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施一公:我的认知再次崩塌!世界如此未知,人类如此愚昧,还有什么物事难以释怀?

2019-11-26来源:中华旅游网

  施一公  


施一公,中国科学院院士、结构生物学家、原清华大学教授。1967年5月5日出生于河南郑州,1989年毕业于清华大学,1995年在美国约翰霍普金斯大学获博士学位。2015年9月,中科院院士施一公出任清华大学副校长。2018年4月16日,施一公当选西湖大学首任校长。

本文为施一公在「未来论坛」年会上发表题为《生命科学认知的极限》的演讲。


一个生物学家面对生命之谜不懈追问



△施一公在演讲现场


今天,我想跟大家探讨一下生命的本质和生命的极限。


我们先看看人从哪而来?


人的整个出生过程是这样的:一个精子在卵子表面不停地游逛,寻找一个入口,找到合适位点以后,会分泌一些酶,然后钻进去。卵子很聪明,一般不会让第二个精子再有机会,所以一有精子进来,马上把入口封死。


精子进来后就被降解,然后精子的细胞核和卵子的细胞核结合,形成双倍体,受精卵开始发育,逐渐分裂为2个细胞、再分裂为4个细胞、8个细胞、16个细胞,此时受精卵还在子宫外面游逛,还没有着床。


继续分裂下去,形成64个细胞、128个细胞,这时它快要找到着床地点了。着床之后,继续发育。


你们可能知道也可能不知道,短短四个礼拜,胎儿开始有心跳。慢慢地,神经管形成了,脊椎形成了,四肢开始发育,通过细胞凋亡,开始形成手指头。到四五个月的时候,胎儿开始在母亲肚子里踢腾。出生之前,胎儿的大脑发育非常快,各种神经突触迅速形成。然而不要忘了,这样一个鲜活的生命来自于一个受精卵。



生命开始之后,生命的历程很漫长,这里面有很多苦恼。我记得我看过一首打油诗是这样说的:


0岁闪亮登场,10岁茁壮成长,

20岁为情彷徨,30岁拼命打闯,

40岁基本定向,50岁回头望望,

60岁告老还乡,70岁搓搓麻将,

80岁晒晒太阳,90岁躺在床上,

100岁挂在墙上。


科学如何应对生命挑战


我们生命的历程饱受挑战,有很多来自于疾病,其中三类疾病和人类有很大关系。


1 其中心血管疾病是最重要的杀手,仅在中国每年就有303万人死于心血管疾病,占32%。


2 第二种疾病也很可怕,就是癌症,我们身边的人常常被癌症夺去生命,中国每年有265万人死于癌症,占28%。


3 第三类疾病死亡率不高,但是对人的困扰很大,严重影响生活质量,就是神经退行性疾病,有多位世界名人都曾受这类疾病的折磨。


此外还有34%的人死于其他原因,其中大部分是传染病,一小部分是交通事故和意外伤害。


我今天想告诉大家的是:

我们如何运用科学去接受生命的挑战。



在古代,我们在黑暗中摸索,比如说当代的屠呦呦为找到治疗疟疾的方法,就是看了古典药学得到灵感,导致了青蒿素的发现。后来弗莱明发现青霉素,已经是用科学的方法论来探索。1985年以后,由于戈尔茨坦和布朗发现了低密度脂肪颗粒的受体(LDL受体),开启了真正的征服心血管疾病的历程。


人类始终用科学在应对挑战,从简单的摸索和经验积累,到最后通过基础研究驱使药物的发现。


我有三个例子在此分享:


第一个例子就是心血管疾病。


研究发现,导致心血管形成斑块的低密度脂蛋白和受体结合以后会被细胞内吞,内吞以后低密度脂肪的颗粒会被降解,而受体会回到细胞表面,可以重生,再去把新的低密度脂蛋白拉到细胞内去,从而减少对人体有害的低密度脂蛋白。


1985年,戈尔茨坦和布朗两位科学家,(也是在座的王晓东的博士后导师),就是因为发现了低密度脂蛋白的受体而获得诺贝尔生理或医学奖。在戈尔茨坦、布朗和日本科学家Endo Akira等一大批人的努力下,很多降胆固醇的他汀类药物问世了,包括1987年问世的第一个心血管疾病的药物。


迄今为止,最有名的他汀类药物立普妥(阿托伐他汀)已经过了专利保护期,在座的就应该有人服用过这种药。在它于2011年专利过期之前,全球销售额高达160亿美元,堪称药神。


我们一直在用基础研究去探索最前沿的和疾病做斗争的方式,我们虽然有很多他汀类药物,但是很多高血脂的人仅仅靠吃他汀类药物,并不能阻止心血管软斑块和硬斑块的形成。


为什么呢?科学家发现,是因为这些人体内的低密度脂蛋白受体逐渐被降解得找不到了,如何把他们的受体的数量恢复出来,就是问题的核心。


几年之前,科学家找到了PCSK9蛋白,它可以结合低密度脂肪蛋白的受体。结合到受体以后,低密度脂蛋白颗粒被受体一起拉到细胞内内吞了,也就是说,低密度脂蛋白受体在被细胞内吞的同时就牺牲了,也就不能再把流淌于血液中的低密度脂蛋白降解掉,这样低密度脂蛋白大量堆积,就形成了软斑块和硬斑块,最后带来致命的心血管疾病。



这个过程是基础研究发现的,而发现这个过程的著名科学家海伦,是一位女性,获得了2015年的生命科学的突破奖。


第二个例子我们讲讲治疗癌症的新的曙光。


大家听过很多次的「免疫疗法」。这个免疫疗法最有名的一个例子,是2015年8月20日,美国前总统卡特向所有世界上关心他的人宣布,自己得了晚期黑色素瘤,而且当时已经有4个2毫米大的肿瘤在脑子里,已经扩散了,他认为自己的时间不多了。


然而短短3个月以后,2015年12月6日,他再次出现在大家面前,告诉人们,通过分子疗法,他脑子里的4个肿瘤已经完全找不到了。


他的分子疗法就包括一个很有名的免疫疗法,就是针对PD-1表面受体的单克隆疗法。免疫疗法从根本上改变了人类对疾病的斗争方式。这种疗法的创始人,也是这一概念的发现者James Allison同样获得了生命科学突破奖。


对这一过程也做出了重大贡献的科学家中,还包括一位中国人,就是陈列平博士。


第三个例子是神经退行性疾病。


非常遗憾,至今人类根本不知道病因,尽管我可以告诉大家很多的理论、数据和实践,但我们只是大概知道这个病是怎么回事。现在世界上有4700万人饱受这种疾病的困扰,预计2050年时,每3秒钟就有一个新的病人出现,我们会有超过一亿三千万人受它的困扰。


神经退行性疾病中最有名的就是老年痴呆症症,也叫阿尔茨海默综合症。得这个病的病人很痛苦,因为生活不能自理。老年痴呆晚期的患者大脑里面有一个个很可怕的洞,大脑被吞噬掉了。虽然不知道到底是什么原因导致了老年痴呆症,但是大家公认,如果从分子水平上认识老年痴呆症,也许会为治疗带来曙光。



我自己的实验室也在朝这个方向努力。我们去年在原子分辨率上首次报道了与老年痴呆有直接关系的人源γ分泌酶的结构,这个人源γ分泌酶被认为是导致老年痴呆症必不可少的一个致病蛋白,所以也许通过后续的深化研究,我们可以找到治疗老年痴呆症的办法。


认知生命有极限


我举了心血管疾病、癌症、老年痴呆症的例子,最后过渡到大脑。


不要说我们对老年痴呆症的病因不清楚,对大脑这样一个神秘的器官我们也知之甚少,我们基本上可以说什么都不知道。尽管我们有很好的学习记忆的模型,我们可以模拟出学习记忆的过程,但究竟是不是这样?我们真的不知道。


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