Friedman及Friedland的醫學史上十大發現 (四部之三)

上接： Friedman及Friedland的醫學史上十大發現 (四部之二)

8. Nikolai Nikolaevich Anichkov (1885-1964)--確立膽固醇是形成動脈硬化（atherosclerosis）的原因

Anichkov在德國文獻寫成Anitschekow。俄國病理學家，是過去貴族後裔，父親是教育部副部長，十九歲進入軍事學院，師事Russian histologist Alexander Maximow (1874–1928)，以後又在德國隨病理學家Karl Albert Ludwig Aschoff (1866–1942)學習，1912年得博士學位，論文是“Inflammatory changes in myocardium: apropos of myocarditis,”，其中首次描述 “myocyte”。他又發現所謂“Anichkov cell”，(又名“caterpillar cell”，因為桿狀細胞核周圍有大量clear cytoplasm，形狀似毛蟲，下圖)，是rheumatic heart disease特有的細胞；是在granulomas (Aschoff’s bodies)中含有大量脂肪的巨噬細胞（macrophage）。

1856年德國病理學家Rudolf Ludwig Karl Virchow首度指出cholesterol是atherosclerosis (血管硬化)的原因。(Rudolf Ludwig Karl Virchow，1821-1902，醫師、人類學家、病理學家、史前學者＝prehistorian、生物學者，又從政，而創立社會醫學＝social medicine；有很多醫學發現，包括leukemic cells；對學生的口頭禪：“think microscopically”)。 Virchow的說法被稱為lipid hypothesis；當時另外又有一學說，主張慢性的血管內皮層損傷（chronic endothelial injury）才是血管硬化的原因（現在後者已經幾無人相信）。

當1908年Anichkov在接受病理訓練時，一位臨床醫師A. I. Ignatowski給兔子餵以蛋及牛奶，引起血管硬化，以為是其中某蛋白引起。以後N.W. Stuckey在Anichkov指示之下做兔子的實驗，只有餵以蛋黃的兔子引起血管硬化，給以蛋或肌肉就不會。Anichkov又和和一位學生Semen Chalatov共同研究出血管硬化的rabbit animal model。他們在atheromatous plaque中可以看到doubly refractile droplets，在polarized light會有double cross figures”；肝臟也充滿同樣的物質（就是膽固醇）。Anichkov又發現有些兔子餵以高膽固醇食物，也不會引起血管硬化；這些動物血中也不會有hypercholesterolemia，表示是血中的高膽固醇才會引起血管硬化。他又注意到高血壓及inflammatory process會促進血管硬化。

他們的動物實驗被認為是經典的研究。[Anitschkow NN, Chatalov S (1913). "Über experimentelle Cholesterinsteatose und ihre Bedeutung für die Entstehung einiger pathologischer Prozesse". Zentralbl Allg Pathol 24: 1–9. ] [Anitschkow NN (1913). "Über die Veränderungen der Kaninchenaorta bei experimenteller Cholesterinsteatose". Beitr Pathol Anat 56: 379–404.]

（Classics in arteriosclerosis research: On experimental cholesterol steatosis and its significance in the origin of some pathological processes by N. Anitschkow and S. Chalatow, translated by Mary Z. Pelias, 1913. Arteriosclerosis, 1983, Vol. 3, p. 178–82. [PubMed]；Finking G, Hanke H: Nikolaj Nikolajewitsch Anitschkow established the cholesterol-fed rabbit as a model for atherosclerosis research. Atherosclerosis, 1997, Vol. 135, p. 1–7. [PubMed].）

1914年第一次世界大戰開始，Anichkov回國服役，擔任Russian Army Medical Corp之主任軍醫官。

他在德國Aschoff手下工作時，描述了“foam cell” (他稱為cholesterinesterphagozyten，在血管粥狀瘤=atheroma中，平滑肌細胞及巨噬細胞含有脂肪low density lipoprotein者)；在研究atheromatous plaque之形成過程後，明確指出cholesterol就是引起atheroma的主要原因：「沒有膽固醇就沒有血管硬化」（“There is no atherosclerosis without a cholesterol”）。

自1920到1939，他擔任Department of Pathological Physiology of the Military Medical Academy的教授，持續地在德國、瑞典、日本等各國報告他研究的後續結果，他的貢獻也受世界各國認定。1933年在E. V. Cowdry之Atherosclerosis一書，寫A survey of the problem一章。1942 年，和A. I. Abrikosov著作教科書Pathological Anatomy of the Heart and Vessels，因此被授予國家獎章；書中對atherosclerosis和ischemic heart disease有詳細的描寫。最後他任俄國President of the Academy of Medical Sciences (1946–53)，繼續領導有三十位教授及多位醫師的病理學研究團隊。

有關他的私人事蹟記載不多，個人相片也非常少。他結婚兩次，只有一子，1964年死於心肌梗塞。他的兒子Mily (1920-1991)是Professor of surgery、軍醫上校；孫子Nikolai M. Anichkov (1941～)也是病理學教授，Russian Academy of Medical Sciences院士，俄國病理學會副主席。

他的成就有人比擬為Robert Koch (1843-1910)結核菌的發現(1905年Nobel Prize)。美國生化學家Daniel Steinberg曾說(在著作The Pathogenesis of Atherosclerosis. An interpretive history of the cholesterol controversy: part I. J. Lipid Res., 2004, Vol. 45, p. 1583-93)，如果Anichkov的研究早被認出來，就可以早三十年確立lipid theory，也應該被授與Nobel Prize。

 

9. Alexander Fleming (1881-1955)— 發現penicillin

蘇格蘭人，到倫敦Royal Polytechnic Institute (皇家技術學院)後，聽醫師哥哥的建議，二十歲進入St. Mary’s Hospital，當Dr. Almroth Wright (1861–1947，細菌學家、免疫學家，做autogenous vaccination, 用killed typhoid vaccine)之助手，1906年取得當surgeon資格，又繼續留在St. Mary’s，於1908年取得MB（Bachelor of Medicine，相當於美國、台灣的MD）及BSc 學位(Bachelor of Science, Scientiæ Baccalaureus)。他持續在St. Mary’s當講師，到1914年第一次世界大戰，入伍。1915年和愛爾蘭護士Sarah Marion McElroy結婚。

1918年他再回到St. Mary’s，他的研究興趣在於如何治療傷口的感染，反對用anti-septics治療，因為對內部細菌無效，又對病人有害。1922年，有一天他感冒時，鼻水滴到細菌培養皿[ugh!! 怎麼會如此？又會持續培養？可能是好奇心也很強]，發現以後細菌會溶解。以後就在體液及各種組織內中發現會抑制細菌的蛋白質酵素，因為它會溶解細菌的細胞壁，他命名為lysozyme  [Fleming A. (1922) On a remarkable becteriolytic element found in tissues and secretion. Proc Roy Soc Ser B, 93, 306-317]。（這個酵素在鳥蛋蛋白中中大量存在；佔唾液、眼淚中蛋白質的3%。在monocyte中也很多，是一種很鹼性蛋白hydrolase，容易結晶分離，其立體結構、酵素作用部位已經很清楚，只會溶解革蘭陽性菌細胞壁。因為分子量只有14.7 kDa，可以在myelomonocytic, or monocytic leukemia病患的尿中大量出現—尿蛋白的protein electrophoresis持續兩小時以上，就在很鹼性的部位可以看到protein peak。這是Columbia Cancer Research Institute的Elliott Osserman所發現—1969-1970我的上司）。1928年Fleming升為細菌學教授。之前他就已經因為研究葡萄球菌有名。

九月二十八日，他放兩週長假後回來實驗室，要丟棄一些實驗室角落的細菌培養皿時，發現一皿有青色的黴菌斑污染培養皿，周圍的細菌就沒有生長。他的前助理Merlin Price看了就對他說：「你就是如此發現lysozyme的嘛！」。他分離了這霉菌，是屬於genus Penicillium，（Penicillium notatum）大概是樓下黴菌室污染過來的。以後發現這黴菌的分泌物可以抑制多種革蘭陽性菌，包括Stapylococcus, Streptococcus, Corynebacterium, Meningococcus，但殺不死革蘭陰性菌Salmonella，卻又可殺死革蘭陰性的Neisseria gonorrhoeae；又對人體無害。

翌年，他將此黴菌分泌物稱為penicillin，報告在Brit J Exp Path，但無人注意。因為此黴菌不容易培養，分泌物更不容易分離，細菌對penicillin的反應慢，他也相信penicillin在人血清中也很快消失（現在已知其血清中半生期只有三十分鐘），因此對它的臨床用途不樂觀。那時的一些臨床使用效果不佳的原因，其實是因為他將其用為外敷的藥；不過有時還似乎是有好效果。他當時沒有做很關鍵性的動物實驗：用注射方式治療老鼠的細菌感染。到1932年他已經放棄這項研究，只持續維持這黴菌，提供給別人，一直希望有化學家可以設法大量生產penicillin。

1935年，德國的Gerhard Domagk(1895-1864)製造出第一個sulfa drug (磺胺劑) Prontosil可以治癒Streptococcus感染，是第一個可以治癒細菌感染的抗微生物藥劑。（Gerhard Domagk治癒女兒的感染，免得截肢。1939年被頒Nobel Prize，但納粹德國禁止他去領獎，因為批評納粹政府的Carl von Ossietzky同年得到Nobel Peace Prize! 雖然磺胺劑的用途因為會有較高的過敏率，又可能腎結石、骨髓副作用，抗菌效果也不如penicillin，但是它的研究導致治療結核病的isoniazid的出現。1947年，戰後Domagk補接受Nobel獎章，但獎金部分因為過期，沒有了。1959年成為FRS。以後他追求結核菌及癌症的化學治療。）（Carl von Ossietzky—1889-1938，德國人，是German Peace Society成員。1933年Adolf Hitler成為德國獨裁者，Ossietzky批評自己政府違反汎爾賽條約--Treaty of Versailles，建立空軍，而被判決有叛國罪，但被頒Nobel Peace Prize。他因為被關在近Oldenburg的集中營，不能領獎。以後又因為結核病未被納粹及早治療，死亡。1991年Univ. of Oldenburg改名為Carl von Ossietzky Universität Oldenburg。他的和平獎在Nobel Committee中也有爭執，兩位委員因而辭職。1992年他的女兒企圖推翻叛國罪名，在德國高等法院，但沒有成功。）

於1939 年，Oxford University 的Howard Walter Florey（左圖）研究團隊（1898-1968，奧洲人，在澳洲Adelaide學醫，Rhodes scholar，有一段時間在Oxford, Cambridge, USA, Sheffield，有BA、MA、PhD之後，1935年回到Oxford，任病理學教授。被認為是澳洲出身最有成就的學者），有一位從德國逃出來的Ernst Boris Chain（右圖）（1906-1979，德國猶太人，1933年逃到英國，1935到Oxford，研究過蛇毒、tumour metabolism、lysozymes、及生化學技術，1939年加入Florey團隊，研究出penicillin的成分及結構），能力很強。看到Domagk的成就，也決定追查penicillin效果。他們有Rockefeller Foundation的研究費，開始分離penicillin。他們純化penicillin，以少量使用在動物實驗，可救回有嚴重細菌感染的動物，翌年他們將結果發表在Lancet。他們用penicillin治療各種細菌感染的病人，效果驚人。（Fleming聽說Florey的團對在研究生產penicillin，和Florey聯絡說，將去拜訪，Chain一聽，訝異地說 “Good god, I thought he was dead!”。似乎Fleming那時是已經銷聲匿跡很久了。）

他們第一個治療的是一位警察Albert Alexander，他因為小傷口感染，身體各處出現膿瘍，一隻眼已經被挖出來以減少痛苦，瀕臨死亡。Florey等人給他penicillin，第一天後病況就已經好轉。之後每天再從病人尿中又抽取penicillin，再給病人，但第五天已經沒藥，病再復發，死亡。可見大量生產是最關鍵的一步。他們就改專注penicillin的成分分析及生產。

Florey幫助政府在其他地區、及美國設立工廠，大量生產。（1941年Florey 及Norman Heatley到美國Peoria, IL，在該處得到一Dr. Moyer之幫助，加速黴菌培養，將penicillin產量增加到20 unit/mL，但以後合作不佳，因為Moyer想要獨佔專利，不再提供消息給Heatley！）。(Norman Heatly（下圖）: 1911-2004, 1936年取得Cambridge的PhD，然後加入Florey團隊，在純化及生產過程，屢次想出很實用的建議。但最資淺。Heatley的功績要到1990年才被追認，Oxford University頒給他榮譽醫學博士學位，是該大學八百年來第一次頒給非醫師。)

因為他們的努力，到第二次大戰時，已經有足夠的量可以治癒數百萬傷患。肺炎、梅毒、淋病、白喉、猩紅熱、以及其他很多小孩感染，都像變魔術一樣地被治癒。

1944年 Fleming及Florey受爵士銜，1945年Fleming, Florey及Chain三人被頒Nobel Prize。Fleming的發現更觸發了各種抗生素從不同土壤黴菌的分離，引起醫學界一大革命。1943年Selman Waxman在Rutger University發現另一種土壤霉菌產物，鏈黴素（streptomycin），可以殺死當時人類大殺手--結核菌。1952年得諾貝爾獎。他也發現neomycin。其實John Tyndall （FRS，1820-1893，研究熱輻射、diamagnetism、大氣層現象）在1875，D. Andre Gratia (微生物及病毒遺傳學先驅)、在1925都分別發現黴菌可以抑制細菌，但他們都沒有持續追究。

Fleming當時也做了很重要的實驗，如果把 penicillin稀釋，細菌不但殺不死，還會產生抗藥性。他在1946年寫道："the administration of too small doses ... leads to the production of resistant strains of bacteria."。因此他主張應該限制這種抗生素一般人的使用，一定要被診斷需要用才用，使用時不可以用小劑量、不可以使用不夠長的期間。感染症學、抗生素適當使用也成為極為重要的學問。當時的藥量每劑都只是幾十、幾百單位，六十多年後的現在，因為用藥需求普遍，所有細菌抗藥性增強，penicillin用量，一劑都常高達百萬單位！（葡萄球菌已經無法用它控制，台灣高達30%以上的肺炎球菌對它有抗藥性，只有group A streptococci、梅毒菌、及Leptospira＝勾端螺璇虫還普遍地有效。）

Fleming的第一任妻子Sarah於1949年死亡，只一子Robert Fleming成為醫師。再婚，娶一位同事Dr. Amalia Koutsouri-Vourekas，1955年因心臟病逝世。她於1986年去世。Fleming對於他的成就很謙虛，稱為 “Fleming myth”，稱讚Florey及Chain使實驗室的發現成為實際救人的成果。Florey則將成就歸功於團隊的合作--“Developing penicillin was a team effort, as these things tend to be.”。又謙虛地說他們做這項工作，只是因為這是一項有趣的科學智力操練--“This was an interesting scientific exercise, and because it was of some use in medicine is very gratifying, but this was not the reason that we started working on it.”。

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