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人體蛋白質魅力何在隨著科學家成功地破譯生命密碼的人類基因組之後,一個以揭示蛋白質功能與結構為研究重點的後基因組時代也拉開了它的帷幕。


  2001年,人類基因組圖譜公佈後,人們發現人類基因數目只比低等生物線蟲或果蠅多兩倍。如此少的基因是怎樣創造出人類如此複雜的生命活動的呢?


  答案就是蛋白質。也就是說,人體內真正發揮作用的乃是蛋白質,蛋白質扮演著構築生命大廈的重要角色。搞清蛋白質的結構與功能,將有助於開發出診斷疾病的新方法和治療疾病的新藥物。


  蛋白質圖譜研究是生命科學的前沿之一。專家認為,繪製生物的基因組圖譜只是研究生命活動規律的第一步,更重要的是弄清基因所編碼的各種蛋白質的功能及相互作用,因為幾乎所有的生命活動都要靠蛋白質來完成。蛋白質組學的研究無論是工作量還是技術難度,都比基因組學的研究要複雜得多。


  儘管如此,但經過科學家們的努力分析和潛心研究,繪製微生物類蛋白質組圖譜和解析生物蛋白質等方面的工作,目前已成果不斷,這為人體蛋白質組圖譜的繪製開闢了光明的前景。


  在繪製微生物類蛋白質組圖譜方面,法國捷足先登。2002年1月初,法國哈伯裡健尼克斯公司宣佈繪製成功一幅蛋白質組圖譜,揭示出了幽門螺旋桿菌體內蛋白質組相互作用的關係。專家們認為,這將有助於研究這種細菌體內各種蛋白質的功能,尋找治療胃腸疾病的新方法。


  繼法國之後,德國與加拿大科學家最近又公佈了釀酒酵母的部分蛋白質組圖譜,並根據這一圖譜發現了蛋白質復合體之間的交換作用具有動態特性。


  對此,科學家認為,具體弄清這種特性可能有助於找到人體組織、器官和細胞等發生病變的機理。蛋白質組與基因組相對應,但又與基因組有根本區別。一個有機體只有一個確定的基因組,組成該有機體的所有不同細胞都共享一個確定的基因組。

而蛋白質組則是一個動態的概念,不僅在同一個機體的不同組織和細胞中不同,而且在同一機體的不同發育階段、不同生理狀態甚至不同的外界環境下都是不同的。


  科學家認為,在後基因時代,最重要的工作就是弄清基因的全部蛋白質產物的結構和功能。蛋白質的功能取決於蛋白質的結構,蛋白質的結構可以給人類提供一個蛋白質是否正常的信息,例如鐮狀血紅細胞疾病來源於蛋白質的缺陷,老年癡呆症來源於蛋白質的結構錯誤。由於這項研究涉及全人類的健康及製藥產業的巨大利益,所以它已經成為新世紀科學發展的最大熱點。


  蛋白質的研究與開發極具魅力的一個顯著特點是其實用性,它的研究信息有可能直接應用於生物技術產業中,產生出極大的商業前景。


  德國海德堡大學的科學研究小組對釀酒酵母進行了蛋白質組的研究。科學家首先對其1700多個蛋白質以同源重組方式進行標記,然後通過質譜分析確證了232個蛋白質復合體,並新發現了344個蛋白質在細胞中可能具有的功能。德國媒體評價說,在人類基因組破譯階段德國處於落後地位,而上述發現則標誌著德國在後基因組研究中處於領先地位。


  加拿大多倫多大學的科研小組也對釀酒酵母進行了類似的研究。他們的研究結果與德國科學家的研究結果共同公佈在同一期《自然》雜誌上。


  另外,日本北裡大學和名古屋大學的研究小組最近也宣佈,它們的研究人員已經在納米水平上對人和果蠅等63種生物進行了研究和分析,並在此基礎上繪製成了大約52.26萬個蛋白質的立體結構預測模型。


  近日又有報道說,這一研究成果現在已經開始用於研究艾滋病病毒對藥物產生抗藥性的抗藥機制。前不久,日本文部科學省還決定從2002年4月開始實施一項名為「蛋白質3000」的大型生命科學研究計劃。

它的實施目標是,爭取在5年之內解析3000種蛋白質的結構與功能,並盡可能多地獲得這項研究的專利。日本東京大學科學家加籐茂明最近發現了兩種新的蛋白質復合體,這兩種物質具有抑制乳腺癌細胞增殖的作用,因此可望被用於新型抗癌藥物的開發。

這兩種蛋白質復合體分別被稱為「TRRAP」和「GCN5」,它們是通過抑制細胞功能來抑制癌細胞增殖的,即它們能夠阻礙蛋白質與細胞內被稱為ER的雌性激素受體結合,因而可以大幅度地抑制癌細胞的增殖。

日本神奈川科學技術研究所還揭示出了與白血病有密切關係的「c-Myb」和「c/EBPβ」這兩種蛋白質的立體結構及其作用機制。

日本橫濱市立大學教授緒方一博士指出,這一發現不僅有助於查明正常細胞形成和癌細胞發生的機制,而且它將成為診斷和治療癌症的新線索。

蛋白質是腦細胞的主要成分之一,約占腦重量的35%,在人的記憶、語言、思維、神經傳導等方面發揮著重要作用。日本大阪大學遠山正彌教授最近發現,一種名為「PS2」的蛋白質能引發老年性癡呆症,這一發現為進一步開發出新的治療老年性癡呆症藥物提供了可能。


  美國科學家新近研究發現,俗稱早老性癡呆症的阿爾茨海默氏症有朝一日也許能通過驗血得到早期發現和診斷。根據此前研究證實,在患者出現癡呆症狀之前的10到20年,大腦中的貝塔-澱粉蛋白就開始積聚,當這些蛋白積聚到一定程度就會形成蝕斑。有理論認為,正是這些蝕斑損害了患者腦細胞,導致大腦功能衰退,並引發其他症狀。

美國國家衛生研究所和日本物理化學研究所的研究小組還發現了一種與大腦記憶有關且有控制食慾作用的蛋白質。這

種被稱作「蕈毒鹼性受體」的蛋白質,除了具有減肥效果外,還有助於查明引起過食症的病理機制,進而為研究出治療過食症的方法開闢了道路。研究人員山田對此指出:「如果開發出能夠抑制這種蛋白質作用的藥品,那麼過食症就可以得到有效的治療。」

日本東京大學藥學系新井洋由教授最近發現了能促進膽固醇合成的蛋白質「SPF」。研究人員將製造SPF的基因植入經過培養的肝細胞內,結果發現肝細胞內膽固醇的合成量升高了20倍以上。

據認為,如果進一步開發出能抑制SPF蛋白質製造膽固醇機能的藥物,將給高血脂症患者帶來福音。基因的主要功能是通過其表達產物���蛋白質來實現的,而蛋白質在合成之後,又具有它們相對獨立的修飾、轉運和相互間的作用能力,同時還具有對外界因素發生反應的能力。


  日本現在已把人工合成蛋白質的研究作為政府蛋白質科研計劃的重要組成部分,日本的一些大學和機構在這方面的研究也不斷有新成果問世。

日本大阪大學中村敏一和松本邦夫兩位教授最近成功地合成出能阻止癌細胞擴散的名為「NK4」的蛋白質。經過在動物體內試驗證實,這種蛋白質對胰腺癌、肺癌、乳腺癌和膽囊癌四種癌症很有療效。

松本教授說,許多癌細胞都能攻擊人體內分佈很廣的纖維母細胞,使之釋放出肝細胞增殖因子(HGF)。這種因子與癌細胞表面的受體結合後,癌細胞就會向周圍組織進行擴散。

兩位教授解析了肝細胞增殖因子的結構後合成出了「NK4」。試驗結果表明,「NK4」能作用於癌細胞的受體,使之無法與肝細胞增殖因子結合,因而防止了癌細胞向正常組織擴散。

日本角弘公司最近發表報告說,公司研究人員已經從大馬哈魚的鼻軟骨中提取出了用途廣泛的高純度蛋白多糖。蛋白多糖是由蛋白質和葡萄糖胺聚糖構成,存在於動物的關節軟骨中,起關節潤滑劑的作用。

研究人員將50條大馬哈魚的鼻軟骨粉碎、脫脂、乾燥,再去除骨膠原,結果從中提取出了約1.4克蛋白多糖。

這種物質可用來製作治療關節炎的藥物和化妝品等。迄今為止,這種蛋白多糖是從鯊魚和牛的軟骨中提取的,市場售價每克約30萬美元。

據角弘公司說,用大馬哈魚的鼻軟骨做原料,可把蛋白多糖的製作成本降低到原先的十分之一以下。


  為了盡快研製出征服人類各種疑難病症的新藥,美、歐、日等科技發達國家都在加緊這項新技術研究與開發。與此同時,世界各大生物技術公司也都在為研究開發蛋白質組投入大量資金。

美國《科學》雜誌說,今年世界上就將有可能出現以蛋白質為基礎的新型藥物靶標,可以說人類利用蛋白質藥物來治療疾病已經為期不遠。
 
 


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