胰島素是糖友救命武器,研發幕後功臣之一是狗

作者 | 發布日期 2019 年 11 月 13 日 17:30 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly


11 月 14 日是世界糖尿病日,胰島素是控制病患血糖的救命武器,但鮮為人知的是,除了為藥物研發鍥而不捨的科學家,胰島素開發的另一個幕後功臣是人類最好的朋友「狗」。

擁有 24 項藥物相關專利的唐諾‧克希(Donald R. Kirsch)博士在著作《藥物獵人》(繁體中文版由臉譜出版)詳細說明了胰島素研發、產製過程。

過去許多藥物研發都從植物找尋靈感,到了 1900 年,生物醫學界普遍認為動物製劑根本沒用。然而,過了 20 年,他們在狗的器官找到史上最重要的藥物。

第一型糖尿病多從孩童時代就發病,若不予治療,會危及生命。病患常會一直口渴與飢餓,即使攝取大量水和食物,仍會慢慢減輕體重,日益憔悴。糖尿病也會破壞血液循環與神經系統。血液循環不良可能導致視網膜血液不足,最後失明,也可能截肢。

研究人員偶然發現治療糖尿病的方法。1889 年,兩名歐洲醫師進行許多研究,想要確認胰臟這個神奇的器官有何功能。他們先移除健康犬隻的胰臟,再觀察發生什麼事。

結果本來規規矩矩的狗,整天都在實驗室的地板撒尿。研究者知道頻尿是糖尿病的症狀,於是檢驗狗的尿液,發現裡面糖分很高。

醫師進一步了解胰臟的運作,希望預防糖尿病。他們指出,狗的胰臟會產生一種激素,控制身體代謝葡萄糖,這種激素就是胰島素。

胰島素就像「鑰匙」,能打開體內細胞膜的通道,讓葡萄糖進入飢餓的細胞。如果少了胰島素,葡萄糖濃度就會累積在血裡,過一段時間,高血糖會超過腎臟重新吸收的能力,過多的糖分就會排到尿中。

科學家假設,只要給第一型糖尿病患者胰島素,就可以治療他們。起初假設,只需要取出健康的胰臟,加以研磨,萃取胰島素,注入糖尿病患身上即可。但因胰臟生理機制複雜且特殊,除分泌胰島素,也會產生酵素,讓小腸消化蛋白質,但胰島素就是蛋白質。

每當研究人員磨好胰臟,想從中萃取胰島素時,不免把胰島素和酵素混在一起而破壞了胰島素。世界各地的科學家紛紛著手研究,但都徒勞無功。直到弗雷德里克‧班廷(Frederick Banting)出現。

帶來製藥界革新與針劑革命

班廷讀到一篇研究報告指出,如果把負責將消化酵素送到小腸的胰管箝住,在胰臟產生消化酵素的細胞就會死亡,但分泌胰島素的細胞會活著。

班廷開始展開實驗,想箝住狗的胰管,但手術非常困難。他們實驗的第一隻狗,因為麻醉劑量過高而死,第二隻狗死於失血過多,第三隻死於感染。

後來有 7 隻狗活了下來,但胰管結紮過程很棘手,如果太緊會感染,如果太鬆,生產消化酵素的細胞不會凋亡。這 7 隻「倖存」的狗兒,有 5 隻仍會分泌胰島素,但分泌酵素的細胞也沒有萎縮。他們又對這些狗進行手術,結果又有 2 隻死於併發症。

無狗可用的窘態讓班廷研究團隊穿梭在多倫多的大街小巷,抓流浪狗回來實驗,最後終於成功收集到第一個萎縮的胰臟。他們磨碎胰臟,把萃取物注入一隻有糖尿病的實驗犬。結果 1 個小時內,狗的血糖值下降了近一半。

實驗的成功令人興奮,但萃取胰島素的過程仍不穩定,且每隻手術時犧牲的狗製造出來的胰島素,只夠生產幾劑。若想用犬隻胰島素拯救整個國家的糖尿病患,無異是天方夜譚。

後來,藥廠找到更穩定的萃取方法:取用大量豬牛胰腺,同時也尋找第一個人類試驗品。他們找上一名 14 歲骨瘦如柴的少年,他因糖尿病陷入昏迷。

注入高純度胰島素後,少年血糖值大幅下降,逐漸恢復力量和精力,這是第一次人類糖尿病患成功治療。即使胰島素無法治癒病人,但起碼讓他多活了 13 年。在這之前,罹患糖尿病的孩童如果幸運,診斷後只能再活一年。

1923 年,胰島素首度在北美洲上市,不光是製藥界的革新,也是針劑革命。不過,豬牛胰腺生產的胰島素畢竟和人類胰島素不完全一樣,可能引起過敏反應,如長疹子,最常見的是失去皮下脂肪(脂肪萎縮)。解決方法當然是使用真正的人類胰島素,但在胰島素販售超過 50 年後,糖尿病患還是只能使用動物性胰島素。

一直到 1970 年代,一名在史丹佛大學研究病毒的教授做了 20 世紀最重要的實驗之一。他從細菌細胞移除一段 DNA,把這 DNA 插入猴子細胞。過程稱為「重組 DNA」。

當猴子細胞接受外來 DNA,細菌的基因就能在猴子細胞生產和細菌細胞一樣的蛋白質。換言之,細菌的基因可一同操作猴子細胞,製造新的分子產物。

1975 年,研究人員將兔子製造血紅素的基因插入培養皿的大腸桿菌,這是第一個將哺乳類基因移轉到另一個有機體。科學家操縱細菌細胞,使之產生兔子血紅素,這是基因學分水嶺,也代表基因藥物即將誕生。

人類任何基因都可在試管做出人類蛋白質,複製胰島素基因、製造人類胰島素是科學家的首要目標。有藥廠花了一年時間,成功分離人類胰島素基因,為糖尿病治療劃下新的里程碑。

不過,許多糖尿病患對使用胰島素保持戒心和疑慮。中華民國糖尿病衛教學會理事長杜思德日前接受《中央社》記者採訪時表示,台灣糖友胰島素施打率僅 12%,與國際的 30% 有明顯差距,僅 40% 糖友的糖化血色素控制在 7%。

杜思德說,如果該用胰島素治療卻未用,胰島細胞會持續衰退,開始產生許多不可逆的糖尿病併發症。統計發現,不到 15% 的糖友控糖良好,且糖尿病合併腎病者眾,導致台灣末期腎病的負擔也是世界之最。

民眾之所以抗拒胰島素治療,杜思德說,是因過去坊間將胰島素和晚期症狀連結,誤以為胰島素會導致失明、洗腎、對身體不好等,加上有些人怕打針,以為針劑很粗,但都是偏見。尤其台灣社會對「保健食品」相當寬容,容易誤信偏方,也都可能影響常規治療意願。

杜思德表示,胰島素可發揮「解救」「強化」「取代」功能,有些糖友在胰島素介入後,血糖迅速獲得良好控制,就可以停用胰島素,只有身體胰島素功能完全失常的人才需要長期使用胰島素,糖友若有疑慮,應該醫師充分討論,「該用就要用」。

(作者:陳偉婷;首圖來源:pixabay