2000年6月,《科学美国人》杂志记者卢里亚·卡罗瓦(Rulia Karow)在纽约冷泉港国家实验室采访了前来参加第95届CSH会议的英国科学家、2001年度诺贝尔生理学或医学奖获得者保罗·纳斯(Paul M. Nurse);由于纳斯20世纪70年代在“细胞周期关键调节因子”方面的卓越工作揭示了细胞启动生长和分裂的机制,当时被认为是诺贝尔奖的理想候选人。以下是卡罗瓦与纳斯在冷泉港实验室外的草坪上进行的访谈内容。
保罗 · 纳斯生于1944年,工作于英国皇家癌症研究基金会。20世纪70年代中期,他在裂殖酵母中发现了cdc2基因,证明了这种基因在细胞分裂调控中的作用;他还在面包酵母中发现了“起始”基因,该基因在控制细胞周期由G1期向S期转换中具重要的作用。
保罗 · 纳斯是英国最著名的科学家之一。20世纪70~80年代他在细胞周期方面的卓越的工作揭示了细胞启动生长和分裂的机制,为在分子水平上探索癌症机理奠定了基础,从而为他赢得了大量的荣誉,包括1998年的腊斯克(Lasker)基础医学奖。许多人认为他是诺贝尔奖的理想候选人,2000年他被封为爵士。自1996年起,保罗 · 纳斯就是英国最大的癌症研究组织——皇家癌症研究基金会的首席科学家。
卡罗瓦:您是什么时候决定成为一位科学家的?是很早以前呢,还是在大学的时候?
纳斯:我想是早在学童的时候,是在伦敦当我看到人造地球卫星二号的时候。我那时才8、9岁,在报纸上就读到了这一新闻,并且在我家的花园里看到人造卫星从头顶上飞过。我想在1957年或是1958年,这真是令人奇异的事。当我稍大一点的时候,就对大自然很感兴趣,我观察鸟,收集甲虫,对植物很感兴趣,等等。我主要通过自然界来了解生物学,我想这是很正常的。
卡罗瓦:你是不是很清楚你想成为一位生物学家,而不是物理学家或天文学家?
纳斯:是的,我有点顽固。当我稍大一点的时候,最初我对自然界和生态学很感兴趣,后来我发现它很难,因为这个实验室太难以控制了(他指着地上的青草说)。所以我再大一点,先是上大学而后读研究生。我想从事分子和细胞方面的研究,因为这样你就能够很好的控制整个实验。
卡罗瓦:所以你就从事生物化学的研究而不是传统的经典生物学?
纳斯:是的,是从事生物化学而不是所谓的“皮毛”。
卡罗瓦:你认为对你影响最大的老师是谁?
纳斯:在学校时我有一个非常好的老师,实际上我最近遇见过他,叫凯斯 · 尼尔(Keith Neal)。最重要的是我的博士后老师默多克 · 米奇森(Murdoch Mitchison)。在爱丁堡大学,我作为一个年轻的研究人员,米奇森教授就给我极大的自由,允许我按自己的方式工作,我对此深表感激。他和我谈话,给我鼓励。对一个学生来说,那真是非常好的事情。
卡罗瓦:你因在细胞周期方面的工作而出名,也就是在真核生物中控制细胞分裂的细胞机制。你能否解释一个你最重要的发现是什么?
纳斯:我认为有趣的发现是确定了现在叫做细胞引擎的成份。所有的人都是有10亿个细胞组成的,它们生长并增殖着。引起细胞增殖的过程叫细胞周期,多年来我一直对是什么物质通过细胞周期控制这个过程,或者说是什么物质调节细胞分裂过程感兴趣。
我主要研究一种叫裂殖酵母的单细胞有机体,这种有机体并不是十分有用,做啤酒、面包也不是很好,它也不像面包师用的酵母,但它是观察细胞增殖的非常好的模型。在利兰 · 哈特韦尔(Leland H. Hartwell)裂殖酵母研究工作的基础上,我分离了具有分裂缺陷性状的突变体和对细胞分裂过程十分重要的基因,尤其是其中之一的cdc2,证明它对控制细胞周期非常重要。
cdc2是一种特殊的蛋白激酶,叫周期依赖蛋白激酶。当每个细胞周期中DNA复制的时候,当有丝分裂过程中DNA分开时,都证明这个特殊的蛋白质起到控制作用。它控制在细胞周期过程中两个主要的过程,这些是在裂殖酵母中发现的。其他的科学家尤其是利兰 · 哈特韦尔对芽殖酵母进行了研究,鉴定了一个相似的基因叫cdc28。裂殖酵母的研究开始的比较早,是在1975年,现在仍在进行。确切的说基础工作大约用了15年的时间。
卡罗瓦:你意识到了吗?现在随着包括芽殖酵母在内的几种生物基因组的测序,人们都知道酵母是一种很好的研究人的模式系统,在70年代是这样的吗?那时又是什么使你确信这些研究将会有广泛的应用?
纳斯:我想在酵母中研究它将会是有用的,我希望如此,事实上也是这样。坦率地说,我一点也不确信。回头想想,可能我早就应该确信才对。DNA复制和有丝分裂的基本过程看起来很相似,这些控制也有相似性不足为奇。现在酵母被认为是观察研究的很好的模式系统,不但在细胞周期而且包括在其他方面。但是在70年代甚至是80年代并非如此。
卡罗瓦:现在为了找到新的癌症治疗药物,人们正在研究酵母。作为癌症研究所的所长,你能不能解释一下细胞周期与癌症之间有何关系?
纳斯:我认为有两个联系是很有趣的。第一,癌细胞以非控制的方式进行细胞分裂,它们必需活化这个引擎,即周期依赖性蛋白激酶引擎。知道其如何起作用,这对了解如何活化癌细胞的复制非常重要。在我看来,尽管那是很有趣的并且也可以找出癌症治疗的新靶向,但并不是那么的重要。因为无论是正常细胞还是癌细胞,所有的细胞都必须活化相同的细胞周期引擎。我的观点是主要的原因不是直接的,理由如下:癌症基本上是一种体细胞基因疾病,也就说在基因组的复制过程中产生了错误,就是这些缺陷或者错误产生了癌症。当细胞准备这样做时,周期依赖蛋白激酶即核心引擎必须活化S期和有丝分裂。如果存在缺陷,如DNA损伤或DNA的不正确复制或染色体不正确分离,那么你就必须停止细胞周期引擎。在癌细胞中,在这些控制位点存在很多缺陷,这些缺陷与DNA复制和DNA损伤有关,例如尽管细胞受到了损伤、但这些缺陷仍然允许细胞生存。
卡罗瓦:这些控制点就是所谓的细胞周期检验点吗?
纳斯:确实如此。
卡罗瓦:你认为我们现在对检验点的了解是否将会产生新的癌症治疗药物,目前你是否确切知道正在研究的药物例子?
纳斯:我确实认为这是非常有前途的方法。目前许多制药公司正在研究大量的药物,但是还无一被应用到临床上。我怀疑可能是传统的治疗阻断了对检验点的影响。你知道像放疗这一类的方法也会损伤DNA,最初人们认为放疗将杀死分裂的细胞,但是我想更可能的情况是,癌细胞与正常细胞相比对DNA的反应不同,因为如我们前面谈到的那样,它们在检验点发生了变化。我认为现在许多的治疗处理是杀死癌细胞的不成熟的方法,因为癌细胞在检验点被修饰,但是我们对它们的深入了解很可能会产生治疗癌症的更加特异、更有疗效的方法。
卡罗瓦:你能举一个特别好的靶向治疗的例子吗?
纳斯:例如P53。在癌细胞中它时常受到损伤,可能半数的癌症患者的P53基因都发生了改变,它直接控制检验点。我想这也许是最好的例子。
卡罗瓦:药物作用于P53的机理是什么?
纳斯:我想药物起作用存在不同的方式。我们必须承认,P53缺陷的细胞当它们遭受DNA损伤时仍能够分裂。如果我们很容易地促使这些细胞分裂,当它们积累了大量的DNA损伤时我们就得到了很好的特异性细胞株。在我看来P53的活性比P53本身更重要。总之,这些细胞在检验点存在缺陷。我们要做的就是利用这一点找到更多损伤它们的方法,与正常细胞相比,它们不能恢复,不能很快死亡。
卡罗瓦:你认为什么时候建立在基础研究基础上的新的治疗措施能够行之有效?是5年、10年还是15年?
纳斯:我想人们时常低估了获得新的成熟的治疗措施所需要的时间,他们时常认为这是很容易的事。科学家们也许时常对此给予默认。普遍来说,一项新的治疗措施的产生需要20~30年的时间。例如,人们时常不能意识到的是,我们今天在临床上所用的主要方法都是建立在上世纪所完成的基础研究之上的。与癌症无关的一个典型例子是感染性疾病。巴斯德在19世纪70年代建立了疾病的机制——抗炎性因子。但第一次真正有效的治疗是20世纪的青霉素。70年的大量研究才将这一新的知识转变成真正有效的治疗措施。尽管我们现在可以做得更快一些,但仍需要花费很长的时间。所以我估计在过去的10年里我们对癌症的新的理解,无疑将会为未来10~20年的临床治疗带来好处。
卡罗瓦:尽管如此,两年前你因基础研究方面的成就而获得了腊斯克奖。
纳斯:的确如此。我是一个做基础研究的科学家。很明显我负责这个广泛领域的活动,但就我本身而言仍是搞基础的。
卡罗瓦:这个奖也叫美国诺贝尔奖?
纳斯:是的。
卡罗瓦:你是否想过获得诺贝尔奖?
纳斯:还是不想的好。因为它会令你发疯,所以我尽力不去想它。
卡罗瓦:让我们等着瞧好了。
纳斯:但愿如此。
卡罗瓦:你有两个女儿,是否会有一个打算成为科学家。
纳斯:我确实有两个女儿。目前一个在牛津当地的电视台当体育记者,另一个在曼彻斯特大学做理论物理研究工作。所以我有一个孩子是科学家,另一个不是。
卡罗瓦:你曾经鼓励她们成为科学家?
纳斯:没有。但如果其中之一成为科学家我将十分高兴,我想这应该由她们自己决定。
图为瑞典国王向保罗 · 纳斯颁奖
卡罗瓦:你想过将继续从事细胞周期的研究?
纳斯:我在从事细胞周期的研究。但我也有一个新的与细胞周期相关的研究领域,它叫细胞形态发生学,也就是一个细胞如何形成其形态和构成的科学。像细胞周期一样,这是另一个十分基础的生物学问题,也是非常有趣的。它也与癌症有关,因为当癌细胞转移和向全身扩散的时候,它们必须经过变形才能离开病灶并向其他的位置转移。但目前控制细胞形状的基本机制还是未知的,我的实验室正在酵母中做筛选,寻找具有奇异形状的酵母细胞。我所研究的酵母细胞是杆状的,课题组的同事正在寻找突变体:完全球形、弓形、香蕉形、T形、分支形,从而产生了关于球形形状是如何控制的许多有趣的信息。这是非常有趣的,也是非常复杂的问题。
卡罗瓦:从更宽的范围来说,你认为对生物学家最大的挑战是什么?在未来的30年,我们是否能了解我们所有的基因?
纳斯:作为一个生物学家仅仅考虑在理想环境中的有兴趣的问题,你这个问题有点超出细胞生物学家的专业范围。我认为它是一个令人激动的问题,因为细胞是最简单的生命体,它有生命所有的特性,如果我们想理解生命的本质是什么,那么生命的奇异的现象就是细胞是如何发挥作用的。酵母细胞是最简单的模型之一,它仅有5000到6000个基因,它是容易理解的。我们要做的就是理解细胞如何在有限的空间和时间里运作。迄今在我们的研究中所缺少的就是化学过程如何进行,以至于如何在细胞大功能区中运作的知识。化学是细胞生命活动的基础,但分子间相互作用是非常局限的,事实上细胞只有几个微米大小。最吸引人的是细胞如何组成其本身。
既然我们有构成酵母的一些基因,这有点像在剧目中有演员但没有剧本。现在我们要做的就是写剧本,这需要各学科之间的相互合作,需要新的方式研究各个过程。我们将需要物理学家、化学家和数学家参与进来,共同研究细胞的复杂的网络。我想在未来的30年里,生物学的范围将会更宽阔。
卡罗瓦:你认为我们会像我们的祖辈看到感染性疾病治愈一样我们能看到癌症的治愈吗?
纳斯:事实上是不会的。首先癌症的种类、位置、形式不同,癌症是由于许多基因缺陷造成的,它们有不同的特征。所以我认为采用一种方法治疗所有癌症是不可能的,应该有许多方法。我认为对癌症寻求“治愈”是一种错误,我们希望看到的是通过应用治疗和预防疾病新知识使癌症能稳定的得到改善。
[Scientific American. com,2001年10月22日]