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  • 胰島素的發現

    上一篇 / 下一篇  2009-11-19 15:27:14

      神秘的降糖物質

      扣響糖尿病秘密大門的第一聲由法國生理學家伯納德完成。他發現如果損傷實驗動物第四腦室底部,可導致動物血糖升高及排泄糖尿,這是人類第一次制造出“人工糖尿病動物”。伯納德也曾經多次嘗試切除狗的胰腺,以研究胰腺生理功能。然而實驗十分困難,研究記錄顯示,似乎他只成功過一次,實驗狗最終因過度消瘦而死去,但這位偉大的實驗生理學家,卻未能及時發現,狗的真正死因是糖尿病而并非單純的消化不良。

      如果說伯納德的輕扣未能引起太多回響的話,德國籍俄羅斯裔學者明科夫斯基的決定性實驗,則最終導致了胰島素的發現。明科夫斯基是一名出色的生理及病理學家,對糖尿病有深刻的了解。他發現了糖尿病人的昏迷與酸中毒的關聯,并率先倡導堿性療法。1886年,明科夫斯基通過摘除鳥的肝臟,發現膽色素和尿酸的生成與肝臟有關。循著相似的理念,1889年,他和馮·梅林切除了狗的胰腺,以研究胰腺功能。很偶然的原因,他的助手發現,蒼蠅喜歡停留在胰腺切除的狗所排泄的尿液中。由此明科夫斯基敏銳的意識到胰腺和糖尿病之間的決定性關系,并提出胰腺能夠分泌某種抗糖尿病物質的假說。

      基于明科夫斯基的假說,若干有名無名的科學家投入到尋找此神秘物質的實驗中,而許多醫生也嘗試性使用胰腺及其提取物來治療糖尿病人。然而讓人失望的是,數十年來,雖然陸續有人發表論文指出,胰腺提取物有降低血糖的效果,但因其效果的穩定性差兼副作用大而始終未獲公認。

      史無前例的諾貝爾獎獲獎速度

      1922年,一個初出茅廬的加拿大青年外科醫生班廷終于獲得了幸運女神的青睞。很多偉大的成就總有其偶然之處,班廷的成功即是此諺語的注腳。班廷,1917年畢業于加拿大多倫多大學醫學院。作為一名醫士官參與一戰,因傷退役后,在小城倫敦(位于加拿大)開了個小診所,并在當地西安大略大學的醫學院得到一個兼職教學的工作。1920年10月,就在教授有關糖代謝的內容時,班廷從新得到的一本雜志中讀到一篇有關胰腺結石的論文,這篇文章改變了班廷和這世界上千千萬萬人的命運。文章稱胰腺結石可能導致胰腺萎縮,而在實驗室結扎動物的胰腺導管也引起同樣效果。由于很多生理學家將無法成功提取胰島素的原因歸因于胰腺腺泡的外分泌功能,破壞了提取物。讀到此處,班廷靈光一現提筆寫道“結扎狗的胰導管,待其腺泡萎縮只余胰島后,試圖分離其內分泌以治療糖尿”。

      今天站在后人的角度,我們知道提取胰島素并不需要待腺泡萎縮后才能進行,因為胰腺所分泌的消化酶類,正常情況下,需在腸道中才有生理功能,加之提取過程所加入的試劑本身即可破壞那些酶類。但班廷認為他靈光一現的想法是成功之源。如果沒有這個“巧思”,班廷很可能不會“自不量力”的試圖攻克這個堡壘,而他大學時代的老師蘇格蘭人麥克勞德也未見得會給他機會去做這件事。基本上班廷提煉胰島素與居里夫人提煉鐳有異曲同工之處,因為估計錯了鐳含量的數量級,沒有真正認識到提純鐳的真實難度,是居里夫人有勇氣動手去做這件事的原因之一。不過這些事實似乎反復在說明一個古樸的道理,世上無難事,只怕有心人。

      雖然班廷缺乏研究基礎,但他的自信和熱切,最終使麥克勞德“勉強”同意在暑期將實驗室借給他使用兩個月,另外再給他十只狗,其余均需自備。班廷變賣了他微薄的家產,可謂破釜沉舟的回到了他的母校多倫多大學醫學院開始了胰島素的提取工作。1921年5月中旬起,在助手貝斯特的幫助下,班廷共結扎了19只狗,死亡14只,存活下的5只中,只有2只的胰腺導管被徹底結扎而發生了萎縮現象。此時的班廷幾乎到了山窮水盡的地步,沒有工資,沒有實驗經費,食無定時,居無定所。毫不奇怪,多年的女友棄他而去。然而班廷并沒有泄氣,他和貝斯特堅持不懈的給更多的狗結扎,并將胰腺粗提物注射到因胰腺切除而患糖尿病的狗中,觀察效果。到7月底,他們已經給91只切除了胰腺的狗注射,但無一例外它們都迅速死于糖尿病,直到第92只狗,這次他們成功的將它的生命延長了20天。度假歸來的麥克勞德,知悉這個消息后,當機立斷將他的團隊投入到實驗中,并邀請當時正在多倫多大學休假進修的柯利普教授——艾爾伯塔大學生化系教授——一起參與。

      班廷和貝斯特的初提物雖然表現出對糖尿病的療效,但它的純度完全沒有達到可以給病人注射的程度。應該說麥克勞德邀請柯利普加入,是成功的關鍵,畢竟純化蛋白質是生化學家的本行。在柯利普的幫助下,班廷和麥克勞德終于獲得可以用于臨床治療的胰島素。1922年1月11日,14歲的湯普森成為首例接受胰島素注射治療的人,治療效果十分明顯。因此項成就,班廷和麥克勞德共獲1923年諾貝爾生理或醫學獎。

      然而遺憾的是,班廷認為麥克勞德搶走了本應該屬于貝斯特的榮譽,對此始終耿耿于懷,在各種場合過分夸大自己和貝斯特的功能而刻意貶低麥克勞德在純化胰島素方面的貢獻。班廷是加拿大第一個獲諾貝爾獎的科學家,而且他作為胰島素專利的擁有者,并沒有將胰島素視為讓自己暴富的工具。班廷沒有將專利轉讓給出價最高的投標人,而是以較低廉的價格轉讓給了一家同意每單位胰島素只賣三分錢的制藥廠,這一切,很自然的讓班廷成為加拿大的英雄和榮耀。

      或許正是以上因素,作為一個身處加拿大的蘇格蘭人,麥克勞德對班廷攻擊他的一面之詞從未發表過任何言論,但麥克勞德撰寫了一份長篇報告,將他的作用以及胰島素發現的詳細過程和一系列開支發票提交給了多倫多大學的校長。麥克勞德逝世后,其妹發現了報告的副本,而正本也在多倫多大學的檔案室里找到。于是人們在科學雜志上撰寫長文,重談胰島素發現的功勞座次。而1982年,多倫多大學的歷史系教授布利斯依據相關歷史文件——班廷的原始實驗室筆記、諾貝爾獎委員會解密的文件等——以及訪談當年的目睹者,寫了《胰島素的發現》一書,為此紛爭蓋棺論定,洗刷了長時期以來麥克勞德所蒙受的“冤屈”。

      剛剛開始的故事

      胰島素的提取,給萬千單純性缺乏胰島素的病人帶來了福音,雖然不能治愈,但只要按時按量注射胰島素,就可以大大緩解糖尿病的癥狀,不僅延長了生命而且大幅度的改善了生活質量。不過,故事到此并未結束,恰恰相反,關于胰島素的故事才剛剛開始。

      1943年,英國化學家桑格開始著手考慮測定蛋白質的一級結構,當時科學界對蛋白質這樣的生物大分子,有沒有穩定的組成都難以達成意見的一致。桑格花費10年時間,以胰島素這一重要的蛋白質為目標(幸運的是胰島素是一個非常簡單的蛋白質),改良了柯利普創立的純化技術,獲得了胰島素晶體,并于1953年最終確定了它的一級結構。這一工作告訴世人,蛋白質的確擁有穩定的氨基酸組成和排列順序,而此研究在生命科學中的重要性也使桑格榮獲1958年的諾貝爾化學獎。他所發明的蛋白質序列測定法,也引發了一場蛋白質研究的革命。今天有關蛋白質結構和功能的關系,是當前生命科學研究領域的重要組成部分。

      在桑格忙于給胰島素測序的時候,一位女科學家雅婁和她的同事伯森發現在長期注射胰島素的病人血清中存在抗胰島素的抗體。這是由于早期的胰島素來源于動物的胰腺,雖然動物胰島素與人的胰島素極其相似,但其仍然可以引起我們的免疫系統的警覺。1955年,她們將此發現的論文投往《臨床研究期刊》,但遺憾的是該刊不認可她們的發現而未予發表。不過,雅婁沒有因此放棄自己的正確認識,而是以此研究為基礎發展出放射免疫測定法——此方法能測定血液中的微量激素及任何能產生抗體的物質——徹底改變了內分泌學研究的面貌。雅婁本人也因此獲1977年諾貝爾生理或醫學獎。今天,在基因工程的基礎上,我們獲得了重組人胰島素,基本上解決了由于抗體生成所導致的惱人的過敏癥狀。

      自班廷等人發現胰島素以來,這個簡單蛋白質的行為卻依然有其神秘之處。生命科學已經大幅度進步,但仍然沒有較為全面的解析它眾多的功能和異常復雜的機制。今天世界上仍然有眾多的科學和醫學工作者在繼續研究胰島素,而且隨著生活條件的改善,一類并非由于胰島素缺乏而導致的糖尿病病人越來越多,已經到了在班廷等前輩的基礎上往前再跨一步去解決新問題的時候了。或許在不太久遠的將來,人們因有關胰島素的研究而再次獲諾貝爾獎也未為可知。


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