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埃尔利希:四次与诺贝尔奖结缘的人

已有 7082 次阅读 2021-2-10 11:49 |个人分类:医学史话|系统分类:人物纪事

保罗·埃尔利希(Paul Ehrlich,1854-1915),化学疗法的先驱。科学史上罕见的奇才,他不可能只属于某一学科,他是有机化学家、组织学家、免疫学家和药物学家。他在组织和细胞的化学染色方面进行了开创性的研究;他是白喉抗毒素标准化的权威,提出了抗体形成的“侧链”理论,1908年获诺贝尔生理与医学奖;埃利希是化学疗法的先驱,他发明的驱梅特效药“606”及其改进剂“914”,为千千万万的梅毒患者解除了痛苦,他被看成医学的救星,1912年和1913年两度获诺贝尔化学奖提名。

一、纯化“白喉抗毒素”

这个故事还得从德国免疫学家贝林讲起。因为对白喉血清疗法的贡献,贝林荣获1901年第一届诺贝尔生理学及医学奖,但他并不是那种淡漠名利的科学家。

1889年,贝林获邀来到科赫实验室,与他早三年进入实验室日本人北里柴三郎一起接受了研究“白喉”的任务。贝林和北里决定仿照巴斯德治疗狂犬病的方法,试图在幸存的动物血清里找到“解药”,并将这种未知的解药命名为“抗毒素”。他们在1889年的德国医学学会上阐述了关于“抗毒素”的假设,遭到了与会者的嘲笑,说他们两个年轻人异想天开,在瞎编胡造新词汇。

1890年,他们以豚鼠为实验材料,在它们身上注射白喉杆菌,结果这些豚鼠大量死亡,仅存两只。贝林和北里咬咬牙,给这两只硕果仅存的豚鼠又注射了大量的白喉杆菌,神奇的是,它们都安然无事。这有力地支持了他们关于血清里存在某种“抗毒素”的猜想。

后来,他们又成功地从白喉杆菌里分离出了剧毒的白喉毒素,并注射到那两只多灾多难的豚鼠体内。幸运的是,它们熬过来了,他们也从挫败中熬过来了,这个实验明确地证明,两只豚鼠体内产生了一种能够中和白喉毒素的抗毒素。他们当年便提取出了白喉抗毒素,并迅速发表了论文。

也许是贫穷的童年所致,贝林对金钱、商机的触觉非常敏锐。他在提取出了白喉抗毒素后迅速与制药公司联系上,开始合作准备大规模生产白喉抗毒素。1892年,他们得到了一些样品,但是临床效果却不怎么好。他只好求助于科赫,出于为国家荣誉考虑,科赫带着贝林找到了埃尔利希。

那一年,埃尔利希刚刚进入科赫实验室不久,他认真分析了抗毒素效果不好的原因,认为这是剂量的问题。白喉抗毒素剂量太少,那就没效果;剂量太大,毒性反而会增大。埃尔利希在动物身上进行了艰苦的实验,至少消耗了一万只豚鼠,终于研究出了白喉抗毒素的含量测定方法,并且提出了“最小致死量”的概念(某种物质导致受试对象中的个别成员死亡的剂量,这个概念是现今药物学的基础内容)。埃尔利希的研究为抗毒素的标准化奠定了基础,可以说是白喉抗毒素能够工业生产、并且用于临床的最大功臣。1894年,白喉抗毒素正式开始了批量生产,巨额的利润像洪水一样袭来。

科赫认为,白喉抗毒素的专利权应该属于科赫实验室,因为实验室为白喉抗毒素的研究投入了巨大的人力物力(光是那一万只豚鼠就价值不菲,更不要提其他精密的仪器了)。然而贝林寸步不让,甚至不惜毁约离开实验室;他最终独自获得了白喉抗毒素的专利权,一夜之间成为了百万富翁。

1896年11月,大富翁诺贝尔去世并设立诺贝尔奖的消息传遍了整个世界,诺贝尔奖委员会要求大家在1901年9月之前提交一份推荐名单。当时生理学及医学奖的第一号“种子选手”就是科赫。科赫于1882年发现了结核杆菌,光是这个成果就可以让他永垂不朽,更别提其他耀眼的成绩了。所有人都认为,只要不出什么意外,这个奖就是科赫的囊中之物了。

“作死”的科赫偏偏自己搞出了个大意外。他在提交推荐名单的两个月前(1901年7月23日)发表了一篇势必引来轩然大波的文章,提出人的结核杆菌和牛的结核杆菌不尽相同的观点。当时科学界普遍认为这两种结核杆菌是完全一样的,科赫的“奇葩观点”遭到了激烈的反对,尤其是贝林,他表现得格外愤慨英勇,还被大众表扬为“敢于蔑视权威”的英雄。

科赫过于大胆的观点将自己陷入了漩涡中心,诺贝尔奖的评奖迫在眉睫,评委会迫于压力,只能选择避开这位争议性人物,让诺贝尔奖的头筹落到了一时风头无两的贝林头上。获奖理由,就是1890年那篇和北里柴三郎一起发表的论文(可怜的大师兄北里由于种族歧视被直接忽略了)。

事实上,诺贝尔奖候选名单里还有埃尔利希的名字,两个人本应该是共同获奖的,但是贝林为了独占这个荣誉,厚着脸皮恳求埃尔利希放弃获奖资格。埃尔利希和科赫一样,都是不计个人利益的“科学傻瓜”,他最终念在昔日同事的情分上答应了。贝林就这样成为了世界上第一个诺贝尔生理学及医学奖的获得者,同时还被授予了贵族头衔(名字变成了埃米尔·阿道尔·冯·贝林Emil Adolf von Behring),而埃尔利希第一次与诺贝尔奖擦肩而过。

在整个事件中,可以说埃尔利希都被贝林欺骗了:一种说法是,贝林许诺给埃尔利希一个更好的实验场所,以换取埃尔利希放弃自己在白喉抗毒血清方面的专利;另一种说法则是贝林掩盖了抗毒血清是应用了埃尔利希成果的事实,侵吞了本该属于埃尔利希的荣誉。

二、发现“侧链”

对于失去的诺贝尔奖,埃尔利希似乎一直保持着良好的风度:他与贝林维持了多年友好的通信,并从不掩饰自己对贝林发现抗毒素的赞赏。但是基于不同的毒素-抗毒素效应,埃尔利希于1900年提出了著名的免疫学“侧链”学说。他认为,抗毒素是有机体自身产生的。毒素含有特殊的“毒性簇”,而细胞上则有相应的“受体”,类似苯环上的侧链。血液中的受体能够特异性中和毒素,保护细胞不受伤害。这一理论在免疫学影响深远。我们耳熟能详的“主动免疫”“被动免疫”“受体”“类毒素”等名词都是出自埃尔利希的创造。

1908年,携自己关于体液免疫的“侧链”学说,埃尔利希与俄罗斯人梅契尼科夫(Ilya Ilyich Mechnikov)分享了当年的诺贝尔医学和生理学奖。梅契尼科夫所发现的细胞的吞噬作用与埃尔利希的侧链学说可以称之为机体免疫功能的两重防线。不过,与梅契尼科夫相比,埃尔利希的光彩实在是太耀眼了:在错过一个诺贝尔奖和又获得一个诺贝尔奖后,埃尔利希又在1912和1913年取得了两次诺贝尔奖的提名,这就是下文我们要提到的故事。

三、寻找“弹”

“606”胂凡钠明是一种抗梅毒药物,是传染病化学治疗的先驱。

19世纪70年代,埃尔利希还在医学院求学期间,对细胞的观察在德国进入了黄金时代,这得益于德国两大工业发展:一个是德国的光学工业,制造出了越来越精良的光学显微镜;一个是德国的染料业,细胞学家们尝试了种种染料,试图使不同的细胞、细胞的不同结构能不同程度地被染色,以便能在显微镜下区分开来。

埃尔利希从那时起对染料着了迷。他一开始研究的是如何用不同的染料让不同的细胞着色,包括通过染色在显微镜下分辨出入侵人体的病原体,用以诊断疾病。他曾经给自己的唾液染色发现自己得了肺结核。很快地,他想到染料还可以有更直接的医疗用途:如果染料能够特定地附着在病原体上染色,而不附着人体细胞,那么我们是否也能从染料中发现药物,它只攻击病原体,而不攻击人体细胞,因此对人体无副作用呢?埃尔利希将这种药物称为“魔弹”。寻找“弹”成了他一生的梦想。

1899年,埃尔利希被任命为新成立的法兰克福实验医疗研究所所长,开始带领一批人马去实现这个梦想。埃尔利希一开始想要攻克的是“非洲昏睡症”。当时人们刚刚发现这种传染病的病原体是锥体虫,而锥体虫也能感染老鼠,因此可以用老鼠做为实验动物试验药物。1904年,埃尔利希发现有一种红色染料——后来被称为“锥红”——能够杀死老鼠体内的锥体虫。可惜临床人体试验的效果不佳,因此他开始寻找新的染料。

此前,有一位英国医生发现染料“阿托西耳”(学名氨基苯胂酸钠,atoxyl)能杀死锥体虫治疗昏睡症,但是有严重的副作用:阿托西耳会损害视神经导致失明。埃尔利希想到:能不能对阿托西耳的分子结构加以修饰,保持其药性却又没有毒性呢?当时化学家已测定了阿托西耳的分子式,它只有一条含氮的侧链,表明它难以被修饰。但是埃尔利希相信这个分子式搞错了,它应该还有一条不含氮的侧链,这样的话就可以对它进行修饰,合成多种衍生物进行实验。埃尔利希的助手们并不都赞成埃尔利希的直觉,有的甚至拒绝执行埃尔利希的指导当场辞职。

但是实验结果表明埃尔利希的猜测是正确的。助手们合成了千余种阿托西耳的衍生物,一一在老鼠身上实验。有的无效,有的则有严重的毒副作用,只有两种似乎还有些前途:编号“418”和“606”的衍生物,但是进一步的实验表明后者并没有效果。恰好在这时,梅毒的病原体——密螺旋体被发现了,而且,一位年轻的日本细菌学家秦佐八郎找到了用梅毒螺旋体感染兔子的方法。埃尔利希邀请秦佐八郎到其实验室工作,让他试验“418”和“606”是否能用于治疗梅毒。

1909年,秦佐八郎发现“418”无效,而“606”能使感染梅毒的兔子康复。随后举行的临床试验结果也表明“606”是第一种能有效地治疗梅毒而毒副作用又较小的药物,很快推向市场。做为第一种抗菌类化学药物的发明者,埃尔利希因此被公认为化学疗法之父。

这是第一个通过对先导化合物进行化学修饰,已达到最优化的生物活性的有组织有目的的尝试,埃尔利希更是开创了化学治疗的先河。606于1910年上市,商品名Salvarsan,这是第一个治疗梅毒的有机物,相对于当时应用的无机汞化合物是一大进步。1912年,溶解性更好,更易操作,但疗效稍差的新胂凡钠明(同为化合物,914)上市。

606和914的成功,使得埃尔利希成为使用化学疗法治疗疾病的第一人,是公认的化学疗法之父。凭借化学疗法埃尔利希又获得了1912和1913年诺贝尔奖的提名。由于当时化学疗法刚刚开展,诺奖评委会并未贸然颁奖给他。但埃尔利希的声誉却毫无疑问地达到了顶峰。在法兰克福,埃尔利希研究所所在的街道被命名为保罗•埃尔利希大街;埃尔利希一生共获得了10个荣誉博士的学位,被科学界评价为是一名少见的组织学、有机化学、血液学、免疫学和药物学的跨领域奇才。

1914年第一次世界大战爆发后,埃尔利希心情陷入抑郁,并于当年圣诞节前后发作了中风;1915年8月20日,埃尔利希在巴特洪堡度假中发作第二次中风,不幸逝世,享年61岁。虽然后来人们发现了更好的青霉素来对抗梅毒,但是埃尔利希的卓越才华、谦虚气度以及他首创的化学疗法,将永远被人们所铭记。



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