2005年，我国高校的科研人员在生命科学研究领域获得了一系列具有重要意
义的进展。在教育部科学技术委员会日前公布的2005年度“中国高等院校十大科
技进展”评选结果中，由上海交通大学等完成的“DNA大分子上一种新的硫修饰”、
清华大学完成的“线粒体膜蛋白复合物II的三维精细结构研究”、复旦大学研究
的“哺乳动物基因突变和转基因技术的新方法”等三项生命科学研究成果名列其
中。这些研究成果为人类疾病研究、基因功能研究等提供了重要的科学依据和方
法，研究结果分别发表于国际权威
学术刊物《细胞》、《分子
微生物学》上，受
到国内外生物医学界的极大关注。
■上海交大等：首次发现DNA分子的硫修饰
DNA分子也会“刻意”地进行自我修饰，而且这种现象很可能与重要的生命
活动息息相关——上海交通大学、华中农业大学及英、美科学家共同合作开展的
“DNA大分子上一种新的硫修饰”的研究，首次揭开了细菌DNA大分子上掺入硫元
素的一种崭新的修饰系统的“面纱”。相关结果发表于2005年9月出版的国际微生
物领域权威刊物《分子微生物学》上。
论文评审员指出，该研究阐明了一项长期
令人迷惑不解的DNA不稳定现象的分子机理，孕育着新的生物学功能的发现。同时，
硫修饰及与这种修饰相关的
遗传决定因子出乎意料地广泛存在于众多细菌中,包
括不同起源和不同生活环境的一些动、植物致病菌,抗生素产生菌及海洋微生物。
DNA分子研究是生命科学最为引人注目的研究领域之一。在基本的DNA骨架之
外，DNA还会“自我修饰”。这是分子生物学科的一个专门领域，这种“自我修
饰”构成对DNA结构的重要补充。在DNA修饰研究领域，第一项重大发现是诞生于
上世纪50年代的“DNA甲基化限制修饰系统”。这种DNA修饰，可以限制外来生物
入侵，使生物体保护自身遗传稳定性。这项发现为后来其他分子生物学基础理论
的创立和发展及基因工程的研究发挥了里程碑式的重要作用。
DNA分子的硫修饰，是DNA甲基化修饰系统之外的又一项新发现。DNA分子的
不稳定现象在众多生物学实验中经常遇到，但大多被解释为因DNA提取操作不当
造成。有没有可能是DNA本身结构变化而造成不稳定呢？上海交通大学的邓子新
和周秀芬教授带领的科研团队沿着这条新思路，从上世纪80年代末开始实验研究，
其间经历了来自国内外各方面的质疑，各种实验难以计数，他们最终发现DNA分
子不稳定现象的原因出在其产生了硫修饰。
DNA分子硫修饰的发现，为生命科学研究打开了又一扇大门。邓子新和周秀
芬说，推开大门，一个又一个谜底需要揭开,一个DNA分子不稳定的小现象会衍生
出一连串重大的科学问题。例如，DNA分子为何要进行硫修饰？与人类健康、医
疗究竟会产生怎样的关联？那些致病致毒的“元凶”会否与它们DNA分子的硫修
饰有关？一些专家认为，DNA硫修饰后新化学结构及生物学意义的阐明，在生物
界存在的范围,尤其是在细菌以外的高等生物中存在与否等科学问题的延伸将极
大地丰富分子生物学的基础理论，形成一系列新的学科生长点,也可能推动相关
生物学领域的研究，如了解DNA损伤，
癌症治疗因子的作用机理等。
■清华大学：阐明线粒体呼吸链膜蛋白复合物II的三维精细结构
人类有很多疾病（诸如嗜铬细胞瘤，副神经节瘤和李氏症等）均与线粒体复
合物II的翻译提前中止或氨基酸突变相关，关于这些疾病产生的分子机理解释需
要以复合物II的三维精细结构为基础。可喜的是，清华大学医学院蛋白质科学教
育部重点实验室的饶子和教授领导的科研小组只用了三年多的时间即攻克了线粒
体膜蛋白复合物II的三维精细结构解析这一难关。
线粒体是真核细胞活动的主要供能单位，是细胞发生呼吸作用的主要场所。
呼吸链酶系定位于线粒体内膜，由四个分子量很大的跨膜蛋白（复合物I、II、
I-II、和IV）和介于其间的泛醌（UQ）和细胞色素C组成。复合物Ⅰ即NADH脱氢
酶，其作用是催化NADH的电子传递至UQ，同时将质子由线粒体基质转移至膜间
隙。复合物Ⅱ即琥珀酸脱氢酶，其作用是催化电子从琥珀酸转至UQ，但不转移质
子。复合物Ⅲ即细胞色素c还原酶，其作用是催化电子从UQ传给细胞色素c，同时
将质子由线粒体基质泵至膜间隙。复合物Ⅳ即细胞色素c氧化酶，其作用是将从细
胞色素c接受的电子传给氧，同时转移质子至膜间隙。最终阐述这些复合物的电子
传递机制和跨膜质子泵工作原理有待于对它们三维精细结构的解析。
复合物III和复合物IV的晶体结构在上个世纪末获得了解析。但是此前，线
粒体复合物II的精细结构一直没有得到解析。而关于琥珀酸泛醌氧化还原酶的结
构研究则在原核生物中取得了一些进展，人们只能用这些原核结构作为模型来研
究线粒体复合物II，具有很大的局限性。人类有很多疾病诸如嗜铬细胞瘤，副神
经节瘤和李氏症等均与线粒体复合物II的翻译提前中止或氨基酸突变相关，关于
这些疾病产生的分子机理解释需要以复合物II的三维精细结构为基础。
在研究中，科学家以猪心为原材料从中提取线粒体复合物II，并解析了该膜
蛋白复合物2.4埃的结构以及其与抑
制剂3-硝基丙酸盐，2－噻吩甲酰三氟丙酮(2
-TTFA)的复合体3.5埃的结构，填补了线粒体呼吸链结构生物学研究的一个空白，
该项成果于2005年7月1日发表在国际著名的学术刊物《细胞》上。
研究表明，复合物II由两个亲水蛋白和两个穿膜蛋白构成，复合物尾部氨基
酸分布表明复合物II是一个穿膜蛋白复合物。通过电子密度图的计算，复合物II
中的电子传递体——核黄素分子，三个铁硫基团以及血红素分子得到了精确定
位。同时，与大肠杆菌琥珀酸脱氢酶的结构比较表明电子传递体的氧化还原电位
是受其周围的氨基酸环境调制的。在与抑制剂结合的结构中存在两个TTFA的结合
位点，一个靠近基质，第二个靠近线粒体膜间隙，这个发现具有全新的意义，表
明复合物II可能存在两个UQ结合位点。
最后，科学家建立了人体线粒体复合物II的结构模型，并对已知的与该复合
物突变相关的人类疾病进行了研究，发现这些突变位点均位于电子传递体或UQ结
合位点的周围，其突变导致电子正常传递的中断，是相关疾病发生的根源，从而
为研究与该复合物相关的人类线粒体疾病提供了一个真实的模型。
■复旦大学：研制出哺乳动物基因功能研究新技术
人类基因组计划发现哺乳动物有约30,000个基因，对人类基因功能的认识是
当前相关研究的焦点。基因剔除和化学诱变等传统基因功能研究方法技术要求高、
时间长、费用大，导致三十多年来人们仅对小部分哺乳动物基因功能有所了解。
复旦大学发育生物学研究所的科研人员将一种源于飞蛾的piggyBac(PB)转座因子
用于小鼠和人细胞的基因功能研究，在世界上首创了一个高效实用的哺乳动物转
座因子系统，为大规模研究哺乳动物的基因功能提供了新方法。该成果于2005年
8月12日以封面文章形式发表在《细胞》上。这是我国科研工作首次登上该杂志
的封面，相关技术已申请国际专利。
转座因子是一类可以进入基因组内不同位置的基因载体。自麦克林托克(Ba-
rbara McClintock)从玉米中发现第一个转座因子以来，转座因子已成为很多生
物宝贵的遗传分析工具。科学家利用它们插入基因导致突变以了解基因功能，也
利用它们培育转基因生物。虽然也尝试了SB等许多载体，但哺乳动物长期以来缺
乏高效、实用的转座因子。
由许田和吴晓晖博士共同领导的研究小组在探索多种转基因和插入突变方法
失败后，最终成功改造了PB因子并将其应用于哺乳动物。研究小组发现PB可在人
和小鼠细胞株中高效导入基因并稳定表达，为体细胞遗传学研究和基因表达提供
了一个高效、便捷的新系统。他们进一步发现可用PB培育转基因小鼠，为小鼠及
其他哺乳动物建立了新的转基因技术体系。与传统方法相比，利用PB进行转基因
具有如下优势：1)转基因以类似于内源基因的单拷贝形式整合；2)转基因载体可
同时携带多个基因；3)PB允许转基因长期稳定表达；4)转基因整合效率高；5)可
用非损伤性的可见标记代替PCR等传统方法跟踪转基因，经济高效；6)易于确定
整合位点。
更令人兴奋的是，研究小组发现PB不仅可高效、广谱地插入小鼠基因组并使
基因失活，而且其精确切离的特性也可用于复活被插入的基因。研究小组还培育
了表达转座酶的小鼠。它们与携带PB的小鼠交配后能源源不断地产生各种不同的
基因突变小鼠，从而使在小鼠等哺乳动物中高效、大规模了解基因功能成为可能。
新方法简便高效，提供了大规模研究小鼠等哺乳动物基因功能的解决方案。
它可在大范围内快速寻找疾病相关基因，建立多种疾病模型，寻找疾病机理及药
物靶点，从而发展创新的治疗手段和药物。它也为人类疾病的基因治疗提供了新
途径。它还可以用于鉴定并研究具有重要生物学功能的基因，并改良经济动物。
这项研究引起了国际生物医学界的广泛关注，被《细胞》杂志审稿人评价“是里
程碑式的发现，将可能在世界范围内改变小鼠遗传学研究，并有用于人类基因治
疗的前景”。
本报记者 马艳红
作者：
2006-3-5