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导读:班廷与胰岛素发现背后的故事。
1920年10月31日凌晨2点,一位年轻的外科医生彻夜难眠,一个大胆的想法在脑海中不停闪现,或许这位医生自己也很难想到,年仅30岁的他,不久后将会成为改变糖尿病治疗历史的“天选之人”,这个人就是弗雷德思克·格兰特·班廷(Frederick Grant Banting)。
图1 弗雷德思克·格兰特·班廷
年轻的班廷
弗雷德里克·格兰特·班廷于1891年11月14日出生在加拿大安大略省阿利斯顿市,这是一个位于加拿大安大略省多伦多以北70公里的村庄。长大后的班廷进入了多伦多大学学习,最初主攻神学,1912年,班廷转到医学院选择了外科专业,与我们熟知的诺尔曼·白求恩医生成为了同学。
第一次世界大战打响,班廷应征入伍,在加拿大陆军医疗团担任医务官。1917年春抵达英国,被提升为上尉,并派驻法国前线附近。在1918年9月的康布雷战役中,因为表现英勇被授予了十字勋章。1919年初,班廷回到加拿大,在加拿大多伦多的军事矫形医院工作。
图2 服役期间的班廷
1920年,班廷来到加拿大安大略省的伦敦市,计划在社区开设一家医疗诊所,在父亲的帮助下,他在城市东侧的阿德莱德街442号购置了一栋房产(图2),一楼开诊所,二楼住人。
不过,平均每个月只接诊两个病人,可谓“生意”惨淡,为了缓解资金压力,班廷医生找了一份兼职,在安大略大学的外科和生理学部门担任讲师。
图3 班廷的家(位于加拿大安大略省伦敦市阿德莱德街442号)
想法的诞生
1920年10月30日是个星期六,班廷医生来到医学院图书馆查阅资料,为他周一将进行的胰腺相关的演讲做准备。
无意间,他被一篇发表于《外科、妇科和产科》杂志上的文章深深吸引,这是由摩西·巴伦(Moses Barron)撰写的一份包含了四名患者的病例报告。病例报告其中一位病人,虽然胰腺导管结石的患者在分泌消化液的其他消化腺体萎缩后,分泌胰消化液的胰岛细胞仍然存活良好,更为重要的是这位病人没有发展成糖尿病。Barron推断胰岛可能分泌了一种激素进入血液,以控制葡萄糖代谢。
一时间,班廷似乎产生了所谓的“顿悟”时刻,脑海中想到了一种分离胰腺提取物的可能方法,整晚无法入睡。
“大约在凌晨两点,我的脑海里产生了一个想法。我起床把这个想法写下来,花了大半个晚上的时间来思考。”
当晚,带着其标志性的拼写错误,班廷在笔记本上匆匆写下这么几行字:结扎狗的胰导管,等六至八个星期,待其腺泡萎缩只剩胰岛后割下,提取它的液汁。
图4 班廷的笔记本(1920年10月31日凌晨)
班廷把自己的想法告诉了几位教授,希望借助医学院的实验室来予以验证。不过由于条件有限,教授们建议他去母校多伦多大学,找在糖代谢的研究方面有所成就的生理学教授、生理实验室主任、英国生理学家约翰·詹姆斯·理查德·麦克劳德(john James Rickard Macleod)寻求帮助。
班廷与麦克劳德见面——为了一个“既不新颖也不能保证正确的假说”
1920年11月8日,班廷与麦克劳德进行了面谈。最初,在听到班廷关于胰管结扎的想法后,麦克劳德持怀疑态度,因为他很清楚(班廷当时很可能不知道),有关胰腺内分泌物的提取并不是新鲜事,早有相关报道,多位经验丰富的研究人员进行过400多次使用胰腺提取物治疗糖尿病患者的尝试,然而都以失败告终,而胰腺内分泌物的概念也至少已有30年的历史。
每个项目似乎都会遇到难以逾越的障碍,那就是将提取物用于人类时,结果都是无效、形成局部脓肿、感染、发热、败血症或其他毒性反应。
不过最终,班廷的热情打动了麦克劳德,尽管有所保留,其还是同意班廷——一个没有多少研究经验的战地外科医生,以志愿者的身份进入他的实验室,研究一个既不新颖也不能保证正确的假说……
试验开始了
划时代的工作是1921年5月16日开始的,一名本科生助理查尔斯·赫伯特·贝斯特(Charles Herbert Best)加入了他们的研究,不过有意思的是,当时其实有两位备选学生,贝斯特通过掷硬币的方式赢得了这个机会......
图5 贝斯特(左)和班廷(右)
班廷结扎几只狗的胰导管,割掉另外几只狗的胰腺。可是在短短的两周之内,10条狗中就有7条狗在切除胰脏和结扎胰导管的手术中死亡。之后的实验进展也不顺利,重新买进的十余条实验狗因为感染或手术创伤等原因又死亡了7条。
一切都很不理想,钱也快要花光了,班廷没日没夜地工作,食无定时,居无定处,连已经与他订婚的女朋友也与他分了手。但这些都没能动摇班廷的信心,他和贝斯特互相鼓励,决心从头开始。经过不懈的努力,实验有了重大的进展。
试验成功了!
7月27日这天,班廷和贝斯特将一只狗被结扎的胰腺割下,切成细块,冻结在碱水中,然后将其碾碎,加上100毫升生理盐水。随后,他们取出五毫升的这种溶液,通过颈动脉,注入另一只由于被切除胰腺患了糖尿病、正陷入昏迷状态的狗的血液里。
图6 班廷和贝斯特实验成功的第一只狗
两个小时后,贝斯特在检验这只动物的血糖时兴奋得叫了起来:“它的血糖下降了,我们成功了!”实验动物的病得到明显的好转。后来,班廷和贝斯特又多次将狗的胰腺割去,使它患上糖尿病,然后给它注射萎缩的胰腺的提取物,使它获得治疗,证明这是一个有效的办法。当时,他们称这种溶液为isletin,后来更名为insulin(胰岛素),并沿用至今。
1921年8月9日,班廷写信给麦克劳德,把他们的发现告诉了他。
解决“最后一英里”问题
实验虽然取得了初步的成功,但他们还面临着一个重要的问题:提取液的制备手续太复杂,而且还很不纯净,胰岛素的含量太少,无法应用于临床。
麦克劳德邀请到詹姆斯·伯特伦·科利普(James Bertram Collip)——一位对激素感兴趣的创新型生物化学家,参与这一项目,帮助提纯粗提物。
1921年12月12日开展工作,科利普设计了一种使用90%酒精的提取胰岛素的方案,这是一项关键的改进,使得胰岛素溶解同时其他杂质通过沉淀析出。这项技术突破解决了胰岛素所谓的“最后一英里”问题,并将班廷和贝斯特的制剂提升到了一种纯到足以供人类使用的水平。
第一位病人
1922年1月,班廷开始了早期的胰岛素临床研究,在一位患有糖尿病且生命垂危的14岁男孩身上实现了人类历史上第一次真正意义上的胰岛素治疗,并获得巨大成功。
这位男孩叫伦纳德·汤普森(Leonard Thompson),在1月11日进行了第一次注射后出现严重的过敏反应,怀疑与杂质有关,科利普继续大显身手,迅速对提取液进行了进一步纯化,并于1月23日进行了第二次注射,在新治疗手段的帮助下,汤普森的血糖下降至正常水平,尿糖以及尿酮体消失。这一实验治疗开创了人类使用胰岛素治疗糖尿病的先河。在胰岛素的帮助下,汤普森又健康的生活了13年,最终因肺炎去世。
轰动全世界
很快,发现胰岛素的消息轰动了全世界,世界各地的糖尿病人纷纷来信求药或前来求医。班廷及其合作者们很快就研制出在酸性和冷冻(冷冻也可使胰蛋白酶失去活性)的条件下,用酒精直接从动物(主要是牛)胰腺里提取胰岛素的方法,并在美国的礼来制药公司进行大规模的工业生产。
并且,班廷的成功极大鼓舞了众多医学生物工作者的研究热情,其后,一系列胰岛素相关产品相继问世。据估计,从那时起以后的50年中,胰岛素至少拯救了3000万糖尿病人的生命,直到今天,它仍然是治疗糖尿病的特效药。
1923年10月25日,诺贝尔奖金委员会决定授予班廷(32岁)和麦克劳德生理学和医学奖,以表彰他们对人类战胜疾病所作出的巨大贡献。虽然得奖的是两人,但实际上参与工作的四个人同样重要。
为了纪念班廷的杰出贡献,世界卫生组织和国际糖尿病联盟1992年决定,将班廷的生日“11月14日”命名为“世界糖尿病日"。
一代传奇的谢幕
之后,班廷在加拿大获得了近乎神话般的地位,荣获政府的终生资助,继续进行医学研究,并且迄今为止,班廷仍是最年轻的诺贝尔生理学或医学奖获得者。同时,他也在艺术道路进行探索,成为了一名著名的风景画画家。
不过令人惋惜的是,1941年2月21日,班廷在第二次世界大战中服役时死于飞机失事,一代传奇就此谢幕。
图7 班廷的画作
影响至今
1920年10月31日凌晨两点,班廷独自一人在阿德莱德街442号二楼的房间里匆匆记下了自己的想法,之后在多人共同努力下,实现了糖尿病治疗领域最重要的医学发现,并且其对内分泌、医学和社会的影响回荡至今。
参考资料:
[1]Robert A Hegele, Grant M Maltman.Lancet Diabetes Endocrinol.2020; 8: 971–77
[2]王芳,申虎威,王龙.胰岛素发展简史[J] . 中华医史杂志,2014,44( 04 ): 218-222.DOI:10.3760/cma.j.issn.0255-7053.2014.04.004
[3]内分泌医学史|现代内分泌学诞生简史(下)-内分泌医学体系的建立.CK医学科普.2018-04-06.
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