主题：【原创】胰岛素传奇 -- 爱莲

上一段说到，德国人兰格尔翰斯在胰脏内第一次观察到了胰岛细胞，并推测那些岛状细胞团可能是分泌激素的。后来，梅林与明考斯基又将狗的胰脏切除，进一步证实了没有胰脏的狗是会生糖尿病的。此后，许多人，包括明考斯基在内，都尝试过从胰脏中分离出那种神奇的激素，以期用于治疗糖尿病。

一方面是希望，而另一方面是却失望。

在当时，糖尿病是绝症，死亡率极高。医生们对这种口渴、甜尿的毛病束手无策，唯一的可做的，是通过控制病人的饮食来缓解病情，根本不能解决问题。病人，特别是十来岁的少年，一旦发病，便会在两、三年内死去。

对于胰脏内那种可能存在的激素，科学家们一无所知，不知道它是什么样的生物分子，是碳水化合物？脂肪？还是蛋白质？

先驱们尝试过不同的溶剂和方法，希望得到胰脏内的那种神秘激素。但当他们将所获得的胰脏抽提物通过口服、皮下注射、静脉注射、甚至直肠导入等方法，应用于患糖尿病的人和狗身上时，却毫无效果。

也有运气好的，1908年，一个叫朱尔支尔(Zuelzer) 的德国人，通过酒精抽提，几乎将胰岛素分离了出来。他将所获得的胰脏抽提物在糖尿病人身上做试验，得到了有希望的结果，其中的一位病人成功地消除了尿中的糖。

这在当时可是非常了不起的进展，朱先生乐坏了。可当他的抽提物被送给到明考斯基的诊所去验证时，却没有任何效果！

这可不行，科学要经得起重复和验证，只有一个人能做而别人做不出来是不能被承认的。同一时期，个别的科学家也做出了一些苗头，但由于第一次世界大战的爆发，许多科学研究都不得不停了下来。

第一次世界大战是1918年结束的，战争结束后仅四年，奇迹便出现了。

1922年，加拿大多伦多大学的实习外科医生班廷(Frederick G. Banting)和他的同事经过仅两年的努力，便从狗的胰脏内得到了黄色的奶状抽提物，并在一个14岁的男孩儿身上做实验，成功地降低了他的血糖。后来他们又改进了技术，得到了更纯的牛胰岛素。在作大规模的临床实验时，结果更加令人振奋，在130个患了糖尿病的孩子身上注射了胰岛素之后，有120个活了下来；而对照组的164名患病的孩子，没有注射过胰岛素，有152人死掉了。

胰岛素治疗糖尿病有奇效，从此世人皆知！

这是继巴斯德发明疫苗之后，最重要的造福人类健康的医学成就。成果公布后仅一年，实习医生班廷和他的上司，时任多伦多大学生理实验室主任兼副教务长麦克劳德〈John Macleod〉教授，便共同获得了1923年的诺贝尔奖生理与医学浆。

获1923年诺贝尔奖的班廷和麦克劳德

他俩得了诺贝尔奖之后后，发生了喜剧性的一幕，班廷将他得到的奖金的一半分给了给他做助手的医科学生贝斯特〈Charles Best〉，而麦克劳德则把他那奖金的一半也分给了在他那里进修了一年的生化学者柯利普(James Collip) 。

参与胰岛素发明的贝斯特和柯利普

真感人，看到这一段让我着实感动了一番。只听说过有争奖金的，哪里有把奖金主动分给别人的？这些加拿大医生真是非同寻常啊。

可不是，15年后，另一位叫白求恩的加拿大外科医生，在中国不是也家喻户晓嘛。他不远万里来到中国，为了中国人民的解放事业，贡献出了他宝贵的生命。

如此说来，加拿大人，特别是医生，真是好样的！

那班廷和麦克劳德为什么只将奖金分给贝斯特和柯利普，而不分给其他人呢？不会是因为他们只知道对半平分，容易算帐吧？

完全不是这样的。恰恰相反，他们由两个人共同获奖到四个人平分奖金却是由于班廷和麦克劳德之间的纠纷引起的。要知道事情的原委，得从他们是如何分离、纯化胰岛素说起。

续：胰岛素传奇 (3下)：加拿大医生都是白求恩

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• 【原创】胰岛素传奇 (3下)：加拿大医生都是白求恩

胰岛素传奇 (3上)：加拿大医生都是白求恩

班廷是土生土长的加拿大人，１９１７年毕业于多伦多大学医学院。他念书的时候，正好赶上了第一次世界大战。受战争影响，他最后一年基本上没上什么课，也就没有得到完整的医学训练。毕业后，他响应国家的号召，应征入伍，成为陆军的军医，上过法国前线，负过伤。

光荣退役后，政府没给他安排工作，大医院他也进不去，不得不到距离多伦多很远的小城伦敦（不是英国的那个）开业行医。在那里，他的诊所生意清淡，入不敷出。于是他只好在当地西安大略大学的医学院找了一份兼课的差事，他的糖尿病的知识正是那时因备课需要补上的。

１９２０年１０月30日，是班廷永远忘不掉的一个日子。那一天，他读到一篇病理报告，说是胰脏导管遭结石阻塞的病人，其胰脏中分泌消化酶的消化腺萎缩了，而胰岛细胞却存活良好。

我们知道，胰脏是具有分泌消化酶的功能的，那是巴甫洛夫在狗身上做试验做出来的。现在我们将胰脏所产生的那种消化酶叫做一胰蛋白酶，它也是一个蛋白质，其作用是将食物中的蛋白质咬(降解)成一小段一小段的小碎片，好被人体吸收。

外链图片需谨慎，可能会被源头改

胰蛋白酶，正张着嘴吃肉呢

既然胰蛋白酶会降解蛋白质，科学家们怀疑因为它的存在，在提取过程中胰岛素降被解掉了。所以，科学家们尝试了二十多年，一直没有成功。班廷看到这个报告，想到可以模仿结石阻塞的情况，将狗的胰脏导管以手术的方法结扎，等消化腺萎缩后，不是就可以在没有胰蛋白酶的情况下，分离出胰脏的胰岛素吗！

真是天助我也，班廷将他的灵感写了下来，并且说干就干，回到他的母校多伦多大学，找那里的糖尿病权威麦克劳德教授，跟他合作。班廷知道，麦教授不仅经验丰富，他的实验室的设备也是一流的。班廷对麦教授讲了他的想法，本以为麦教授会很高兴、很爽快地支持他的，可那天教授却有些冷淡，对他的主意兴趣不大。

麦克劳德是什么人？他1876出生于苏格兰，在英国、德国、美国都从事过研究工作，在碳水化合物的代谢领域誉满天下。他熟悉各种医学文献，对糖尿病的研究进展了如指掌，知道这不是一件轻而易举的事情。二十多年来，许多很有名望的科学家都努力过，没有一个成功的。而眼前的这个年轻人毫无研究经验，只有一个不成熟的想法，凭什么他就会成功呢？

可麦克劳德转念一想，班廷的想法以前倒是没人做过，不妨试一试。而且班廷好歹也是个外科医生，给狗动起手术大概没有问题；再则，暑期他还要回苏格兰老家休假，实验室多个人做事，未尝不好。

于是他犹豫了片刻，最后还是答应了班廷的请求，给他弄了间实验室，并让医学院的学生贝斯特帮班廷，跟协助他一起做实验。

班廷分离出胰岛素的实验室

贝斯特、班廷和那不幸的狗

班廷买来了狗，于1９２１年的4月中旬，开始给狗做胰脏结扎手术。由于当时没有抗生素（七年后才发明的），动物房的条件也不佳，动过手术的１９只狗死了１４只。而存活下来的５只狗，虽然进行了胰管结扎，只有两只的胰脏有萎缩现象，其余的三只因结扎不牢而没有效果。

尽管出师不利，班廷和贝斯特还是按照事先设计好的方法，做了提取工作。然后，他们把提取物注射到胰脏被摘除了的狗的身上。让他们高兴的是，第一次得到的提取物就有降低血糖的效果。

他们又用第二批狗的胰脏进行了重复，虽然再次观察到了降低血糖的效果，但由于杂质太多、毒性太大，狗受不了。

后来，班廷从文献上看到，出生四个月以内的小牛的胰脏内有更多的胰岛细胞，而胰蛋白酶

要到七、八个月以后才出现。于是他们改用从小牛身上获得胰脏，并对提取方法作了改进，取得了比较满意的结果。在１９２１年１２月举行的美国生理学会年会上，班廷第一次报告了他的实验结果。

这下麦克劳德坐不住了，再不动手就迟了，于是他让他的整个实验室都来“帮助”班廷。巧的是，当时阿尔伯特〈Alberta〉大学生化系的教授柯利普正好在他那里进修。这个柯利普克可不是等闲之辈，有理论有实践，他一上手，很快就得到了比班廷和贝斯特更纯的胰岛素。当然啦，功劳是归“麦克劳德实验室”的。

这不是抢班廷的功劳嘛，这还了得！班廷也不是吃素的，先从进修的下手，他质问柯利普：“你一个进修的捣什么乱？”他俩这就干上了，弄得麦克劳德既尴尬又难堪，不得不叫柯利普先停下来，避一避班廷的火气。

原来这些加拿大的医生、教授也打架！

没了柯利普，活儿还得干，为了解决产量与杂质的问题，他们与美国的礼来（Eli Lily）药厂合作，成功地从屠宰场的动物胰脏中，分离出纯度很高的胰岛素。有了药厂的参于，在不到两年的时间内，胰岛素便在各地的医院里使用，取得了空前的成功。

药厂怎么用屠宰场的动物胰脏的？不是有胰蛋白酶会降解胰岛素的吗？

那其实是个大笑话。原来，胰蛋白酶在没有被分泌出胰脏之前，是没有活性的，也就是我们今天所说的酶原。班廷费了好大的劲儿做的胰脏结扎手术其实是完全没有必要的。他１９２０年１０月30日看书看来的那个灵感只是给了他一个提纯胰岛素的动力，从一开始便是错误的。

麦克劳德和班廷共同获得了１９２３年的诺贝尔奖，这让班廷很生气。他认为，共同得奖的，应该是贝斯特，而不是麦克劳德，于是他宣布将自己的奖金与贝斯特平分。而老麦则认为，如果没有柯利普的参与，班廷是得不到后来用于临床的胰岛素的。同时为了证明他得奖的合理性，稍后，麦克劳德也宣布将他的奖金与柯利普平分。

原来他们俩是因为争功才分别跟贝斯特和柯利普分奖金的，真是奇谈。

从班廷在美国生理学会年会上报告他成功地分离出胰岛素算起，在不到两年的时间内，胰岛素便被广泛地应用于临床，这在今天是不可能的。八十多年来，胰岛素救了成百上千万人的性命。

但是，我们应该知道，胰岛素并不是对所有的糖尿病都是有效的。

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1. 成熟胰岛素分子是两条链（原本是一条，给蛋白酶切了），一共51个氨基酸残基而不是58个

2. 胰岛素并不是最早被结晶的蛋白质，它也不是最早被解出晶体结构的蛋白质。

对于蛋白质的自然结晶，其实早在1853年Lehman就报道了他观察到的血红素自然晶体——虽然在此之前应该也有不少古人原创性地对此现象作出了观察。

而作为现代意义上的蛋白质结晶研究的起点，最早被人工纯化并结晶的蛋白质应该是来自于Jack bean的脲酶（Urase），这是由Sumner经过多年努力之后，于1926年获得的。它同时也是最早被结晶的酶。由于晶体是高纯度的物质，所以脲酶可以制成纯粹的蛋白质晶体这一事实，被用来证明"酶是蛋白"这一重要观念，Sumner也因此于1946年获得诺贝尔化学奖。而此前生化界有人认为酶是小分子，蛋白质充其量只是吸附了这些小分子的载体而已。

在此之后和在用X－射线衍射技术研究生物大分子结构之前的一二十年间，人们又陆续结晶了一些蛋白质，这时制作蛋白质晶体通常只是出于研究蛋白质纯化技术的目的，很少有人试图利用晶体学技术对蛋白结构进行探索——当然这里说“很少”，同时也意味着“有”。

在单晶X－射线衍射技术被用于解析化合物空间结构之后（1928年曾用来证明苯环上6个键是均匀的——而非交错的单键和双键；而第一个完全用这种方法解出结构的是一种叫做Phthalocyanine的染料，1935年），就有人企图用这种方法解析蛋白结构。但是从蛋白结晶到结构解析，一直都困难重重：获得质量足够好的晶体是个大问题；而即便有了可衍射的单晶体，从衍射数据里还是只能得到衍射点的振幅信息，而缺乏衍射点的相位信息，而相位信息又是顶重要的，这被称为相位问题（phase problem）。对于小分子，这个问题在Patterson法（1934年）出现后差不多就算解决了，但是对于蛋白这样的大分子，patterson图变得复杂无比，没法直接应用。

问题的解决要等到50年代。最早解出空间结构的蛋白质，是蓝鲸的肌红蛋白（myoglobin）。这是一个16KD的蛋白，有153个氨基酸残基，相对于此前最复杂也不过几百道尔顿的有机分子，这是个历史性的大进步。这个结构的图片至今在很多生物化学教材里都仍然被用作在蛋白质空间结构部分的示例。这项工作是1958年Perutz和Kendrew完成的，他们因此而获得了1962年的诺贝尔化学奖。其中Perutz在1953年发展了Bragg早先提出的重原子取代法，发明了多重同型置换法（MIR－multiple isomorphous replacement），解决了蛋白质结构解析中的相位问题，这在技术上是一个意义深远的突破，理论上可以用于解析一切蛋白质的结构。在蛋白的结构解析工作里，该技术至今仍旧是可供选择的方法之一。在此之后，解析蛋白质的结构也成了人们制备蛋白质晶体的主要目的。

胰岛素的晶体结构是1969年解出的。完成这一工作的是Dorothy Hodgkin，她曾经于1964年获得过一次诺贝尔化学奖，那是奖励她在生物小分子(具体为青霉素（1949年）和维生素B12（1957年）)结构解析方面的贡献。也许由于胰岛素是最小的蛋白质之一（6kD），解出它的结构在技术上并不比之前的蛋白结构解析工作显得更有突破性（尽管其实每个早期的蛋白结构解析工作都是一项独一无二的挑战），当然更重要的是由于它不是第一个蛋白质空间结构，完成这一工作并没有使Hodgkin再次获得诺贝尔奖。然而据wiki上所说，Hodgkin认为这一工作是她生涯里最值得骄傲的成就。