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瓦尔堡(Warburg) 假说

otto-warburg德国生理学家Otto.Warburg (O.H.Warburg,18831970),中文翻译是瓦尔堡,早在1924年就提出一个观点,认为癌症的产生是由于细胞糖无氧酵解增强加上氧消耗量降低造成的。这个被称为瓦尔堡(Warburg) 假说。

癌细胞生长很快,过快的生长使得细胞经常处于一种缺氧状态,于是癌细胞就关闭了需要线粒体的有氧氧化,能量则是通过葡萄糖的无氧酵解提供的。这个和巴斯德效应相呼应,所谓巴斯德效应是说细胞代谢中无氧酵解的流通量依赖于线粒体提供的能量。Warburg假说或是Warburg效应是说当线粒体功能受损后,细胞则通过增强无氧酵解来提供能量,葡萄糖代谢至丙酮酸 (pyruvate)后不再通过线粒体的三羧酸循环进行有氧氧化,而是通过乳酸脱氢酶(LDH),转变成乳酸排出细胞。

Warburg 认为这个代谢的转变是引起癌症的原因,他因此获得了1931年的诺贝尔奖,但之后人们一直对这个假说有着无休止的争论。争论的焦点是这个代谢转变是癌症产生的原因还是癌细胞代谢改变的结果,本人对癌症领域不是很熟悉,但对这个代谢转变则是充满了兴趣。

我个人的观点,这个代谢改变是细胞对线粒体功能障碍的一种代偿性改变,线粒体功能障碍可能是癌症产生的原因之一,或者也是缺氧状态下的一种改变,癌症的产生还是基因的问题。 继续阅读 »

论缺陷科普

追求完美是很多人的梦想,科普的时候更是不能出现差错,因为科普是在传播科学知识,传播有错误的科学知识无论是作者还是读者都是不能接受的。这个说法是科普界的行为规范或是准则,是人们普遍认同的。但科普的最高境界或是最终目的不是传播具体的知识,而是传播科学的思想,传播科学的思维方式,传播怀疑求证与批判的生活态度。

如果认同科普的这个最高境界,那么所谓缺陷科普就很有存在的价值与必要了。所谓缺陷科普就是科普本身是不完美的,有着明显的或是比较隐蔽的缺陷,有的是作者故意设计的缺陷,有的是作者本身的认识有不足之处,这个时候,读者不再只是听众,而成了科普的参与者,帮助作者捉虫,找出该科普文中的缺陷或失误,明显增强了读者的参与精神,培养了读者怀疑,循证,批判的态度,把科普的作用最大地发挥出来。

缺陷科普可以增加读者与作者之间的互动,使得双方都开动脑筋,算是“科普2.0”时代的具体表现。缺陷科普也使得科普的枯燥的说教变的比较有意思,作者不再是居高临下地传播知识,读者也不再象小学生一样背着手听讲,而是互动起来,在交流中把正确的东西找出来。

再者说,科学本身从来就不是完美的,没有错误的,“科学”也不是“正确”的同义词,科学是一个探索真理的过程,科普也应该是这个过程中的一部分。 继续阅读 »

视频科学杂志 (JoVE.com)

近些年网络视频非常流行,科学界也不甘示弱,一个科学视频杂志应运而生。

Youtube上本来就有很多“业余”科学实验,但这个杂志上发表的视频文章是经过评审机制后选择发表的,内容很丰富,包括很多实用的实验方法,通过看视频,对这些实验有了直接的感触,同时对很多从来没有做过的实验也有了直观的认识。

建议从事科学的同仁们光顾一些这些视频,没准也想在上面发表一篇。

应该怎么读科研文献?

最近一期“科学家”杂志(The Scientist)发表了Steven Wiley的感慨性文章,“我最钟意的作假”。作者介绍了他在25年前读过的一篇文章,这篇文章发表在著名的杂志“细胞”上,后来证明这篇文章的作者做了假,文章被收回,但这件事情给Steven上了非常好的一堂课。

读完此文后,也给我自己上了一堂非常好的课,就是对于文献应该怎么读。Steven从此读文献,在评价文章的结论前先仔细考证文章的技术与方法,看这种方法是否可信,实验设计是否合理,逻辑上是否禁得住推敲等等。这个也能帮助我改掉我自己的不良习惯,就是读文献,看了摘要看结论,再读讨论的部分,方法往往放到最后,甚至有的时候忽略掉了,除非感到结论有些惊人的时候,才会去仔细考证方法是否可信。

现在的文献浩如烟海,我自己的习惯是每天追踪几个关键词,例如大的方面“胰岛素分泌”,在PubMed上每天都有几篇到十几篇新的文章,大概读一下摘要,感兴趣的文章就衔接到文章全文,如果文章有意思或有新意,就保存下来细细读。

从写文章的顺序得到的经验,看文章也是先看结果,再看讨论,如果有比较新颖的方法,再读一读方法,看的最少的是介绍。但对于自己不熟悉的领域,则是按照文章的顺序读,但因为时间有限,往往一目十行。

不得不承认,很多文献的确是垃圾,人们连考证其是否造假的劲头都没有。有的时候,一篇文献已经被别人证明是错误的了,但如果这个领域缺乏了解,往往能被这种依旧流传的谬误带到沟里去。

所以说读文献,正如在菜市场买菜一样,在一大堆烂白菜里,要能鉴别出哪颗是好的,哪颗看着不错但心烂了,哪颗帮子烂了,但心肯定不错,诸如此类,缺乏鉴别能力,又很容易轻信,在这种情况下开展自己的科研工作,是浪费生命。

这么看来,做科研和做生意没有什么本质上的差别,一上来就忽悠的很高的,一定要先打个大大的问号才不至于上当,对于读文献也是先抱着否定的态度读,看读完文章后,你能否被作者说服。自己写文章也是如此。

用Exendin-9-39治疗少见的先天性高胰岛素血症

最近我参与的工作再次上了新闻报道,这篇文章已经在线发表在JBC上,我是第二作者,主要完成了胰岛素分泌,胰岛细胞浆钙的测定以及cAMP的测定。

胰岛beta细胞ATP依赖的钾离子通道失去功能性突变,造成胰岛素分泌失去控制,患病儿童出现先天性高胰岛素血症性低血糖,是儿科内分泌最难管理的疾病之一。治疗办法就是大部分切除胰腺(多达95%98%),但儿童成年后就会因为胰岛素分泌不足得糖尿病,需要胰岛素治疗。因此寻找一种药物疗法来提高血糖就成了治疗这个疾病的关键。

GLP-1受体的研究是近年来糖尿病领域的研究热点,GLP-1受体的刺激剂是一种新型治疗糖尿病的药物,但与这种药物作用相反的GLP-1受体的拮抗剂,Exendin-9-39则有可能通过抑制胰岛素分泌来提高血糖,因而达到治疗这种严重的先天性高胰岛素血症的目的。

实验证明,这个药物可以提高先天性高胰岛素血症动物模型的血糖,其机理,就是我完成的工作,是通过降低胰岛的cAMP这个第二信使的水平来实现的,结果是抑制了氨基酸刺激的胰岛素分泌,这种对氨基酸的过度敏感是ATP依赖的钾离子通道突变的特点之一。

目前这个工作已经用于人体试验,初步的结果是令人鼓舞的。

Researchers have used a drug to achieve normal levels of blood sugar in animals genetically engineered to have abnormally high insulin levels. If this approach succeeds in humans, it could become an innovative medicine for children with congenital hyperinsulinism, a rare but potentially devastating genetic disease in which insulin levels become dangerously high.

给百科全书添了一勺羹

最近接到邮件说,“疾病分子机制百科全书”(Encyclopedia of Molecular mechanisms of Disease)即将印刷出版,我和一位儿科大夫合写了一章“亮氨酸敏感性”。

这本书作者就超过了1000人,所以我参与编写的一章只有2页。所谓亮氨酸敏感性是指一种特殊的儿科疾病,这个病表现为高胰岛素性低血糖,高血氨(HI-HA综合征)。临床表现很特殊,患病儿童在吃肉以后出现低血糖,而预防办法就是先吃面包再吃肉,这样做就没事儿了。原因或叫“分子机制”就是谷氨酸脱氢酶(GDH)获得功能性突变造成的,这个突变了的GDH对亮氨酸特别敏感,这就是为什么吃肉以后容易出现低血糖的原因。

亚洲人包括中国人也是可能患这个疾病的,因为我们这里有来自台湾的病人,日本韩国都有对这个疾病的诊断和报道,但中国大夫普遍对这个病缺乏认识,即便是有这样的病人也无法做出准确的诊断。我曾经努力说服一些同仁花一些精力关注这个病,但因为这个病的确少见,发病率大概不会高于五万分之一,所以很困难。

所以记住,如果听说谁吃肉以后出现心慌出冷汗,甚至晕倒,并能确认是低血糖造成的,不要忘了有患这个GDH突变引发的高胰岛素血症的可能,只有到医院化验一下血氨水平,如果增高,患这个病的可能性就比较高了,确诊办法要有遗传学的诊断,就是说要找到GDH突变的证据,治疗办法是用抑制胰岛素分泌的药物。

这套书售价高达1200美元,作者没有稿费,但可以免费在网络上阅读全书,这种工具书性质的百科全书基本没有销量,印数也低,可以理解。

基因与代谢—传统与现代的结合与冲突

昨天在网上闲逛,在上海一家基因公司的网站上居然见到了专家团队里的一位大学同学,这位已经失散了快20年了,2009年就是本人大学毕业20周年纪念。还是昨天,接受了大学线粒体兴趣小组的邀请,明年春天讲一次代谢与胰岛素分泌,就着热乎劲,参加了NIH的线粒体兴趣组,之后很快收到很多电子邮件,原来这是个邮件里的“科学2.0”。

邮件里讨论一个肿瘤细胞的代谢与生长的问题,一位马里兰大学的教授建议大家读一篇文章,这是马里兰大学“Leslie C Costello”和“Renty B Franklin”写的评论文章,发表在Molecular Cancer (2006, 5: 59)上,题目是“Tumor cell metabolism: the marriage of molecular genetics and proteomics with cellular intermediary metabolism, proceed with caution!”。

读过文章后居然非常同意文中的观点,传统学究式的代谢研究的确与现代派的基因学蛋白学存在着研究方法上的不同,其根本是这种差别代表了两代科学家接受教育的过程是不同的。传统的科学家受到六七十年代生化代谢黄金时期的影响,接受了系统的酶学,传统生化,代谢调节等等的培训,思考和解决问题的方式是从代谢改变的现象入手,发现具体代谢通路的改变,然后研究这个通路里关键酶的活性改变,之后向上追述,探索蛋白以及基因是否是变化的原因。这个思路就是我去年回国演讲中宣扬的,我的观点是,医院里的科研不能脱离临床,首先从临床科研开始,发现问题,然后看这个问题背后的生化代谢背景,再观察是否是基因蛋白改变造成的,在科研过程中,不断地把科研的进展再翻译回临床,指导临床上对这个特殊疾病或问题的诊断治疗。就这样,从临床到基础,从基础再回到临床,反反复复,相互推动,这样才能保持一个大夫一辈子科研的延续性和实用性,当时我用我们研究的一个儿科疾病的经验作为例子,说明这个思路是可行的,这个我称之为“从下向上”的方法。

而按照现代基因学的做法,是从基因开始,大规模基因研究,发现某种疾病基因的改变,再看蛋白水平的变化,之后是蛋白功能的变化,最后观察是否这个蛋白对代谢有影响,简单的说这是“从上向下”的方式。这种方式是非常流行的,但很多时候,从上向下走的并不远,到蛋白水平就停住了,前面文章里的解释是,现代博士教育里把传统教育里的代谢部分都压缩或砍掉了,因为很多人认为代谢问题早已经都解决了,在大学教育里都学过,没有必要重复了,这就造成现代派科学家对代谢的轻视,这个也反映在一些主流科学杂志发表文章的倾向性上,现代派科研方式得出的结论很容易发表在CNS上,而传统代谢的文章就非常难了。

好在,现在传统派和现代派都意识到彼此的不足,正在逐渐向彼此靠拢,这个也是近来癌细胞代谢研究大的趋势。

不信真理只信数据

6月份系里Retreat,请到癌症研究中心的主任Craig B. Thompson讲癌症的代谢,这位的演讲能力是超乎寻常的,其中他开玩笑式的一句话让我品味了很久,他说,科学家从来不相信真理,只相信数据。

这句话之所以耐人寻味,从自然科学的角度看,实在是道出了真理的真正含义。以前说谁谁为坚持真理而献出了生命,当时不理解什么是真理,后来在中国历史上非常著名的关于真理的大讨论中,得出的结论是“实践是检验真理的唯一标准”这个真理。就是说真理来自实践,更需要实践的检验与修正,按照Thompson的话就是真理背后是需要数据的支持的,没有了数据,真理就是一句空话。

现在很少有人再抽象的谈论真理了,在科学史上,为真理牺牲生命的人,例如布鲁诺,他坚持的是数据的真实和在真实数据之上得到的结论,这个是一个科学家的尊严所在,为维护科学的尊严和对数据的信念,牺牲自己的生命也是值得的。这个也许就是坚持真理的真正含义所在,这个真理已经转化成了一种对科学的坚持,对数据的坚持,进而成了一种信念。

这么看造假和更改数据就是对数据,这个科学的灵魂的亵渎,而在没有数据支持下是得不到“真理”的。走下神坛的真理,就变成了科学实践过程中积累的数据,数据描述的只是一个自然的真实,这个时候真理就回归到了“真实”这个最朴素的核心上了。

记者的吹捧和媒体的报道代替不了数据,即使不断重复的声音使得人们形成一种“公共认识”,这个“公共认识”可能是商机无限的,但当涉及到科学的时候,依然,没有数据的支持,这个“公共认识”再强大,媒体即使用金喇叭吹,也只是试图把乌鸦说成凤凰,自来水说成口服液,地瓜说成抗糖薯。

什么时候,人们都能象Thompson所说的话一样,首先相信数据,然后再看你到底说了什么,对不对,科学就真正普及到人们的心里了,而那些没有数据还乱吹的人,或是替他乱吹的人,也就没有什么活动的空间了。

Show me the data!

博客与个人生活—一篇JBC文章

坚持博客下去不是件容易的事情,如果总是脱离生活,自己的生活,博客的生命就不会长久。

意识到这一点,我的这个博客以后可能会有些改变,更“自我”一些,并非是公布隐私,是公布思想,想法,一些科学经历。

这是最近发表在JBC上的一篇长文(12页)的摘要,这项工作用了大约3年的时间。一开始,老板有很多SUR1基因敲除的老鼠,养动物花费太高,决定快速减少老鼠账单的数,于是开始了这个我相信目前世界上只有我才(能?)完成的实验,每天从20只老鼠的胰腺里分离胰岛,培养,然后做一次要5000个胰岛的实验。

一开始的结果,谁也看不懂,于是实验就停了下来,后来我准备参加一个会议,要准备一个摘要,把实验结果翻出来,重新思考了SUR1基因敲除老鼠胰岛,GABA水平非常低的问题。于是我们决定用13C葡萄糖作为示踪物,看13C在胰岛里的流通情况。实验依旧很复杂,需要体力和精力的双重准备。结果,就是摘要里说明的情况。

算下来,这个实验共用胰岛大约6万个(8年时间,我大约分离了至少50万个老鼠胰岛了)。

Elimination of KATP channels in mouse islets results in elevated [U-13C]glucose metabolism, glutaminolysis and pyruvate cycling but decreased a GABA shunt.

Pancreatic beta-cells are hyper-responsive to amino acids but have decreased glucose sensitivity following deletion of the sulfonylurea receptor 1 (SUR1) both in man and mouse. It was hypothesized that these defects are the consequence of impaired integration of amino acid, glucose and energy metabolism in beta-cells. We used gas chromatography-mass spectrometry methodology to study intermediary metabolism of SUR1 knockout (SUR1-/-) and control mouse islets with [U-(13)C]-D-glucose as substrate and related the results to insulin secretion. The levels and isotope labeling of alanine, aspartate, glutamate, glutamine and gamma-aminobutyric acid (GABA) served as indicators of intermediary metabolism. We found that the GABA shunt of SUR1-/- islets is blocked by about 75% and showed that this defect is due to decreased glutamate decarboxylase (GAD) synthesis, probably caused by elevated free intracellular calcium. Glutaminolysis stimulated by the leucine analogue BCH was, however, enhanced in SUR1-/- and glyburide treated SUR1+/+ islets. Glucose oxidation and pyruvate cycling was increased in SUR1-/- islets at low glucose but was the same as in controls at high glucose. Malic enzyme isoforms 1, 2 and 3, involved in pyruvate cycling were all expressed in islets. High glucose lowered aspartate and stimulated glutamine synthesis similarly in controls and SUR1-/- islets. The data suggest that the interruption of the GABA shunt and the lack of glucose regulation of pyruvate cycling may cause the glucose insensitivity of the SUR1-/- islets but that enhanced basal pyruvate cycling, lowered GABA shunt flux and enhanced glutaminolytic capacity may sensitize the beta-cells to amino acid stimulation.

温度计的历史

这些天从实验室的杂物里翻出来几只水银温度计,按照前些时候的规定,考虑到环保因素,水银温度计在美国已经不再使用了,于是换回几只酒精的温度计。

偶然的机会看到女儿的书里介绍温度计的历史,在这里总结一下。

古希腊人早就知道空气在受热的时候会膨胀,在大约2000年前,亚历山大的英雄(Hero of Alexandria),这其实是一希腊人,生活在埃及的亚历山大,名字叫“Hero”,他发明了一个类似蒸汽机的东西,用的就是热气膨胀的原理,但这个还不是温度计。直到1592年,伽利略发明了一个类似温度计的东西,这个也可以测定气压,1612年,伽利略的朋友Santorio Santorio 1561-1636),并不是我把名字打重了,他的名字和姓氏就是一样的,他把伽利略的温度计改造了一下,在一个封闭的系统里,随着温度的变化,空气收缩膨胀,彩色的液体高度也随着变化,他用这个测定人体的温度变化,算是世界上第一个体温表。

直到1713年,Daniel Fahrenheit1686-1736)在温度计上放上了刻度,首先把冰融化的温度和健康人体的温度两个刻度标上,但他很快意识到,冰融化的温度是不变的,但水结冰的温度则是变化的,他把冰,水和盐混在一起,这个温度作为0度,而冰融化的温度是32度,人体的温度是96度。1835年,人们发现人体的正常温度是98.6度(就是摄氏37度)。Fahrenheit有的时候用酒精作为表示温度的液体,但后来他选择了水银,以后这个温度计的上限订到了水沸腾的点,212度。这个就是英国美国使用的华氏度。

1742年,瑞典的天文学家Anders Celsius1701-1744)把水结冰的点定位100度,水沸腾的点定位0度,之后Carolus Linnaeus1707-1778)把这个顺序倒了过来,就是现在世界上使用最广泛的摄氏度。

从摄氏度的国家来到使用华氏度的国家非常不习惯,要经常把华氏度转换成摄氏度,才能明白天气预报是什么意思,很多年后才习惯华氏度,具体转换是F=(CX9/5)-32C=(F-32)X5/9,心算还是比较困难的。

1848Kelvin引入一个绝对0度的概念,就是摄氏零下273.5度,然后摄氏0度就是273.15K, 100摄氏度就是373.15K

中国科技史里,不知道是否有人尝试着测定温度呢?

世界上记录最热的温度是在利比亚,时间是1922913日,温度是摄氏58度,之后1953年在墨西哥记录到60度。美国记录的最高温度是在加州的死亡谷,1913710日,温度是56.7度,曾经有人描述过在这个温度下的感受,人可以感受到死亡的威胁,鸟热的从天上掉下来。

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