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诺贝尔生理学或医学奖名人堂105:埃德尔曼

105

诺贝尔生理学或医学奖名人堂

1972:埃德尔曼

    杰拉尔德·莫利斯·埃德尔曼(Gerald  Maurice Edelman, 1929.7.1~2014.5.17),美国生物化学家。

美国生物化学家埃德尔曼

     埃德尔曼出生于美国纽约的一个犹太人家庭,他的父亲是一位开业医生,母亲是一位保险行业的从业者。童年时代的埃德尔曼非常喜欢音乐,然而在中学快毕业的时候,他意识到不能将音乐作为自己终生的事业,从而选择了医学研究之路。

     埃德尔曼从纽约公立中学毕业后,进入宾夕法尼亚州的尤西纽斯学院学习,1950年获尤西纽斯学院化学学士学位。随后,他进入宾夕法尼亚大学医学院学习,1954年获该校医学博士学位。此后,他随美国陆军医疗队在巴黎工作了两年后,进入纽约市的洛克菲勒大学学习,1960 年获洛克菲勒大学哲学博士学位。此后,他在洛克菲勒大学、马萨诸塞州总医院任职,1966年成为洛克菲勒大学的正教授,1972年任洛克菲勒兄弟基金会董事,1981年任洛克菲勒大学神经科学研究所所长。他是美国哲学学会、遗传学会会员,并是美国科学院院士、美国艺术与科学院院士。他于2014年5月17日去世。

     在人体免疫系统中,抗体是极其重要的一种物质,堪称人体的安全卫士。抗体是生物学概念,免疫球蛋白是其结构化学的概念,它分布在血清、组织液和外分泌液中,其价值和作用是被免疫系统用来鉴别与中和细菌、病毒等外来物质。如果能够弄清抗体的化学结构,那么对于认知防御系统——免疫系统,以及医治重大疾病等,均有极大的作用和价值。

     1957年,埃德尔曼开始探究抗体的化学结构,着力进行免疫系统的研究。由于受进化论思想的影响,他提出了一种所谓“选择性”免疫理论。他认为,人体对于一种病毒或细菌的出现会产生一系列抗体,这些不同的抗体有的会对这一病毒或细菌做出反应,而有的则不会;机体还会选择性地增加有反应的抗体,从而消灭病毒或细菌,这是由于自然选择产生的结果。

     抗体结构研究极为困难,其中最大的两个困难是抗体分子量极大以及抗体极不均一。经过一段时间的摸索,埃德尔曼有了思路,他利用英国生物化学家罗德尼·罗伯特·波特裂解抗体分子的方法,对人体免疫球蛋白的结构进行研究。为了克服酶解法的缺点,他发明了用浓尿酸还原抗体分子二硫键的方法。1961年,他与人合作进行免疫球蛋白G的还原实验,所得裂解产物比波特实验所得的片段还要小。他确认这些产物为免疫球蛋白G的两种多肽链。这两种多肽链后来被称为轻链和重链。

埃德尔曼在分子模型前研究免疫球蛋白的结构

     埃德尔曼利用本周氏蛋白做电泳实验,发现这种蛋白是均一的,一般只相当于骨髓瘤蛋白分子的一条多肽链。1962年,他和学生加利用骨髓瘤蛋白和本周氏蛋白进行电泳实验,并进行肽图的比罗分析,证明了抗体的不均一性是有限的。

     埃德尔曼对外公布了他的抗体二硫键还原实验结果,波特得知后立即进行了“比较实验”,由此得出了一个新的设想,即关于抗体分子结构的第二个模型——四肽链模型,为阐明抗体的结构和它的特异性之间的关系提供了重要依据,对抗体在其余抗原结合反应中的作用机制作出了形象的解释。

     1965年,埃德尔曼和波特先后查明了免疫球蛋白G轻链的氨基酸结构。他们发现每条轻链都有两个区,从氨基端开始的一半是可变区,另一半是恒定区,整个轻链有214个氨基酸残基,其中可变区占108个左右。

埃德尔曼为了弄清抗体重链的结构,为测定重链的氨基酸顺序进行了一系列的实验分析,证实了重链也有可变区和恒定区。每条重链含有446个氨基酸残基,其中可变区占115个。

     经过综合分析,埃德尔曼认为肽链的构型和抗体的结合能力密切相关,而肽链的氨基酸顺序是抗体特异性的根源。与抗体识别功能有关的是它的可变区,可变区的氨基酸顺序不同,从而使抗体表现出特异性。相反,恒定区的氨基酸顺序,对于同种抗体的不同分子来说都是相同的,它具有“一般性”的功能,如溶解带有外来抗原的分子,埃德尔曼称之为抗体的“调节器功能”。1969 年,埃德尔曼和同事在洛克菲勒大学导出了抗体分子结构,创建了精确的免疫球蛋白分子结构模型。

埃德尔曼在演讲

     此后,埃德尔曼的研究集中于形态发生过程,即组织和器官的形成与分化过程。1975年,他和同事发现了细胞粘连分子(CAM),其功能是将个别细胞结合在一起形成组织。1981年起,埃德尔曼试图建立一个能解释精神发育和脑功能的总的学说,并于1987年出版了专著《神经达尔文主义:神经元组选择学说》,他在书中讨论了这个理论。

     因发现抗体的化学结构,埃德尔曼与波特共同获得了 1972 年诺贝尔生理学或医学奖。他们的研究成果,为免疫生物化学研究奠定了坚实的基础。由于他们对抗体化学结构的精准解构以及抗体作用原理,引发了20世纪60年代世界科学家对抗体研究的高潮,使人们更加全面了解和认知了免疫过程,并对免疫疾病有了进一步的认识。由于人们知道了抗体的免疫过程及其作用,许多免疫性疾病的诊疗也得到了根本的改进,如器官移植中的免疫排斥预防、免疫治疗等,而抗体药物也被广泛应用于治疗癌症、自身免疫性疾病等许多重大疾病。

西班牙邮资封,封图为1972年诺贝尔生理学或医学奖获得者埃德尔曼,照片上方介绍文字的两侧分别为诺贝尔奖章正面图案和美国国旗

作者简介:

王平,南京医科大学医学史研究中心客座教授,中华医学集邮研究会副会长。

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