揭秘胰島素被發現的傳奇歷程
出品：科普中國
製作：中國細胞生物學學會 王立銘
監製：中國科學院電腦網路資訊中心
在上文中我們說到，一場突如其來的世界大戰使得新舊大陸發現胰島素的努力戛然而止，歐洲和美國的科學精英們要麼義無反顧地投筆從戎，要麼順從國家的需要交出了實驗室或者改變了研究方向。儘管戰爭終於在1918年結束，但是滿目瘡痍的舊大陸顯然需要時間來平復戰爭的創傷。科學研究，在一段時間裡也只能是舊大陸生物學家們一個奢侈的夢想。
於是大時代的浩浩天風似乎是不經意的，讓發現胰島素的機會漂洋過海，駕臨遠離戰火的新大陸。
小人物和大時代的邂逅
1920年11月8日。一位名叫弗雷德里克·班廷(Frederick Banting)的年輕醫生走進了加拿大多倫多大學醫學院生理學系主任約翰·麥克萊德(John James Richard Macleod)的辦公室。
“教授，我有個新點子，也許可以幫助我們提純胰島素，就是那種來自胰腺的，能夠快速降低血糖的物質。”
多倫多大學醫學院
當年麥克萊德的實驗室就在這棟樓裡，班廷、貝斯特、和克裡普也正是在裡面完成了他們提純胰島素的工作。(圖片來自www.medlive.cn)
一個小人物就此走進那個波瀾壯闊的大時代。
親愛的讀者們，在下面的故事裡，你們將會看到，儘管在大時代的洪流中，人類世界那些最精英的頭腦顯得如同一片漩渦中的樹葉那樣無助，但是一個真正的小人物，如果擁有了無比堅定的決心和勇氣，也同樣有可能在時代中挺身而出，成為整個時代的象徵。
請原諒我把偉大的弗雷德里克.班廷爵士，胰島素的發現者，諾貝爾獎金獲得者，加拿大的國家英雄和無數糖尿病人的救星描述為“小人物”。實實在在的說，在1920年那個重要的時間節點，在面對胰島素的戰鬥中，他確實是個不折不扣的小人物。
為什麼這麼說？
讓我們先回憶一下在1920年之前，科學家在追尋胰島素的道路上取得的成就吧：1889年，馮梅林和閔科夫斯基的開創性工作已經明白無誤的提示動物胰臟能夠產生一種物質(也就是人們假想中的胰島素)有效地控制血糖;他們的工作同時還建立了第一種糖尿病的動物模型(胰腺摘除的狗)。1901年，尤金·奧培的工作將胰腺的兩個功能在解剖學上清晰區分開來：分泌消化酶的腺泡和分泌胰島素的胰島。而在大戰前後，美歐的多個實驗室已經初步證明，粗糙的胰腺提取物能夠降低血糖。在此基礎上，試圖從胰腺粗提物中純化出真正的胰島素的工作尚未取得成功就受到了戰爭的干擾。
基於這些成就和失敗，如果一個年輕人希望向著提純胰島素這項偉大事業進軍，那麼他/她的理想狀態應該是這樣的：他/她應該對動物內分泌學和解剖學基礎知識有著精深的鑽研;應該熟悉狗的外科手術操作和糖尿病模型;應該有高超的生物化學功底使得他/她可以進一步純化出胰島素分子;同時，他/她也應該熟悉領域內同行們已經取得的進展，並在此基礎上構思自己的研究方向。
而此時站在麥克萊德教授辦公室裡的班廷醫生，上面說的這些基本素養他可是一丁點兒也沒有。不僅如此，這位年方而立的小人物在此前的人生中似乎也沒有什麼值得誇耀的科學訓練和成就：1913年進入多倫多大學學習醫科，經過戰時的速成教育後很快於1916年底畢業並加入英國軍隊在歐洲參加第一次世界大戰(此時加拿大尚屬於英國領土)。很難說這麼短的醫學速成教育是否在班廷身上留下什麼像樣的印記。舉例來說，在整個1916年中，班廷都沒有好好上過什麼課，筆記本只用掉了區區五頁，這對於強調記憶和背誦的醫學教育來說簡直難以想像。而在戰後班廷的醫學職業也進行得磕磕絆絆，試圖在多倫多著名的病童醫院謀職未果，一氣之下班廷跑到了兩百公里外的小鎮倫敦開業行醫，可是他的小診所生意無比冷清：直到開業後第28天，班廷才迎來第一個顧客，一個來購買醫用酒精過酒癮的醉醺醺的退伍老兵。而他整個月的收入只有四美元!
事實上，沒有任何跡象表明，班廷在1920年前的三十年人生中，曾經和胰腺的功能、胰島素、糖尿病的研究有過任何交集，或表達出任何興趣。為生計所迫，他在診所附近的大學謀得了一份兼職講師的工作。而在1920年10月30日晚，就在班廷開始準備一堂關於糖尿病的講義的時候，這個小人物的人生軌跡，與關係到人類健康的這個重大謎題轟然相撞。
年輕的班廷醫生對糖尿病僅有極其膚淺的認識，醫學院課堂上的些許知識大概也早已遺忘在戰場上了。但是為了備課，班廷研究起了一篇剛剛發表的學術論文。在文章中，來自美國明尼蘇達大學的研究者報導說，如果用外科手術結紮胰腺導管，那麼本來通過導管向小腸輸送消化酶的腺泡細胞就會慢慢萎縮死去;而與此同時，負責調節血糖的胰島細胞卻安然無恙。
這個結果讓班廷無比興奮。由於熬夜太晚導致了精神恍惚，班廷在興奮中留下了一張滿是錯別字的筆記，筆記中滿帶著“糖尿病、胰島結紮、分離內分泌液、排泄糖尿”這樣的關鍵字眼。
如果讓筆者試圖還原，班廷當時的想法也許是這樣的。
班廷知道胰腺有兩個功能：腺泡細胞分泌消化酶，胰島分泌傳說中的胰島素。人們一直搞不定胰島素，大概是因為消化酶能破壞胰島素(實際上班廷不知道，早在大戰前歐洲的科學家已經能夠提取出胰腺粗提液了)。那麼結紮胰腺導管殺死腺泡細胞，胰腺裡面大概就只剩下胰島素了;而且因為不再有消化酶，胰島素就不會被輕易的破壞掉。所以這樣一來，從胰腺中提純胰島素應該就會變得容易很多。
帶著突然之間找到一個“天才”想法的巨大喜悅，這個懵懂的年輕人在一周後興沖沖的前往多倫多大學麥克萊德教授的辦公室，希望得到這位舉世公認的內分泌和代謝領域權威科學家的支持，實現他提純胰島素的夢想。
百折不撓
麥克萊德理所當然地拒絕了班廷的要求。和看起來有些落魄的班廷不同，當年四十四歲的麥克萊德早已是名滿天下。他在內分泌學、碳水化合物代謝、生理學等諸多領域建樹頗深，是新大陸各大醫學院爭相延請的學術巨擘。更有甚者，和區區一周前才剛剛接觸糖尿病概念的班廷不同，早在十幾年前麥克萊德就已經開始了針對糖尿病的嚴肅研究，他熟悉這個領域裡同行們取得的所有成就和失敗。
因此，當班廷興奮不已的拋出那個結紮胰腺導管幫助提純胰島素的主意時，麥克萊德的心中已經在構思怎麼禮貌地把這個瘋瘋癲癲的年輕人請出門去的措辭了。麥克萊德知道歐洲的同行們在提純胰島素這個問題上已經有不錯的進展，班廷結紮胰腺導管這個主意，即便不是荒誕不經，至少也是畫蛇添足多此一舉。
然而班廷沒有放棄。如果說這個“小人物”身上有什麼特質對他的成就有決定性的影響，那應該就是他的勇氣和堅持。班廷從小就是個確定了奮鬥目標就一往無前的人：申請大學時第一年失敗，他又堅持一年，終於進入了多倫多大學學習;畢業前想參軍入伍，第一次申請因為視力太差失敗，他持續不斷的申請終於如願以償;在戰場上他永不停歇的救助受傷的戰友，曾有一次連續十六小時工作不休，最終獲得十字勳章。蹙起的眉頭，直視前方的眼神，嘴唇帶起的堅毅的面部線條……從各種現存的班廷肖像上，我們還是能很容易的看出這個人物身上百折不回的決心和勇氣。
這一次他又把這種勁頭用在了麥克萊德身上。終於在幾個月的軟磨硬泡後，這個老牌的蘇格蘭紳士忍不住了。恰好麥克萊德在1921年夏天要回蘇格蘭老家度假休養，大概也是抱著聊勝於無的心態，麥克萊德允許班廷在那個暑假使用他設備精良的實驗室嘗試一下胰腺導管結紮的主意，順便管教管教那些實驗室裡閑著無聊的大學生。也許那一刻，這個老牌紳士心裡的想法是，讓這個不知天高地厚的年輕人碰碰壁，也許就不會再來煩他了吧!於是這個一往無前的小人物，終於開始用一己之力改變整個大時代的走向。
1921年5月份，班廷終於開始了他計畫中的實驗。麥克萊德在起身度假前，將自己設備精良的動物中心的鑰匙交給了班廷。哦，還有班廷需要的10條狗，以及一個懵懵懂懂的金毛小子查理斯.貝斯特(Charles Best)做他的助手。
在講他們的故事之前，還是讓我們從科學角度，好好還原一下班廷醫生的實驗吧。
班廷的想法我們已經講過，他希望首先結紮狗的胰腺導管，然後靜等狗的胰腺腺泡細胞—也就是專門分泌消化酶的細胞—完全死亡之後，再解剖割取狗的胰腺，切爛搗碎浸泡，從中提取粗提液，並期待把粗提液一步步去除雜質濃縮精華，最終從中提純出那種傳說中的“胰島素分子”。
但是且慢，既然“胰島素分子”迄今為止還只是個傳說，誰也不知道它究竟長什麼樣子，那在這一通切爛搗碎浸泡提純的過程中，班廷怎麼知道胰島素還在不在，有沒有被這一系列“大廚的功夫”給破壞掉呢？
換句話說，班廷還需要一個檢驗的辦法，在一步步提純的過程中，不斷地檢測溶液裡胰島素的含量是不是在逐步提高，而雜質是不是確實在不斷減少。然而既然胰島素到底是個什麼東東人們還一無所知，班廷他們唯一能做的，就是把提純過程中的溶液一次又一次注射到糖尿病狗身上，看看血糖濃度是不是會下降，並根據這個來間接判斷他們手中的提取物裡面到底還有多少胰島素。
看到這裡讀者們應該能想像出班廷要做的實驗了吧!
首先，可憐的狗狗們將會被分成兩組，一組要摘除胰腺，被改造成氣息奄奄的糖尿病狗;一組則要首先結紮胰腺導管，待傷口恢復、胰腺腺泡凋亡之後，再殺狗取胰，從中製備粗提液。隨後，粗提液將要被注射到糖尿病狗的體內，看是否能夠降低這些狗狗的血糖水準。如果不行那麼所有實驗必須從頭再來一遍，如果可以，那麼班廷就可以繼續用“大廚的方法”處理這些粗提液，每處理一步就注射給糖尿病狗以確定降血糖的功效，周而復始，直到找出真正的胰島素。
在這整個實驗流程裡，班廷唯一可能有點熟悉的，就是胰腺導管結紮。而就這可憐的一點點“熟悉”聽起來其實也很可疑：他只不過是從那篇明尼蘇達大學的論文上聽說了有這麼種手術操作而已!不過幸運的是，他所說服的麥克萊德是這些必須技術的大師：麥克萊德本人就精通胰腺摘除和糖尿病狗模型的建立(別忘了他可是已經研究了十幾年的糖尿病);麥克萊德裝備精良的實驗室也引進了當時最先進的血糖測定方法(Shaffer-Hartman方法);與此同時，麥克萊德自己雖然不擅長蛋白質的提純(也就是那些“大廚的活計”)，但當時倒恰好有這麼一位人物。年少成名的生物化學專家—詹姆斯·克裡普(James Collip)，此時正好在多倫多大學訪問!
奇跡還是神跡？
也許冥冥中真有天作之合，在1920年夏天的多倫多，為提純胰島素所做的所有準備工作已經就緒：精良先進的技術平臺，世界頂級的專業團隊(哦，這裡說的主要是麥克萊德和克裡普)，之前十年美歐科學家的知識積累，還有班廷這位百折不撓的堅強人物。
當然實驗開始的時候並不順利。不要忘了，在麥克萊德離開之後，班廷和貝斯特儘管最不缺乏的就是勇氣和幹勁，可是兩個人在給狗動手術上卻是不折不扣的新手(實際上，最早的胰腺摘除手術還是麥克萊德本人在離開前親自示範的)。
一點兒也不奇怪，麥克萊德留下的十條小狗沒多久就先後死在了手術臺上，原因無一例外的是因為手術事故：失血過多、麻醉過度、術後感染。倆人很快不得不自掏腰包從市場上買回更多的狗。以至於到今天，多倫多大學醫學院的學生們中間都還流傳著，寵物狗在暗夜中神秘消失的傳說……
直到夏天過去的時候兩個人才取得了成功：一隻編號為92(也就是說，已經有91只犧牲的小狗了)的糖尿病牧羊犬，在接受了班廷和貝斯特準備的胰腺提取液注射之後，精神煥發的又活了回來，一直健康的活到半個月之後!在並不長的生命中，班廷始終把這一刻作為他科學事業的最高峰，他終於如願以償的親眼看到了胰島素的神奇功效。
班廷(右)、貝斯特(左)和他們一隻糖尿病小狗的合影
值得一提的是，在整個實驗過程中，班廷的最終目標都是找到能用於治療人糖尿病的物質。為了這個目標，他和貝斯特甚至在提純工藝極其粗糙的實驗早期就偷偷將粗提物注射給一位患有糖尿病的同學。他們倆還數次將粗提液給自己注射，以觀察對人體的反應。(圖片來自www.torontoist.com)
然而對於讀者們而言，92號病狗的故事大概就談不上那麼精彩了。
我們已經知道，實際上早在十幾年前，德國醫生佐勒尓和羅馬尼亞科學家帕萊斯庫已經分別獨立的發現，胰腺粗提液確實能夠降低血糖。換句話說，在大戰結束後的遙遠新大陸能夠證明胰腺粗提液的功效固然可喜，然而從科學進步的角度而言，班廷他們其實還沒有完成任何值得一提的突破。
順便說一句，筆者前面講過班廷對糖尿病不熟悉可不是信口開河。根據史料，班廷一直到拿到糖尿病有關的諾貝爾獎，都不知道佐勒爾和帕萊斯庫的工作。也不知道該讚歎一句初生牛犢，還是該嘲笑一句無知無畏。
恰好也在差不多同時，麥克萊德度假回來了。作為老牌的糖尿病專家，麥克萊德迅速意識到了班廷工作的意義：儘管從發現時間上並不領先，但是至少班廷和貝斯特確確實實製備出了有血糖控制作用的胰腺粗提液。這樣，這個多倫多大學的團隊踏踏實實的站在了偉大發現的邊緣：有了粗提液，他們就可以繼續佐勒爾和帕萊斯庫未競的事業，真正開始提純胰島素了。
後面的故事就發展的更加順理成章一點：班廷和貝斯特用一個暑假的成功，說服了麥克萊德繼續支持他們的研究，隨後他們放棄了從小狗身上動刀提取胰腺粗提液，而是轉而到附近的屠宰場收集大量的廢棄牛胰腺，這樣明顯加快了他們的研究進度。而到這個時候他們也開始意識到結紮胰腺導管是一件多此一舉的事情(可憐班廷那個深夜產生的“天才”想法，和那麼多死在手術臺上的小狗)，他們發現只需要用酸化酒精浸泡牛胰腺，就能夠準備出具備血糖控制功能的胰腺粗提液。
而麥克萊德和克裡普那邊的進度似乎更加美妙一點：麥克萊德建議乾脆連摘除胰腺製造糖尿病狗的工作也可以省掉了，直接在正常兔子上檢測提取液是否能夠降低血糖，兩相結合之下班廷和貝斯特的實驗被簡化了許多許多倍：本來要在兩組小狗上分別動刀才能完成的艱難實驗，現在只需要跑一趟屠宰場再養幾隻小兔子就解決了!
而更重要的，是生物化學家克裡普的加入。這個長久以來被公眾忽略，甚至被刻意刻畫成搶功勞的小人，對於胰島素的真正發現居功至偉。
和班廷、貝斯特和麥克萊德都不一樣，克裡普是正經的生物化學家，所擅長的不是給動物做手術，而是從一管誰也搞不清到底有什麼的、渾濁的組織液裡真正分離出救命的那一種化學物質。在2012年12月正式被麥克萊德邀請加入胰島素純化的工作後，克裡普用一種讓班廷和貝斯特目瞪口呆的嫺熟技藝，很快摸索出了如何盡可能的排除胰腺粗提液中的雜物、製備出相對純淨的胰島素溶液的方法。
您還別笑，生物化學家、特別是早年的生物化學家手裡的三板斧真的聽起來不怎麼高大上，無非是把動物組織切切煮煮泡泡沉澱沉澱的幹活。舉個例子，大家可能還記得中學物理課本上學過的一道題目：沙子和食鹽混在一起了，怎麼分開？
辦法是先泡水裡，這樣食鹽溶解了而沙子沉澱在容器底部，之後用濾紙過濾掉沙子留下食鹽水，再把水燒幹留下食鹽顆粒即可。這麼個小小的考試題裡用到了幾種很重要的分離技巧：利用溶解度的差異分離物質;利用沉澱去除雜質;利用蒸餾提純溶液中的物質。
實際上，克裡普正是用差不多的思路，製備出了比較純淨的胰島素。
多倫多大學，班廷、貝斯特、克裡普和麥克萊德用於提純胰島素的實驗室。(圖片來自www.breakthroughthebook.com)
終於，1922年1月，一名名為萊昂納多·湯普森(Leonard Thompson)的重度糖尿病患兒，在多倫多總醫院接受了胰島素針的注射，奄奄一息的湯普森一天之後血糖便恢復到正常水準，幾天後就恢復了生機和活力。就這樣，班廷他們用一種近乎於神諭的方式宣告，糖尿病等於死刑判決的時代，終於一去不復返了。
多少年後，當事人還滿臉欣慰的回憶著當年的景象：新大陸各地的糖尿病孩子們被父母爭先恐後地送往多倫多醫院。醫院沒有那麼大的病房可以容納這麼多患者，因此就安排了臨時帳篷，讓骨瘦如柴、奄奄一息的患者們一個挨一個地躺在長長的帳篷裡。這一幕本來會讓所有人肝腸寸斷，但是此時卻成了充滿希望的圖景。醫生們從帳篷的一頭開始給孩子們注射胰島素針，一個接一個注射下去。而還沒等醫生們前進多久，接受注射的孩子們就神奇的坐了起來，眼睛裡重新恢復了神采!第一個，第二個，第三個……
這是不折不扣的奇跡，不，這是神跡!只不過並非來自看不見摸不著的哪路神仙，這是現代科學的神跡，是班廷、貝斯特、麥克萊德和克裡普的神跡。
尾聲和謝幕
1922年5月，麥克萊德代表整個四人研究團隊向全世界報告，他們提純出了高效安全的胰島素溶液，可以迅速治療糖尿病患者。
翌年10月，瑞典皇家科學院授予班廷和麥克萊德諾貝爾生理及醫學獎。在整個諾貝爾獎的歷史上，從來沒有這麼快得授予一項發現。也許是因為，人們在黑暗中等待糖尿病剋星的出現，實在是等待得太久太久了。
然而這個四人團隊的矛盾也就此公開和白熱化。
不滿於諾貝爾獎忽略了他的助手貝斯特的貢獻，班廷在獲獎當天就宣佈將獎金與貝斯特共用，並揚言諾貝爾獎更應該授予自己和貝斯特兩人，麥克萊德完全是研究的局外人。與此同時，麥克萊德也宣佈將獎金與克裡普分享。
胰島素的四位發現者：班廷(左上)，貝斯特(右上)，克裡普(右下)，麥克萊德(左下)。不管諾貝爾獎如何頒發，也不管健忘的公眾到底能記得多少人的名字，是這四位人類的英雄為我們帶來了胰島素。承認可以遲到，但是絕不應該永遠缺席。(圖片來自www.torontoist.com)
而近百年來，圍繞著胰島素發現者這一永恆的光榮，幾位當事人、當事人的後人和所在機構，以及好奇的公眾和歷史學家們已經打了太多太多的嘴仗。聯想到最近一段時間國內科學界甚囂塵上的“諾獎”情節，以及兩所著名大學因為一項“諾獎級別”的成果產生的學術爭議，有時候真讓人感慨，諾貝爾獎，也許竟是這位老人家給科學家們的永恆詛咒？
不過就像那句話說的，承認可以遲到，但是不會永遠缺席。在百年後回望，我們清晰地看到四人團隊中的每個人，都為胰島素的發現居功至偉。
貝斯特協助班廷開始了胰腺提取液的最初成功製備，並嘗試了使用酸化酒精從牛胰腺中大量提取的方法。麥克萊德為整個研究提供了技術和資金支援，同時利用自己的經驗為項目提供了不可或缺的指導：從胰腺切除手術的教導，到改用兔子模型檢測血糖。而克裡普，更是用他出神入化的生物化學手段，最終拿到了可以安全用於人體的純淨胰島素。
而班廷，這個半路出家的小醫生，因為一個事後被證明是多此一舉的“天才”想法堅持向胰島素進軍的小人物，也許正是他的勇氣和堅持，才把這四位英雄人物凝聚在一起，最終為整個人類，帶來了戰勝糖尿病的第一線曙光。胰島素發現者這個稱號，他當之無愧。
班廷這輩子似乎總是和戰爭、軍隊有緣。第二次世界大戰爆發後他第二次加入軍隊，參與了一系列軍事科學的研究專案，在1941年死於空難。人們相信，當時他正在參與一項極端機密的軍事任務。1989年，在他曾經行醫的小鎮倫敦，一束名為“希望”的火炬被伊利莎白女皇鄭重點燃。這火炬將一直燃燒在以班廷名字命名的廣場，直到另一位班廷式的英雄，為全人類徹底治癒糖尿病。
希望火炬(Flame of Hope)，位於加拿大安大略省倫敦鎮的班廷廣場，於1989年7月7日由英國伊利莎白女皇親手點燃。這束火炬將一直燃燒，直到人類最終發現治癒糖尿病的方法，並由這一方法的發明者親手熄滅。這束火炬是紀念更是提醒：提醒人們在最終戰勝糖尿病，和其他人類疾病的道路上，我們還有很多很多的工作要完成。(圖片來自英文維琪百科)
這束火炬，也將照亮所有為人類健康努力工作、上下求索著的英雄們，照亮他們前方的黑暗，照亮他們堅毅的眼神。這種希望，最終將為我們帶來更美好的生活，更健康的身體，和更多關於自然、關於我們自己的奇跡。
敬請期待下文《糖尿病：過去、現在和未來(七)：胰島素傳奇(上)》。班廷他們完成了發現和提純胰島素的壯舉，但是胰島素的故事，其實才剛開了一個小頭。
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