记者本想正式采访王汝宽研究员,但采访变成了“闲聊”,于是摸到了未来生物医学发展的脉络。
王汝宽教授长期担任中国医学科学院医学情报研究所副所长,被评为卫生部有突出贡献的专家,获国家科委科技成果三等奖,可谓把握医学“行情”的专家。谈到医学,他首先认为要以生物学为基础,统称生物医学。因为现代医学的兴起、发展是借助生物学而产生的。这里有一个简要的过程。19世纪中叶魏尔啸的细胞学、孟德尔的遗传学、达尔文的进化论为医学奠定了基础。本世纪40年代,人们又弄清了遗传的核心物质是核酸。50年代沃森和克里克阐明了DNA的双螺旋结构并因此而获诺贝尔奖。60至70年代进入分子生物医学时代,DNA片断被合成,重组DNA诞生,单克隆抗体出现,被誉为生物医学划时代里程碑。1981年中国上海的科学家人工合成具有全部生物活性的酵母丙氨酸转移RNA(tRNA),1卯8年美国也宣布合成酵母丙氨酸tRNA。在80年代还出现了多聚酶链反应(PCR),在30分钟内将DNA片断放大30万倍,以利分析研究。未来的生物医学(本世纪末下世纪初)的发展就是建立在上述基础上。因此世界各国(包括我国)的科研攻关项目至少有一半是与生命科学有关。那么,未来生物医学具体发展方向何在?王汝宽教授认为有三大方向。
了解和阐明大脑的结构与功能是了解生命本质的重要基础,也是推动相应科学学科发展的基础。大脑的结构和功能、作用机制是生物医学的前沿领域。人的认知、推理、判断、情感的物质基础、生命的高级形式——思维、创造以及人们最棘手的精神病等都有损于对人脑的揭示。因此科学家认为下一世纪是脑科学的世纪,是人类向生命科学进军的最后堡垒。例如人的一种最简单最普通的认知过程是识别亲人、朋友、熟人。为什么人看一眼某人就知道这是自己的朋友、父母、兄弟姊妹抑或儿女、丈夫、妻子呢?有人会说这是熟悉的缘故,但真正的机理在于大脑神经元的活动。据科学家测定,人们见面认出自己亲人的这一瞬间就有几十万个脑细胞在参与活动,而且是同步的,否则人们不可能在一瞬间就做出正确判断。还有人的情感瞬息间千变万化,喜怒哀乐,表情说变就变,这也牵涉到无数脑细胞的活动。
弄清脑细胞的这些机制不仅仅是生命科学的要求,而且是信息科学的要求。现在的计算机达到运算100亿次/秒,这仅仅能满足逻辑思维的要求。每秒运算1000亿次或更高以及未来第5代第6代人工智能计算机靠逻辑思维就不行了,必须借助形象思维,这就是人大脑的形象思维,在一瞬间亿万个细胞同步处理大量信息,即元件多,传递速度快,只有把大脑的智能、神经元的结构、联系和信息处理搞清楚了,智能计算机才会列入议事日程。因此脑科学的发展也推动信息科学的发展,同样在弄清大脑细胞复杂结构、功能基础上也才能开发未来的智能机器人。
为此日本已在进行“人体新领域”的整体研究,核心是大脑的结构和机能。美国以纽约长岛冷泉港实验室为首的权威机构(由诺贝尔奖获得者、DNA双螺旋结构的阐明者沃森主持)也在进行大脑的整体深层次研究。
人的基因结构和功能的关系、作用原理是未来生物医学的另一个大方向。人的DNA由30亿对核苷酸构成,把它们拉直只有1米长,由它们决定遗传性状(如毛发、颜色、相貌)以及许许多多的疾病。目前已了解这30亿对核苷酸中有10万个活性基因,其中确切了解的有300多个(也即300多种蛋白质),因此未来要做的工作是:首先要探明人的所有基因(30亿对核苷酸)并搞清10万个活性基因的功能。为此美国由沃森教授带头,政府拨款30亿美元,计划在2005年完成人类所有核苷酸的序列、定位和分析,即描绘人的所有基因图谱。日本亦不甘示弱,在人体新领域研究中加入基因研究,计划在2000年用100亿日元(折合1亿美元)完成人基因图谱的描绘。他们声称拥有先进的核苷酸分析仪,能迅速准确地分析定位人的基因。
如果对人的所有基因定位并了解其功能后,就会对生命的认识产生质的飞跃,从而明了受精、发育、生长、衰老、疾病和死亡的机理,战胜疾病和衰老,促进人类的健康和长寿。
其次不仅仅要了解基因定位和功能,而且要了解它们是怎样作用的。例如知道某部位的基因决定眼睛的颜色,还得知道它是在何时以什么方式决定颜色的。过去认为人的核苷酸序列不能有变化、缺失或移位,否则就会患病。例如,人基因组的一个核苷酸——腺苷脱氨酶改变就可造成贫血,但是深入的研究发现人发病后这一核苷豫还在变化,不是一成不变的,而且人的免疫球蛋白的基因在确定其核苷酸序列后常常会发现它们的序列中会插入一个无意义的核苷酸片端,一会儿东一会儿西,在人体中找不到“标准”的免疫球蛋白。还有原癌基因在整个核苷酸的其他序列上不会造成癌变,只有当它转移到核苷酸的长末端(5'端)才使正常细胞产生癌变。因此了解基因是怎样作用的才能深入了解生命和疾病的本质。在今天看来人的核苷酸序列也是处于一种必威在线网站首页网址 中,并不是固定不变的,或者说它们处于一种变动中的排列组合。这为研究生命和疾病提供了新的线索。
未来生物医学的第三个方向是对疾病、衰老、死亡在基因分子上的研究,这实际上是上述两大方向的实际应用,这种应用包含了丰富的内容。例如对癌症的研究发现很多基因与癌症有关。癌的产生是多基因参与、多因素作用、多阶段发病。仅仅对致癌、促癌、抑癌基因的研究、弄清它们相互的作用、彼此作用的对立、消长就是一个庞大的工程。
又如动脉粥样硬化、心脑血管堵塞,从分子水平上了解到是肝细胞表面一种结合低密度脂蛋白(LDL)的受体异常造成的*生成受体的基因异常就导致受体异常,致使肝细胞无法吸收分解代谢LDL,造成LDL在血管壁堆积,形成梗阻。现已明确LDL受体基因在1号染色体上,如果染色体的一个(染色体是成对的)上有缺陷,则人在40~50岁发病,而2个上有缺陷,则在20多岁就可发病。未来根治心脑血管病就可从基因疗法入手。
同样是动脉栓塞,现在采用手术、药物溶栓、经皮腔内气囊血管成形术、激光、旋转刀片切割等方法治疗,但30%的病人在治疗后又很快复发。原因是血管内皮细胞增生过快,从基因水平探索,发现是内皮细胞的基因有缺陷,类似癌基因,能促使细胞疯长。这又是未来分子水平治愈动脉栓塞的方向。
有专家认为,本世纪的生物医学还没有什么成就超过了70年代的重组DNA技术和单克隆抗体,王汝宽教授认为,将来从研究人的大脑、揭示基因的奥秘和从分子水平阐明疾病、衰老、死亡的机理将远远超过重组DNA和单克隆抗体。
战胜癌症、心脑血管病、艾滋病、精神病和使人们健康长寿等目标将由未来的生物医学和社会医学来完成。