备课素材：瘦素和瘦素受体的发现 高二年级上册生物人教版选择性必修1

瘦素和瘦素受体的发现

先看一道试题：

瘦素是脂肪细胞分泌的一种蛋白质类激素。人体内脂肪含量偏高

时，瘦素释放量增加，可引起神经元A兴奋，神经元B兴奋受抑制，

从而导致食欲降低（见下图）。下列相关叙述，正确的是（）

A.瘦素与神经元A膜上的相应受体结合后使其膜上M通道开放

B.瘦素与神经元B膜上的相应受体结合后使其膜电位变为外负内正

C.肥胖这种现象与神经调节有关，与激素调节无关

D.只要有信号分子X与突触后膜上的受体结合，便可引起动作电位

【答案】A

【解析】根据题干信息分析己知瘦素是脂肪细胞分泌的一种蛋白

质类激素，不能通过细胞膜，所以其作用的受体在细胞膜上。因为引

起神经元A细胞兴奋，所以瘦素与神经元A膜上的相应受体结合后使

其膜上皿通道开放，导致电位发生改变，引起兴奋，A正确；已知

瘦素与神经元B膜上的相应受体结合后使神经元B兴奋受抑制，所以

其膜电位仍然为外正内负，B错误；分析题图可知肥胖与神经调节、

激素调节都有关，C错误；必须有足够强的刺激才能引起动作电位的

产生，D错误。

此题以瘦素为情境考查神经与激素调节。

那么，瘦素和瘦素受体是如何发现的？

说到脂肪，大家首先会想到一个做梦都想扔掉的、装满了肥肉的

大口袋子。但身体里脂肪远不仅是简单装满能量的赘肉而已。它对我

们身体、生活很多方面都产生了深刻影响。我们生活中可能产生的许

多问题，从为什么胖子不耐饿，减肥为什么总是难以成功，心宽体胖

有没有道理，都可以从脂肪这里找到解释。揭示上面这些问题的旅程,

始于半个世纪前，一个平凡而传奇的科学家和连体动物的实验。

一、科曼的“连体老鼠”试验

1969年，美国缅因州杰克逊实验室，一个中年人正在忙活着手

里两只胖乎乎的小黑老鼠。几周前，阿姆斯特朗登上月球，那句注定

名垂千古的“个人一小步，人类一大步”，让万千地球人热泪盈眶。

那是个充满奇迹的时代，科学技术的力量似乎从来未曾如此无坚不

摧。

中年人名叫道格•科曼，加拿大电气修理工的儿子。科曼1958

年从美国威斯康星大学博士毕业后，正在杰克逊实验室做临时工。杰

克逊实验室以小鼠遗传资源闻名于世，从1929年建立就致力于发展

标准化小鼠遗传学模型。科曼入职前后，杰克逊实验室偶然发现两种

体型异常肥硕黑色小老鼠，起名叫ob（肥胖，obesity）和db（糖尿

病，diabetes）。两种小鼠体重可长到普通老鼠的三倍，有着极其肥

大的脂肪储备，像人类肥胖症患者一样有短命、高血糖等问题。杰克

逊实验室已通过遗传学手段确定了两种小鼠是由分别位于6号和4号

染色体的两个基因突变导致。

50年前的主流科学家认为，肥胖是一种和大脑功能有关的，涉

及到食欲控制的疾病。严谨科学实验证明，大脑某些特定区域（如下

丘脑内的摄食中枢）专门负责控制饭量。科学家认为，脂肪组织的功

能是身体储存和堆积过剩能量的。似乎肥胖的研究毫无必要，但是科

曼就是想研究研究肥胖的道理。

科曼正在做“连体老鼠”的实验，这种实验技术是著名气体生物

学鼻祖PaulBert发明的，是把两只小老鼠从肩膀到盆腔之间的皮肤

连在一起，让两者的血液循环自然联通，人为制造出类似于连体婴儿

的现象。连体老鼠的手术不易做，即便成功，也需几周耐心照顾和喂

养，伤口愈合后才能进行真正的实验。科曼也花了相当一段时间，才

从同事那里学来了这门手艺。要知道，对一个支惯摆弄瓶瓶罐罐的生

物化学家来说，这手艺可真不容易学。科曼准备要做的，是把一只肥

胖的db小老鼠，和一只体型正常的普通小老鼠，做成连体。

肥胖正常连体实验是为回答这样一个问题，ob和db小鼠所以肥

胖，是不是他们血液中缺少抑制肥胖的物质。如果是抑制肥胖的物质，

那么这种物质应该能抑制食欲，所以缺乏它小鼠就会拼命进食吃成胖

子。这种物质也可能能加速能量消耗，缺乏它小鼠就会整日懒洋洋躺

着养膘。无论如何，如果这个物质存在，把正常小鼠血液通到肥胖小

鼠体内，也许就可以为ob或者db小鼠减肥了？

二、成功实验的反常结果带来天才假说

手术成功了，接下来就看小鼠们术后的表现了。接下来儿个月,

科曼先生很郁闷。手术每次都做得漂亮，术后恢复情况也不错，db

小鼠看起来没变化，还是没完没了的吃。可是的可是，连体的健康小

鼠看起来始终没有从手术中复原，一直病怏怏，食欲特别不好。尽管

科曼悉心照料•，健康小鼠还是接二连三的在术后一两月内死去，死时

骨瘦如柴，惨不忍睹。排除了自己手术过程的一切出错可能，科曼有

点茫然不知所措。直到这年冬季某天，科曼的灵感来了。科曼不是那

种天才科学家，这次意外的发现成就了他，重要的贡献似乎也就这一

次。不过，也许天才就是这样，只是在某个特定时间获得了奇思妙想

的普通人。

看来是假说错了，db小鼠血液内根本不缺什么抑制食欲，控制

肥胖的物质，否则和正常小鼠相连会让它减肥，关键的问题是正好相

反，反而可能是db小鼠血液内有抑制食欲的物质，这种物质让正常

动物拒绝进食，甚至选择饿死。既然db小鼠能够产生这种抑制食欲

的东西，为什么db小老鼠自身却喜欢进食和肥胖？本来设想是db小

鼠不能产生这种抑制食欲的东西啊。会不会是db小老鼠缺乏感受到

这种抑制食欲的东西的能力？

更进一步，会不会和之前的想法恰恰相反，因自身感受能力缺乏,

使得这种抑制食欲的东西在db小鼠体内含量特别特别高？这样就可

解释，当db与正常小鼠相连后，这种食欲抑制物质能进入正常小鼠

体内，导致后者严重厌食。

科曼提出一个不错的假设：动物血液里存在一种能够有效抑制食

欲的物质，db小鼠缺乏感受这种物质的能力，导致暴饮暴食和严重

的肥胖。科曼还猜测，也许下丘脑具备感受这种物质的能力，这也可

以解释为什么切除下丘脑的部分脑区会带来暴饮暴食的类似症状。

总之新假说是“db胖老鼠可能缺乏对一种食欲抑制因子的感受

能力，导致毫无节制的暴饮暴食。”该假说意味着，正常老鼠体内应

该存在一种物质，这种物质能够抑制食欲，从而将从食物中摄取的能

量控制在合理的范围内。鉴于小鼠和人类在诸多方面的相似性，这个

假说“稍微”推广到人类中的可能性是很大的。人体如果存在抑制食

欲、控制体型的物质，是让许多人渴望了解的秘密。

三、好的科学实验往往充满意外

开始科曼的连体动物是用db和正常，按照他的假说，ob和db

都是肥胖动物，那么用ob和正常连体，结果应该类似。

但是，实验结果再次发生意外。ob胖鼠和正常鼠连体后，ob胖

鼠竟然逐渐减肥瘦身了！ob胖鼠食欲逐渐下降，甚至降低到正常鼠

水平。高血糖、高脂肪等问题也慢慢消失。同时，连体的正常老鼠没

有受到任何影响。db和ob老鼠都很胖，胖的程度相差无几。为什么

实验结果会出现如此大的出入？db正常连体实验中，正常老鼠食欲

下降，db老鼠肥胖依旧。ob正常连体实验中，正常老鼠一切正常，

ob老鼠被减肥。

如果说科曼提出的第一个假说是灵光一现。那么ob正常连体出

现的相反结果，则是上天赐给科曼的一个完美解答肥胖奥秘的绝佳机

会。

db正常连体实验的结果是这样的，正常老鼠食欲下降，db老鼠

肥胖依旧。这个发现暗示，正常老鼠体内可能存在一种抑制食欲的物

质，db老鼠缺乏感知这种物质的能力，导致这种物质在db老鼠体内

代偿性升高。将两者血液连通后，大量食欲抑制物质通过血液循环从

从db老鼠进入正常老鼠体内，导致正常老鼠食欲全无。

按照这个思维方式，如何解释在。卜正常老鼠的连体实验中，正

常老鼠一切正常，ob老鼠开始减肥。这不就是刚开始科曼考虑到的

假说吗，只不过这个假说在ob老鼠符合，在db老鼠不符合而己。

两组连体动物实验说明一个问题：在正常动物体内存在一种能控

制食欲的激素，。b老鼠缺乏一种控制食欲的激素，db动物体内缺乏

这种感受激素的受体，但是这种激素大量分泌，于是产生了上述奇怪

的现象。按照当时的实验基础和科曼所在实验室的能力，对这种实验

结果的分析就好像是秃子头上的虱子。对后续实验的设计，也是必然

的考虑。因为如果两种动物存在这种奇怪的现象，ob是缺乏激素，

db缺乏受体或感受能力，体内存在大量激素，那么把这两种动物连

体，显然会产生预期让ob过度消瘦的效果。

如果结果符合预期，ob老鼠会瘦下去，而且会瘦的非常厉害。

db老鼠，会毫无反应的继续胖下去，甚至会越来越胖，因为它不能

从ob老鼠那里得到对这种食欲抑制因子的感受能力。在接下来的实

验中，科曼完美验证了这一假说。

四、美好的结局

在未来的十几年时间里，科曼利用各种生物化学的方法，试图发

现这种假想中的食欲抑制因子，但是从未获得成功，1993年，62岁

的科曼先生带着这种遗憾，从杰克逊实验室退休。

科曼退休两年后的1995年，洛克菲勒大学杰弗瑞・弗里德曼和

等利用现代遗传学手段，经过8年探索终于找到科曼先生预言的这个

能够抑制食欲和控制体型的蛋白质因子，并命名为“瘦素”