本次推送為前言和第一章新世界兩部分,。

前言

經(jīng)典的生物學模型認為放射線照射引發(fā)的生物效應只會出現(xiàn)在被直接照射的區(qū)域。這是今天放射治療以及放射保護的理論基礎,。然而,，自墨菲（1922）和索托(1962)發(fā)表的研究工作以來，從基礎科研到臨床研究,，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)在放射線照射區(qū)域之外存在與照射相關的生物學效應,。這種未被直接照射的細胞受到影響的現(xiàn)象被形象地命名為放射線誘導的旁觀者效應（radiation-induced by stander effects,，簡稱RIBE）。此前的研究推測,，被照射細胞分泌了某種因子作用于未被照射細胞,，使得后者產(chǎn)生一系列生理效應。然而,，受限于研究模型與分析方法等因素,，在漫長的一個多世紀里，雖有很多研究試圖尋找RIBE因子,，并提出了一些可能的候選因子,，但RIBE因子的真實身份與RIBE的作用機理仍舊撲朔迷離，甚至有觀點認為RIBE其實并不存在,。這使得RIBE因子成為放射生物學領域中最為神秘的幽靈,。

最近，一個由美國科羅拉多大學薛定教授領導的國際聯(lián)合研究組開展了一項長達10年的研究,，成功地揭示了這個幽靈的真實身份 (Yu Peng, Man Zhang, et al, Nature, 2017),。在此研究中，清華大學的博士生彭宇使用秀麗線蟲建立了新的培養(yǎng)基轉移模型,，并在合作者協(xié)助下發(fā)現(xiàn)了一些新的候選因子,。隨后，清華大學的年輕科學家們在薛定教授指導下與海內(nèi)外的同行合作,，使用多種技術方法分析被照射線蟲所釋放的因子,，經(jīng)過多年艱難研究，最終確認cathepsin B——一個進化上高度保守的蛋白酶——是介導RIBE效應的因子,，并初步清楚了此效應的產(chǎn)生與作用機理,。這項突破性的成果于近期發(fā)表于國際頂級學術期刊《自然》，受到廣泛關注,?；诖隧椦芯浚茖W家們有望最終了解癌細胞是如何通過互相聯(lián)系而對抗放射治療,，為相關治療方法的研發(fā)鋪平道路,。

《墨菲的幽靈》由此論文共同第一作者彭宇博士原創(chuàng)撰寫，簡要描繪了近一百余年來科學家們?nèi)绾卧诜派渖飳W領域探索未知,，并介紹了此論文工作背后的科研故事,。

回望19世紀末，歐洲物理學界正經(jīng)歷著一段激情燃燒的歲月,，研究者們每天都在熱烈討論著電磁學領域的最新進展,。如同那句知名口號“21世紀是生命科學的世紀”，當年的科學界正在熱誠地展望屬于物理學的20世紀。

1927年第五屆索爾維會議：群星閃耀的合照詮釋了物理學最輝煌的年代

這片熱潮中不斷涌現(xiàn)出新方向與新技術,，它們深深地吸引了當時已是德國烏茲堡大學講席教授的倫琴（Wilhelm R?ntgen,，1845-1923）。在與他的科學家朋友們聊過幾次后,，年過五旬的倫琴做出了一個艱難的決定：他要跟上年輕人的步伐,，在最時髦的陰極射線實驗上試試他的新想法。身為一位嚴謹?shù)目茖W家,，他決定先重復已建立的實驗,，確定自己的實驗系統(tǒng)能夠有效運行。另一方面,，他想拿到一些不錯的數(shù)據(jù)以便向學校和各類基金討要日漸緊張的經(jīng)費,。首先，他打算先試試自己手上的遮光板能否遮擋住陰極射線管散發(fā)的那些色彩斑斕的光芒,，因為這是一切后續(xù)實驗的基礎,。

威廉·康拉德·倫琴，1845-1923

1895年深秋,，倫琴如同往常一樣來到實驗室,，換上工作服，走進暗室,，動手搭建實驗設備,，開啟電源，激發(fā)陰極射線管,，測試遮光板效果,。和預期一樣，遮光板效果很好,。于是他放心地去準備下一步實驗,。

就在此時，倫琴注意到漆黑的暗室中突然出現(xiàn)了微弱的熒光,。這熒光來自實驗臺上的一塊亞鉑氰化鋇感光屏,。因為感光靈敏，這塊亞鉑氰化鋇感光屏被他用于確保暗室的遮光效果,。眼前的事實讓倫琴感到困惑,，他相信自己這塊遮光板足以遮蔽所有可見光。究竟是什么射線穿透了他的遮光板讓熒光屏感光,？倫琴嘗試著把手伸向陰極射線管與感光屏之間的空間,，然后，他在感光屏上看到了一個難以置信的陰影：那是他手掌骨骼的模糊圖影,。倫琴猛然意識到,，這是一種肉眼不可見的新射線，穿透了遮光板，穿透了他的手掌,，但難以穿透致密的骨骼，在感光板上留下骨骼的陰影,，從而讓他看到了肉眼不可見的手掌骨骼圖影,！

如同新生兒需要父母命名，新射線也需要倫琴賦予它新的名稱,。當時,，最時髦的命名方式是采用發(fā)現(xiàn)者的姓名予以命名，那么這種新射線似乎應該被命名為倫琴射線,。

“可是,，萬一別人早就發(fā)現(xiàn)了這種射線尚未發(fā)表，我卻把它命名為倫琴射線,，將來豈不是要鬧笑話,？”

作為領域新人，倫琴穩(wěn)住欣喜若狂的心情,，穩(wěn)重地寫下了新射線的名字

“X-ray”

X,代表未知,，因為倫琴自己也不知道這是個什么新東西。

接下來的兩周時間,，倫琴完全泡在實驗室,，研究X-ray的性質，尤其是測試各種材料,，看哪種材料能夠遮擋X-ray,。他發(fā)現(xiàn)鉛板能夠有效遮擋X-ray。至此,，他有了充足的信心向妻子安娜展示最新發(fā)現(xiàn),，并拍下了那張歷史上著名的X-ray照片。

著名的X-ray照片,，倫琴夫人的手掌,，無名指中部膨大的部分是結婚戒指

X-ray的發(fā)現(xiàn)無疑是向物理學界開啟了新世界的大門，并在科學家之間引爆了一場發(fā)現(xiàn)新射線的競賽,。歐洲的科學家們開始苦苦地尋求穿透力更強的放射線,。科學因素之外,，這種局面還受到了當時歐洲大陸德法爭霸的政治氣氛影響,，給放射物理學領域的研究競賽平添了幾分火藥味。為了更快地獲得新成果,，部分物理學家開始研究不需要電源激勵的天然材料,。1896年，法國物理學家貝克勒爾（Antoine Henri Becquerel，1852-1908）發(fā)現(xiàn)天然放射性元素,，并從天然放射元素材料中發(fā)現(xiàn)了伽馬射線,。它就是我們今天癌癥放療最常見的“伽馬刀”。相比X-ray,，伽馬射線有更強的穿透力,。不到一年間，法國科學家便領先一分,，足見當時研究進展速度多么驚人,，以及當年法國的科研實力多么強勁！

安東尼·亨利·貝克勒爾,，1852-1908

不幸的是,，就在貝克勒爾如癡如醉地研究放射性元素展示的新世界時，一個超越人類此前認知的魔鬼正在黑暗中注視著這位不知疲倦的老人,。

因為放射性元素會快速衰變,，法國科學家需要更多的更純的放射性元素以進一步研究放射線。為了達到這個目標,，年輕的法國科學家皮埃爾居里（Pierre Curie,，1859-1906）與他的夫人瑪麗居里（Marie Curie,1867-1934）——也就是聞名遐邇的居里夫人——歷經(jīng)艱辛獲得了0.1克的純化鐳。他們把一部分鐳裝在玻璃小瓶中,，送到了貝克勒爾家中,。貝克勒爾非常珍重這難得的實驗材料。為避免丟失,，貝克勒爾把它放在自己夾克的胸袋中,，貼身攜帶到了他的實驗室。

居里夫婦

不久,，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)他胸口的皮膚出現(xiàn)灼傷狀的傷痕,，而且傷口很快開始潰爛，難以愈合,。同時,，皮埃爾居里也發(fā)現(xiàn)自己的手臂出現(xiàn)了類似的傷痕。

在與魔鬼親密接觸的一年之后,，這三位忘年交憑借發(fā)現(xiàn)并確認天然放射性而攜手分享1903年的諾貝爾物理學獎,。同一年，法國的醫(yī)學界注意到了放射線對生物體帶來的損傷并決定加以利用,，發(fā)展為一種替代手術的方法,，用于皮膚感染等身體淺表病灶的治療。這是今天放射治療的雛形,。

1903年諾貝爾物理學獎,，左起：貝克勒爾,、皮埃爾·居里、瑪麗·居里

然而,，當時的醫(yī)療界并沒有治療放射線損傷的方法,，甚至不能確認放射線的長期損傷效果。5年之后,，年事已高的貝克勒爾帶著難以痊愈的傷疤永遠離開了他所開創(chuàng)的事業(yè),。第一次世界大戰(zhàn)前后，包括貝克勒爾在內(nèi),，多名持續(xù)研究放射線的科學家相繼出現(xiàn)嚴重的健康狀況。遺憾的是,，在當時的環(huán)境下,，無論是研究者還是社會大眾，都遠遠未對放射線導致的生物效應產(chǎn)生足夠警惕,。

同一時期,，在大西洋的另一側，某著名高校的輟學“博士”威廉貝里成立公司,，向公眾銷售含有少量放射性鐳鹽的飲用水“鐳補”（商品名Radithor）,，并宣傳服用放射性物質能夠提升人體活力，有利健康,。這種行為在今天看來與自殺無異,，在當時竟然風靡了整個美國，甚至有不少社會名流踴躍購買飲用,。令人哭笑不得的是,，這位“博士”的騙局達到了連他自己都深信不疑的境界。他本人長期飲用自家產(chǎn)品,，放射線誘導的損傷在他體內(nèi)持續(xù)積累,。1943年，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）明確禁止了生產(chǎn)與銷售任何含有放射性物質的食品,。FDA的理論依據(jù)是生物醫(yī)學界所提供的一系列無可辯駁的證據(jù),，確認放射線會通過直接損傷染色體產(chǎn)生對生物體的長期損傷，從而誘導癌癥發(fā)生,。當年的生物醫(yī)學界是如何認識到放射線能夠誘導癌癥,，這將在本系列第二部分《幽靈魅影》中進行介紹。

放射性鐳鹽飲用水,，Radithor

1949年,，威廉貝里因為癌癥而痛苦離世，結束了這段瘋狂離奇的歷史,。

時光再次回到1895年,，倫琴發(fā)現(xiàn)X-ray,，為人類打開了一扇新世界的大門，也拉近了人類與魔鬼的距離,。本質上,，X-ray是一種波長極短的強電磁輻射。在各種放射線中,，它的穿透力適中,，對于不同組織會有不同的穿透力，在感光時形成反差,，從而產(chǎn)生內(nèi)部結構的影像,。因此，X-ray被廣泛用于醫(yī)學診斷,。我們今天所用的CT,，其核心技術仍然是倫琴于1895年的發(fā)現(xiàn)。此外,，倫琴在同一時刻發(fā)現(xiàn)鉛能夠有效防護X-ray,，這一發(fā)現(xiàn)奠定了輻射防護的技術基礎，至今鮮有更新,。如同那個時代的風尚,，倫琴并未從他的發(fā)現(xiàn)中獲取大量經(jīng)濟利益。晚年的倫琴飽受癌癥的折磨,，家境艱難,。他歷經(jīng)了一戰(zhàn)的風雨以及戰(zhàn)后德國的艱辛歲月，最終于1923年離世,。按照他的遺囑,，他的所有權利在他離世后即刻放棄。曾有一段時間,，X-ray被人們稱為倫琴射線,。在他離世后，倫琴射線的冠名也逐漸被更有神秘感的X-ray所代替,。后來,，倫琴這個名字，如同其他歷史級的科學家一樣,，被設定為放射量單位,，用以評價電離輻射的照射強度。這是“倫琴”在科學史上所留下的唯一痕跡,。

倫琴墓,，德國小城吉森

自1903年起，在一系列基于嚴格定量評價的研究工作基礎上,，放射生物學的科學家們確認了高劑量的放射線照射會對生物體產(chǎn)生急性損傷,，并由此初步確定了放射線照射與生物效應的關系：

直接照射產(chǎn)生效應,，沒有照射不產(chǎn)生效應

這就是放射線防護的理論基礎。當年的科學家們在初次接觸放射線這個隱形的魔鬼時,，付出了高昂的代價后才得到了這條在今天看來簡單至極的結論,。

當時，人們相信科學界已經(jīng)充分地認識了放射線誘導的生物效應,，并以此確立了進一步量化研究的理論基礎,，從而宣告放射生物學的大廈就此竣工，只余下一些完善性工作以待后續(xù)進行,。

這些發(fā)現(xiàn)雖然并不能挽救倫琴日漸消逝的生命,，但足以讓科學家倫琴的名字在放射生物學發(fā)展史上成為不可或缺的里程碑,。不過，病中的倫琴并不知道,，在他離世前一年,，一位名叫墨菲的美國科學家，就像著名的墨菲定律所述那樣,，給放射生物學領域帶來了一個意料之外的新發(fā)現(xiàn),。

敬請期待下一章,。

作者介紹：

彭  宇

彭宇,，湖北宜昌人，喜愛寫作,，學生時期有數(shù)篇習作發(fā)表于各級刊物,。高中就讀于湖北省宜昌市第一中學,，對科學研究萌發(fā)濃厚興趣,，曾獲生物競賽全國一等獎、物理競賽全國二等獎,。后放棄保送資格,，作為班長與全班同學共同經(jīng)歷2003年高考洗禮,，如愿進入清華大學生物系就讀,。

2007年本科畢業(yè)后，保送本系就讀碩士研究生,，作為實驗室第一批學生共同建設實驗室，后因決心攻克“放射線誘導的旁觀者效應”課題而申請?zhí)崆肮プx博士,，有幸獲得學院破格批準,，自2009年開始正式攻讀博士學位。從2007年起,，他負責或合作參與不同方向的多項課題研究,，覆蓋了從基礎研究到新藥發(fā)現(xiàn)等轉化研究的多個環(huán)節(jié)。

2015年畢業(yè)后,，因在乙肝藥物開發(fā)的獨特經(jīng)驗,，進入上海藥明康德新藥開發(fā)有限公司研發(fā)服務部進行新藥發(fā)現(xiàn)階段研究。2017年,，博士期間研究成果《cysteine protease cathepsin B mediates radiation-induced by stander effects》以研究短文的形式發(fā)表于國際頂級學術期刊《自然》,，受到行業(yè)的高度關注。憑借這一杰出成果,，被授予清華大學理學博士學位,。

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