2015十大科学发现中的医学相关内容

2015-05-11

中华神经创伤外科电子杂志 2015年6期

·科学快报·

2015十大科学发现中的医学相关内容

2015年12月出版的最新一期《科学》杂志刊登了由众多专家评选出的“2015年度十大科学发现”。其中与医学相关的有5项之多，说明医学研究领域始终是人类科学探索的前沿。本文将医学相关内容摘要介绍如下。

一、强大的CRISPR基因编辑技术

常间回文重复序列丛集 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)系统，为目前发现存在于大多数细菌与所有的古菌中的一种后天免疫系统，以消灭外来的质体或者噬菌体，并在自身基因组中留下外来基因片段作为“记忆”。2007年，一家酸奶公司发现一种细菌拥有抵御病毒的特殊防御机制。2012年，细菌的这种机制被科学家阐述清楚，2013年这一领域快速增长。它被视为分子生物学的一个奇迹，事实上，它并非仅对生物学家产生革命的影响，整个世界同样也会随之而改变。这就是基于CRISPR系统的基因编辑技术(图1)。排名2015十大科学发现第一位。

图1 CRISPR/Cas9的作用机理

由于其对DNA干扰(DNAi)的特性，目前被积极地应用于遗传工程中，作为基因体剪辑工具，与锌指核酸酶(ZFN)及类转录活化因子核酸酶(TALEN)同样利用非同源性末端接合(NHEJ)的机制，于基因体中产生去氧核糖核酸的双股断裂以利剪辑。CRISPR经由遗传工程的改造应用于哺乳类细胞的基因体剪辑。其价格低廉、设计简单以及操作容易的特性为最大的优点。未来将可应用在各种不同的模式生物当中。

早在2012年和2013年，《科学》杂志就已将CRISPR纳入到年度十大科学发现的榜单中，不过它属于陪跑“角色”。随着近些年来一系列的重要科学发现，CRISPR基因编辑技术备受注目，其中最重要的两项研究是:修饰物种的基因，以减少其数量或减少其携带的疾病（如蚊子等），以及人类胚胎细胞的基因组编辑，它们的出现都给现有的科学秩序提出严重挑战。

基因编辑技术其实并不很新鲜，此前的技术有ZFN和TALENs。目前已经有几家公司利用基因编辑技术用于临床治疗，相比前面两项技术，CRISPR基因编辑技术简单很多，以至于“每个分子生物实验室都在想做CRIPSR基因编辑技术”。非营利组织Addgene，目前已经发布了50 000种质粒，里面包含CRISPR系统中两种关键的部件:一个是向导RNA （guide RNA），能与特殊DNA片段结合；另外一个重要组分是DNA剪切酶，通常将其称为Cas9。CRISPR系统的最早发现者之一、加州伯克利分校的分子生物学家 Jennifer Doudna表示，“它就像PCR技术，一个潜藏在工具箱里的工具”。CRISPR系统拥有如此强大的能力，以至于科学家很容易地创造出基因型完全不同的生命体。

二、心理学的再生

十大科学发现排名第四的是心理学的再生。心理学目前正深陷数年前发表的上百篇顶级期刊论文的危机之中，在这些论文中充斥着太多的假阳性结果、少样本数量的实验以及弱相关性研究(图2)。事实上，早在2011年，研究者就关注了这种现象。2015年，心理学家开始对这些论文丑闻进行清算，今年8月份，270名心理学家重新审视了100项发在这一领域顶级期刊的研究，通过建立新的研究模型以及同行评议，他们得出了一个令人震惊的结论:仅有39%的研究的实验结果能够被验证。这让心理学家意识到未来这一领域发文章必须科学严谨，实验结果可重复，只有这样心理学才是一门严谨的科学。纵然此次心理学家拿自己开刀，但是它带来的契机是心理学的转变或再生。

图2 一项心理学测试

三、抗埃博拉疫苗

排名第七位是:由世界卫生组织（WHO）领导的埃博拉疫苗终于研发出来了。尽管2014年，制药公司研发抗击埃博拉药物以及疫苗的热情空前高涨，但是药物研发的结果却并不让人满意。不过这一情况在2015年得到了扭转。由加拿大公共卫生局的科学家研制的抗埃博拉药物，去年被制药公司默克（Merck）收购，该药物当时在猴的实验中起了作用。收购之后默克公司对该药物继续研究，在今年由WHO领导的临床研究中，该药物取得令人振奋的结果，7月31日，该研究发表在《柳叶刀》杂志上，研究称这种疫苗的有效性达到75%～100%。纵然埃博拉已离我们远去，但是这种疫苗在下一次埃博拉疫情爆发时使用，也许能避免西非悲剧的重演(图3)。

图3 疫苗注射

四、酵母菌生产阿片类药物

此项研究排名2015十大科学发现第八位。一群美国生物学家将植物、细菌和啮齿动物基因混合导入酵母菌中，利用改造过的酵母菌成功合成蒂巴因（thebaine），一种罂粟麻醉剂，它是诸多医用阿片类药物的前体。通过调整酵母途径，药物化学家可以合成更有效、成瘾性更小的麻醉剂和止痛剂。

不过，新技术暂时还不够完美:目前生产一剂止痛药要耗费20 000升工程酵母。研究人员正在想办法提高工程酵母的效率和产出，优化它们的生化过程，以生产出更安全、更有效的药物(图4)。

图4 酵母菌培养

五、大脑中的淋巴管道

本项发现名列2015十大科学发现第九位。传统观念认为大脑内没有淋巴系统，大脑是免疫豁免器官。近年来研究发现，中枢神经系统内也存在免疫监视，但是有关中枢神经系统中淋巴细胞集结的机制尚不清楚。美国弗吉尼亚大学医学院研究人员通过动物实验首次确定大脑中存在淋巴管，这项重要成果发表在2015年6月《自然》杂志。该项研究中，作者建立一种新方法将小鼠的硬脑膜贴附到载玻片上，检测硬脑膜发现淋巴细胞和淋巴管集中在硬脑膜静脉窦附近（图5）。