百年胰島素的發現與發展故事

糖尿病是人類早有記載的疾病。我國古醫籍中的「消渴症」實即糖尿病，因其典型臨床表現為多尿、多飲、多食而得名。在胰島素髮現之前，身患糖尿病的患者只能接受無效的飢餓治療。這意味著，病人在一到兩年內，就會陷入昏迷或死亡。

胰島素起源

糖尿病是人類早有記載的疾病。我國古醫籍中的「消渴症」實即糖尿病，因其典型臨床表現為多尿、多飲、多食而得名。

早在1889年，奧斯卡．閔科夫斯基和約瑟夫·馮研究胰腺的消化作用。將狗的胰腺切除，結果狗的尿量大增，並於10-30d之內死亡。他們同時還發現，切除胰腺後，狗排出的尿招引了許多螞蟻，而正常狗的尿並不招引螞蟻。發現切除胰腺的狗尿中含葡萄糖很多。這吸引了大量科學家投身到類似課題上。

胰島素的發現

科學的研究總是起起伏伏，螺旋式的上升。純化胰島素的方法始終盤旋著沒有突破。而歷史的轉折總是驚人的相似。胰島素的純化就是這樣一個靈光乍現的一瞬間得出的idea。一個名不見經傳的小人物，一個沒有系統的科研培訓的醫生稀裡糊塗的闖進了科學的殿堂，還獲得了舉世矚目的成就-諾貝爾獎。這個小人物就是加拿大醫生Frederick Banting（班廷），在1920年他受到美國的病理學家MosesBarron在《外科和婦產科》雜誌上的文章（儘管胰髒外分泌細胞已壞死，但是絕大部分內分泌胰島細胞仍然存活）啟發。隨即產生了從胰髒提取胰島素的想法。在1921年成功提純了胰島素。

提取方法：應用結紮狗胰導管而使外分泌胰腺壞死（胰腺腺泡細胞—也就是專門分泌消化酶的細胞），然後解剖割取狗的胰腺，切爛搗碎浸泡，從中提取粗提液，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」。

在科學的殿堂，無論是埋入塵埃裡的小人物還是科學殿堂裡的大拿，靈光乍現的一瞬間再加上個人的毅力及堅韌不拔的精神顯得尤為重要。首次提純胰島素，是醫學史上劃時代的里程碑事件。

第一代胰島素-動物胰島素的出現

1922年第一代胰島素-動物胰島素出現。發現糖尿病的原因後，大量的科學家投身於該項研究中。加拿大醫生Frederick Banting（班廷）應用結紮狗胰導管而使外分泌胰腺壞死（胰腺腺泡細胞—也就是專門分泌消化酶的細胞），然後解剖割取狗的胰腺，切爛搗碎浸泡，從中提取粗提液，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」。然而動物胰島素有缺陷，主要是普通結晶的動物胰島素與人胰島素結構不同，極易啟動人體免疫反應，導致過敏。

第二代胰島素-人工胰島素的出現

隨著科技的進步，1955年人工胰胰島素的出現讓胰島素踏入了一個新台階。自從20世紀初，Franz Hofmeister和Hermann Emil Fischer分別發現並提出蛋白質是由氨基酸通過肽鍵連接起來的多肽分子以後，蛋白質中的氨基酸以何種方式組成連接成為許多生化學家試圖瞭解的問題，弗雷德里克.桑格選擇胰島素進行蛋白質序列研究是因為胰島素是當時少數幾種能夠獲得大量純品的蛋白質。這個選擇造就了胰島素的歷史轉折-人工胰島素的出現，同時還造就了一個諾貝爾獎獲得者。故事還得從頭說起。

自費科研的富二代

桑格於1918年8月13日出生在英格蘭格洛斯特郡—個村莊。父親是一位醫生，曾在中國進行醫療傳教，因健康原因回國；母親來自富裕的貴族家庭，且是貴格會的信徒。桑格14歲的時候，被送入了當地的貴族學校。不過，這位日後享譽世界的科學家並不是什麼神童天才，而只是一個表現平庸的學生。桑格的考試分數通常只是中等，而且他性格內向，在學校裡並不引人注意。中學時代過後，桑格來到劍橋大學聖約翰學院學習。在大學裡，桑格依然沒有顯示出什麼過人之處，他雖然是理科學生，但數學和物理都讓他感到吃力，只有化學課的成績還不錯。不過，在聖約翰學院，桑格偶然接觸到一門新興的學科—生物化學，想到可以將自己的愛好（生物）和強項（化學）結合在一起，桑格就很有興致。所以，大學畢業後，桑格選擇繼續在劍橋攻讀生物化學專業的博士學位。1943年，25歲的桑格完成了博士論文《賴氨酸的代謝》，順利拿到了學位。

博士畢業後，桑格走到了人生的岔路口，他要決定將來做什麼了。桑格仔細打量了下自己—熱愛科學（尤其是生物化學方面），智力屬於中等偏上，不怎麼擅長科學理論分析，做實驗或許還有點前途。於是，桑格寫信給一些高校，看看能否爭取到實驗員之類的工作。不過，桑格覺得自己的履歷太過普通，擔心無法打動各個大學的教授。所以，桑格動了動腦子，在求職信後面加了一句「我不缺錢，可以不拿工資……」。不出意外，教授們很歡迎這種送上門來的免費勞動力，紛紛給他遞去橄欖枝。最後，桑格還是選擇了劍橋大學生物化學系的一個實驗室，從此開始了自己的科學研究生涯。

十二年磨一劍，胰島素測序鑄造輝煌學術成果

科研的道路上，也需要志同道合的朋友。1943年，由於個性和志趣相似，劍橋大學教授吉布納爾邀請桑格加入了他的研究小組研究蛋白質序列。當時能獲得純品的蛋白質種類很少。而胰島素是一種最小的蛋白質，它的分子量只有6000，且很容易從附近的藥店買到，便宜還不會耽誤研究的進度，自然研究就鎖定到胰島素。

熱愛實驗室超過愛自己的家，為了確定胰島素中的氨基酸排列，桑格天天泡在實驗室，通過研究，找到2，4-二硝基氟苯試劑（DNFB，後人以他的名字將其命名為桑格試劑），給蛋白質一端的氨基酸著色、切割，然後用紙色層分離法測定氨基酸，最終推斷出牛胰島素的完整序列。

推斷還只停留在初始階段，真正的測序出來，才具有實際價值。桑格通過破壞牛胰島素二硫鍵而獲得兩條鏈，即具有酸性的A鏈和具有鹼性的B鏈。1951年，桑格首先對B鏈進行部分酸處理或胃蛋白酶處理，隨後用電泳、離子交換層析及活性炭吸附等方法，獲得含有5∼20個氨基酸的肽段；再利用雙向紙層析分離，結合氨基酸組成分析及N端分析，可確定短片段氨基酸順序，最後以多個短段序列，利用重疊法獲得胰島素B鏈氨基酸序列。1953年，完成A鏈21個氨基酸的全序列測定。1955年，桑格克服了水解過程中二硫鍵交換、水解酶解後產物分離複雜等一系列難題，經過兩年的艱苦努力，完成了二硫鍵位置的確定。

成功不是一蹴而就的，他需要付出巨大的努力和堅持。從1943年桑格著手研究胰島素，到1955年解析胰島素的精確結構，前後跨越了12年時間。憑藉桑格及其學生和助手的不懈努力與艱苦奮鬥，最終完成了這一重大任務。

桑格因為發現這種測定了胰島素一級結構的方法，而獨享1958年的諾貝爾化學獎。他曾多次表示，第一次獲諾貝爾獎對他之後的學術生涯有著重要的激勵作用。這次獲獎給了他更多自信和熱情，支持他繼續以自己喜歡的方式進行科學研究。

附：胰島素商業化進程

1992年由美國禮來公司研發的人胰島素類似物（賴脯胰島素）優泌樂問世。2005年5月25日賴脯胰島素在中國上市；

1999年由諾和諾德公司研發的速效胰島素類似物門冬胰島素首次在歐洲上市，2002年門冬胰島素在中國上市。

2000年由Aventis公司研發的長效胰島素類似物，甘精胰島素（來得時）在美國和歐洲上市，2003年獲中國食品藥品監督管理局批准而在中國上市。

2004年6月諾和諾德公司研發的長效胰島素類似物地特胰島素（諾和平）獲准在歐洲上市銷售，2005年6月獲FDA批准在美國上市銷售，2010年3月地特胰島素獲中國食品藥品監督管理局批准而在中國上市並開始銷售。

胰島素最新發展

一旦技術和功能性作用實現後，隨後的發展逐步過渡到人體的舒適和實用性上。在這方面，科學家們繼續挖掘。

2019年，口服胰島素，此類藥物有可能成為首款膠囊劑型的口服胰島素。ORMD-0801，在一項涉及269名T2DM患者的IIb期臨床研究中表現出良好的降糖有效性以及安全性。

2020年，Nature子刊發表了一篇介紹「智能胰島素貼片」研究進展的文章。「智能胰島素貼片」的大小約相當於一元硬幣，貼片上整齊排列著數百根可感知血糖水平的微小針頭（長度不足1毫米）並負載胰島素。佩戴時，這些微小針頭可穿透表皮來感知皮下組織附近的血糖水平，並自動響應發揮類似胰腺的血糖調節作用：當血糖水平升高時，其會自動釋放胰島素進入體內，起到降糖作用；當血糖水平逐漸下降時，會減緩胰島素的釋放，防止低血糖的發生。除此以外，諾和諾德每週一次的超長效胰島素icodec開始三期臨床，該胰島素可與白蛋白牢固、可逆結合，形成「循環存儲庫」，半衰期長達196小時，可能是近期最受期待的產品。

參考文獻:

1，History of insulin，Journal of Community HospitalInternal Medicine Perspectives.

2，Shashank R.Joshi*,Rakesh M.Parikh**,A.K.Das.Insulin History,Biochemistry,Physiologyand Pharmacology.SUPPLEMENT OF JAPI JULY 2007 VOL.55.

3，造就諾貝爾獎神話的科學巨人：弗雷德里克．桑格

來源:藥事縱橫