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传承与创新(11)纪念幽门螺杆菌重新发现40年(4) 精选

已有 5431 次阅读 2023-11-7 12:53 |系统分类:人物纪事

德说过 : “最难看见的东西就是你眼前的东西”。这句话概括了一代又一代病理学家错失的机会,他们未能以幽门螺杆菌的形式解释他们可能看到的东西。直到40年前,沃伦首先报道了弯曲的细菌在胃粘膜上定居,并提出这些细菌是胃粘膜炎症的原因。马歇尔和沃伦一起成功地培养了这些细菌。马歇尔勇敢地通过摄入这些细菌,从而满足了科赫的假设。提供了幽门螺杆菌作为慢性活动性胃炎病原体的最终证据。

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A century of Helicobacter pylori: paradigms lost, paradigms regained

一个世纪的幽门螺杆菌: 范式消失,范式重获。

 

9.   向科学界报告结果

1983年3月,论被拒后,并没有使马歇尔沃伦气馁(图21,https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1403363.html)。之后,他们花了两个月的时间来修改并决定如何发表他们的论文。沃伦声称最初的观察和与胃炎的联系作为他自己的工作。马歇尔声称,我们现在认识到沃伦观察的重要性,因为临床研究与消化性溃疡的联系(图6和7,https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1399694.html)。如果我们是正确的,那么这一发现应当投到值得世界上阅读最广泛的临床医学杂志,而不是一个对胃炎感兴趣的专家病理学杂志。于是,他们决定给《柳叶刀》写信(17)。

今天看来,如何选择期刊杂志发表自己的发现或见解,他们的经验也是值得借鉴的。

伦和马歇尔在分别提交给《柳叶刀》杂志编辑的两封简短信件中向科学界公布了他们的发现(图22)。《柳叶刀》杂志的编辑大卫 · 夏普对于他收到的两封来自不同作者的同一标题的信件感到困惑。他联系了两人,想知道他们的理由。沃伦认为他是第一个看到这些细菌的人,因此声称自己有权被认为是最初的发现者。反过来,马歇尔声称他的作者优先权,因为他协调和鼓励培养,临床试验,并与其他微生物学家接触,等等。夏普建议详细说明沃伦在第一封信中的初步发现,以及他们在第二封信中的共同工作。考虑到所有的原因,编辑于1983年6月4日接受了这两封以同一标题发表的信件——“活性胃炎胃上皮上未确认的弯曲杆菌”(图22)(5,17,18)。

伦的信中描述了这种细菌以及它们在人类很常见的事实。马歇尔描述了一种新的细菌,它是弧菌和弯曲杆菌的杂交种,描述了这些细菌在过去100年中的历史(图9-11,https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1400522.html)。“从我们的研究来看,几乎所有的胃炎都与这种新的细菌有关。”“也许许许多多不同类型的胃炎只是同一件事物的不同名称,在其自然历史的不同阶段被描述。” 由于新的细菌与胃炎有关,在信的最后,马歇尔假设: “那么它们可能在其他不为人知的胃部疾病如消化性溃疡和胃癌中发挥作用”(5,17)。这是历史上第一次发表的从肉汤培养分离出的幽门螺杆菌的图片,意味着幽门螺杆菌研究的一个新时代的到来(图22)

歇尔和沃伦在1983年对幽门螺杆菌的鉴定无论如何都不能被认为是偶然的,如果没有前者的努力、年轻的好奇心、天赋和雄心以及后者在病理学方面扎实的古典知识,即使在今天,消化性溃疡也可能被认为是一种与酸有关的或身心疾病,就像过去一个世纪那样(12,75)。

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图22 沃伦和马歇尔Lancet(1983)发表的首篇论文

幽门螺杆菌的发现是现代胃肠学史上最伟大的成就之一,它使我们研究胃及十二指肠溃疡的发病机制和治疗方法发生了根本性的变化(12)。

1983年初,马歇尔通过朋友电话联系了英国的Martin Skirrow。Skirrow修改了他们的数据,并在欧洲布鲁塞尔Belguim举行的第二届弯曲杆菌研讨会上安排了一次报告。1983年9月,布鲁塞尔会后,马歇尔专程去英国拜访了Skirrow,并在Skirrow推荐下参加了在 Worcester Infirmary 举行的内窥镜检查会议。三天后,Skirrow同事Cliodna McNulty 成功地分离出了这种生物体,这表明螺旋菌不仅是澳大利亚的现象,而且在英国的溃疡患者中也存在(13,42,80)。期间,Skirrow还邀请了一位著名的皮肤科医生与马歇尔见面交流,这位医生首次在海鸥身上发现了拉里氏弯曲杆菌。在轻松的谈话之后,他们同意将“pylori” or “pyloridis”放在弯曲杆菌(Campylobacter)之后,因为细菌主要定位在幽门(pyloric)区域(首先是C. pyloridis,然后是C. pylori),在1989年被重命名为幽门幽门螺杆菌(H.pylori)并分配到螺杆菌属(genus Helicobacter)(11,42,81)。

上述研讨会期间,马歇尔报告的数据引起了对弯曲杆菌感兴趣的著名微生物学家们的注意,他们因此扩大了研究范围,将幽门弯曲杆菌包括在内。马歇尔还成功地吸引了相当数量的胃肠病学家和病理学家对这些细菌的研究(18)。后来,Skirrow 回忆道,“我认为大多数微生物学家在一开始就确信这与胃炎有关,” “马歇尔是个很好的推销员。他的工作带来了大多数微生物学家”(6)。马歇尔说,英国的Skirrow和悉尼的Adrian Lee(图3和13)极大地鼓舞了我,他们在早年帮助我进行微生物学研究(17,39),布鲁塞尔的微生物学家很喜欢他的报告(24)。

布鲁塞尔会议之后,欧洲的一个核心研究人员立即开始了这项研究,关于幽门螺旋杆菌的许多重要工作都是由这个团队完成的。这个欧洲小组是从马歇尔1983年在布鲁塞尔遇到的弯曲杆菌小组发展而来的,探索幽门螺杆菌感染的多学科互动导致了欧洲螺杆菌研究小组的早期成立(82),并从那以后举行了年度会议。这个团体的优点ーー以及在早期阶段促进研究和教育活动ーー是反对那些不欣赏(甚至取消)幽门螺旋杆菌领域研究的胃肠学意见领袖的反对(30)。是故,自从发现这种细菌以来,胃肠病学家、病理学家、微生物学家、流行病学家和基础科学研究人员之间的跨学科合作堪称典范因此,成为一个重要的驱动因素

1984年,马歇尔和沃伦对100名接受选择性内窥镜检查的患者进行的前瞻性研究---这是上面提到的研究(图21,https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1403363.html )(26)---向《柳叶刀》杂志提交了一份完整的论文和所有的数据。论文的主要观点是:在58例患者的标本中发现了螺旋或弯曲杆菌。从这些活检组织中培养的11株杆菌为革兰氏阴性、鞭毛状和嗜微氧性,似乎是弯曲杆菌属的一个新种。几乎所有患有活动性胃炎、十二指肠溃疡或胃溃疡的病人都存在这种细菌,因此可能是这些疾病病因的一个重要因素(图23)(16)。基于当时对幽门弯曲杆菌的认知,同样,编辑们也不愿意接受它,因为评论者认为这篇文章与出版物的相关性不够。作者建议其他评论家最终批准它。最终,这份完整的论文于1984年6月16日发表在《柳叶刀》上(16)。值得称赞的是编辑们添加了一个注释来强调这个发现的原创性和重要性(16,18.)。这就是Skirrow 实验室的McNulty等人报告了在胃窦中发现了螺旋菌(80) ,阿姆斯特丹的Langenberg等人报告了这些细菌中存在脲酶(47) ,Eldridge等人提到了在感染患者中检测到抗弯曲杆菌抗体(43)。马歇尔后来回忆说,编辑们发现很难找到能够认同这篇论文重要、概括、有趣到足以发表的评论家。这篇文章最终出版,在一定程度上得益于 Skirrow 的帮助(6)。2006年,沃伦回忆这段历史是这样描述的:“我们在1984年将我们的权威论文发送给了《柳叶刀》。尽管编辑们想要发表论文,但是他们找不到任何相信我们发现的评论家。我们和 Skirrow 的联系在这里变得至关重要。我们把我们的问题告诉了他,他在实验室里重复了我们的工作,得到了类似的结果。他通知了《柳叶刀》杂志,不久之后他们就发表了我们的论文,没有修改过”(21

由此可见,科学界的同道,特别是同道中的朋友是多么的重要!

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图23 马歇尔和沃伦Lancet(1984)发表的首篇论文全文

使是1984年在《柳叶刀》杂志上发表了第一篇重要论文全文(图23)(16),这些发现也未能使怀疑论者相信螺旋细菌与胃炎之间的关系是重要的。尽管微生物学家对于胃炎和消化性溃疡的病因没有什么教条可以克服,但仍然很难让更广泛的医学界人信服(6)。然而,这项研究以及这种新的生物体可以很容易地培养的事实使微生物学家们的出版物呈指数增长51216)。

受这些螺旋细菌在上消化道某些疾病发病机制中的作用的道路是漫长的,并且标志着反复的错误解释和误解(12)。在1982年5月底完成的100个连续的门诊病人中,根据马歇尔事先设计的调查问卷(https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1400522.html),年龄、吸烟、饮食、酒精和非甾体抗炎药与胃炎无关,幽门螺杆菌是唯一的相关因素(图23)(26)。现在的研究表明,幽门螺杆菌感染存在不同的疾病表型(图24)(8,8384),是胃癌发生的主要危险因素(图25),证实了沃伦和马歇尔之前的推断(9,85-87)。

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图24 幽门螺杆菌感染的疾病表型

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图25  胃癌危险因素的变化

 

10.“自愿自我实验”满足 KOCH 假设

1979年之前, H2受体拮抗剂(H2RA)的成功引入似乎证实了这样一种观点:溃疡是由继发于个性、压力、吸烟或遗传倾向的过量酸引起的。因为几乎所有的溃疡都可以通过这些药物降低胃酸分泌来治愈。因此,在1982-1983年的时候,消化性溃疡的原因是“已经知道”的,当幽门螺杆菌被发现和被培养出来的时候,医生们并没有寻找新的消化性溃疡的原因或动力(17)。

时学界一致认为,细菌无法在胃部的酸性环境中存活。马歇尔与沃伦不仅首次正确识别出了这种细菌,还提出幽门螺杆菌藏身在粘液层的下面和内部,因此在慢性感染阶段,它们可能不会暴露在酸中,因此不会被胃酸腐蚀(17)。然而,他们的理论由于与主流说法相悖,当时用于治疗胃溃疡的两大主要药物Tagamet和Zantac的制药商也对他们的新理论不感兴趣,不愿承认胃溃疡其实是一种细菌感染,可以用抗生素轻松治愈。

歇尔不断受到批评,说他的结论过早,没有得到很好的支持。后来,马歇尔说:当这项工作被提出时,我的结果是有争议的和不可信的,不是基于科学,而是因为他们根本不可能是真实的(17)。尽管,在1983年马歇尔用含铋的溃疡治疗药物 De-Nol 时对细菌的抑制和胃炎的暂时愈合。遗憾的是,细菌感染常常复发,胃炎和溃疡也是如此。这个实验,虽然只是部分成功,但确实鼓励他在接下来的12个月里尝试其他的治疗方法(图18和19,https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1403363.html)。

了1984年的时候,马歇尔成功地通过实验治疗了多年来患有危及生命的溃疡病的患者。他的一些病人推迟了手术,在经过两周简单的抗生素和铋疗程后,手术变得没有必要了。马歇尔进一步发展了他的假设,这些细菌是引起消化性溃疡和胃癌的一个重大风险。如果他是对的,那么溃疡病的治疗将会发生革命性的变化。它简单,便宜,而且是一种治疗方法。

对医学界的强烈反对,以及新的细菌要被证明是病原体还不足以支持科赫假设(Koch's postulates)(1、在每一病例中都出现相同的微生物,且在健康者体内不存在;2、要从宿主分离出这样的微生物并在培养基中得到纯培养(pure culture);3、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的宿主,同样的疾病会重复发生;4、从试验发病的宿主中能再度分离培养出这种微生物来。如果进行了上述4个步骤,并得到确实的证明,就可以确认该生物即为该病害的病原物)。马歇尔意识到为了向前推进,必须有一个动物模型获得坚实的实验证据,来迅速证明这个理论,为全世界数百万患有溃疡的人提供治疗(17)。

科学界为什么难以接受幽门螺杆菌这个角色呢(18)?

一是,毫无疑问,日常行为驱动日常临床实践是一个因素。对改变的抗拒——“细菌不会在酸性介质中生长”——阻止了许多医生接受这一发现。

二是,任何生物学发现,特别是与疾病的病因或治疗有关的医学发现,都需要基础和临床实质性研究的支持。至于幽门螺杆菌,基础科学研究最初是不存在的,或者是非常有限的。那时还没有动物模型可以复制人类胃部的病变,这使得证明病原学假说变得困难,因此早期的解释是不充分的,也是难以令人信服的

三是,相关的少数临床,微生物学,免疫学,病理学和药理学研究者从一开始就接受了这一发现,因为他们被这一发现的原创性和直接的临床意义所吸引。尽管早期治疗成功地治愈了一些病例,但这些病例最初只是少数,而且很高比例的患者仍未治愈。

四是,对溃疡治疗感兴趣的一些主要制药公司也缺乏兴趣,因为这会减少销售。因此,缺乏一些主要制药公司的财政资金和学术支持力度。

五是,一些临床医生开始用令人担忧的不信任,但也希望和热情治疗他们的溃疡患者,这增加了承认治疗效果和患者的满意度。

于调查和数据报告不足,劝说“无信仰者”——那些难以改变临床习惯的人——改变他们的临床习惯在最初几年是一个缓慢而艰难的过程。然而,正是“信徒”们的坚韧不拔带来了变革。

1984年1月,马歇尔和实验微生物学系的微生物学家斯图尔特•古德温(Stewart Goodwin) 同意给猪——他们认为最适合的动物——接种纯弯曲杆菌培养物。试图在四只小猪身上实现科赫的假设。他和沃伦在小猪身上发现了许多螺旋细菌(主要是弯曲杆菌) ,但是注射的螺旋杆菌并没有起作用。它们的胃活检结果正常。就像大多数失败的实验一样,这个实验从来没有发表过。这是一个相当令人沮丧的时期,因为没有动物模型,很难看出这种新细菌是否会引起疾病(17)。后来,马歇尔在接受《Discover》杂志采访时说,我们不能感染猪、老鼠。在我们能够做这些实验之前,我们将会接受批评。所以我计划在人身上做实验(24)。多年之后,研究人员用幽门螺杆菌成功地感染了长爪沙鼠并成为后来常用的模式动物,科赫假设在动物模型中得到了验证(13)。

马歇尔思考进行“自我实验”这个项目的时候,曾向他的朋友,病理学家大卫 · 麦克基提出过一个假设性的实验,他笑着拒绝“接受这个错误”。同时,他在思考,如果这个项目提交到伦理委员会申请,假若遭到拒绝,而他可能又无论如何都会进行这个实验,结果是他就不能发表这个结果了。更重要的是,他没有和他的夫人讨论这件事。他知道永远不会得到她的批准。这种情况下,马歇尔认识到:得到宽恕比得到许可更容易。于是,马歇尔决定用“不问,不说”的策略进行这个项目(17)。

了进行这个项目,马歇尔得到了胃肠学主任希斯洛普(Hislop)和微生物学主任古德温的非正式支持,因为这项实验需要内窥镜检查和微生物的培养与检测。1984年6月的一天,胃肠学主任希斯洛普给他做了一个内窥镜检查,以获得一些健康的对照组织。同一天,给马歇尔的一个胃炎病人(幽门螺杆菌阳性但没有溃疡)做了活检。得到了这个病人的细菌并进行培养,体外实验显示病人的细菌对所有的抗生素都很敏感ーー在这个实验中,铋加上甲硝唑。然后用马歇尔的新疗法治疗了他14天,并在两周后安排了一次后续的内窥镜检查,他的活检结果是阴性的,证实胃炎已经治愈。于是决定选择这个病人的胃活检培养为他自己的接种。(17,18,24)。

1984年7月,实验的前一天禁食一夜,实验的当天早上,马歇尔服用了400毫克(论文标注的是600mg)的西咪替丁(15),因为他相信如果他的胃酸水平降低,感染可能会更容易。两个小时后的上午11点,从培养皿上刮掉了接种了大量螺旋杆菌的菌落,用碱性蛋白胨水(pH8.01) 悬浮并混匀了这些细菌。然后马歇尔喝了装满了四分之一烧杯(200毫升)的混浊的棕色液体。在摄入细菌悬液后的24小时内,马歇尔没有发现腹部蠕动增加(夜间发出咕噜声) ,三天后,出现了模糊的恶心和口臭(由于无氯,胃里没有酸性物质杀死口腔菌群,厌氧废物表现为口臭) ,一周内没有任何症状。摄入后的第七天,他晚饭后上腹部感到饱胀,第二天早上醒来感到饥饿。第八天,出现了无酸性呕吐(呕吐物没有酸味)。没有发烧,但是有四次头痛(15)。10天后,希斯洛普再次给他做一次内窥镜检查和活检,并培养了幽门螺杆菌。第二天,马歇尔看到了自己的一个病理标本,里面充满了螺旋杆菌和脓细胞(图26)。实验成功了,螺杆菌是一种已被证实的病原体。在第14天第二次内窥镜检查后,培养,组织学和电子显微照片都是无菌的,唯一的异常表现是愈合性胃炎。显然马歇尔自己根除了幽门螺杆菌,没有使用抗生素。当时和几个月后采集的血清样本对幽门螺杆菌抗体呈阴性。尽管如此,几个月后他还是做了内窥镜检查和活组织检查,以防妻子安感染了幽门螺杆菌,最终马歇尔幸运地康复如初。(14,15,17)。

时,一位名叫莫里斯的新西兰医生也自愿进行了人体试验。他服用经培养的细菌后,也患上了胃炎。遗憾的是,莫里斯医生没有马歇尔幸运,莫里斯则费了好几年时间才治愈(21)。

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图26 自愿自我实验证明 KOCH 假设

项“自助”实验发表在《Medical Journal of Australia》上(图26),描述了一种轻微疾病在2周内的发展过程,其中包括经组织学证实的胃炎。马歇尔的这一非凡举动表明了他对自己研究的极大奉献和承诺这对过去50年胃十二指肠病理学的认识产生了最根本和最重要的影响之一。他们的研究使幽门螺旋杆菌感染成为病原体生物学研究的最佳范式之一,为激烈和繁忙的基础和临床研究活动铺平了道路(12,15)。

马歇尔的“自助”实验,Gastroenterology杂志在2005年马歇尔获得诺贝尔奖后(https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1399694.html)曾有分析报道。一是“我是出于沮丧才这么做的,”“部分原因是,当我在科学会议上发言时,听众总是持怀疑态度,他们确信这些细菌是在胃炎发展后感染病人的。所以我做了它,证明这并不一定是这种情况。这是主要原因”(14)。 二是尝试实现科赫假设的猪实验失败了。尽管马歇尔试图这样做,但他无法用幽门螺杆菌感染动物(14,21.)。三是幽门螺杆菌患者表现出相当大的差异,许多患者没有症状或只有轻微的症状马歇尔也知道,在他的大多数病例中,他已经通过抗生素治疗根除了感染,因此,这是一个计算好的风险。事实证明,他自己的感染是自发治愈的。“许多报告说,我服用抗生素根除的感染,”其实,“当我服用抗生素的时候,感染已经消失了” (14,17,21)。

如此看来,坚持,并设计好路线图是一个优秀科学家的基本素养!

歇尔“自愿自我实验之后发生了四件有意思的事情:

一是,尽管马歇尔“自愿自我实验论文于1985年4月被接受并发表(图26)。毫无疑问,编辑冒着极大的风险发表了带有封闭假设的自我实验。然而,这是非常及时的,因为1985年3月在《英国医学杂志》(British Medical Journal)上又发表了一篇关于无氯胃炎流行病的文章,同样,作者们也没能发现病原体。《柳叶刀》的编辑们试图宣称螺旋杆菌占据了更多的制高点,然后在他们的杂志上发表了对马歇尔的文章的社论,这使得马歇尔的文章臭名远扬。胃肠学界被震惊了。然而,好像什么都没发生(17)。

二是,多年后,雅培公司创作的一部漫画被载入史册(图27)。马歇尔说,在1984年,图27中的这两种说法都是正确的。雅培公司为什么创作这样的一部漫画呢?因为雅培公司是最重要的螺杆菌抗生素克拉霉素的生产商。通过将这种药物与阿莫西林和奥美拉唑结合起来,治疗幽门螺杆菌变得相当容易,治愈率达到85%(17)。

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图27  马歇尔充当「小白鼠」以身试菌的漫画

三是,1984年7月,《纽约时报》医学作家对马歇尔采访结束后,准备发表一篇关于幽门螺杆菌的重要文章,包括自我实验,后来他说这篇文章很难通过他的编辑,因为当时美国的医学界对此表示极度怀疑。然而,他的文章引发了小报《星报》(The Star)一名记者与沃伦博士之间的进一步采访。沃伦不知道的是,采访他的《星报》是经常报道南希 · 里根收养外星婴儿的小报。这正是他们的拿手好戏。第二天这个故事出现了“充当试验品的医生发现了溃疡新疗法---和原因(Guinea-Pig Doctor Discovers New Cure for Ulcers…︁and the Cause)”的报道17)。

四是,报道的结果是,在许多国家,来自各行各业的人们突然意识到胃部细菌和溃疡可以用抗生素治愈的可能性。早在1984年,马歇尔就在美国代理治疗病人。到了1985年,马歇尔声称几乎可以治愈所有人,病人们都秘密地来找他ーー例如,不想让任何人知道自己患有溃疡的飞行员。有意思的是到了1994年之后,有一位医生与马歇尔争论谁是第一位用抗生素治疗的医生?马歇尔提供了其中一些病人的记录,并能够与他们取得联系,以证明自己是第一个这样做的人(17,24)。

实上,幽门螺旋杆菌的发现已经激励研究人员以新的怀疑态度来检验以前的信念,并更积极地追求引起包括癌症、风湿性疾病和动脉粥样硬化在内的各种慢性疾病的感染性原因的可能性。幽门螺旋杆菌甚至被用作研究人类进化和绘制整个历史期间人类迁徙过程的工具(7)。 

伦和马歇尔的三篇关键论文奠定了他们在幽门螺旋杆菌研究中的霸主地位,这也是他们获得诺贝尔生理学或医学奖的主要贡献点(图2,https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1399694.html)。

                                             未完待读(包括参考文献)

                                                                                                            2023-11-7于济南

纪念幽门螺杆菌重新发现40年(1)https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1399694.html

纪念幽门螺杆菌重新发现40年(2)https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1400522.html

纪念幽门螺杆菌重新发现40年(3) https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1403363.html



https://wap.sciencenet.cn/blog-526326-1408772.html

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