5来解释。这一发现,意味着存在外部因子对B细胞进行控制,从而为弄清抗体类型转换的机制提供了线索。

IL-4和IL-5的发现虽然有其意义,但对于本庶佑所要研究的一系列问题来说,难免有隔靴搔痒之感。他很清楚,自己的实验还缺少一种必要的材料。但他没有想到的是,自己寻找这一材料居然要花费十年时间。

在本庶佑设计的实验中,需要对培养的细胞进行可控的抗体类型转换。但这种只在给予刺激时才会高频度地产生抗体类型转换的开关型细胞一直都找不到。他从不少合作者那里获取了细胞,但效果都不能令人满意。如果从零开始做,也不容易。这时候着急也没用,他只好花时间慢慢找。

从1991年起,受NIH福格蒂学者项目的邀请,本庶佑连续五年,每年在NIH作为访问学者呆三个月。在那里,本庶佑可以第一时间接触到最新、最前沿的学术信息。这对于他找到合适的细胞很有帮助。

实际上,1996年本庶佑终于找到了满意的小鼠细胞,也找到了抗体类型转换时表达的关键酶基因。这就是AID(Activation Induced Cytidine Deamainse,活化诱导的胞苷脱氨基酶)。他对AID基因敲除小鼠进行观察,发现它的B细胞只产生IgM抗体,没有出现IgA,IgG等抗体类型转换后的类型。而且,在正常鼠中为了增强对抗原的特异性,抗体与抗原结合的可变区(V区)序列会有大量的变异进入,但敲除AID基因后,抗体V区完全没有发生变异

这个结果大大出乎本庶佑的意料,也让他感到异常兴奋。以前人们普遍认为,可变区(V)和恒定区(C)的多样性的生成机制是各自分开的,本庶佑的结果却显示,AID一个酶同时控制着两个反应。经过一连串的实验,本庶佑验证了,在抗体基因里刻下抗原记忆的,正是AID。获得性免疫的一部分谜题因此破解

从1978年抗体类型转换模型的提出,到1999年AID的发现,二十一年的时光弹指一挥间,人类对免疫的理解也有了很大的进步。在这进步的过程中,本庶佑一直是走在最前面的一个

十、无价的科研,有价的专利

两项技术发明

在生物学的发展过程中,技术革新起了重要的促进作用。比如,技术革新使得原来看不到的东西现在能够看到了,原来无法分离的分子现在可以捕捉到了,以前无法准确检测的东西因为新方法就可以准确地检测了。本庶佑认为新技术、新方法的开发对于生物学的发展非常重要,所以他一直都很注重这方面的工作。

本庶佑在研究过程中,开发了两种新方法。

  • 一种是1986年发表的“mRNA文库注入法”。使用这种方法,科研人员可以分离出IL-4、IL-5等细胞因子。
  • 还有一种是他在1993年开发的“信号肽捕获(Signal Sequence Trap,即SST)法”。科研人员可以通过这种方法捕获大量的细胞因子和受体分子。

本庶佑还就这种方法申请了专利,美国的风投公司在该专利的基础上又进行了改良,提高了捕获效率。该方法被应用于分泌蛋白质及细胞表面分子的分离,在增殖因子及其受体的研究和临床应用中大显身手。

作为一名生物学家,有了抗体类型转换模型和AID这两个发现就足以自豪了,但本庶佑并没有满足,好奇心依旧驱使着他不断地探索新的未知,直到走上诺奖领奖台。

本庶佑生平简介

少年时代的天文学之梦

本庶佑在1942年出生于日本京都。他的父亲、祖父和外祖父都是医生。用他自己的话说,自己继承了医生家族的基因。因为父亲的工作关系,本庶佑从小学到高中都在日本本州最西端的山口县度过。

少年时代的本庶佑是个聪明调皮、不太安分的学生。他对新鲜的事物总是充满着好奇,把家里的钟表和收音机拆了又装,装了又拆。为了能够在放学后尽兴地去玩,他总是在课堂上就把作业做完了。

他在课堂上还经常提一些刁钻的问题,让老师难堪。有一次因为指出了一位年轻女老师的错误,他居然当场把这位老师气哭了!此后,他学乖了一些,在课堂上安静地看书,但不限于学校的教科书。

有一年暑假,本庶佑在理科老师的指导下用望远镜观测到了土星环,这使年少的他对神秘的宇宙产生了极大的兴趣。在小学毕业文集上,他写下了自己未来的梦想:成为一名天文学家。

但是,少年本庶佑的天文学之梦并没有持续很久。学习成绩优异的他在高中时曾经考虑过三种选择:外交官、律师和医生。因为曾经读过母亲给他的一本野口英世的传记,受到这位日本近代著名医学家为科学献身的伟大精神的感召,再加上父亲的影响,本庶佑最终选择了能够造福于更多人的医学。

1960年,本庶佑突破了日本大学入学考试“难关中的难关” ,顺利地考进了京都大学医学部。顺提一下,同一年考入京大医学部的还有中西重忠(Shigetada Nakanishi,G蛋白偶联受体研究的世界权威),他们两人入学不久就结为好友,后来又都成为京大医学部教授。两个人的友情一直保持到今天。

京大的修行

刚上大学一年级的本庶佑读到了生物学家柴谷笃弘于1960年写的《生物学的革命》一书,如遭电击。在这本书中,柴谷写道,癌症是由于基因变异而产生的。书中指出:首先,必须开发出能够对DNA的碱基序列进行自动分析的装置;其次,在发现碱基序列出现错误后,必须能够象做分子外科手术那样进行替换。

这个想法,在当时无疑是非常有远见的。实际上,一直要到半个世纪后的今天,这一想法才具有现实的意味。

就是从那时起,本庶佑在脑海中隐隐约约浮现了将分子生物学与医疗相结合的念头。因为父亲与柴谷曾经是大学里的同事,本庶佑就在暑假期间拜访了柴谷笃弘。柴谷递给他一本厚厚的《分子遗传学论文选集》,勉励他好好学习。但此时的本庶佑刚上大学一年级,虽然硬着头皮把这本专业论文集啃了下来,却并没能够真正理解多少。

所幸分子生物学这门新学问此时已经传入京都大学,校园里经常举办相关的 讲座和研讨会,本庶佑的身影也就频频出现在这些场所。慢慢地,本庶佑的兴趣从医学转向分子生物科学。

十一、早石修:真正的独创性,追求的不是第一,而是唯一

当时,京大医学部的早石修(Osamu Hayaishi)教授刚从美国回来不久,其研究受到国内外的关注。在柴谷和父亲的推荐下,本庶佑在 大学二年级的时候就出入早石修的实验室,开始跟着早石修学做研究。(后来早石修因兼任东大教授而暂时离开了京大,实验室由其弟子西塚泰美即Yasutomi Nishizuka继承)

在这里,早石修给了本庶佑三个重要的指点:

  • 第一,不要盲目相信论文;
  • 第二,如果不能在国际水准上做研究,那样的研究就毫无意义;
  • 第三,真正的独创性,追求的不是第一,而是唯一。

早石修自己就是一个大师级的人物,他是日本首位沃尔夫医学奖获得者(西塚泰美是日本第二位该奖获得者),也曾多次获得诺贝尔奖提名。但早石修于2015年去世,已经无缘诺奖。不过,在他培养的学生中,除了本庶佑之外,如果再出一两个诺奖得主,大家也不会觉得特别奇怪。

大师之言,不同凡响。本庶佑此后的研究生涯,可以说都是在不折不扣地践行导师的这三个教诲。

除了学习成绩顶尖之外,本庶佑的大学生活也丰富多彩。他在少年时代就表现出多方面的兴趣和才华,希望自己成为个性和才华都得到全面发展的“文艺复兴人”。他在高中校刊里就曾写道:“我是以成为全人(全面发展的人)为目标。”而京都大学自1897年建校以来,就以“学风自由”著称,给予教师和学生以充分的自由发展的空间。这对本庶佑来说求之不得。大学期间,他参加了大学的划艇部和英语口语社团,还在乐队里担任长笛手。他文理兼备,英语流利,虽然不是一个爱出风头的人,但也从不怯场。

峥嵘初露

大学毕业后,本庶佑几乎毫不犹豫地升入研究生院继续深造。在上研究生院的第一年,他就有了重要的发现。这一年,他成功地揭示了白喉毒素是怎样阻碍蛋白质的生物合成,也就是白喉毒素的作用机制。

在这之前,人们普遍认为,白喉毒素是附在某种物质上而阻碍了蛋白质的生物合成的。但本庶佑发现,白喉毒素是通过核糖基化反应的酶活性,对蛋白质合成所需要的其他的酶进行修饰,从而使蛋白合成活性丧失。这才是白喉毒素阻碍蛋白质生物合成的真正的作用机制。

这一工作的意义有两点:其一,它揭示了毒素是通过酶活性来实施打击的;其二,它揭示了核糖基化最初的生物体反应控制模式的机制。十多年后,宇井理生(Michio Ui)使用百日咳毒素也发现了同样的反应,并在此基础上,对荷尔蒙作用机制的揭示做出了重要的贡献,但它的源头可以追溯到本庶佑在1967年的工作。

由此,本庶佑初露峥嵘,顺利出道。

1970年,日本左翼学生运动风起云涌,位于日本学术金字塔顶端的东大、京大首当其冲。京都大学的教学楼被造反派学生占据封锁,教授不得进入,校园里的教学研究被迫中止。

本庶佑作为研究生代表,白天参与谈判,晚上就回到实验室里埋头继续自己的研究。当时研究生还是可以自由出入教学楼的,而造反派学生对本庶佑似乎也另眼相看,从来没有人进来干扰他的研究。但是一方面大学的科研环境遭到破坏,另一方面本庶佑此时极感兴趣的基因表达控制问题与早石、西塚实验室的研究方向并不一致,因此他考虑到美国继续做研究。

当时的本庶佑已经修完了博士课程,但还没有拿到学位。不过幸运的是,他已经发表了有分量的论文,因此得以顺利地来到美国华盛顿的卡内基研究所唐纳尔·布朗(Donald Brown)实验室继续深造。

十二、石田靖雅:思路清晰的实验方案,让导师5年前失败的实验取得重大突破

PD-1的发现

1989年,刚考入京大研究生院不久的 研究生石田靖雅向导师本庶佑提出了自己的研究设想:想寻找与胸腺T细胞的细胞凋亡相关的基因。早在1984年,本庶佑就曾经尝试过T细胞受体(TCR)的基因分离,但以失败告终,所以刚开始时对这一设想并不太感兴趣。但是,年轻聪明的石田靖雅提交的方案非常精彩又切实可行,本庶佑同意试试,看结果如何。石田靖雅的思路清晰,而且所使用的细胞表达诱导极强,经过反复试验,终于在1991年单独分离出PD-1。

这个基因有着全新的碱基序列,刚开始时以为它可能与细胞凋亡有关,所以本庶佑将它命名为PD-1(Programmed Cell Death-1,程序性死亡受体1)。1992年,本庶佑和石田靖雅发表了这一结果。

然而,大约在两年后,PD-1被发现与细胞凋亡无关!无关!无关!。那么,它到底有什么功能呢?这仍然是个谜。本庶佑后来回顾说:“从构造看,我们知道它是向细胞发送信号的分子。但它究竟有着什么样的功能,当时我们并不知道。

十三、与Hypothesis不同,放弃还是继续深挖?有时候要靠科学家敏锐的直觉

因为结果与石田提出方案时的设想不同,把项目中止也不失为一种选择,但本庶佑认为这是一个很有趣的问题。同时,他 凭着一个科学家多年的研究经验和敏锐的直觉,隐隐约约地感觉到这里面隐藏着重要的秘密。他决定继续研究这个分子的功能,一定要把问题弄清楚。

要弄清PD-1是什么,最直接的方式是敲除PD-1,然后再观察到底会发生什么刚开始的结果令人失望。本庶佑团队花了一年时间将PD-1敲除,但在拿到敲除小鼠的前三个月几乎没有看到任何变化

本庶佑决定花更多时间等待结果,同时培育纯度更高的小鼠来继续做实验。在此后的 三四年时间里,团队使用了许多动物模型进行实验,得到的结果令人吃惊:敲除了PD-1基因的小鼠罹患了各种不同疾病的风险大增。有的心脏肿大,有的罹患肾炎、关节炎而死去。罹患心肌炎的小鼠在敲除PD-1后病情加剧,有糖尿病的小鼠在与敲除PD-1的小鼠杂交后胰岛炎情况更加严重。

这些实验结果表明,敲除了PD-1的小鼠的免疫系统变得活跃,换句话说,PD-1的功能相当于免疫系统中的刹车。至此,PD-1功能的真相终于大白于天下

本庶佑把免疫系统的运作机制比喻为汽车驾驶。当汽车发动时,需要把钥匙插进去,首先是点火,这相当于免疫系统的第一个反应:识别抗原。当开动汽车时,必须踩下加速器。而在免疫系统中,这个加速器就是象CD28那样的正向刺激分子。如果没有正向的共刺激(油门),免疫系统就无法充分活化。同时,性能良好的汽车还需要有刹车,否则车子将会失控而被撞毁。同样地,如果没有负向的共刺激(刹车),免疫系统也会失控。在免疫系统中,PD-1就是重要的刹车。

2000年,本庶佑团队又发现了PD-L1和PD-L2是PD-1的配体。也就是说,PD-1和PD-L1、PD-L2结合时,会传递抑制T细胞的信号,起到刹车的作用,而T细胞正是癌细胞的杀手。如果能够 卸去PD-1这个刹车,也就是利用PD-1抗体阻断抑制T细胞的信号,那就会使T细胞活化,杀死癌细胞

十四、想法会随着研究的深入,变得更加有趣:听听别人的建议

刚开始时,本庶佑只是想弄明白PD-1到底是怎么回事。但是到了这个阶段,他接受了同事、癌症免疫专家湊长博教授的建议,开始考虑PD-1机制在癌症治疗上的应用。本庶佑认为可以利用这一原理开发抗癌新药,于是着手开始了一系列实验,并在第一时间申请了专利。

新药的研制成功和荣获诺奖

经过一番周折之后,本庶佑与制药公司合作开发出的新药于2006年在美国率先进行临床试验,于2009年在日本也开始临床试验。结果令人鼓舞。据2012年新英格兰医学期刊的一份报告显示,在296名参加临床实验的癌症晚期患者,包括非小细胞型肺癌、黑色素瘤以及肾癌患者中,疗效高达20%-30%。更令人惊讶的是,治疗效果可长达三年

这样,人类在治疗癌症的方法上,除了原有的外科手术、放射线和化学抗癌剂之外,又增添了一个新的方法:免疫疗法!免疫疗法!免疫疗法!

本庶佑作为这一疗法的独立发现者,因此获得的荣誉无数,并最终与美国的艾利森教授一道,于2018年获得了诺贝尔生理学医学奖。诺贝尔奖评审委员会公布他们两人获奖的理由是“发现抑制负向免疫调节的癌症疗法”。

十五、喧嚣的诺奖过后,明确下一步努力的方向:查缺补漏

对于因自己的工作受到同行的肯定而获得诺奖,本庶佑自然感到非常高兴。但是,本庶佑很清楚,根据PD-1机制所研制的药物Opdivo并不完美。与其他抗癌药相比,它的副作用虽然相对较小,但仍不容忽视。另一方面,新药物对哪些人不适用,目前也没有定论,还有待于进一步的研究。他在获奖后清楚地表明了 下一步努力的方向

同时,本庶佑认为自己进行科学研究的根本目的,并不是为了拿诺贝尔奖。几十年来,激励他不断研究的最大原动力在于自己好奇心的满足。多年前他曾经自我分析说:“我一旦发现有趣的现象,就把其他所有的事情全忘了。而且绝不肯轻易放弃。”不断尝试揭示生物学未知的秘密,是一个令他着迷而永远无法舍弃的乐趣。

当然,为了求知的乐趣而研究,并不意味着懒散和随心所欲。实际上,本庶佑实验室在京大医学部以勤勉和严格著称。对于诺贝尔奖,他曾笑道:即使是获得诺贝尔奖的工作,后来也有些被发现是错误的。而他在得知自己获得诺奖的第二天,就宣布将所有的奖金捐献给京都大学,用以支持生命科学的基础研究。

PD-1的发现及其应用,很典型地展现了一项基础研究如何发展的过程。虽然本庶佑也关心临床应用,但他最根本的出发点始终是基础研究。他追求的是 穷极事物的真理,就PD-1而言,就是想要弄明白 PD-1到底是怎么回事。一直到PD-1的功能和机制基本弄清楚后,他才在湊长博教授等人的建议下考虑付诸应用。

十六、深挖基础研究,穷极事务的真理,回答本质问题,必然产生重大影响

本庶佑曾多年担任日本内阁府综合科学技术会议议员,并且一直呼吁政府及社会各界重视基础研究,希望大家理解基础研究回馈到社会需要一段较长的时间。他认为,现在在世界范围内,普遍存在着一种令人遗憾的倾向:各国都 要求科学研究在短期内拿出成果、派上用场。马上能派上用场的东西,也会马上就失去用场。基础研究要回馈到社会,无可避免地需要时间。但是,基础研究即使不能马上派上用场,但如果回答了本质性的问题,终究会产生重大影响,促进人类的进步和发展。

2018年10月,当人们涌向本庶佑身边,祝贺他荣获诺奖时,他淡然而平静地说:“这只是因为各种偶然因素凑到了一起,我非常幸运。”他接着又说:“由于我的研究结果,使这个世界有了新药,使患者得到了帮助。因此,我觉得自己的人生是有意义的。我对此感到非常地满足。”

参考资料

[1]「免疫の仕組みに魅せられてー何ごとにも主体的に挑む」 JT生命誌研究館,2003

[2]「獲得免疫の驚くべき幸運」,京都奖获奖演说,2016

[3]https://web.archive.org/web/20140420043014/http://sankei.jp.msn.com/west/west_life/news/131215/wlf13121518000032-n1.htm

[4]http://wedge.ismedia.jp/articles/-/15412

[5]https://www.asagaku.com/chugaku/topnews/14126.html

[6]https://www.nikkei.com/article/DGXMZO35985410R01C18A0CR8000/

[7]https://www.sankei.com/life/news/181001/lif1810010045-n1.html

[8]《研究者》,東京図書,2000

[9]https://www.asagaku.com/chugaku/topnews/13861.html

[10]https://www.youtube.com/watch?v=9gx05bZIMc8

[11] http://www2.mfour.med.kyoto-u.ac.jp/essay01.html



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