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发现维生素 B12的故事佛山科学技术学院

时间:2015-11-17

与生理学相关的科学故事

提示:本文共有 4633 个字,阅读大概需要 10 分钟。

20世纪的前20余年间,在北美和欧州的许多大城市的医院里,常见到一种神秘的致死性贫血病,患者多为中年以上的各阶层男女,他们血液中的红细胞数仅及正常人的 l/3或更少,面容泛黄,神色疲惫,各种治疗方法都无效,常在 l一3年内死亡。这种病被称为恶性贫血。

1929年,美国波士顿哈佛大学的助理教授、血液学家乔治??迈诺特(George R.Minot,1885一1950及其助手威廉??墨菲(WiIIiamP.Murphy发表了一篇震惊医学界的论文。论文宣称他们对45位患恶性贫血的病人,每人每日给吃半磅生的或轻微煮过的牛肝,几个月过后,贫血症状大为减轻。这项发现不仅使这些病人结束了死刑的宣判,还对血液病的研究开创了一个新的前沿课题。偶然得来的启示有趣的是,他们用牛肝治疗恶性贫血的想法来自于偶然阅读一篇论文。约在前一年(1925的3月间,迈诺特看过一篇在美国生理学杂志上发表的论文,它是由美国病理学家乔治??惠普尔(George H Whipple,1878一1976等写的.内中报告他们的实验用狗由于连续放血而导致慢性贫血,饲以肝脏则能促进血红蛋白的再生。迈诺特读过后想:如果肝脏对贫血狗有效,也可能对恶性贫血病人有效。正是由于受了惠普尔等人的启发,才有了上 述治疗恶性贫血病的新发现。

实际上,迈诺特的这项新发现,可以说是 歪打正着 的一个绝好例子。因为连续放血引起的贫血与恶性贫血,其产生机制完全不同。从以后的研究中得知,前者是缺铁性贫血,是10年后才阐明的;后者是由于维生素B12缺乏所致。但在这个发现中,科学工作者发挥了充分的想象力,这在获得重大成果中是十分必要的。迈诺特在学生时代,就对贫血及其他血液病有兴趣。他试过用切除脾的办法治疗恶性贫血,但无长久效果:在与恶性贫血病人的密切接触中,他了解到这些病人非常厌恶肉食,于是他怀疑这种病可能是一种营养缺乏病。这里用得着引用巴斯德的名言: 在观察的领域中,机遇只偏爱那种有准备的头脑。 人们早期对恶性贫血病的认识 远在1872年,瑞士学者比尔默AntonBriermer曾报道15例贫血病人,有14例死亡,他称之为 进行性恶性贫血 。4年后1876在英国一本医学期刊的社论中,援引了瑞士学者的称呼,在英语中第一次用 恶性贫血,一种新病 来描述这种致死性贫血病。此后,这种病逐渐引起医学界的注意。

恶性贫血的特点是:血液中有不正常的巨型红细胞,其红细胞数目仅为 l00万一300万/mm3。骨髓呈巨幼红细胞生成,还可累及粒细胞及巨核细胞系列。临床症状除贫血外.常伴有舌痛、舌红,轻微黄疽,周围神经炎,还有手足麻木和蚁走感,下肢强直和行动困难。

关于恶性贫血患者的血像,1874 1890年间在欧洲即有所描述。如1874年即记载有其红细胞的计数仅为正常人的l/10;1877年法国即发现其血液中有大量的巨幼大型红细胞,提示有细胞成熟障碍。1916年,美国的迈诺特等人发现切除脾脏可使恶性贫血产生短时期的好转,但不持久。

关于恶性贫血病人胃液缺乏问题,早在19世纪50年代即由英国人乔思斯H.Jones发现。还有报道某些患严重贫血的病人的尸体,其胃中的分泌腺大量萎缩。1860年,一位美国医生甚至认为,这种致死性贫血病是因胃液缺乏引起的消化不良所致。 1900年,丹麦的法勃K.Faber和勃拉克C.E.BIoch检查了33例这种病人,其胃中只有少量的酸或无酸。1921年,美国的列维因S.A.Levine等用小直径易弯曲的胃管,在6年内完成了150位恶性贫血病人的胃液检测,发现其中99%的人在进食试餐后没有游离酸。

坎索的内因子和外因子理论

在迈诺特等发现肝可治疗恶性贫血之后,就有人把肝中的这个活性物质称为 肝因子 ,或 抗恶性贫血因子 。在此后3年,即1929年,坎索wiIIiamB.Castle首先提出内因子和外因子理论来解释恶性贫血的发病机理。在1926 1927年间,坎索还是 个从哈佛大学毕业不久的年轻住院医师。他随他的主任在波士顿市立医院研究恶性贫血。在当时,恶性贫血在波士顿血液学界是一个热门话题。

坎索知道恶性贫血病人的胃,分泌酸和胃蛋白酶的细胞都已萎缩;他也知道有人设想这种病是一种营养缺乏病,如果认真选择适宜食物,是可以治愈的。因此,他问自己:为什么正常人不需要每天吃半磅肝来避免产生恶性贫血?正常人的胃是否可从一般食物中取得相当于恶性贫血病人吃肝所取得的物质?他因此设想:如果我们设法填补了恶性贫血病人缺乏的正常胃的某些成分,或者就有可能使恶性贫血病人的病情好转。于是,坎索开始进行以下实验:

1.在自己身上做试验。空腹后,他吃了300克几乎是生的粉碎的瘦牛肉,在 X线观察下,一个小时后还有2/3留在胃中。他用刺激自己咽部的方法,把胃内食物都反吐出来,获得约200克半消化的牛肉。他向其中加入足量盐酸,使其 pH达到2.5 3.5,然后在37℃温度下孵育;3一4小时,留此混合液备用。2.设计以下两组实验来测定上述半消化的牛肉的效力。每组有恶性贫血患者10人,实验约10天,每天测定患者血液内网织红细胞的数目,作为血细胞再生、病状好转的标志。①第一组患者每日食物中只含200克粉碎的瘦牛肉,作为动物蛋白的唯一来源,10天后并未见到网织红细胞有所增加;②第二组患者每日给予上述由健康人消化牛肉后吐出又经体外孵育的消化混合液。有趣的是,这一组病人在实验第6天,血液中网织红细胞数即开始增加,第10天达到高峰。以后网织红细胞数下降而正常红细胞数开始增加,一直延续到第30天。在这段期间,患者的健康愉快感也大有改善。这项结果与迈诺特每日给予其恶性贫血 病人半磅肝的结果极为相似。

3.每日单独给予恶性贫血病人150毫升由正常人提供的胃液,不给予动物蛋白,对病情无效。

以上实验结果是坎索于1929年发表的。简单地说是:恶性贫血病人,对单独给予牛肉无效;单独给予正常人的胃液也无效;但对牛肉在体外与正常人胃液消化后的混合液有良好反应。 因此,结论是:牛肉提供了一个外因子extrinsicfactor,而正常人胃液提供了一个内因子intrinsic factor,二者合一,才对恶性贫血病的病情好转有效。

外因子和内因子的本质是什么

自从发现 肝因子 以及由坎索提出内外因子理论之后,有不少学者进行这方面的研究。但由于缺乏相似的动物模型以及不易找到复发的恶性贫血病人此种病人大都已得到根治进行提纯物质的规定,以致研究工作进展很慢,直到20年后的 l948 年,才成功地将 肝因子 也就是坎索所称的“外因子”提纯,而内因子则一直没有完全搞清楚。(一 外因子:氰钴胺维生素 B12

外因子被认为是存在于肉类或其他食物中的活性物质。它不被热所破坏,也存在于粗制的酪蛋白、鸡蛋以及自溶的酵母中。在研究外因子时,也曾称之为 动物蛋白因子 。它的提纯,是由美国的化学家雷克斯E. L. Rickes等和英国的化学家史密斯E.L.Smith等于1948年几乎是同时各自从肝脏中提取,并精制成结晶品。此后,对其结构、生理特性、临床应用等,都进行了详细的研究。它是一个含铁化合物,分子量很大,结构也很复杂,是应用X射线逐渐明确其结构并得以肯定的。这个因子由于其被证明是一个营养上需要的物质,所以被称为维生素B12,也称为氰钴胺cyanocobalamin或钴胺素cobalamin。现在维生素 B12的生产以发酵法为主,可大量工业化生产,这对于进行多方面的研究,提供了有利的条件。

二 内因子

关于内因子的研究,一直与外因子一同进行。坎索最初认为 它是一个蛋白质水解酶,当加热至70℃一80℃30分钟,即被破坏。但已证明它不是胃蛋白酶。在1996年,芬兰学者由人胃液中分离出的内因子是一个糖蛋白,只用 l毫克就能和30微克的维生素B12结合。但从40升的胃液中只能提取出纯内因子8毫克。现已知,内因子含有15%碳水合化物。由人胃中分离出的内因子含有约340个氨基酸残基和36个糖残基,分子量为44000,它很可能是一个简单的多肽链。

许多动物都能合成和分泌内因子。它的分泌和胃酸相似。在人体,组胺、五肽胃泌素以及胆碱能刺激都能引起它的分泌。但它对刺激的反应,很快就达到高峰,持续分泌的时间远较胃液分泌为短。

关于内因子在胃中的细胞来源问题,荷兰学者于1966年用放射自显影技术,利用同位素钴B12与内因子的特殊结合活性,首先指出,人胃分泌盐酸的壁细胞,也是产生内因子的细胞。此后又得到其他学者证实。同样地,在免、猴、猫、牛等动物,内因子也由壁细胞分泌。但在小鼠和大鼠,内因子却由主细胞分泌。而猪的内因子却由幽门部的粘液细胞分泌。

内因子是怎样起作用的?

坎索当初设想,内因子和外因子结合形成一个血液生成因素,存贮于肝内;而恶性贫血病人的胃腺萎缩,不能产生必要的内因子,才产生造血障碍。实际上,肝内所含的维生素B12很少,但它治疗恶性贫血的有效剂量也极少。仅每日注射纯维生素B121微克,就能有效地治疗恶性贫血,这剂量比用5微克维生素B12,加胃液使病人口服,还更有效。因此,维生素B12本身就是抗恶性贫血的活性物质。那么,内因子起什么作用呢?直到1950年,有了同位索标记钴的氰钴胺后,才有可能完全了解内因子的作用。

在1957年有人发现,如果给恶性贫血病人口服大量的维生素B12,如50微克或300微克,那么,即使没有加入胃液内因子,也能吸收不产生恶性贫血的维持量。这也可以解释当初迈诺特等的发现,即只吃半磅肝,没有加内因子,也能治疗恶性贫血。计算起来,这半磅肝中含有约200余微克的维生素B12,这样大剂量的纯维生素,即使能吸收2微克,就比注射l微克即能生效的剂量还要多一倍。因此,内因子的重要性仅仅在于:它以某种方式帮助正常人在每日的肉类食物中仅含的约2 5微克的那么微量的维生素B12,得以被肠子吸收入血。

许多研究指出,内因子是作为一个转运蛋白而起作用的。内因子的分子中含有2个不同功能的受体位点。在胃中,它与维生素B12紧密结合形成一个大分子复合物,它们的结合有高度亲和力,这个复合物对蛋白酶的水解作用具有抵抗力。另一个功能位点只与回肠吸收细胞上的受体结合,促使维生素B12的吸收。

关于吸收维生素B12的地点,英人布思C.C.Booth于1959年指出是在人的小肠末段。回肠最后的l/3 1/2是最有效的吸收地点。回肠微绒毛膜的外表面上有特异受体,它与内因子B12复合物接触得很快,二者的结合有高度亲和力。此受体不吸收自由的维生素B12。回肠上的受体数目非常有限。在仓鼠,每一个回肠的吸收细胞共有300 490个受体,也就是说,几乎每一微绒毛只有一个受体位点。人的回肠上的受体含有2个亚单元,其分子量为900O0一140000。在回肠的受体位点上,内因子B12复合物分离,B12被吸收后,即进入门静脉中转运。

总之,内因子的作用有二,一是它与维生素B12紧密结合, 保护后者免受蛋白水解酶的破坏;二是帮助维生素B12在回肠内的吸收。这样看来,目前对于内因子和外因子及其相互关系的认识,已经和坎索原先的设想有所不同了。当然,假说促进了研究的进展,但真理是建立在实验结果的基础上的。这是科学发展的必然规律。

1934年,诺贝尔生理学或医学奖授予惠普尔Whipple、迈诺特Minot和墨菲Murphy三人.以表彰他们发现用肝脏治疗贫血病的功绩。

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