1985年诺贝尔医学或生理学奖获得者是美国得克萨斯州立大学的M. 布朗与J. 戈尔德司坦,他们对于胆固醇代谢及有关疾病的研究作出了卓越的贡献。
血液中胆固醇的主要载体是LDL(低密度脂蛋白)。LDL受体的机能是将血液中的胆固醇移入成纤维细胞及肝细胞内。血液中的胆固醇异常增高,引起黄色瘤与动脉粥样硬化,这往往是常染色体显性遗传性疾病。布朗与戈尔德司坦两位博士在探索这种遗传性高胆固醇血症的起因过程中,查明了LDL受体系列的分子结构,证明了它与这种受体机能的缺陷有关。这就是说,位于细胞膜表面特异凹陷部位的受体与LDL的酶蛋白相结合,一旦形成交合体即把它们聚集起来,再搅混形成分布不匀新的交合体,它通过细胞摄粒作用进入细胞质,与溶酶体融合。在溶酶体内酶蛋白通过蛋白酶分解为氨基酸,而胆固醇脂通过酸性脂肪酶分解成为胆固醇。此时受体返回细胞膜循环使用。胆固醇通过溶酶体膜进入细胞质,在大部分细胞中参与,膜的磷脂质重叠层生化合成、在副肾皮质细胞中参与类甾激素合成,在肝细胞中参与胆汁酸合成。此外LDL受体系列中具有反馈控制机能,使细胞内的胆固醇保持一定浓度。换言之,其一,抑制β羟 – β - 甲基戊二酸单酰辅酶A(HMG-CoA)还酶素的活性——它是胆固醇生化合成的速律酶,以停止胆固醇的合成。其二,活化过氧化氢(ACAT)酶,将过剩的胆固醇酯化并积蓄起来。其三,停止LDL受体的生化合成以防LDL移入细胞内。这种相应调节细胞内外胆固醇数量的机能,可以使胆固醇保持在一定的浓度。在外界没有胆固醇的情况下,细胞通过乙酰辅酶A生化合成胆固醇。
另一方面,他们最近发现大吞噬细胞具有鉴别乙酰基LDL受体功能,它积蓄胆固醇,因而与动脉硬化发生可能有关。
再说,无论是欧美人,还是日本人,约有千分之二高比率的人LDL受体遗传因子会引起变异。如果LDL受体缺陷,细胞便不能从血液中摄取LDL,LDL在血液中以高浓度积蓄。LDL受体杂合子一方缺陷,会引起动脉硬化往往20岁前就死于心肌梗死和脑溢血。约有百万分之一的人患有纯合子缺陷,这样的家族性高胆固醇血症的患者中血液中胆固醇值异常的高,四年内出现皮肤黄色瘤。他俩用放射性I125-LDL结合活性对患者淋巴细胞和成纤维细胞进行了测定,发现该患疾的病因是LDL受体的缺陷。进一步将LDL受体提纯、确认其为分子是164kd的酸性醣蛋白,并制成其抗体。从这一系列研究中,可以看出家族性高胆固醇血症的细胞中不仅受体蛋白减少,而且氨基酸排列有异常。他们查明了在这些患者细胞内,虽然LDL受体仍参与细胞膜合成,但与配位子结合活性非常弱,即使与LDL能正常结合,也不能聚集将LDL移入细胞内。这样的变异反过来也证明了细胞的摄粒作用必须依赖受体的作用。
最近,两位博士成功地进行了LDL受体纯株培养,从盐基的配位可以推定受体分子结构中氨基酸的配位。LDL至少按结构、机能可分5个部分。即从N端到C端可分:(1)由半胱氨酸322硷基组成的LDL结合部,(2)具有320硷基组成的、机能上强于表皮成长因子(EFG)前躯体的相同体部,(3)由48硷基组成的?有丝氨酸与苏氨酸部,(4)由22个疏水性氨基酸组成的膜孔部,(5)由50硷基组成的白细胞质凸出部。
—般认为LDL受体在染色体上的结构基因小亚基与大亚基合起来达60 kb。患者细胞产生163(千道尔顿) - 分子量单位(kd)受体蛋白,比正常要少1 kd,这是由于2个小亚基缺如及第三个小亚基部分缺损的缘故。这样会引起膜孔及细胞质倒凸出缺损。而由于此缺损引起受体向细胞外释放这一点也证明了膜的局部结构与疏水硷基的重要性。
他们不仅在胆固醇细胞摄粒机制研究上取得成功,而且与贝奇(1980年诺贝尔奖获取者)一起共同研究,对控制胆固醇生化合成速律的酶基因进行了纯株培养。有一种叫HMA-Co A还原酶,这种酶的合成对胆固醇的反馈控制至关重要。如果今后的研究对反馈控制机制有进一步阐明的话,那么可以肯定高胆固醇血症病因与其基因异常有关。
布朗与戈尔德司坦两位博士的研究,可以说是优秀研究者相互信赖协作取得辉煌研究成果的一例。在1960年初,还是医学院学生时代,他们就志同道合,除少量时间外,几乎都在一起协同进行研究,布朗专攻生化学,而戈尔德司坦则攻遗传学。1972年受聘于特拉斯的得克萨斯州立大学医学院,共同开始了对胆固醇代谢研究的实验一直至今。两位博士采用了生化学,遗传学,电子显微镜观察,分子生物学,临床遗传学方面种种的技术进行了研究。他们在LDL受体系列上取得了更深刻的了解,故而常常成为解析其他配位子受体系列的典范。特别是,他们弄清了通过细胞膜受体对配位子的细胞摄粒作用。已经知道在增殖因子受体系列方面也存在着细胞摄粒现象,虽不能说它与信息传递、对答反应有着直接关系,但可以认为它担负着—定的增殖抑制作用,虽然,两位博士目前的研究还没有能找到家族性高胆固醇血症及动脉硬化症的根治方法,但对其的预防及治疗有着十分重要的意义。例如,他们发明了使胆固醇受体机能亢进的消胆胺与一种阻碍胆固醇合成的抑制剂。这对从基础生物学到临床遗传学等广泛的分野给予极大的影响。
值得一提的是,如此震惊世界的研究,居然在资历较浅的特拉斯新兴大学里获得成功。当然,学术界权威之争要经过激烈地交锋,而当今往往只对胜利者作出评价,在评价他俩功绩时,想到他俩连续十余年来齐心协力共同实验不断发表了具有新观点的论文,单这一点协作精神就无愧于荣获诺贝尔奖。
[Science,1985年12期]