小药说药药物篇-重组人胰岛素（现代制药工业第三次革命性浪潮）

现代制药工业的第三次革命性浪潮从20世纪80年代开始，以基于重组蛋白的治疗药物为标志。重组DNA方法的发明开启了生物技术产业，1982年，第一个重组人胰岛素（humulin）获得批准；1985年，第一个单克隆抗体muromonab被用作治疗试剂。虽然重组蛋白药物在结构上比小分子复杂，但这两种药物的作用机制相似，都与预定的分子靶点结合并调节其功能。胰岛素作为20世纪最伟大的发现之一，让糖尿病这种古老的疾病终于有了治疗方法，胰岛素自身在近百年中的不断进步，更是改变了无数糖尿病患者的命运。下面小药带你一起去回顾一下关于胰岛素的百年历史。

胰岛素的发现史

早在一千五百年前，古埃及就出现了对糖尿病患者“体重快速下降和频繁小便”的症状描述。我国东汉名医张机在《金匮要略》中，也以“消渴症”描述糖尿病的相关症状。1675 年，英格兰人托马斯·威利斯和当时英国著名的医生约翰发表论文，并在论文中首次使用了一个拉丁文词汇 Mellitus，意为极甜。除此之外，他们还把 Mellitus 和阿瑞蒂乌斯在形容这种病时所使用过的 Diabetes 结合在了一起。就这样，一个古老的疾病被赋予了新的命名，它的专有名词被叫做 Diabetes Mellitus，也就是糖尿病。尽管认识糖尿病的历史非常悠久，但一直以来，人们却没有任何应对方法。当时糖尿病唯一有效果的治疗方法是“饥饿疗法”，尽可能限制糖尿病患者的饮食摄入，但即便如此，I型糖尿病患者的平均寿命仍然不到一年。

人类向糖尿病打响的第一枪是由法国生理学家伯纳德完成。他发现如果损伤实验动物第四脑室底部，可导致动物血糖升高及排泄糖尿，这是人类第一次制造出“人工糖尿病动物”。伯纳德也曾经多次尝试切除狗的胰腺，以研究胰腺生理功能。然而实验十分困难，研究记录显示，似乎他只成功过一次，实验狗最终因过度消瘦而死去，但这位伟大的实验生理学家，却未能及时发现，狗的真正死因是糖尿病而并非单纯的消化不良。

跟随伯纳德脚步的后来者是德国籍俄罗斯裔学者明科夫斯基，他的决定性实验，则最终导致了胰岛素的发现。明科夫斯基是一名出色的生理及病理学家，对糖尿病有深刻的了解。他发现了糖尿病人的昏迷与酸中毒的关联，并率先倡导碱性疗法。1886年，明科夫斯基通过摘除鸟的肝脏，发现胆色素和尿酸的生成与肝脏有关。循着相似的理念，1889年，他和冯·梅林切除了狗的胰腺，以研究胰腺功能。很偶然的原因，他的助手发现，苍蝇喜欢停留在胰腺切除的狗所排泄的尿液中。明科夫斯基敏锐的意识到了其中的问题，经过成分分析，得知是那条被切去胰腺的狗患了糖尿病。基于这个实验基础，他们把胰腺锁定为导致糖尿病的一级嫌疑犯。梅林和明科夫斯基将其发现写成论文，发表在一本医学杂志上，引起了医学界的关注。1910 年，英国生理学家爱德华·阿尔伯特·沙佩沙尔经过研究，提出糖尿病人是由于缺乏胰腺在正常状态下分泌的一种物质所导致。参考胰腺中产生胰岛素的细胞的名称islets of langerhans(1869年由德国科学家Paul Langerhans命名)，他以拉丁语insula(含义为岛)来命名这个物质。

之后，不少科学家对胰腺的功能展开了新的研究。有人将胰岛磨碎，然后给狗注射的观察是否有降糖效果，结果都不成功。直到1922年，一个青年的加拿大外科医生班廷终于敲开了寻找胰岛素的大门。班廷的成功其实还有一点偶然的成分，1917年班廷从加拿大多伦多大学医学院毕业，作为一名医士官参与一战，因伤退役后，在小城伦敦（位于加拿大）开了个小诊所，并在当地西安大略大学的医学院得到一个兼职教学的工作。1920年10月，就在教授有关糖代谢的内容时，班廷从新得到的一本杂志中读到一篇有关胰腺结石的论文，这篇文章改变了班廷和这世界上千千万万人的命运。文章称胰腺结石可能导致胰腺萎缩，而在实验室结扎动物的胰腺导管也引起同样效果。由于很多生理学家将无法成功提取胰岛素的原因归因于胰腺腺泡的外分泌功能，破坏了提取物。读到此处，班廷灵光一现提笔写道“结扎狗的胰导管，待其腺泡萎缩只余胰岛后，试图分离其内分泌以治疗糖尿”。

1923年诺贝尔生理学或医学奖获得者班廷医生登上时代杂志封面

1921年,班廷变卖了他微薄的家产，可谓破釜沉舟的回到了他的母校多伦多大学医学院开始了胰岛素的提取工作。从5月中旬起，在助手贝斯特的帮助下，班廷共结扎了19只狗，死亡14只，存活下的5只中，只有2只的胰腺导管被彻底结扎而发生了萎缩现象。此时的班廷几乎到了山穷水尽的地步，没有工资，没有实验经费，食无定时，居无定所。然而班廷并没有泄气，他和贝斯特坚持不懈的给更多的狗结扎，并将胰腺粗提物注射到因胰腺切除而患糖尿病的狗中，观察效果。到7月底，他们已经给91只切除了胰腺的狗注射，但无一例外它们都迅速死于糖尿病，直到第92只狗，这次他们成功的将它的生命延长了20天。度假归来的麦克劳德，知悉这个消息后，当机立断将他的团队投入到实验中，并邀请当时正在多伦多大学休假进修的柯利普教授（艾尔伯塔大学生化系教授）一起参与。班廷和贝斯特的初提物虽然表现出对糖尿病的疗效，但它的纯度完全没有达到可以给病人注射的程度。应该说麦克劳德邀请柯利普加入，是成功的关键，毕竟纯化蛋白质是生化学家的本行。在柯利普的帮助下，班廷和麦克劳德终于获得可以用于临床治疗的胰岛素。1922年1月11日，14岁的汤普森成为首例接受胰岛素注射治疗的人，治疗效果十分明显。因此项成就，班廷和麦克劳德共获1923年诺贝尔生理和医学奖，创造了最快获得诺贝尔奖的奇迹。

今天站在后人的角度，我们知道提取胰岛素并不需要待腺泡萎缩后才能进行，因为胰腺所分泌的消化酶类，正常情况下，需在肠道中才有生理功能，加之提取过程所加入的试剂本身即可破坏那些酶类。但终其一生，班廷都认为他灵光一现的想法是导致成功之源,而实情是：胰管的结扎是完全没有必要的。因此，让人哭笑不得的是，班廷的成功，肇因于他对于研究的无知。如果没有这个“巧思”，班廷很可能不会“自不量力”的试图攻克这个堡垒，而他大学时代的老师苏格兰人麦克劳德也未见得会给他机会去做这件事。不过这些事实似乎反复在说明一个古朴的道理，世上无难事，只怕有心人。

人胰岛素结构图

胰岛素发现的争议

然而遗憾的是，班廷认为麦克劳德抢走了本应该属于贝斯特的荣誉，对此始终耿耿于怀，在各种场合过分夸大自己和贝斯特的功能而刻意贬低麦克劳德在纯化胰岛素方面的贡献。班廷是加拿大第一个获诺贝尔奖的科学家，而且他作为胰岛素专利的拥有者，并没有将胰岛素视为让自己暴富的工具。班廷没有将专利转让给出价最高的投标人，而是以较低廉的价格转让给了一家同意每单位胰岛素只卖三分钱的制药厂，这一切，很自然的让班廷成为加拿大的英雄和荣耀。

或许正是以上因素，作为一个身处加拿大的苏格兰人，麦克劳德对班廷攻击他的一面之词从未发表过任何言论，但麦克劳德撰写了一份长篇报告，将他的作用以及胰岛素发现的详细过程和一系列开支发票提交给了多伦多大学的校长。麦克劳德逝世后，其妹发现了报告的副本，而正本也在多伦多大学的档案室里找到。于是人们在科学杂志上撰写长文，重谈胰岛素发现的功劳座次。而1982年，多伦多大学的历史系教授布利斯依据相关历史文件——班廷的原始实验室笔记、诺贝尔奖委员会解密的文件等——以及访谈当年的目睹者，写了《胰岛素的发现》一书，为此纷争盖棺论定，洗刷了长时期以来麦克劳德所蒙受的“冤屈”。

由于班廷是第一位得到诺贝尔奖的加拿大人，因此获得加拿大政府异常优厚的待遇，不但在多伦多大学享有研究教授的终身职，同时还有个以他及贝斯特为名的研究所。在科学研究上，班廷的成就有限，但他的个性与一生，却饶富戏剧性。班廷于二次大战中，担任战时医药研究的主席，常驻英国。一九四一年，他于返英途中，因飞机失事而丧生，享年仅五十。《胰岛素的发现》一书作者另外写了本《班廷传》(Banting: A Biography, 1984)，对班廷的一生有更多的著墨。为了纪念班廷的贡献，世界卫生组织和国际糖尿病联盟在1991年将班廷的生日11月14日定为世界糖尿病日。

胰岛素的另外两位共同发现者，贝斯特及柯利普，虽然没有得到诺贝尔奖的肯定，但他们后来的发展却更加出色。顶着“胰岛素共同发现人”的头衔，贝斯特接受了当时英国著名的生理学者戴尔 (Henry Dale, 1975-1968，1963年诺贝尔生理医学奖得主) 的建议，前往戴尔的实验室接受完整的研究训练，并取得博士学位。1928年，麦克劳德离开多伦多大学后，贝斯特便顺理成章地接替他的位置，成为当时最年轻、最有潜力的生理学者。贝斯特也不负众望，在胰岛素的作用及抗凝血剂的发展上，有过重要贡献。他所编著的生理学教科书“Best and Taylor’s Physiological Basisof Medical Practice”还一直有新版发行。至于最后加入工作的柯利普后来在许多内分泌激素的分离工作上，都有过重要贡献。他还担任过麦吉尔大学的生化系主任，以及西安大略大学的医学院院长，成就非凡。

胰岛素药物的开发史

胰岛素的提取只是第一步，如何获得大规模生产的胰岛素是人们随之面对的问题。1943年，英国化学家桑格开始着手考虑测定蛋白质的一级结构，他以胰岛素这一重要的蛋白质为目标，花费10年时间，改良了柯利普创立的纯化技术，获得了胰岛素晶体，并于1953年最终确定了它的一级结构。因此研究在生命科学中的重要性也使桑格荣获1958年的诺贝尔化学奖。他所发明的蛋白质序列测定法，也引发了一场蛋白质研究的革命。

在桑格忙于给胰岛素测序的时候，一位女科学家雅娄和她的同事伯森发现在长期注射胰岛素的病人血清中存在抗胰岛素的抗体。这是由于早期的胰岛素来源于动物的胰腺，虽然动物胰岛素与人的胰岛素极其相似，但其仍然可以引起我们的免疫系统的警觉。1955年，她们将此发现的论文投往《临床研究期刊》，但遗憾的是该刊不认可她们的发现而未予发表。不过，雅娄没有因此放弃自己的正确认识，而是以此研究为基础发展出放射免疫测定法——此方法能测定血液中的微量激素及任何能产生抗体的物质——彻底改变了内分泌学研究的面貌。雅娄本人也因此获1977年诺贝尔生理和医学奖。今天，在基因工程的基础上，我们获得了重组人胰岛素，基本上解决了由于抗体生成所导致的恼人的过敏症状。

药企在胰岛素推广过程中功不可没。1922年，奥古斯特·克罗（1920年诺贝尔生理学医学奖获得者）和 玛丽·克罗格夫妇应邀到耶鲁大学访问，他们听到了关于班廷、贝斯特用牛胰脏提取物治疗糖尿病的报告，玛丽尤其感兴趣，因为她自己就是一名二型糖尿病患者，玛丽建议丈夫进一步联系多伦多大学。奥古斯特在美国访问期间就写信给麦克莱德教授，并得到了友好的答复。1922年12月，经过在多伦多的会面商谈，奥古斯特和玛丽·克罗格夫妇带着在北欧地区生产销售胰脏提取物的授权回到了丹麦。克罗格夫妇与汉斯·克里斯蒂安·哈格多恩医生合作，建立了诺德胰岛素实验室（Nordisk Insulin laboratorium）。实验室得到了利奥制药（LEO）创始人August Kongsted的资金支持。

耶鲁大学访问期间，玛丽一面建议丈夫与多伦多大学联系，一面写信给自己的同事汉斯医生希望他参与胰岛素在丹麦的研制生产，后者与诺曼·杰森发明了一种精确的血糖测定方法。汉斯对玛丽的想法非常感兴趣。随后的事情就顺利成章了，1922年12月21日，玛丽、汉斯利用牛胰脏制备了少量的胰岛素，1923年春天，第一个糖尿病患者接受了这些胰岛素的注射。随后他们开始上市销售这种胰岛素产品，这一年也就被认为是诺德的创立之年。

1936年，汉斯和诺曼发现鱼精蛋白可以起到延缓胰岛素释放的作用，中性鱼精蛋白胰岛素随后在1946年上市，并以Hans Christian Hagedorn的名字命名：Neutral Protamine Hagedorn，简称NPH。当奥古斯特和汉斯开始生产胰岛素时，他们一致认为佩德森兄弟是制造胰岛素生产设备的最佳人选。哈拉尔德·佩德森是一名机械学家，他是具有非凡天分的发明家。他的弟弟索尔瓦尔德尔·佩德森则是一名药学家。随后佩德森兄弟开始自己研制胰岛素，并在1924年制备了稳定的胰岛素液态制剂，同时哈拉尔德发明了沿用至今的胰岛素注射器——诺和针（Novo Syringe）。起初，佩德森兄弟想与诺德合作，将自己的胰岛素产品推向市场，但遭到了诺德的拒绝。兄弟俩决定单干，命名自己的公司为Novo Terapeutisk Laboratorium，并在1925年2月开始销售诺和胰岛素和诺和针。

自此，两家胰岛素巨头开始了长达数十年的竞争，诺和慢慢占据上风。到1989年，诺和已经成为世界第二大胰岛素制造商和世界第一大工业用酶制造商，诺德则成为世界第三大胰岛素制造商和世界最大的人生长激素制造和出口商之一。同年，两家公司最终合并，重新成为一家公司，也造就了延续至今的世界最大胰岛素生产商。2001年，诺和诺德分离工业酶业务，成立独立的公司诺维信，目前仍是世界最大的工业酶制剂和微生物制剂生产商。

胰岛素是历史最为悠久的生物药物之一，也是第一个重组蛋白药物，对于人类健康和新药开发都具有里程碑式的意义。在它之后，多个基于DNA重组技术的重组蛋白药物陆续登场，开启了生物制药的第三次革命性浪潮。