穿越200年前，疫苗療法是怎樣誕生的？
疫苗史，圖中左側(cè)男子為開啟了免疫治療研究的先河的英國醫(yī)生愛德華·詹納（Edward Jenner）
編者按：
17世紀(jì)，顯微鏡技術(shù)的發(fā)展，讓人們看到了一個(gè)夢幻般的微觀宇宙，也從此開啟了人類通往微生物研究的大門。然而，在科學(xué)巨人和科學(xué)巨著競相涌現(xiàn)的18世紀(jì)，微生物研究進(jìn)展緩慢，直到19世紀(jì)顯微鏡性能得到進(jìn)一步改善，人類終于在細(xì)菌致病學(xué)說取得突破，其中做出突出貢獻(xiàn)的是法國微生物學(xué)家和化學(xué)家巴斯德。正是因?yàn)橛辛税退沟碌呢暙I(xiàn)，德國的科赫、貝林和埃爾利希，以及其他國家的一些學(xué)者19世紀(jì)后半葉才能在微生物學(xué)領(lǐng)域建立一系列不朽的功績。英國醫(yī)生愛德華·詹納從天花治療中發(fā)現(xiàn)的疫苗療法開啟了免疫治療研究的先河，迄今220年來，疫苗研究不斷迎接人類健康面臨的重重挑戰(zhàn)，挽救了全球無數(shù)人的生命。
文 | 周程（北京大學(xué)科學(xué)與社會(huì)研究中心教授）
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一
繼英國學(xué)者羅伯特·胡克（Robert Hooke,1635-1703）于1665年使用復(fù)合顯微鏡第一次觀察到了軟木組織中的蜂房結(jié)構(gòu)，并將其命名為“細(xì)胞”之后，1676年荷蘭的顯微鏡專家列文虎克（Antoni van LeeuwenHoek,1632-1723）使用自制的單透鏡顯微鏡第一次觀察到了水滴中的“小動(dòng)物”（little animals），開啟了人類通往微生物研究的大門。
左：2004年據(jù)相關(guān)描述繪制的羅伯特·胡克（Robert Hooke）形象；
中：胡克用的顯微鏡；
右：胡克畫的細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖。
列文虎克（Antoni van LeeuwenHoek）和他的顯微鏡（右上）；右下為其繪制的血紅細(xì)胞圖。
列文虎克使用可以放大二百余倍的單透鏡顯微鏡先后觀察了霉菌、蜜蜂刺、動(dòng)物的血液、植物的葉片以及人的胡須、口水和牙垢等，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)夢幻般的微觀宇宙，那里充滿著各種各樣的微生物。列文虎克和眾多17世紀(jì)顯微鏡專家，通過不斷收集新的事實(shí)、發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象為人類打開了一幅新的令人激動(dòng)的自然圖景，并為人類加深對微生物世界的理解奠定了重要的基礎(chǔ)。
18世紀(jì)是一個(gè)充滿著激情和活力的時(shí)代，先后涌現(xiàn)出了一批科學(xué)巨人和科學(xué)巨著，但由于光學(xué)顯微鏡制造技術(shù)沒有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，有關(guān)微生物的研究進(jìn)展緩慢。這一時(shí)期，除荷蘭動(dòng)物學(xué)家穆勒（Otto Friedrich Müller, 1730-1784）使用顯微鏡對細(xì)菌進(jìn)行過仔細(xì)觀察，并用插圖在著作中詳細(xì)展示了他所看到的細(xì)菌形態(tài)外，我們很難看到其它有價(jià)值的微生物研究成果。
進(jìn)入19世紀(jì)后，由于產(chǎn)業(yè)革命促進(jìn)了機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，加上光學(xué)理論的進(jìn)步，顯微鏡的性能有了明顯的改善，以致德國博物學(xué)家和動(dòng)物學(xué)家埃倫伯格（Christian Gottfried Ehrenberg,1795-1876） 得以于1838年根據(jù)所觀察到的細(xì)菌形態(tài)嘗試著對細(xì)菌進(jìn)行了分類，他當(dāng)時(shí)使用的“細(xì)菌”（Bacterium）和“螺旋菌”（Spirillum） 等術(shù)語人們至今還在作為屬名繼續(xù)沿用。
眾所周知，將細(xì)菌與疾病聯(lián)系在一起，進(jìn)而提出細(xì)菌致病學(xué)說的是法國微生物學(xué)家和化學(xué)家巴斯德（Louis Pasteur,1822-1895）。但實(shí)際上，在巴斯德提出疾病可以通過細(xì)菌傳染這一論斷之前，匈牙利醫(yī)生森梅爾外斯（Ignaz Philipp Semmelweiss,1818-1865）已經(jīng)意識到這一問題，并開始采取措施減少醫(yī)療過程中的疾病傳播了。
1847年，森梅爾外斯在奧地利的一家醫(yī)院工作時(shí)注意到：在醫(yī)院里分娩的婦女由于產(chǎn)褥熱而成批死去，但在家里分娩的婦女卻很少得這種病。他意識到，有可能是醫(yī)生加劇了這種疾病在病人之間的傳播。于是，他要求手下的醫(yī)生在換下一個(gè)病人時(shí)一定要用強(qiáng)化學(xué)溶液洗手。醫(yī)生們對此頗有怨言，但他們還是按要求做了，結(jié)果醫(yī)院里的產(chǎn)褥熱發(fā)生率開始急劇下降。
左：森梅爾外斯（Ignaz Philipp Semmelweiss）；
右：1841-1849年產(chǎn)褥熱死亡率，1847年采取強(qiáng)化學(xué)溶液洗手措施后數(shù)據(jù)急劇下降。
1849年，森梅爾外斯因匈牙利宣布獨(dú)立被迫離開奧地利，于是，這家醫(yī)院的醫(yī)生略去了不愉快的洗手程序，以致病人中患產(chǎn)褥熱的比例又開始上升。與此同時(shí)，森梅爾外斯不管到哪家醫(yī)院工作，都堅(jiān)持用強(qiáng)化學(xué)溶液洗手，結(jié)果由他照顧的病人因產(chǎn)褥熱死亡的不到1%。森梅爾外斯用實(shí)踐證明了洗手對降低產(chǎn)褥熱的發(fā)生率是有效的，但他不知道洗手之所以有效，是因?yàn)橹虏〖?xì)菌在這一過程中被大量消滅了。當(dāng)然，這一謎底后來是由巴斯德揭開的。
法國微生物學(xué)家和化學(xué)家巴斯德（Louis Pasteur）
巴斯德原本是學(xué)化學(xué)出身，早期主要從事與酒石酸晶體有關(guān)的研究，1854年赴里爾大學(xué)擔(dān)任新成立的理學(xué)院院長后不久，因當(dāng)?shù)氐尼劸破髽I(yè)遇到了葡萄酒和啤酒變酸的問題，故應(yīng)工業(yè)界的請求開始從事發(fā)酵研究。當(dāng)時(shí)，法國和德國的一些學(xué)者已經(jīng)意識到糖和酒精的發(fā)酵有可能是酵母引起的，但遭到了很多學(xué)者的質(zhì)疑。德國著名化學(xué)家李比希（Justus von Liebig,1803-1873）就認(rèn)為，發(fā)酵是純粹的化學(xué)反應(yīng)過程，無須有機(jī)體參與。巴斯德使用顯微鏡對發(fā)酵過程進(jìn)行仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵乃微生物作用的結(jié)果，而且不同的發(fā)酵是由不同的微生物引起的，從而否定了微生物沒有參與發(fā)酵或者只不過是發(fā)酵之產(chǎn)物的權(quán)威觀點(diǎn)。
正在做實(shí)驗(yàn)的巴斯德
問題是，酒液中的微生物究竟是如何產(chǎn)生的？如果這些微生物確實(shí)如當(dāng)時(shí)流行的“自然發(fā)生說”所言，是從它們所在的有機(jī)物或無機(jī)物中自然而然地形成的，無須上代，那么即便使用加熱等方法將酒液中的乳酸桿菌全部殺死，也難保乳酸桿菌不再次出現(xiàn)從而使酒液變酸。1860年前后，巴斯德使用鵝頸瓶和直頸瓶做了一系列對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，雖然對兩種瓶子中的肉汁都進(jìn)行了高溫加熱處理，但因空氣中的微生物很容易侵入直頸瓶中，故直頸瓶中的肉汁很快就在侵入微生物的作用下變質(zhì)了，但鵝頸瓶中的肉汁因在空氣中漂浮的微生物被卡在了瓶頸的彎曲處，故存放了很長一段時(shí)間都沒有發(fā)生腐敗。
實(shí)驗(yàn)表明：
1、空氣中的塵埃攜帶著各種各樣的微生物；
2、既然微生物參與了發(fā)酵的整個(gè)過程，那么要改善發(fā)酵的結(jié)果，解決酒液變酸問題就不能不考察各種微生物在發(fā)酵過程中所起的作用。
經(jīng)過深入研究后，巴斯德發(fā)現(xiàn)，在未變質(zhì)的酒液中，通常只能觀察到圓球狀的酵母菌，但在變酸后的酒液中，除酵母菌外，還能觀察到很多桿狀乳酸菌。進(jìn)一步研究表明，正是乳酸桿菌在酒液里大量繁殖，才使酒液變酸的。
這就證明了所謂“自然發(fā)生說”是錯(cuò)誤的，生物只能來源于生物，非生命物質(zhì)絕不可能隨時(shí)自發(fā)地產(chǎn)生新生命。這意味著，只要把密封包裝的酒液中的乳酸桿菌全部殺死，就可以有效防止葡萄酒和啤酒變酸。著名的“巴氏滅菌法”就是基于上述研究于1862年至1865年間開發(fā)成功的。
巴斯德用鵝頸瓶實(shí)驗(yàn)證明是空氣中的某種物質(zhì)而不是空氣本身使液體腐壞變質(zhì)，是細(xì)菌致病學(xué)說的有力證據(jù)。
1865年，因蠶微粒子病迅速蔓延，致使法國南部的蠶絲業(yè)陷入困境。在過去的老師、法國南部加爾省阿萊斯市出身的高官安德烈·杜馬（Jean Baptiste Andre Dumas,1800-1884）的請求下，對蠶一無所知的巴斯德最終決定親赴蠶病重災(zāi)區(qū)阿萊斯開展蠶病的防治研究。
巴斯德很快就證實(shí)，當(dāng)?shù)氐男Q病是由一種在顯微鏡下才能看得見的橢圓形棕色微粒子蟲感染了桑葉和家蠶引起的。為了確證這種微粒子蟲的傳染性，巴斯德把桑葉涂上這種微粒，給健康的蠶吃下去之后，蠶很快就染病死去。而且，他還發(fā)現(xiàn)，放在蠶架上面格子里的蠶，可通過落下的蠶糞將這種病傳染給下面格子里的蠶。因此，巴斯德建議徹底消滅已受感染的家蠶和桑葉，以阻止蠶微粒子病的蔓延。此項(xiàng)建議使法國的蠶絲業(yè)得以起死回生。巴斯德的上述發(fā)現(xiàn)使人們意識到，疾病確實(shí)是可以通過寄生的微生物進(jìn)行傳播的。
受巴斯德上述研究的啟發(fā)，英國的外科醫(yī)師約瑟夫·李斯特（Joseph Lister, 1827-1912）認(rèn)為，傷口化膿、術(shù)后感染很可能是由微生物從外界侵入引起的。因此，他除堅(jiān)持洗手和清洗白大褂外，還從1867年開始使用一種叫做石炭酸的防腐劑清洗手術(shù)器具，并往手術(shù)室的空氣中和墻壁上噴灑這種防腐劑消毒。此外，李斯特還使用外層夾有膠布，并消過毒的紗布給創(chuàng)口進(jìn)行包扎，以隔絕創(chuàng)口與空氣中的微生物之間的聯(lián)系。結(jié)果，李斯特所在的醫(yī)院手術(shù)死亡率迅速從45%下降到15%。
約瑟夫·李斯特（Joseph Lister）
李斯特在手術(shù)中給患者噴灑石炭酸
1874年2月，李斯特在寫給巴斯德的信中說道:“請?jiān)试S我乘此機(jī)會(huì)向您表示衷心的謝意，感謝您以出色的研究向我證明了微生物和發(fā)酵理論的真實(shí)性，并給了我使滅菌法取得成功的唯一原理?！泵鎸钏固氐臒崆橘濏灒退沟嘛@得相當(dāng)冷靜，他認(rèn)為李斯特的方法還有進(jìn)一步改進(jìn)的必要。不久后，他向醫(yī)院提出了蒸煮器具和給繃帶消毒等多項(xiàng)建議，從而使李斯特外科消毒法朝著現(xiàn)代外科消毒法邁進(jìn)了一大步。
二
雖然至19世紀(jì)晚期，細(xì)菌致病學(xué)說已獲得了很多證據(jù)支撐，而且人們還從不同的發(fā)酵由不同的微生物引起進(jìn)一步類推，推測不同的疾病由不同的微生物引起，但是誰也沒有完全證實(shí)這一推論。鄉(xiāng)村醫(yī)生出生的德國細(xì)菌學(xué)家羅伯特·科赫（Robert Koch,1843-1910）用事實(shí)給出的回答是，某些特定的傳染性疾病確實(shí)是由某種特定的細(xì)菌引發(fā)的。
羅伯特·科赫（Robert Koch）
19世紀(jì)七十年代，炭疽熱在歐洲開始流行，導(dǎo)致牛、羊等家畜的死亡率急速攀升?？坪蘸桶退沟聨缀跬瑫r(shí)啟動(dòng)了炭疽熱研究。當(dāng)時(shí)，科赫正在波森的沃爾夫施泰因（今波蘭境內(nèi)）擔(dān)任鄉(xiāng)村醫(yī)生，因此他非常關(guān)心這種有可能傳染給人的惡性疾病的防治，并對探明這種惡性疾病的成因抱有濃厚興趣。他的妻子曾送給他一份生日禮物：哈內(nèi)顯微鏡，希望能給遠(yuǎn)離大都會(huì)的科赫帶來一些樂趣?？坪帐褂眠@個(gè)在當(dāng)時(shí)已算相當(dāng)先進(jìn)的顯微鏡對患炭疽熱致死的家畜血樣進(jìn)行了觀察，并從這些患病家畜的血樣中發(fā)現(xiàn)了一種非常特別的棒狀體，但從健康的家畜血樣中卻找不到這種棒狀體?？坪詹聹y這種棒狀體就是炭疽熱的病原菌。
作為一名鄉(xiāng)村醫(yī)生，科赫當(dāng)時(shí)既沒有實(shí)驗(yàn)室，也沒有飼養(yǎng)可供實(shí)驗(yàn)用的牛羊，因此只能買來一些小鼠做實(shí)驗(yàn)?？坪沼米⑸淦鲝幕继烤覠崴劳龅募倚笃⑴K中抽血注射到健康的小鼠身上后發(fā)現(xiàn)，小鼠很快就出現(xiàn)患炭疽熱癥狀，于是他抽出患病小鼠的血液，用顯微鏡觀察后確認(rèn)，小鼠血液中也出現(xiàn)了棒狀體。但是，科赫并沒有就此得出該棒狀體就是炭疽熱的病原菌的結(jié)論，因?yàn)樗锌赡懿皇且l(fā)炭疽熱的原因，而是炭疽熱導(dǎo)致血液破壞的結(jié)果。
科赫的小鼠實(shí)驗(yàn)
科赫認(rèn)為，要確認(rèn)該棒狀體就是炭疽熱的病原菌，首先必須確認(rèn)從患炭疽熱的家畜血樣中觀察到的棒狀體是能夠生長繁殖的桿菌，而不是血液破壞的產(chǎn)物；其次要將這種桿菌分離到動(dòng)物體外進(jìn)行培養(yǎng)，獲得純系菌株后再注射到健康動(dòng)物體內(nèi)，如果健康動(dòng)物出現(xiàn)了患炭疽熱癥狀，才可以確認(rèn)該桿菌乃炭疽熱的病原菌。
科赫在將患病小鼠血液中的棒狀體分離到小鼠體外做繁殖實(shí)驗(yàn)時(shí)，采取了很多措施都沒有成功，后來采用將牛眼球中的房水與實(shí)驗(yàn)小鼠的血液混在一起的方法，才使患病小鼠血液中的棒狀體在小鼠體外繁殖獲得成功。在做棒狀體的繁殖實(shí)驗(yàn)過程中，科赫還對棒狀體的活動(dòng)情況進(jìn)行了顯微攝影。
分析這些攝影照片時(shí)，科赫發(fā)現(xiàn)，這些棒狀體在周圍環(huán)境惡化時(shí)會(huì)變成可以抵抗惡劣環(huán)境的芽孢；周圍環(huán)境變好后，芽孢又會(huì)轉(zhuǎn)化為棒狀體。這些事實(shí)表明，患炭疽熱的動(dòng)物血液中的棒狀體確實(shí)是桿菌，而且這些桿菌會(huì)變成處于休眠狀態(tài)的芽孢以增強(qiáng)對環(huán)境的適應(yīng)性。之后，科赫將在動(dòng)物體外培養(yǎng)出來的已繁衍多代的桿菌注射到健康的動(dòng)物體內(nèi)后發(fā)現(xiàn)，這些動(dòng)物又出現(xiàn)了炭疽熱癥狀。
1876年，經(jīng)過著名生物學(xué)家、德國細(xì)菌學(xué)的奠基人費(fèi)迪南德·科恩（Ferdinand Julius Cohn,1828-1898）等人的嚴(yán)格審查，名不經(jīng)傳的鄉(xiāng)村醫(yī)生科赫得以在科恩主編的《植物生物學(xué)文稿》公開發(fā)表了這項(xiàng)研究成果。至此，某種特定的疾病是由某種特定的細(xì)菌引發(fā)的推論得到了一次嚴(yán)格的實(shí)證。
巴斯德用顯微鏡進(jìn)行觀察后肯定了科赫的上述發(fā)現(xiàn)，同時(shí)他還指出，炭疽菌的芽孢有很強(qiáng)的耐熱性，可以在地面上存活很長時(shí)間。動(dòng)物吃了帶有這種芽孢的草，芽孢就會(huì)在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)芽，并滲入血液大量繁殖，最終使動(dòng)物患炭疽熱而死。死去的動(dòng)物又將炭疽桿菌帶到大地。失去營養(yǎng)后，炭疽桿菌又會(huì)變成芽孢。這樣周而復(fù)始，使炭疽熱不斷地傳染下去。因此，為隔斷炭疽熱的傳播途徑，必須殺死已感染的動(dòng)物，并進(jìn)行焚燒或深埋處理。
因發(fā)現(xiàn)炭疽菌獲得廣泛認(rèn)同，1880年，科赫應(yīng)邀赴柏林的帝國衛(wèi)生署任職。在這里他不僅擁有了設(shè)備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室，而且還擁有了兩名能干的研究助手。當(dāng)時(shí)，細(xì)菌研究熱潮正在世界各地興起，但由于有效培養(yǎng)純種細(xì)菌的方法尚未確立，故很多有意義的研究根本就無法付諸實(shí)施。因此，“怎樣才能把一個(gè)一個(gè)菌種從雜菌中分離出來? ”幾乎成了科赫每天都在思考的問題。
一天早上，科赫注意到實(shí)驗(yàn)室臺子上有一塊煮熟的馬鈴薯, 其切口表面長滿了五顏六色的霉斑。他將霉斑逐一挑出來，用純水制成觀察試樣，然后用顯微鏡逐個(gè)檢視，發(fā)現(xiàn)每一霉斑所含的都是同類細(xì)菌。這意味著馬鈴薯上的這些顏色不同的霉斑乃空氣中的細(xì)菌掉下后長成的一個(gè)個(gè)純種菌落！他馬上意識到，分離純種細(xì)菌，應(yīng)該用固體培養(yǎng)基。經(jīng)過不斷試驗(yàn)，科赫和助手一起，終于在1881年找到了一種比煮熟的馬鈴薯更為理想的瓊脂肉湯平板培養(yǎng)基，那是把從海藻中提取的瓊脂和肉湯一起煮勻，再澆鑄冷卻后制成的。這種培養(yǎng)基的發(fā)明，被認(rèn)為是細(xì)菌研究方法上的一次重大突破。
體現(xiàn)微生物四種不同代謝形式的瓊脂培養(yǎng)基
有了高效分離培養(yǎng)純種細(xì)菌的獨(dú)門絕技，科赫于1881年開始向當(dāng)時(shí)危害人類健康的頭號殺手肺結(jié)核發(fā)起了沖擊。但是，無論科赫如何努力，他都無法從結(jié)核患者的病變肺或肝組織中找到任何特殊的細(xì)菌。
科赫后來意識到引起結(jié)核的細(xì)菌有可能是無色的，即便使用放大倍率更高的顯微鏡也看不見。于是，他開始嘗試著給結(jié)核組織染色。費(fèi)盡周折，解決生物組織染色難題之后，他又遇到了疑似結(jié)核桿菌在肉湯培養(yǎng)基中不肯生長的難題，最后使用與動(dòng)物體內(nèi)成分極其接近的血清制作固體培養(yǎng)基才培養(yǎng)出了純種疑似結(jié)核桿菌?？坪瞻凑兆约捍_立的最為嚴(yán)格的程序做完全部實(shí)驗(yàn)之后確認(rèn)，它就是引起結(jié)核病的結(jié)核桿菌。
科赫繪制的結(jié)核桿菌
1883年，印度和埃及等地先后爆發(fā)霍亂，歐洲也面臨著巨大的威脅。應(yīng)埃及政府的請求，科赫親自率隊(duì)赴亞歷山大港施救。盡管埃及的霍亂很快就自動(dòng)平息了，但是經(jīng)驗(yàn)豐富的科赫還是從霍亂病人身上找到了一種比結(jié)核桿菌更小、彎曲得像新月一樣的弧狀細(xì)菌。由于不能確定這種弧菌就是霍亂的病原體，所以科赫又冒著危險(xiǎn)前往霍亂長年肆虐的印度，并用肉湯培養(yǎng)基培養(yǎng)出了純種疑似霍亂弧菌。進(jìn)一步的研究表明，這種弧菌就是引起霍亂的病原菌。它雖然可以借助飲用水和病人衣物進(jìn)行傳播，但在干燥條件下極易死亡，而且用普通的消毒劑都可以殺死它們。
1884年，科赫（右三）和同伴在埃及救治霍亂
科赫基于多年的研究實(shí)踐，于1884年總結(jié)出了確認(rèn)某種特定細(xì)菌為某種特定疾病的病原菌的四條原則：
1、在所有病例的發(fā)病部位都能發(fā)現(xiàn)這種細(xì)菌；
2、這種細(xì)菌可從病體中分離出來, 并能在體外培養(yǎng)成純菌種；
3、將這種純菌種接種給健康動(dòng)物后，能引起相同的疾??；
4、在接種純菌種而致病的動(dòng)物身上, 仍能分離、純培養(yǎng)出同種細(xì)菌。
在科赫的實(shí)踐與理論的引領(lǐng)下，19世紀(jì)八、九十年代成了科學(xué)家發(fā)現(xiàn)病原菌的黃金時(shí)代。例如，1883年德國的克萊布斯（Theodor Albrecht Edwin Klebs,1834-1912）和萊夫勒（Friedrich L?ffler,1852-1915）獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了白喉?xiàng)U菌，1884年德國的加夫基（Georg Theodor August Gaffky,1850-1918）分離出了傷寒桿菌，1885年德國的埃希（Theodor Escherich，1857-1911）發(fā)現(xiàn)了大腸桿菌，1887年奧地利的魏克塞爾鮑姆（Anton Weichselbaum,1845-1920）分離出了腦膜炎球菌，1889年日本的北里柴三郎（1852-1931）分離出了破傷風(fēng)桿菌，1894年法國的耶爾森（Alexandre Yersin，1863-1943）發(fā)現(xiàn)了鼠疫桿菌，1897年日本的志賀潔（1871-1957）發(fā)現(xiàn)了痢疾桿菌等。1905年，科赫因發(fā)現(xiàn)結(jié)核桿菌并證明了其病原性而被授予諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)截圖
三
微生物學(xué)的快速發(fā)展為細(xì)菌致病學(xué)說提供了越來越多的佐證。既然某種特定的疾病是由某種特定的細(xì)菌引發(fā)的，那么我們不僅要設(shè)法控制病原菌的傳播渠道，而且還要設(shè)法增強(qiáng)人體戰(zhàn)勝細(xì)菌入侵的免疫力，再就是設(shè)法找到既能殺滅這些侵入體內(nèi)的病原菌，又不會(huì)對人體造成傷害的辦法。研制疫苗、化學(xué)藥物和抗生素等訴求就是在這樣的背景下提出來的。
談到免疫，不能不提及英國醫(yī)生愛德華·詹納 （Edward Jenner,1749-1823），因?yàn)槭撬_啟了免疫治療研究的先河。
詹納曾聽他所在地區(qū)的奶場女工和農(nóng)民說過：人傳染上牛痘后，就再也不會(huì)得天花病，因此意識到如果這種說法正確，就可以通過給人接種牛痘來增強(qiáng)人對天花的免疫力。經(jīng)過一番調(diào)查研究之后，詹納認(rèn)為奶廠女工和農(nóng)民的說法值得信賴，于是他決定直接對其加以檢驗(yàn)。1796年，詹納把正在出牛痘的女工皮膚上的水泡中的液體，接種到一名健康兒童的身上。如事先所料，這名兒童患了牛痘，但很快就得以恢復(fù)。詹納又給他接種了天花痘，果不出所料，這名兒童沒有出現(xiàn)天花病癥。詹納的實(shí)驗(yàn)成功了。這導(dǎo)致一種預(yù)防疾病的方法——接種疫苗法得以誕生。
愛德華·詹納 （Edward Jenner）的研究過程及其關(guān)于世界上第一種疫苗的手稿
受詹納的啟發(fā)，巴斯德在研究炭疽熱的防治方法時(shí)，曾試過接種疫苗法。為降低炭疽熱細(xì)菌的毒性，巴斯德對其進(jìn)行了加熱處理，然后將其接種到一群羊的身上，同時(shí)讓另一群羊保持原狀。結(jié)果，沒有接種的羊群全都患炭疽熱死去，而事先接種過少量低毒炭疽熱細(xì)菌的羊卻沒有死。此后，巴斯德又對炭疽熱疫苗進(jìn)行了改進(jìn)，并使用類似方法，研制出了可抵御狂犬病和家禽霍亂病的疫苗。但是，在當(dāng)時(shí)使用以毒攻毒的方法治療惡性傳染性危險(xiǎn)相當(dāng)大。
在相當(dāng)長的一段時(shí)間里，沒有人能夠解釋清楚疫苗為何能夠有效抵御傳染病的侵襲。在探究疫苗的作用機(jī)理方面，科赫的兩名研究助手德國的埃米爾·馮·貝林（Emil von Behring,1854-1917 ）和日本的北里柴三郎（Kitasato Shibasaburo，1853-1931）做出了先驅(qū)性的貢獻(xiàn)。1890年，貝林和北里一起發(fā)文宣布了一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)：他們不斷給動(dòng)物注射不至于致病的少量破傷風(fēng)桿菌，這時(shí)，在動(dòng)物的血液中會(huì)產(chǎn)生一種抗毒素，以中和注入體內(nèi)的破傷風(fēng)桿菌毒性。他們還指出，可以用這個(gè)辦法從已經(jīng)獲得破傷風(fēng)免疫力的動(dòng)物身上提取含有抗毒素的血清，注射給其他動(dòng)物以增強(qiáng)其對破傷風(fēng)的免疫力。
左：埃米爾·馮·貝林（Emil von Behring ）；右：北里柴三郎（Kitasato Shibasaburo）
與此同時(shí)，貝林、北里還在努力尋求治療白喉的方法。白喉是一種急性呼吸道傳染病，兒童染上此病后很容易死亡。貝林等人注意到，感染白喉后幸存下來的兒童成年后一般都不會(huì)再得這種疾病。這意味著，在與疾病的斗爭中，兒童的身體中有可能產(chǎn)生了某種抗體，這種抗體保留在血液中，從而起到保護(hù)作用。在德國細(xì)菌學(xué)家保羅·埃爾利希（Paul Ehrlich,1854-1915）的協(xié)助下，貝林和北里開始運(yùn)用血清療法治療白喉，并在1892年白喉流行期間，成功地提取出了新的白喉抗毒素。由于在血清療法研究方面貢獻(xiàn)突出，貝林于1901年榮幸地成為首屆諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者。
化學(xué)療法的基礎(chǔ)則是由科赫的另一名助手德國的保羅·埃爾利希奠定的。
埃爾利希18世紀(jì)七十年代在萊比錫大學(xué)醫(yī)學(xué)院求學(xué)期間，就對苯胺等化學(xué)染料的作用機(jī)理產(chǎn)生了興趣，因?yàn)樯锝M織用化學(xué)染料著色后，在光學(xué)顯微鏡下其微觀結(jié)構(gòu)能看得更加清楚。當(dāng)時(shí)，德國的光學(xué)工業(yè)和染料工業(yè)的發(fā)展非常迅猛，從而使德國既能制造出技術(shù)更為先進(jìn)的光學(xué)顯微鏡，又能生產(chǎn)出顏色更為豐富的高性能染料。這就為德國學(xué)者開展微生物染色研究創(chuàng)造了非常好的條件。在這種情況下，年輕學(xué)者對微生物染色研究趨之若鶩很容易理解。埃爾利希最初關(guān)心的是如何用不同的染料給不同的細(xì)胞或病原體著色，但他在從事細(xì)胞或病原體與染料的親和力研究過程中，不幸染上了輕度肺結(jié)核。在埃及休養(yǎng)兩年后，埃爾利希于1889年返回德國，和貝林、北里等人一起開始從事白喉抗毒素研究。
保羅·埃爾利希（Paul Ehrlich）
由于白喉抗毒素研究受到了肯定，德國政府于1896年底成立了一個(gè)專門研究血清的研究所，并決定由埃爾利希擔(dān)任所長。當(dāng)時(shí)，埃爾利希迫切希望弄清楚的是，白喉毒素究竟是如何攻擊人體的，血清中的抗毒素又是如何抵御毒素使它不致傷害人體細(xì)胞的。為了究明毒素與抗毒素之間的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，埃爾利希開始把眼光重新投向他早年開展過的化學(xué)染料研究。經(jīng)過一段時(shí)期的探索后，他意識到：既然染料可以只附著在特定的病原體上，而不附著在人體細(xì)胞上，那么就有可能從現(xiàn)有染料中篩選出一種藥物，它只攻擊病原體，而不攻擊人體細(xì)胞，因此對人體無毒副作用。埃爾利希將這種徑直攻擊病原體的藥物稱作為“魔術(shù)子彈”。
1899年，埃爾利希被任命為新成立的法蘭克福實(shí)驗(yàn)治療研究所所長，于是他開始帶領(lǐng)一班人去尋找能夠著色并殺死特殊靶標(biāo)的“魔術(shù)子彈”。在尋找“魔術(shù)子彈”過程中，埃爾利希和他的助手志賀潔于1904年發(fā)現(xiàn)了一種后來被稱作為錐蟲紅的紅色染料。它可以用于殺死錐體蟲——這是一種單細(xì)胞動(dòng)物，可以引起多種疾病，包括昏睡癥。由于用錐蟲紅臨床試驗(yàn)效果不佳，因此埃爾利希又開始尋找新的染料。其間，埃爾利希偶然得知，一種名為 “阿托西耳”（Atoxyl）的染料能夠殺死錐體蟲治療昏睡癥，但存在嚴(yán)重的副作用。埃爾利希想到：能不能對阿托西耳的分子結(jié)構(gòu)加以修飾，保持其藥性卻又沒有毒性呢？當(dāng)時(shí)權(quán)威化學(xué)家已測定了阿托西耳的分子式，認(rèn)為它只有一條含氮的側(cè)鏈，這意味著它很難被修飾。但是埃爾利希1906年確認(rèn)這個(gè)分子式搞錯(cuò)了，它還有一條不含氮的側(cè)鏈，因此可以對其進(jìn)行修飾。于是，助手們合成出了千余種阿托西耳衍生物，并開始逐個(gè)做篩選實(shí)驗(yàn)。1907年，實(shí)驗(yàn)做到了第606號樣品，但效果仍然不佳，大家只好把它放到一邊，繼續(xù)做下一個(gè)篩選實(shí)驗(yàn)。
1908年，傳來了一個(gè)令人振奮的消息，埃爾利希將和俄國細(xì)菌學(xué)家梅契尼科夫（IlyaIlich Mechnikov，1845-1916）一起被授予諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，以獎(jiǎng)勵(lì)他們在免疫學(xué)方面所作的貢獻(xiàn)。然而，埃爾利希此時(shí)的化學(xué)療法研究才剛剛步入佳境。
當(dāng)時(shí)，梅毒的病原體——蒼白密螺旋體被法國學(xué)者發(fā)現(xiàn)不久，而且日本細(xì)菌學(xué)家秦佐八郎（1873-1938）已找到了用這種螺旋體感染兔子的方法。因此，埃爾利希決定設(shè)法從合成出的眾多化合物中找到一種能夠有效破壞梅毒螺旋體的藥物。恰巧，埃爾利希過去的同事北里柴三郎的弟子秦佐八郎來實(shí)驗(yàn)室找他。于是，埃爾利希讓秦佐八郎留在自己的實(shí)驗(yàn)室開展與治療梅毒有關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。
1909年6月，秦佐八郎用第606號樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，盡管該樣品對錐體蟲沒有特別的效果，但它對引起梅毒的螺旋菌卻有很強(qiáng)的破壞力。用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多次驗(yàn)證之后，埃爾利希又令人做了大量的臨床實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，606號含砷化合物對治療梅毒確實(shí)有效。于是，埃爾利希為該藥申請了專利。1910年，606號藥物正式批量生產(chǎn)，取名為“撒爾佛散”（Salvarsan，“拯救”之意）。
撒爾佛散的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著一類藥物開始問世，這類藥物實(shí)際上是一種合成出的抗體，它能夠?qū)ふ也⑶夜羟秩塍w內(nèi)的微生物，而不傷害患者或宿主。作為第一種抗菌類化學(xué)藥物的發(fā)明者，埃爾利希被公認(rèn)為化學(xué)療法之父。
1912年，溶解性更好，更易操作，但療效稍差的治療梅毒新藥“砷凡鈉明”（Arsphenamine）開始上市。這是一種編號為914的含砷化合物，埃爾利希稱其為新撒爾佛散（Neosalvarsan）。盡管606號和914號化合物有很強(qiáng)的毒副作用，但由于找不到其他更好的辦法，所以在青霉素等抗生素類藥物問世之前，世界各國，包括中國一直用606和914治療梅毒這種具有高度破壞力的傳染性疾病。
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（責(zé)任編輯 徐可 李曉明）
