弗雷德里克·班廷、查尔斯·贝斯特、詹姆斯·科利普和约翰·麦克劳德这四位多伦多的研究人员发现并提纯了胰岛素,创造了一种新的有效的糖尿病治疗方法。

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在1920年代初期,弗雷德里克·班廷和查尔斯·贝斯特在多伦多大学约翰·麦克劳德的指导下发现了胰岛素。在詹姆斯·科利普的帮助下,胰岛素得以提纯,使其成功用于治疗糖尿病。班廷和麦克劳德因此于1923年获得了诺贝尔奖。

20世纪初,严格的低热量、无碳水化合物饮食是唯一有效的糖尿病治疗方法。但这种方法,摄入的食物有时低至每天500卡路里,也有其后果。与糖尿病一样,缓慢的饥饿消耗了患者的力量和能量,使他们半瘫痪。这种饮食治疗还需要患者有极大的毅力,而很少有人能够长期坚持低热量饮食。

1921年,多伦多大学的研究人员开始了一系列实验,最终导致了胰岛素(一种对碳水化合物代谢至关重要的胰腺激素)的分离和商业生产,以及糖尿病的成功治疗。

为胰岛素的发现铺平道路

为胰岛素的发现铺平道路

糖尿病的早期研究

1889年,两位德国生理学家奥斯卡·明科夫斯基(Oskar Minkowski)和约瑟夫·冯·梅林(Joseph von Mering)在斯特拉斯堡大学首次展示了胰腺分泌物与糖尿病之间的联系。他们在研究胰腺分泌物对脂肪代谢的影响时,对一只实验犬进行了胰腺全切除,结果发现该动物出现了与糖尿病无异的症状。

早在二十年前,一位德国医学生保罗·兰格汉斯(Paul Langerhans)发现了胰腺中的两种细胞系统:他知道腺泡细胞产生胰腺消化分泌物,但另一种细胞系统的功能他却无法确定。这些细胞在兰格汉斯看来像是漂浮在腺泡细胞中的小细胞簇或岛屿。

1901年,约翰霍普金斯大学的美国病理学家尤金·奥皮(Eugene Opie)将这些被命名为“兰格汉斯岛”的细胞退化与糖尿病的发作联系在一起。通过这些以及许多其他研究人员的实验努力,为20世纪初发现胰岛素——兰格汉斯岛的抗糖尿病激素——铺平了道路。

弗雷德里克·班廷

1920年,弗雷德里克·格兰特·班廷(Frederick Grant Banting, 1891–1941)是一位在加拿大安大略省伦敦市苦苦挣扎的外科医生。班廷是来自安大略省阿利斯顿的卫理公会农民家庭中最小的儿子,他几乎进入了卫理公会的牧师行列,但在最后一刻决定从医。第一次世界大战缩短了他在多伦多大学的五年医学课程:他的班级在1916年夏天完成了整个第五年课程,并在获得匆忙的学位后奔赴战场。

班廷在加拿大陆军医疗队担任营级军医;在被弹片击中手臂受伤后,他于1919年返回多伦多。他在多伦多的儿童医院接受了外科医生培训,然后决定在安大略省伦敦市开设一个小型外科诊所。不幸的是,他从诊所赚到的钱很少,迫使他在当地医学院担任示范讲师。正是在这一身份下,班廷于1920年10月30日准备了一场关于胰腺功能的讲座。他在医学院图书馆停留时,拿起了最新一期的《外科、妇科与产科》期刊,并阅读了一篇题为《兰格汉斯岛与糖尿病的关系,特别是胰腺结石病例》的文章。

班廷接触约翰·麦克劳德

在阅读文章后,班廷思考着胰腺分泌物的问题,并写下了一个初步实验的想法,以进一步研究胰腺分泌物与糖尿病之间的关系。11月7日,在同事的建议下,班廷将他的想法提请苏格兰生理学家约翰·詹姆斯·里卡德·麦克劳德(John James Rickard Macleod, 1876-1935)注意。麦克劳德是多伦多大学的碳水化合物代谢专家,也是班廷的母校的教授。

麦克劳德是牧师的儿子,他在阿伯丁大学接受医学培训,在莱比锡大学接受生化培训。1903年,麦克劳德移居美国,在俄亥俄州克利夫兰的西储大学(现凯斯西储大学)担任生理学教授。西储大学工作15年后,麦克劳德接受了多伦多大学的教授职位,研究呼吸系统。

麦克劳德早期发表了一系列关于尿糖(糖尿病的常见迹象)的论文。作为熟悉该领域文献的科学家,他对班廷对糖尿病和胰腺的知识范围并不满意,并对班廷的想法持怀疑态度。然而,麦克劳德还是决定给班廷提供实验室空间、一名助手和一些实验用狗,为期两个月。

实验开始

班廷和他的助手查尔斯·赫伯特·贝斯特(Charles Herbert Best, 1899-1978)于1921年5月开始实验。贝斯特是加拿大父母的美国儿子,刚刚在多伦多大学获得生理学和生物化学学士学位,并被雇为麦克劳德的研究助理。麦克劳德将贝斯特分配给班廷,29岁的外科医生和22岁的助手开始了他们的工作。

时机和好运使多伦多研究人员成为首批宣布胰岛素发现的人。德国和匈牙利的科学家曾非常接近找到纯胰岛素,但由于资金不足和第一次世界大战的破坏,他们的进展停滞不前。班廷和贝斯特继承了早期研究者的脚步,通过胰管结扎(即将胰管与小肠绑扎)和胰腺切除术(完全切除胰腺)相结合的实验方法研究糖尿病。

胰管结扎使产生消化分泌物的腺泡细胞萎缩,仅留下兰格汉斯岛的细胞。事实证明,胰管结扎的狗不会患上糖尿病。胰腺切除是诱发糖尿病的方法:当所有胰腺组织被移除时,实验狗立即显示出糖尿病的迹象。

班廷10月30日的想法是对狗的胰管进行结扎,并提取和分离腺泡细胞萎缩后产生的任何分泌物。他和贝斯特开始了这个实验,结果发现保持胰管结扎和去胰腺的狗活得足够长以进行任何测试是很困难的。

然而,经过一个夏天的多次挫折和失败,团队在秋季报告他们通过注射用胰管结扎的胰腺制成的提取物并按照麦克劳德的指示用盐水制备的提取物,成功地维持了一只严重糖尿病的狗的生命。令人惊讶的是,这种提取物显著降低了糖尿病实验狗的血糖水平。

结果的展示与紧张局势的开始

1921年12月30日,麦克劳德、班廷和贝斯特在耶鲁大学召开的美国生理学会会议上展示了他们的研究结果。由于紧张和缺乏经验,班廷在展示论文时表现不佳,观众对所展示的结果高度批评。作为会议主席,麦克劳德加入讨论,试图挽救班廷免于严厉的评论。此后,班廷坚信麦克劳德试图窃取他和贝斯特的功劳,两人关系开始恶化。

纯化胰岛素和首次人体测试

1921年底,麦克劳德邀请了詹姆斯·伯特伦·柯利普(James Bertram Collip, 1892–1965),一位在多伦多大学生理学系的生物化学家,来帮助班廷和贝斯特纯化他们的提取物。柯利普是多伦多大学的毕业生,当时他正在从阿尔伯塔大学的假期中回到母校。随着实验进度的加快,班廷和贝斯特需要大量的提取物,而柯利普开始着手为临床试验纯化提取物。

首次针对人体患者的临床试验是在一个严重糖尿病的14岁男孩身上进行的。尽管提取物注射没有产生显著的好效果,但多伦多团队继续实验。不久之后,柯利普在纯化提取物方面取得了突破,他使用稍高于90%浓度的酒精来沉淀出活性成分(胰岛素)。

与此同时,四位科学家之间的个人紧张关系也在加剧,班廷对麦克劳德愈发感到不满,并将自己和贝斯特与柯利普对立起来,争夺提取物的纯化。在1月底,柯利普来到班廷和贝斯特的实验室,告诉他们虽然他发现了生产纯提取物的方法,但他只会与麦克劳德分享。班廷差点攻击柯利普,幸好贝斯特迅速制止了他。

幸运的是,几天后达成的不安协议使他们得以继续合作。1922年5月3日,麦克劳德代表团队在美国医学协会的会议上向国际医学界宣布,他们发现了“胰岛素”——这一抗糖尿病的药物。

诺贝尔奖

班廷和麦克劳德因发现胰岛素而获得了1923年的诺贝尔生理学或医学奖。诺贝尔委员会仅选择班廷和麦克劳德获奖,引发了更多的敌意。班廷愤怒于麦克劳德与他共同分享奖项,立即宣布他将把奖金与贝斯特分享。麦克劳德,或许是对班廷的举动作出反应,宣布他也会与柯利普分享他的奖金。

到1923年底,胰岛素在印第安纳波利斯的伊莱·莉莉公司实验室已开始商业生产。接受胰岛素注射的糖尿病患者从昏迷中恢复过来,重新开始摄入适量的碳水化合物,意识到他们获得了新的生命。

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