胰岛素的发现：100年前改变世界

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　　来源：原理

　　一个世纪前，糖尿病仍是不治之症。被确诊患有这种代谢紊乱的人通常只能活几年。医生对治疗糖尿病患者危险的高血糖水平束手无策。然而，一个世纪后的今天，由于胰岛素的发现，无数患者的生活被改变了。在美国，近160万的1型糖尿病患者过着正常的生活。

　　这一切的转变来自1921年7月27日的一次实验。这一医学突破离不开班廷（Frederick Banting）、麦克劳德（J。 J。 R。 Macleod）等人的直接贡献。但是，让治疗糖尿病成为现实同样还依赖于其他更多科学家的研究，包括闵可夫斯基（Oskar Minkowski）和索伦森（Søren Sørensen），事实上，他们在更早的时候对看似无关的课题进行了研究，为糖尿病治疗奠定了基础。

　　胰岛素的发现无疑是糖尿病治疗发展中最重要的一段历史。在胰岛素发现后的一百年，随着医学和技术的进步，糖尿病早已不再是不治之症。詹姆斯·布洛迪（James P。 Brody）是一名生物医学工程师，目前在大学里教授一门关于糖尿病治疗历史的课程。他说，他非常喜欢向学生们强调看似不相关的基础研究在医疗发展中的重要性。

　　在布洛迪看来，胰岛素的故事说明了，医学创新是建立在基础科学的基础之上的，然后还需要熟练的工程师将它从实验室带到需要它的人那里，成为一种治疗手段。

　　糖尿病自古以来就为人所知。这种病最初的症状往往是极度口渴和频繁排尿。病人的体重在仅仅几周内就会急速下降。通常几个月过后，患者会出现昏迷，随后死亡。但几个世纪以来，没有人知道是什么导致了糖尿病。

　　不过，人们一直知道胰腺的存在。希腊解剖学家赫洛菲洛斯在公元前约300年首次描述了这个器官。根据它的解剖位置，人们怀疑它与消化系统有关。但是没有人知道胰腺是像胃一样的重要器官，还是像阑尾那样“没什么用”。

　　19世纪末，斯特拉斯堡大学的病理学家闵可夫斯基是那个时代最有才华的外科医生之一。1889年，作为研究的一部分，他完成了一项被认为是不可能的外科手术，成功让一只完全切除胰腺的动物活了下来。

　　奥斯卡·闵可夫斯基。|图片来源：Wikimedia Commons

　　接受手术的狗在术后活了下来，但让闵可夫斯基惊讶的是，这只狗开始表现出糖尿病的所有症状。闵可夫斯基发现，切除胰腺会导致糖尿病。如今，这就会被称为疾病的动物模型。一旦建立了一种疾病的动物模型，研究人员就可以在动物身上试验各种治疗方法，从而有望找到对人类真正有用的方法。

　　人们开始思考，比如，能把胰腺磨碎，喂给糖尿病动物来治疗或减轻糖尿病的症状吗？实际上那毫无用处。用现代的术语来说，问题在于，胰腺承担了两种功能，它会为消化系统产生酶，同时产生胰岛素。如果把它们混合在一起，消化酶就会破坏胰岛素。

　　1920年，加拿大的一位小镇医生班廷有了一个想法。他提出可以通过外科手术，将动物胰腺和消化系统之间的导管系住。过几周后，当胰腺中产生消化酶的部分腐烂时，再完全切除胰腺。他认为，腐烂的胰腺仍含有胰岛素，但不再含有破坏性的酶。

　　来源：University of Toronto

　　1921年7月27日，他在多伦多大学麦克劳德的实验室完成了这项实验。班廷和一位名叫贝斯特（Charles Best）的学生合作，从一只狗萎缩的胰腺中制备了一种提取物。随后，他们将提取物注射到另一只因切除胰腺而导致糖尿病的狗的体内。果然，动物的糖尿病症状开始消失。

　贝斯特（左）和班廷（右），以及一只依赖胰岛素存活下来的狗。

　　虽然班廷的实验是成功的，但他所用的胰岛素纯化方法不切实际。麦克劳德指派生物化学家科利普（James Collip）找到一种从胰腺中获得胰岛素的实用方法。

　　科利普开发了一种基于酒精的纯化方法。这个概念很简单：他将肉店里现成的新鲜猪胰腺捣碎，与酒精和水的溶液混合，然后逐渐增加溶液中酒精的百分比。他发现胰岛素起初一直溶解在溶液中，直到酒精达到一种临界浓度，胰岛素就会突然从溶液中“掉出来”，不再溶解在液体中。通过在烧瓶底部收集的固体沉淀物，他得到了一种纯化的胰岛素。

　詹姆斯·科利普

　　科利普的胰岛素提取方法让班廷和其他人在多伦多大学医院开始治疗病人。1922年1月，他们首次为病人进行了注射。奇迹般的结果很快出现了，胰岛素注射帮助了数十位濒临死亡的患者恢复了正常活动。消息传开来后，人们对胰岛素的需求大幅增加。

　　但困扰科利普的是，他没有办法大批量生产胰岛素。他很困惑，为什么按照以前使用的完全相同的配方，制备出的胰岛素却很少。

　　麦克劳德转而求助于印第安纳州生产药用胶囊的礼来制药公司。在礼来，解决纯化问题落在了年轻的化学家沃尔登（George Walden）的肩上。沃尔登想到了索伦森在十几年前提出的一种方法。

　　索伦森在20世纪初是嘉士伯实验室的主任，这个实验室是由著名啤酒公司建立的，旨在推进酿造科学。索伦森引入了pH的概念，以此来量化溶液的酸度，他发现，在酿造阶段较高的pH值会导致生产出的啤酒更苦。

　　当沃尔登测量胰腺溶液的pH值时，他注意到对胰岛素的溶解度来说，酸度远比酒精浓度重要得多。他建立了一套类似科利普的纯化程序，但是基于pH值而不是酒精浓度。科利普一直没能扩大胰岛素的纯化规模，很有可能是因为他忽视了对溶液pH值的谨慎控制。沃尔登的这一发现最终为胰岛素的大规模生产提供了可能。

　　1923年，班廷和麦克劳德因发现胰岛素，共同获得了当年的诺贝尔生理学或医学奖。当时年仅32岁的班廷也成为历史上最年轻的诺贝尔生理学或医学奖得主。

　　到了1924年5月，糖尿病几乎已经不再是一种致命的疾病。柯林斯（Joseph Collins）医生当时在《纽约时报》上这样写道：“人类的死敌，带来毁灭的疾病，一个接一个地被科学战胜。最可怕的糖尿病是又一个手下败将。”

　　今天，我们还有许多“无药可医”的敌人，比如癌症、阿尔兹海默病、精神分裂症等等。而每一种潜在的疗法，都有可能来自基础研究取得的进展。

　　#创作团队：

　　原文作者：James P。 Brody（加州大学欧文分校生物医学工程教授）

　　编译：Takeko

　　插图设计：Takeko

　　#参考来源：

　　https：//theconversation.com/insulin-was-discovered-100-years-ago-but-it-took-a-lot-more-than-one-scientific-breakthrough-to-get-a-diabetes-treatment-to-patients-162743

　　https：//insulin100.utoronto.ca/

　　#图片来源：

　　封面：Sprogz via Flickr under CC BY-NC-ND

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