胰岛素的发现

上一篇 / 下一篇  2009-11-19 15:27:14

  神秘的降糖物质

  扣响糖尿病秘密大门的第一声由法国生理学家伯纳德完成。他发现如果损伤实验动物第四脑室底部,可导致动物血糖升高及排泄糖尿,这是人类第一次制造出“人工糖尿病动物”。伯纳德也曾经多次尝试切除狗的胰腺,以研究胰腺生理功能。然而实验十分困难,研究记录显示,似乎他只成功过一次,实验狗最终因过度消瘦而死去,但这位伟大的实验生理学家,却未能及时发现,狗的真正死因是糖尿病而并非单纯的消化不良。

  如果说伯纳德的轻扣未能引起太多回响的话,德国籍俄罗斯裔学者明科夫斯基的决定性实验,则最终导致了胰岛素的发现。明科夫斯基是一名出色的生理及病理学家,对糖尿病有深刻的了解。他发现了糖尿病人的昏迷与酸中毒的关联,并率先倡导碱性疗法。1886年,明科夫斯基通过摘除鸟的肝脏,发现胆色素和尿酸的生成与肝脏有关。循着相似的理念,1889年,他和冯·梅林切除了狗的胰腺,以研究胰腺功能。很偶然的原因,他的助手发现,苍蝇喜欢停留在胰腺切除的狗所排泄的尿液中。由此明科夫斯基敏锐的意识到胰腺和糖尿病之间的决定性关系,并提出胰腺能够分泌某种抗糖尿病物质的假说。

  基于明科夫斯基的假说,若干有名无名的科学家投入到寻找此神秘物质的实验中,而许多医生也尝试性使用胰腺及其提取物来治疗糖尿病人。然而让人失望的是,数十年来,虽然陆续有人发表论文指出,胰腺提取物有降低血糖的效果,但因其效果的稳定性差兼副作用大而始终未获公认。

  史无前例的诺贝尔奖获奖速度

  1922年,一个初出茅庐的加拿大青年外科医生班廷终于获得了幸运女神的青睐。很多伟大的成就总有其偶然之处,班廷的成功即是此谚语的注脚。班廷,1917年毕业于加拿大多伦多大学医学院。作为一名医士官参与一战,因伤退役后,在小城伦敦(位于加拿大)开了个小诊所,并在当地西安大略大学的医学院得到一个兼职教学的工作。1920年10月,就在教授有关糖代谢的内容时,班廷从新得到的一本杂志中读到一篇有关胰腺结石的论文,这篇文章改变了班廷和这世界上千千万万人的命运。文章称胰腺结石可能导致胰腺萎缩,而在实验室结扎动物的胰腺导管也引起同样效果。由于很多生理学家将无法成功提取胰岛素的原因归因于胰腺腺泡的外分泌功能,破坏了提取物。读到此处,班廷灵光一现提笔写道“结扎狗的胰导管,待其腺泡萎缩只余胰岛后,试图分离其内分泌以治疗糖尿”。

  今天站在后人的角度,我们知道提取胰岛素并不需要待腺泡萎缩后才能进行,因为胰腺所分泌的消化酶类,正常情况下,需在肠道中才有生理功能,加之提取过程所加入的试剂本身即可破坏那些酶类。但班廷认为他灵光一现的想法是成功之源。如果没有这个“巧思”,班廷很可能不会“自不量力”的试图攻克这个堡垒,而他大学时代的老师苏格兰人麦克劳德也未见得会给他机会去做这件事。基本上班廷提炼胰岛素与居里夫人提炼镭有异曲同工之处,因为估计错了镭含量的数量级,没有真正认识到提纯镭的真实难度,是居里夫人有勇气动手去做这件事的原因之一。不过这些事实似乎反复在说明一个古朴的道理,世上无难事,只怕有心人。

  虽然班廷缺乏研究基础,但他的自信和热切,最终使麦克劳德“勉强”同意在暑期将实验室借给他使用两个月,另外再给他十只狗,其余均需自备。班廷变卖了他微薄的家产,可谓破釜沉舟的回到了他的母校多伦多大学医学院开始了胰岛素的提取工作。1921年5月中旬起,在助手贝斯特的帮助下,班廷共结扎了19只狗,死亡14只,存活下的5只中,只有2只的胰腺导管被彻底结扎而发生了萎缩现象。此时的班廷几乎到了山穷水尽的地步,没有工资,没有实验经费,食无定时,居无定所。毫不奇怪,多年的女友弃他而去。然而班廷并没有泄气,他和贝斯特坚持不懈的给更多的狗结扎,并将胰腺粗提物注射到因胰腺切除而患糖尿病的狗中,观察效果。到7月底,他们已经给91只切除了胰腺的狗注射,但无一例外它们都迅速死于糖尿病,直到第92只狗,这次他们成功的将它的生命延长了20天。度假归来的麦克劳德,知悉这个消息后,当机立断将他的团队投入到实验中,并邀请当时正在多伦多大学休假进修的柯利普教授——艾尔伯塔大学生化系教授——一起参与。

  班廷和贝斯特的初提物虽然表现出对糖尿病的疗效,但它的纯度完全没有达到可以给病人注射的程度。应该说麦克劳德邀请柯利普加入,是成功的关键,毕竟纯化蛋白质是生化学家的本行。在柯利普的帮助下,班廷和麦克劳德终于获得可以用于临床治疗的胰岛素。1922年1月11日,14岁的汤普森成为首例接受胰岛素注射治疗的人,治疗效果十分明显。因此项成就,班廷和麦克劳德共获1923年诺贝尔生理或医学奖。

  然而遗憾的是,班廷认为麦克劳德抢走了本应该属于贝斯特的荣誉,对此始终耿耿于怀,在各种场合过分夸大自己和贝斯特的功能而刻意贬低麦克劳德在纯化胰岛素方面的贡献。班廷是加拿大第一个获诺贝尔奖的科学家,而且他作为胰岛素专利的拥有者,并没有将胰岛素视为让自己暴富的工具。班廷没有将专利转让给出价最高的投标人,而是以较低廉的价格转让给了一家同意每单位胰岛素只卖三分钱的制药厂,这一切,很自然的让班廷成为加拿大的英雄和荣耀。

  或许正是以上因素,作为一个身处加拿大的苏格兰人,麦克劳德对班廷攻击他的一面之词从未发表过任何言论,但麦克劳德撰写了一份长篇报告,将他的作用以及胰岛素发现的详细过程和一系列开支发票提交给了多伦多大学的校长。麦克劳德逝世后,其妹发现了报告的副本,而正本也在多伦多大学的档案室里找到。于是人们在科学杂志上撰写长文,重谈胰岛素发现的功劳座次。而1982年,多伦多大学的历史系教授布利斯依据相关历史文件——班廷的原始实验室笔记、诺贝尔奖委员会解密的文件等——以及访谈当年的目睹者,写了《胰岛素的发现》一书,为此纷争盖棺论定,洗刷了长时期以来麦克劳德所蒙受的“冤屈”。

  刚刚开始的故事

  胰岛素的提取,给万千单纯性缺乏胰岛素的病人带来了福音,虽然不能治愈,但只要按时按量注射胰岛素,就可以大大缓解糖尿病的症状,不仅延长了生命而且大幅度的改善了生活质量。不过,故事到此并未结束,恰恰相反,关于胰岛素的故事才刚刚开始。

  1943年,英国化学家桑格开始着手考虑测定蛋白质的一级结构,当时科学界对蛋白质这样的生物大分子,有没有稳定的组成都难以达成意见的一致。桑格花费10年时间,以胰岛素这一重要的蛋白质为目标(幸运的是胰岛素是一个非常简单的蛋白质),改良了柯利普创立的纯化技术,获得了胰岛素晶体,并于1953年最终确定了它的一级结构。这一工作告诉世人,蛋白质的确拥有稳定的氨基酸组成和排列顺序,而此研究在生命科学中的重要性也使桑格荣获1958年的诺贝尔化学奖。他所发明的蛋白质序列测定法,也引发了一场蛋白质研究的革命。今天有关蛋白质结构和功能的关系,是当前生命科学研究领域的重要组成部分。

  在桑格忙于给胰岛素测序的时候,一位女科学家雅娄和她的同事伯森发现在长期注射胰岛素的病人血清中存在抗胰岛素的抗体。这是由于早期的胰岛素来源于动物的胰腺,虽然动物胰岛素与人的胰岛素极其相似,但其仍然可以引起我们的免疫系统的警觉。1955年,她们将此发现的论文投往《临床研究期刊》,但遗憾的是该刊不认可她们的发现而未予发表。不过,雅娄没有因此放弃自己的正确认识,而是以此研究为基础发展出放射免疫测定法——此方法能测定血液中的微量激素及任何能产生抗体的物质——彻底改变了内分泌学研究的面貌。雅娄本人也因此获1977年诺贝尔生理或医学奖。今天,在基因工程的基础上,我们获得了重组人胰岛素,基本上解决了由于抗体生成所导致的恼人的过敏症状。

  自班廷等人发现胰岛素以来,这个简单蛋白质的行为却依然有其神秘之处。生命科学已经大幅度进步,但仍然没有较为全面的解析它众多的功能和异常复杂的机制。今天世界上仍然有众多的科学和医学工作者在继续研究胰岛素,而且随着生活条件的改善,一类并非由于胰岛素缺乏而导致的糖尿病病人越来越多,已经到了在班廷等前辈的基础上往前再跨一步去解决新问题的时候了。或许在不太久远的将来,人们因有关胰岛素的研究而再次获诺贝尔奖也未为可知。


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