聂广
激素:从化学信使到“调控网络”的观念史
2026-5-14 14:38
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在现代医学与生物学中,“激素”(hormone)是一个基础性概念。它指代由特定细胞分泌、经血液循环运输、作用于远距离靶器官的化学信使,是内分泌系统的核心语言。然而,这一概念并非自古有之,而是经历了漫长的孕育、诞生的时刻、内涵的扩展与持续的嬗变。激素概念史,是一部关于“化学调控”如何被人类理解的历史。

38.1  前概念期:无管腺体的“功能之谜”

在19世纪中叶之前,人类对内分泌现象的认识,停留在零散的症状观察与猜测层面。

古埃及与古希腊的医学文献中,已经记载了甲状腺肿大、糖尿病和阉割后的变化。希波克拉底将糖尿病命名为“diabetes”(意为“虹吸管”),描述其多尿症状,但对病因毫无所知。亚里士多德观察到阉割后动物行为与体态的改变,猜测可能与某种“物质”的缺失有关。这些观察停留在现象层面,没有形成任何关于“化学调控”的概念。

文艺复兴以降,解剖学蓬勃发展。维萨里在《人体构造》中描述了甲状腺、肾上腺的形态,但称之为“肾上囊”,猜测其功能可能是“吸收脑脊液”或“肾脏的附属”。托马斯·惠顿在1664年首次详细描述肾上腺,同样无法解释其功能。这些无导管的腺体,与肝脏、胰腺等具有明显导管的腺体形成对照,成为一个持久的谜题。

18世纪至19世纪初,对这些“无管腺体”的功能,存在各种猜测。有人认为它们是“退化器官”,有人认为它们是“残余结构”,还有人猜测它们向血液中释放某种物质,但缺乏实验证据。这个时期,可以称为激素概念的“前概念期”——现象被观察到,器官被描述,但“化学信使”的观念尚未成形。

38.2  概念诞生:斯塔林与“激素”的命名(1902-1905)

激素概念的真正诞生,发生在20世纪初的英国伦敦大学学院。

1902年,生理学家欧内斯特·斯塔林与威廉·贝利斯正在进行一项关于消化生理的研究。他们发现,当盐酸进入小肠时,会刺激胰腺分泌胰液。传统观点认为,这是通过神经反射实现的。但斯塔林与贝利斯设计了一个精巧的实验:他们切断了连接小肠与胰腺的所有神经,发现盐酸仍然能刺激胰腺分泌。接着,他们将盐酸处理过的小肠黏膜提取物注射入静脉,同样引发了胰腺分泌。

这个实验证明,存在一种化学物质,由小肠黏膜在盐酸刺激下释放入血,经血液循环作用于胰腺,刺激其分泌。斯塔林与贝利斯称这种物质为“促胰液素”(secretin),并首次提出“化学信使”的概念。

1905年,斯塔林在一次学术演讲中,正式提出了“激素”(hormone)一词。它源于希腊语“ρμν”(hormôn),意为“我激发”或“我启动”。斯塔林用这个词来描述那些由特定器官分泌、经血液运输、作用于远距离靶器官的化学物质。他明确区分了“内分泌”(将分泌物直接释放入血)与“外分泌”(通过导管释放到体表或消化道),并将内分泌腺定义为分泌激素的腺体。

这一命名具有深远的理论意义。“激素”概念的提出,统一了此前零散的观察:甲状腺、肾上腺、垂体、胰岛、性腺等无管腺体,都被纳入“内分泌腺”的范畴;它们分泌的物质,都被称为“激素”。内分泌系统作为一个功能整体,第一次被清晰地界定。

38.3  概念扩展:激素的“黄金发现时代”(1920-1960)

斯塔林提出“激素”概念后的半个世纪,是激素发现的黄金时代。这一时期的发现,极大地扩展了“激素”概念的内涵与外延。

1921年,弗雷德里克·班廷与查尔斯·贝斯特从犬胰腺中成功提取胰岛素,证明其能降低血糖。胰岛素的发现,不仅开创了糖尿病治疗的新纪元,也使“激素替代疗法”成为临床实践的重要范式。

1930年代,阿道夫·布特南特从数万升尿液中分离出雌酮、雄酮等性激素,利奥波德·鲁日奇卡完成了它们的化学合成。性激素的发现,揭示了生殖与性征的化学调控机制,也拓展了“激素”的范畴——激素不仅包括蛋白质类(如胰岛素),也包括类固醇类(如性激素、肾上腺皮质激素)。

1930-1940年代,爱德华·肯德尔、塔德乌什·赖希施泰因、菲利普·亨奇等分离并合成了可的松等肾上腺皮质激素,揭示了肾上腺在应激反应中的核心作用。同时,垂体的“促激素”(TSH、ACTH、FSH、LH等)被逐一发现,一个层级调控的框架逐渐清晰:下丘脑释放“释放激素”作用于垂体,垂体分泌“促激素”作用于靶腺,靶腺分泌激素作用于全身组织。

这一时期,“激素”概念的内涵得到了系统性扩展:激素的化学本质多样化(蛋白质、肽类、类固醇、胺类);激素的作用机制层级化(下丘脑-垂体-靶腺轴);激素的生理功能广泛化(代谢、生长、生殖、应激、水盐平衡)。到1960年代,“激素”已从一个狭义的“促胰液素”扩展为一个涵盖数十种化学信使的大概念。

38.4  概念深化:受体理论与分子机制(1960-1990)

1960年代至1990年代,激素概念经历了一次深刻的“分子化”转变。这一转变的核心是“受体”概念的建立与信号转导通路的阐明。

1960年代,厄尔·萨瑟兰在研究肾上腺素的作用机制时,发现了一种名为环磷酸腺苷(cAMP)的物质。他提出,激素并不直接进入细胞内部发挥作用,而是与细胞表面的受体结合,激活“第二信使”cAMP,由cAMP进一步触发细胞内的代谢反应。这一“第一信使-第二信使”模型,揭示了激素作用的分子本质。萨瑟兰因此获得1971年诺贝尔奖。

1970-1980年代,受体的存在被直接证实,受体的化学本质被阐明为蛋白质。放射免疫测定法(RIA)的发明(罗莎琳德·雅洛,1960年代),使科学家能够检测血液中皮克级的微量激素,并研究激素与受体的结合动力学。

1990年代,罗伯特·莱夫科维茨与布莱恩·科比尔卡克隆了β-肾上腺素能受体,揭示了G蛋白偶联受体(GPCR)的七次跨膜结构。他们因此获得2012年诺贝尔奖。这些工作揭示了激素作用的分子细节:激素与受体结合→受体构象变化→激活G蛋白→产生第二信使→激活蛋白激酶→磷酸化靶蛋白→细胞反应。

这一时期,“激素”概念被重新定义:它不再仅仅是一种“化学信使”,而是被理解为一种“信号分子”,通过特异性受体与复杂的信号转导网络实现其功能。这一深化,将内分泌学与分子生物学、细胞生物学、药理学融为一体。

38.5  概念嬗变:从“线性轴”到“调控网络”(1990年代至今)

1990年代以来,“激素”概念经历了又一次嬗变:从“线性层级”走向“非线性网络”。

1994年,杰弗里·弗里德曼克隆了“瘦素”(leptin)基因,揭示脂肪组织分泌的瘦素作用于下丘脑,调控食欲与能量平衡。这一发现颠覆了传统观念:脂肪组织不仅是储能器官,更是活跃的内分泌器官。随后,脂联素、抵抗素等“脂肪因子”被逐一发现。“激素”的范畴扩展至脂肪组织。

与此同时,肠道内分泌的研究也取得突破。肠道L细胞分泌的GLP-1等“肠促胰岛素”,不仅能促进胰岛素分泌,还作用于中枢神经系统抑制食欲。肠道作为“最大的内分泌器官”的地位被确立。

更为重要的是,传统“下丘脑-垂体-靶腺轴”的线性模型被“神经-内分泌-免疫网络”的整体观所补充。研究发现,神经递质、激素、细胞因子共享受体与信号通路,三大系统之间形成复杂的双向对话。激素不再是“顶层指令”,而是网络中的节点。

进入21世纪,肠道微生物组被发现通过代谢产物(短链脂肪酸、胆汁酸等)调控宿主激素分泌,形成“肠道-微生物-内分泌轴”。激素的调控因素从“体内”扩展到“体外”,从“宿主”扩展到“共生微生物”。

38.6  概念史的启示

激素概念从诞生至今,走过了120余年的演变历程。回顾这一历程,可以提炼出几点启示:

第一,概念不是“被发现的”,而是“被建构的”。在斯塔林命名“激素”之前,促胰液素、胰岛素、甲状腺素等物质已经存在,但只有通过“激素”这一概念的整合,它们才成为同一个范畴的成员。概念的建构,本身就是一种理论创新。

第二,概念的内涵随时代而扩展。最初的“激素”特指“由内分泌腺分泌、经血液运输、作用于远距离靶器官的物质”。随着研究的深入,这一内涵被不断扩展:化学本质从蛋白质扩展到类固醇、胺类;来源从“内分泌腺”扩展到脂肪组织、肠道、心脏等非传统内分泌组织;作用方式从“远距离”扩展到“旁分泌、自分泌、胞内分泌”等多种方式。

第三,概念的演变受技术驱动。激素的发现与提纯依赖于生物化学技术(色谱、电泳、结晶);微量激素的检测依赖于放射免疫测定法;受体结构的阐明依赖于分子克隆与X射线晶体学。技术不仅提供了新的事实,也重塑了概念本身。

第四,概念演变的终点是“概念的消解”。随着研究的深入,“激素”与“神经递质”“细胞因子”“生长因子”之间的界限日益模糊。例如,肾上腺素既是激素(由肾上腺髓质分泌,经血液运输),也是神经递质(由交感神经末梢释放)。概念的边界正在消融,取而代之的是“信号分子”这一更宽泛的范畴。

今天,“激素”一词已在公众与科学界广泛使用。然而,这一概念的内涵仍在持续演变。在系统生物学的视野中,激素不再被视为孤立的“指令”,而是复杂调控网络中的动态节点。在精准医学的实践中,激素水平的测量与调控已成为诊断与治疗的核心手段。

激素概念的历史告诉我们,科学概念并非静止的标签,而是活的思想工具。它们随时代的认知水平而演变,随技术的进步而深化,随学科的交叉而扩展。理解一个概念的历史,就是理解人类如何一步步逼近生命奥秘的历程。

从斯塔林与贝利斯在伦敦的那个实验开始,到今天的神经-内分泌-免疫-微生物组网络,激素概念走过了一条不断扩展、深化、嬗变的道路。这条道路,映射着整个生命科学从器官到分子、从还原到系统、从线性到网络的认知跃迁。

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