胰島素發現至今 100 年,有哪些關鍵突破?

作者 | 發布日期 2021 年 09 月 18 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


今年是「胰島素」(insulin)發現 100 週年,在它被發現之前,糖尿病簡直是一種絕症,患有這種代謝疾病的患者通常餘日無多。如今,全球數百萬計第一型糖尿病患在胰島素的幫助下已經能過著正常生活,據估計,2025 年胰島素產值高達 300 億美元。胰島素的發現及治療病患過程中有許多突破性進展,以下扼要介紹。

胰島素是人體新陳代謝重要一環

胰島素是胰臟內細胞(β 細胞)所分泌的蛋白質激素,是調節體內葡萄糖新陳代謝重要的因子。胰島素作用在肌肉、脂肪組織細胞表面接受器蛋白時,能刺激這些細胞將葡萄糖由血液運送至細胞內,因而能調節血糖濃度。胰島素還會刺激組織細胞吸收血液中脂肪,並將多餘能量以脂肪形式儲存起來。

此外,胰島素也會影響蛋白質、DNA 的合成,因此胰島素是調節人體新陳代謝十分重要的一環,當功能失常時,將導致體內醣類、脂肪、蛋白質等整體新陳代謝紊亂。

糖尿病會引起多種併發症

糖尿病是由於體內胰島素產生不足(一型)或無法發揮正常功能(二型),使得身體對糖類的利用效率降低進而導致血糖飆升,血液中過多血糖無法被器官組織吸收利用,最後須仰賴腎臟將其排出體外而導致尿中有糖的現象,且糖尿病患由於代謝異常,血脂肪也容易偏高。

基於上述原因,糖尿病患容易出現腎臟病變、心血管疾病、視網膜病變等併發症而嚴重危害健康。相反地,若能有效提升病患體內胰島素濃度,就能幫助血糖濃度保持穩定並避免各種併發症。

胰臟與糖尿病的關聯性

1889 年德國斯特拉斯堡大學(University of Strassburg)病理學家奧斯卡·閔可夫斯基(Oscar Minkowski,1858–1931),為了研究而將一隻狗的胰臟完全切除,令他驚訝的是,這條狗開始出現糖尿病所有症狀,這項發現首度將胰臟與糖尿病的關係串連起來。

但當科學家將胰臟磨碎並餵給患有糖尿病的動物後,發現並無法治癒或減輕糖尿病症狀,因為胰臟會產生消化酶,混合後這些消化酶會破壞胰島素而使其失去作用。必須要有一種將消化酵素與胰島素分離的方法,才能獲得具有活性的胰島素。

成功分離胰島素

1920 年,加拿大安大略省一位小鎮醫生費雷德里克·班廷(Frederick Banting)某天突發奇想,認為利用手術將動物體內連接胰臟和消化系統間的導管阻斷一段時間後,胰臟中產生消化酶的功能可能會喪失,此時胰臟應該就不會含有「破壞性」消化酶。

1921 年 7 月 27 日,班廷醫師在多倫多大學實驗室完成了這項實驗,他從一隻接受上述手術的狗體內萃取萎縮胰臟的物質,並將其注射到另一隻患糖尿病的狗身上,發現糖尿病的症狀因此戲劇性地消失了,這一天也被視為人類發現胰島素的日子 。

胰島素治療糖尿病的濫觴

然而班廷醫師取得胰島素的做法既不人道也無法量產,於是生物化學家詹姆斯·科利普(James Collip)被指派開發出一種能大量分離胰島素的方法。

科利普運用逐漸增高胰臟萃取液中酒精濃度的方法,由於大部萃取液中的蛋白質在較低酒精濃度下會產生沉澱,而胰島素只在較高濃度酒精時才沉澱,藉此他得以成功分離出胰島素。

1922 年 1 月,多倫多醫院開始利用純化胰島素治療糖尿病患,許多命在旦夕的患者奇蹟似地活了下來,受惠於胰島素的病患也愈來愈多。胰島素的發現拯救了無數糖尿病患生命,對科學及醫學發展影響深遠,1923 年旋即獲得諾貝爾醫學獎之肯定。

基因工程技術生產的第一個上市藥物

由於基因轉殖技術的發展漸趨成熟,1978 年美國基因技術公司(Genentech)成功將人類胰島素基因植入大腸桿菌,利用細菌來生產胰島素蛋白,這項技術的突破進一步提升了胰島素產量。1982 年,美國食品藥物管理局 FDA 終於批准以基因工程技術所生產的胰島素用於治療糖尿病患,這是第一個獲得 FDA 核准上市的基因工程藥物,也是現代生物醫學發展的重大里程碑。

結語

現今全球每年約有 7,000 萬名糖尿病患需要胰島素控制血糖,但由於貧富不均等因素,仍有眾多患者無法負擔或不能獲得胰島素治療。 世衛組織前總幹事陳馮富珍(Margaret Chan Fung Fu-chun)曾指出:「許多必須依賴胰島素以維持生命的的糖尿病患,最終因無法取得或負擔不起胰島素而失去了生命。」是的,如果沒有均富、穩定及公平的社會,科技、醫學進步並不足以拯救所有遭受病痛折磨的人們。

(首圖來源:shutterstock)

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