胰岛素发现至今100年,有哪些关键突破?

今年是“胰岛素”(insulin)发现100周年,在它被发现之前,糖尿病简直是一种绝症,患有这种代谢疾病的患者通常余日无多。如今,全球数百万计第一型糖尿病患在胰岛素的帮助下已经能过着正常生活,据估计,2025年胰岛素产值高达300亿美元。胰岛素的发现及治疗病患过程中有许多突破性进展,以下扼要介绍。

胰岛素是人体新陈代谢重要一环

胰岛素是胰脏内细胞(β细胞)所分泌的蛋白质激素,是调节体内葡萄糖新陈代谢重要的因素。胰岛素作用在肌肉、脂肪组织细胞表面接受器蛋白时,能刺激这些细胞将葡萄糖由血液运送至细胞内,因而能调节血糖浓度。胰岛素还会刺激组织细胞吸收血液中脂肪,并将多余能量以脂肪形式存储起来。

此外,胰岛素也会影响蛋白质、DNA的合成,因此胰岛素是调节人体新陈代谢十分重要的一环,当功能失时常,将导致体内糖类、脂肪、蛋白质等整体新陈代谢紊乱。

糖尿病会引起多种并发症

糖尿病是由于体内胰岛素产生不足(一型)或无法发挥正常功能(二型),使得身体对糖类的利用效率降低进而导致血糖飙升,血液中过多血糖无法被器官组织吸收利用,最后须依赖肾脏将其排出体外而导致尿中有糖的现象,且糖尿病患由于代谢异常,血脂肪也容易偏高。

基于上述原因,糖尿病患容易出现肾脏病变、心血管疾病、视网膜病变等并发症而严重危害健康。相反地,若能有效提升病患体内胰岛素浓度,就能帮助血糖浓度保持稳定并避免各种并发症。

胰脏与糖尿病的关联性

1889年德国斯特拉斯堡大学(University of Strassburg)病理学家奥斯卡·闵可夫斯基(Oscar Minkowski,1858–1931),为了研究而将一只狗的胰脏完全切除,令他惊讶的是,这条狗开始出现糖尿病所有症状,这项发现首度将胰脏与糖尿病的关系串联起来。

但当科学家将胰脏磨碎并喂给患有糖尿病的动物后,发现并无法治愈或减轻糖尿病症状,因为胰脏会产生消化酶,混合后这些消化酶会破坏胰岛素而使其失去作用。必需要有一种将消化酵素与胰岛素分离的方法,才能获得具有活性的胰岛素。

成功分离胰岛素

1920年,加拿大安大略省一位小镇医生费雷德里克·班廷(Frederick Banting)某天突发奇想,认为利用手术将动物体内连接胰脏和消化系统间的导管阻断一段时间后,胰脏中产生消化酶的功能可能会丧失,此时胰脏应该就不会含有“破坏性”消化酶。

1921年7月27日,班廷医师在多伦多大学实验室完成了这项实验,他从一只接受上述手术的狗体内萃取萎缩胰脏的物质,并将其注射到另一只患糖尿病的狗身上,发现糖尿病的症状因此戏剧性地消失了,这一天也被视为人类发现胰岛素的日子。

胰岛素治疗糖尿病的滥觞

然而班廷医师取得胰岛素的做法既不人道也无法量产,于是生物化学家詹姆斯·科利普(James Collip)被指派开发出一种能大量分离胰岛素的方法。

科利普运用逐渐增高胰脏萃取液中酒精浓度的方法,由于大部萃取液中的蛋白质在较低酒精浓度下会产生沉淀,而胰岛素只在较高浓度酒精时才沉淀,借此他得以成功分离出胰岛素。

1922年1月,多伦多医院开始利用纯化胰岛素治疗糖尿病患,许多命在旦夕的患者奇迹似地活了下来,受益于胰岛素的病患也越来越多。胰岛素的发现拯救了无数糖尿病患生命,对科学及医学发展影响深远,1923年随即获得诺贝尔医学奖之肯定。

基因工程技术生产的第一个上市药物

由于基因转殖技术的发展渐趋成熟,1978年美国基因技术公司(Genentech)成功将人类胰岛素基因植入大肠杆菌,利用细菌来生产胰岛素蛋白,这项技术的突破进一步提升了胰岛素产量。1982年,美国食品药物管理局FDA终于批准以基因工程技术所生产的胰岛素用于治疗糖尿病患,这是第一个获得FDA核准上市的基因工程药物,也是现代生物医学发展的重大里程碑。

结语

现今全球每年约有7,000万名糖尿病患需要胰岛素控制血糖,但由于贫富不均等因素,仍有众多患者无法负担或不能获得胰岛素治疗。世卫组织前总干事陈冯富珍(Margaret Chan Fung Fu-chun)曾指出:“许多必须依赖胰岛素以维持生命的的糖尿病患,最终因无法取得或负担不起胰岛素而失去了生命。”是的,如果没有均富、稳定及公平的社会,科技、医学进步并不足以拯救所有遭受病痛折磨的人们。

(首图来源:shutterstock)

发表评论