今年是胰岛素发现100周年，胰岛素的重要性不言而喻。
中国的糖尿病患者人数居全球第一。调查显示，中国成年患者总数约为1.2亿，患病率高达12.8%，每年有约83.4万人死于糖尿病引发的各类并发症。胰岛素的发现为糖尿病患者带来了治疗希望。
今天我们将要讲述胰岛素发现背后的故事，以此向药物背后的研究者致敬。
1921年，多伦多的四个科学家率先提取胰岛素，并将其用于治疗糖尿病，从而拯救了成千上万人的生命。但是，本文并不是关于这四个科学家的故事，而是要介绍一位更低调、鲜为人知的科学家——Israel Kleiner。在胰岛素被提取并应用于糖尿病患者之前，Israel Kleiner就已经确定胰腺提取液可以治疗糖尿病。
但是为什么他的研究戛然而止，以至于让四位科学家捷足先登夺获诺贝尔奖呢？他错过这一项重要的发现对他个人有什么影响？发现胰岛素的要素有哪些？读完本文，相信您就能解开这些疑惑。
在胰岛素被发现之前，糖尿病被视为不可治疗的疾病，往往会导致死亡。当时唯一的治疗手段便是饥饿疗法，该疗法由洛克菲勒医学研究所（现为洛克菲勒大学）的一位名叫Frederick Madison Allen的内科医生所提出。Allen第一个意识到，糖尿病是身体新陈代谢失调引起的，如果控制热量摄入，糖尿病引起的酮症酸中毒就能得以缓解。但是，如果抑制了酸中毒，摄入的热量就会减少。因此糖尿病患者往往是饥饿与酸中毒的博弈，而这两者导向的都是死亡。多伦多四个科学家Frederick Banting、Charles Best、James Bertram Collip和John James Macleod发现胰岛素后，永远改变了糖尿病的治疗手段。胰岛素可以有效缓解糖尿病，从而使得长期因病而卧床不起，甚至垂死的糖尿病患者们恢复健康。1889年，俄国科学家Josef von Mering和Oskar Minkowski摘除了一条狗的胰腺，并观察其多饮、多尿的情况，发现其尿液中存在糖分，从而首次将胰脏与糖尿病联系在一起。
1901年，Eugene Opie提出，糖尿病患者胰腺中的胰岛往往被破坏，因此问题的关键在于明确“胰岛是如何控制糖代谢的”。其中的一种可能是：胰岛会产生激素，控制内分泌，进而影响血液中的葡萄糖浓度。在20世纪90年代早期，自Georg Ludwig Zuelzer开始，许多科学家开始试图用胰岛制造的激素来控制血糖浓度，但研究都缺乏确切的证据。因此，尽管Joseph Pratt与Macleod已经得出了结论：糖尿病患者的内分泌不足，胰腺提取物可以控制糖尿病，但是这种观点在当时并未受到广泛认可。1913年，Allen并不看好胰岛素的作用：“虽然在一些案例中，胰腺对糖尿病患者的消化起到一些作用，但注射胰岛素已经被证实既不能产生效果，又会产生副作用。从Minkowski的失败开始，研究就没有成功过。”42年后，Allen在给Kleiner的一封信中承认：Kleiner的研究发现胰腺提取物可以有效降低血糖浓度，他才改变了想法。由于技术的限制，人们无法验证糖尿病是缺少胰腺制造的激素引起的，因此争论一直不断。争议主要集中在两点：第一，当时人们能确认葡萄糖是在尿液中，而不是在血液中。但是人们无法准确检测患有糖尿病的动物尿液中的葡萄糖浓度，因此研究人员无法确定胰腺提取物能否改善糖代谢。第二，由于提取物比较粗糙，注射往往会引起发烧和发炎等的副作用，因此不太适合人类使用。Banting、Best、Macleod和Collip解决了第二个问题，而Kleiner则解决了第一个。1921年，Banting与Macleod合作首次从狗的胰腺中提取出胰岛素，并成功地应用于临床治疗，两人也因为发现胰岛素而分别获得了1923年的诺贝尔生理学与医学奖。Banting与其助手Best分享诺奖，而Macleod也与Collip分享奖项。胰腺
胰腺也被称为胰脏，是脊椎动物具有外、内分泌功能的腺体。
外分泌由腺泡、连通肠腔的导管组成，腺泡分泌多种消化酶，导管上皮细胞分泌碳酸氢盐、钠、钾、氯等离子和水，合称胰液。经导管进入十二指肠的胰液可消化糖、脂肪和蛋白质，是机体重要的消化液。
内分泌由胰岛所组成；胰岛分泌胰岛素、胰高血糖素、胰多肽和生长抑素等激素。胰岛素、胰高血糖素对维持血糖水平有十分重要的作用。
胰岛
1869年，德国病理学家保罗·兰格尔翰斯（Paul Langerhans)发现了胰岛（兰格尔翰斯岛，德语: Langerhans-Inseln 英语: Islets of Langerhans）。胰岛是胰脏里的岛状细胞团，由一群分泌激素的细胞所组成。胰岛的直径是50-500μm之间，每个胰岛含有约1000个细胞。
Israel Kleiner出生在康涅狄格州的纽黑文，他的爷爷是从来自德国的法兰克福的新移民，而奶奶来自法国的阿尔萨斯。他的爸爸是一个裁缝，并且希望Kleiner将来也能成为一个裁缝，但这并不是Kleiner真正想要的。
Kleiner在纽黑文的耶鲁大学读完了本科后，又在耶鲁继续读硕士。他在耶鲁谢菲尔德科学学院Lafayette Mendel的实验室做研究。Mendel是美国营养研究之父，他和他的同事发明了一种装置，可以选择性剥夺动物的某种营养物质，以此来证明动物所需的重要氨基酸。此外，他还研究了缺乏维生素A会导致的问题。Kleiner在杜兰大学任教一年后，便向洛克菲勒研究所的Samuel Meltzer实验室申请重新从事研究。1910年，洛克菲勒研究所在世界已经享有很高的声誉，也是当时美国为数不多的拥有研究资金资助的地方。Simon Flexner是研究所的主任，他召集了国际上一批出色的科学家一起来解决人类健康问题。1904年，Samuel Meltzer是该研究所招募的第一位生理学家。Meltzer是美国国家科学院的成员，他最突出的成就是发明了呼吸器，当时他称之为“吹气装置”。11919年，Kleiner就已确定胰腺提取液可治疗糖尿病
在胰岛素被成功提取之前，Israel Kleiner就尝试用胰腺提取液来治疗糖尿病。
1910年至1919年，Kleiner在洛克菲勒医学研究所工作。1919年，Kleiner发表了论文，确定胰腺提取物可以降低患有糖尿病的狗的血糖浓度，而这比Banting和Best第一次发布关于胰岛素论文要早2年。《发现胰岛素》的作者Michael Bliss在文章中写道：“在多伦多科学家们发现胰岛素之前，Kleiner的结论是最具说服力的。”在Meltzer的实验室，Kleiner将正常狗与切除了胰腺的患有糖尿病的狗作为对照组，给两种狗分别注射葡萄糖，并观察它们的变化。1914年，Kleiner和Meltzer的研究报告显示，注射葡萄糖1.5小时后，患有糖尿病的狗的血糖浓度是正常狗的3倍多。在另一项研究中，Kleiner和Meltzer还写道，给患有糖尿病狗注射胰腺提取物后，再给他们注射葡萄糖可以放缓血糖的升高速度。此外，他们还指出注射胰岛提取物可以改善患有糖尿病狗的葡萄糖耐受量。这些研究第一次提出胰岛素可以纠正患有糖尿病的动物的葡萄糖耐受量。Kleiner和Meltzer总结说，切除胰腺后血糖过多不是因为产生了太多糖，而是因为“胰腺被摘除使得某些身体组织的葡萄糖消耗量降低”。他们之后还表示：“如果有胰腺，那注射葡萄糖后，升高的血糖可以很快恢复正常水平；但如果没有胰腺，血糖往往无法恢复正常。”这个结论在当时意义重大，因为自Claude Bernard的研究开始，人们普遍认为患糖尿病是因为产生了过量的葡萄糖。而Kleiner和Meltzer的研究则表明胰岛素具有调节葡萄糖的作用。虽然Kleiner和Meltzer在1919年才公布了完整的调查数据，但他们的初次报告就已经表明胰腺提取物可以改善患有糖尿病的狗的血糖浓度。1915年8月19日，Kleiner和Meltzer的研究被发表在《纽约时报》上，标题名为《找到糖尿病的病因，现在就寻求治疗：洛克菲勒研究所的博士表示疾病是胰腺衰竭导致的》。这比Banting和Best第一次发表论文早了7年。然而，由于当时一战爆发，洛克菲勒研究所的研究很快被迫中断了。Kleiner在1918年才重新开始研究胰腺提取物的作用，Meltzer在1919年1月给Flexner的报告中写道：“Kleiner又重启了之前的研究，就是研究静脉注射胰腺提取物对摘掉胰腺后高血糖与高尿糖的中和作用。”当时，研究所已经基本恢复正常，但Kleiner却没有。那时候Meltzer患有糖尿病，决定退休，他写信给Flexner说到：“过去和现在的糖尿病患者的命运并没有什么不同，过去和现在都有太多欺骗和混乱”。Meltzer退休后便关闭了他的药理学和生理学实验室。1919年9月，Kleiner被迫离开实验室，又在纽约顺势疗法学院找了一份工作。9月前，Kleiner独自完成了他的研究，并提交了一篇名为《静脉注射胰腺乳剂在实验中对糖尿病的作用》的论文，Kleiner是此论文的唯一作者。11月，他的论文发表了，这要比Best和Banting发表第一篇论文早大概两年半。这篇论文写得非常精彩，Kleiner拿出了坚实可靠的实验数据，来比较注射胰腺提取物和下颌腺提取物对被切除胰腺的狗狗的血糖水平影响。下颌腺是具有高水平消化酶的外分泌器官，因此下颌腺提取物可以作为完美的对照组。此外，为了最大程度降低免疫反应，Kleiner给狗注射它自己的腺体提取物，即腺体提取与注射都来自同一条狗。部分研究的数据如下图2显示，胰腺与下颌腺的平均葡萄糖浓度(单位：mg dP–1)基线相似（胰腺提取物（PE）：0.28±0.012，颌下提取物（SE）0.31±0.033；P = 0.38）。而注射结束时和注射95分钟后，胰腺提取物与颌下提取物的葡萄糖浓度完全不同，分别为（PE：0.21±0.014，SE：0.31±0.022）和（PE：0.18±0.013，SE：0.34±0.029）。而糖尿病狗在输注胰腺提取物之前、期间和之后的血糖比较更为显著。它们的葡萄糖浓度基线为SE：0.28±0.01，刚刚完成注射后SE：0.21±0.014，而注射结束后95分钟SE：0.18±0.013。图2：Kleiner的主要实验，图表显示了注射胰腺提取物和下颌腺提取物对被切除胰腺的狗的血糖水平的影响。3Kleiner：“导致我没有继续研究提取胰岛素的原因已经不重要了”
Kleiner完全明白这些数据意味着什么。就像他在论文引言中所说，胰腺可以改善糖尿病狗的病情，研究“可以支持糖尿病的内分泌假说”、“提出了可能的治疗方向”。他写道：“实际上这些胰腺乳剂降低了糖尿病患者的血糖浓度，且没有产生副作用，这表明胰岛提取物有可能被运用于人类的糖尿病治疗中。”他想知道“另一种生物的胰腺乳剂”是否会起到同样的效果，使动物的腺体提取物被用来治疗人类。他最后还指出：“我们未来的工作要重视药剂的提纯、浓缩和鉴定。”但是，由于纽约顺势疗法学院当时没有相关的动物研究设备，Kleiner没能继续研究下去。当他恢复研究时，他不得不在冷泉港实验室研究胰岛素对葡萄糖在血液中传输的影响。Kleiner没有继续研究如何提取胰岛素，并将其应用于人类的糖尿病治疗。Bliss在书中写道：“在1919年，Kleiner比其他任何人都更接近成功，但Kleiner从来没有公开声称过是自己发现了胰岛素”。Kleiner本人也从来没有公开解释为什么他的研究戛然而止，他仅在40年后提到过：“很难用几句话解释清楚为什么我们没有继续提纯胰岛素，而且现在也没有解释的必要，因为这已经不重要了。”1921年，Banting和Best在Macleod实验室开始研究胰腺提取物对患有糖尿病的狗的影响。1922年2月，他们发表了第一篇论文，研究中他们给6只狗注射了71次胰腺提取物。此外，他们在两个实验使用了其它的组织提取物，其中一个实验用了肝脏提取物，另一个使用了脾脏提取物。然而这次实验结果并不理想，数据显示，在63次注射中有37次对血糖起到了影响，在多数情况下影响都很小。在这些实验中，Banting和Best设置了25组对照组，例如不同的提取物的制备（酸性/碱性提取物）、结扎胰腺管/移除整个胰腺、不同注射的间隔时间。由于每个实验差异很大，而且没有严格的量化数据，因此无法统计实验数据，甚至无法得出胰腺提取物是否能产生影响的明确结论。总之，这项研究发布在Kleiner和Meltzer第一份报告7年后、Kleiner具有确切结论的论文3年后，仍然无法得出确切的结论。好在，这只是第一篇论文。Macleod建议Banting和Best与生物化学家Collip合作，以提取这些要素。首先，他们通过等电点沉淀法制备了一种无毒素的提取物。在Banting和Best发表论文后的10个月内，他们第一次给糖尿病患者注射了胰岛素。1923年，瑞典诺贝尔奖委员会将诺贝尔生理学和医学奖分别颁给了Banting和Macleod。Banting将他的奖金与助手Best分享，而MacLeod也与Collip分享了奖项。
尽管Banting、Best、Macleod与Collip发现了胰岛素并将其应用于人类的疾病治疗，但他们并不是第一个证明胰腺激素可以被用于调节葡萄糖的人——这项成就应该是Kleiner的。Banting和Best甚至还在他们的论文中承认了Kleiner的首创地位，他们说明胰腺提取物可以降低血糖浓度时写道：“这证明了Kleiner的结论”。在Kleiner的70岁生日之际，他在洛克菲勒研究所的前同事Donald Van Slyke给Kleiner的信中写道：“我回忆起你在洛克菲勒研究所研究的时光，那时你发现了胰腺提取物可以降低血糖与尿糖，并且明确指出未来胰腺提取物在人类糖尿病治疗中的作用。1919年，你在《生物化学杂志》上发表论文后，人们都明白治疗糖尿病需要提取并向人体注射胰岛素。很明显发现胰岛素的荣誉应属于你，可惜最终是由多伦多的科学家们完成了最后一步。”正如培根所说：“只要方向正确，人们就能运用智慧产出无限的发现”，胰岛素的发现也有三个重要因素。第一，通过观察提出问题。1889年，Minkowski发现胰腺被移除后，糖尿病就出现了。Minkowski便开始思考胰腺是不是产生了一种可以降低血糖的激素。第二，技术的发展——为解决问题提供了基础。Kleiner的实验中，正是由于技术的发展才使得他可以测量血液中的葡萄糖浓度。在Kleiner的研究之前，由于没法测量尿液中的葡萄糖浓度，人们很难确定胰腺的作用。而在Best、Banting、Collip和Macleod的实验中，生物化学方法的进步以及Collip的深厚生物化学功底，才使胰岛素的提纯成为可能。第三个，运气！即科学家们可以在正确的时间、正确的地点有机会和条件去完成他/她的工作。即使Kleiner想要继续研究提纯胰岛素，但在当时没有一个合适的平台与机会让他继续这项研究。Kleiner作为一个犹太科学家，除了洛克菲勒研究所，没有其它任何一个机构能为他提供研究设备和资金。尽管20世纪20年代开始，犹太学生能获得一些研究配额，但数量也非常少。在随后的几十年里，大学也几乎不会招募犹太人为教职工。在耶鲁谢菲尔德学院，Lafayette Mendal是唯一的犹太人。除了以上三个因素，还有一个因素——决心。即使决心并不一定能带来成功，但它对于成功起着非常重要的作用，决心是研究成功的必要条件。拿Banting来说，虽然他没有像Macleod和Collip那样的丰富研究经验和专业知识，但他有着强烈的决心和胜负欲，这才使得他像其他人一样，在短短两年的时间里便提取出了胰岛素，给成千上万的糖尿病重症患者带来了治疗希望。而Kleiner和Meltzer在1915年就得出了胰腺可以合成抗糖尿病因子的结论，但是在1916年至1919年间，他们都没有继续研究如何提纯胰岛素，他们在当时研究的是吗啡与硫酸镁对葡萄糖代谢的影响。直到1919年，Kleiner才意识到自己的研究是多么重要。1918年，Meltzer给Kleiner的信中说道，Kleiner “需要为自己的‘绅士’和‘谦逊内向’付出代价”。1955年，Joslin诊所的创始人Elliot Joslin在Kleiner的70岁生日时表示非常欣赏Kleiner：“他从来不会公开声明是自己发现了胰岛素”。Kleiner没有获得名利，但是他收获了幸福、平静和安逸的生活。Kleiner在妻子、两个孩子和五个孙子的陪伴下安享晚年。除了他早年在糖尿病研究工作、教学和生物化学教科书写作中得到的满足，他还画了一幅画（如图4），并写了打油诗来取悦家人。图4：Israel Kleiner-Savin Rock（Savin Rock是Kleiner童年时家附近的一个游乐园）相比之下，诺奖获得者Banting却没能拥有相似的晚年生活。1914年，Banting因飞机失事而去世，《时代》杂志在讣告中描述他的性格像“炮仗一样，一点就着”，并将他定义为“一个固执、性情暴戾、言辞犀利的男人”。Banting从来不会觉得满足。
图5：Frederick Banting
这就提出了我们的最后一个问题，如果天平的两边分别是“激动人心的伟大发现”和“宁静满足的生活”，你会站上那一边呢？参考文献：
A tale of two hormones - Jeffrey M Friedman
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%83%B0%E5%B2%9B%E7%B4%A0
http://www.xinhuanet.com/politics/2020-11/14/c_1126738536.htm
本文为编译作品，仅供感兴趣的个人谨慎参考，非商用，非医用、非投资用。文中图片为授权正版图片，或来自微信公共图片库，或取自网络