日本科學(xué)家遠(yuǎn)藤章：發(fā)現(xiàn)第一個(gè)他汀 ｜ “諾獎(jiǎng)值得” 系列
遠(yuǎn)藤章（Akira Endo） 冠心病是全球死亡率最高的疾病之一。世界衛(wèi)生組織估計(jì)，2019 年全球有1790 萬人死于心血管疾病，占全球死亡人數(shù)的32%。在這些死亡中，85% 是由于心臟病發(fā)作和中風(fēng)。他汀類藥物治療，則可將血漿低密度脂蛋白水平降低25-35％，并將心臟病發(fā)作的頻率降低25-30％?？梢哉f，他汀類藥物的上市，開創(chuàng)了心血管疾病預(yù)防與治療的新紀(jì)元。 日本科學(xué)家遠(yuǎn)藤章，便是世界上第一個(gè)他汀類藥物——美伐他汀的發(fā)現(xiàn)者，被稱為“他汀之父”。雖然美伐他汀從沒有真正上市，但是遠(yuǎn)藤章關(guān)于降膽固醇藥物開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)，影響到了其他多個(gè)他汀類藥物的發(fā)現(xiàn)與上市，拯救和延長了全球數(shù)百萬人的生命。 《知識(shí)分子》特別推出?“諾獎(jiǎng)值得” 系列專欄，向讀者介紹那些重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)及其背后的故事。
撰文 | 瑾巖
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抗生素時(shí)代
遠(yuǎn)藤章（Akira Endo），1933年11月14日出生于日本北部秋田縣附近的一個(gè)農(nóng)場(chǎng)，并在那里與大家庭成員一起生活了十七年，包括他的祖父母，父母，三個(gè)兄弟和兩個(gè)姐妹。他的祖父十分熱衷于鉆研醫(yī)學(xué)和科學(xué)，會(huì)教遠(yuǎn)藤章如何辨別農(nóng)場(chǎng)里生長的真菌，算是遠(yuǎn)藤章從小的家庭教師。遠(yuǎn)藤章對(duì)那些毒死了蒼蠅，卻毒不了人的蘑菇很著迷，驚嘆于天然物質(zhì)竟然會(huì)產(chǎn)生如此微妙的效果。8歲時(shí)，他便夢(mèng)想著成為像野口英世（Hideyo Noguchi）一樣的科學(xué)家，后者是日本國寶級(jí)的科學(xué)家，在1900年前往美國學(xué)習(xí)梅毒和黃熱病。
遠(yuǎn)藤章非常擅長有機(jī)化學(xué)。1953年他進(jìn)入東北大學(xué)農(nóng)學(xué)院學(xué)習(xí)，除了學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)，遠(yuǎn)藤章還重點(diǎn)學(xué)習(xí)了生物化學(xué)和應(yīng)用微生物學(xué)。當(dāng)時(shí)，日本許多制藥公司和大學(xué)都在積極研究和開發(fā)有效的抗生素。遠(yuǎn)藤章回憶這段經(jīng)歷時(shí)如是說，“作為一名學(xué)生，我對(duì)抗生素挽救了許多傳染病患者的生命印象深刻”。
1957年大學(xué)畢業(yè)后，遠(yuǎn)藤章加入了位于東京的制藥公司——三共制藥公司（Sankyo，即今天的第一三共株式會(huì)社），在一個(gè)應(yīng)用微生物學(xué)小組開發(fā)一種新的果膠酶，以水解污染葡萄酒和蘋果酒的果膠。
1958年，在篩選了250種真菌之后，遠(yuǎn)藤章發(fā)現(xiàn)了一種能生產(chǎn)果膠酶的葡萄寄生真菌。一年后，這種新酶被商業(yè)化，并且在市場(chǎng)上炙手可熱。隨后遠(yuǎn)藤章對(duì)這種真菌進(jìn)行了純化，并闡明了其性質(zhì)。基于這些研究，遠(yuǎn)藤章1966年獲得了東北大學(xué)的博士學(xué)位。
圖1 青年遠(yuǎn)藤章，圖源scienceheroes
赴美學(xué)習(xí)
在這個(gè)時(shí)期，遠(yuǎn)藤章對(duì)膽固醇的生物合成產(chǎn)生了濃厚興趣。
1965年底，遠(yuǎn)藤章給康拉德·布洛赫（Konrad Bloch）寫了一封信，表示希望在他的帶領(lǐng)下學(xué)習(xí)。當(dāng)時(shí)，布洛赫剛剛因膽固醇及脂肪酸生物合成的研究，而獲得1964年的諾貝爾獎(jiǎng)。
不幸的是，遠(yuǎn)藤章申請(qǐng)的1966年秋季課程，名額已經(jīng)滿了。 最終他來到紐約的阿爾伯特·愛因斯坦醫(yī)學(xué)院分子生物學(xué)系學(xué)習(xí)，在著名生物化學(xué)家伯納德·霍雷克（Bernard Horecker）的指導(dǎo)下，研究一種與細(xì)菌細(xì)胞壁脂多糖生物合成有關(guān)的酶。
經(jīng)過兩年的努力，遠(yuǎn)藤章成功純化出了這種不穩(wěn)定的酶，并證明了酶-磷脂復(fù)合物的形成對(duì)其作用至關(guān)重要。
在美國，細(xì)心的遠(yuǎn)藤章注意到，他身邊的老年人和超重的人非常多。更令遠(yuǎn)藤章驚訝的是，與日本人相比，美國人有著相當(dāng)豐富的飲食習(xí)慣。他回憶說：“人們?cè)诔耘Ｅ胖熬桶阎咎蕹?，在我看來真的很奇怪。這是一種文化沖擊，在日本這是不可想象的?！?nbsp;
此外，在遠(yuǎn)藤章居住的社區(qū)中，有許多老年夫婦獨(dú)自生活。他時(shí)?？吹骄茸o(hù)車來，將心臟病發(fā)作的老人送往醫(yī)院。而當(dāng)時(shí)，冠心病是美國的主要死因，當(dāng)時(shí)美國患有高膽固醇血癥（冠心病的先兆）的人數(shù)，已超過1000萬人。
人體內(nèi)的膽固醇來源主要有兩種，可以由身體合成，也可以從食物中吸收獲取。十九世紀(jì)六十年代，研究表明在人類中，肝臟中產(chǎn)生的膽固醇遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了飲食中吸收的膽固醇，而HMG-CoA還原酶是膽固醇合成過程中的關(guān)鍵酶，被證明是控制膽固醇合成速度的酶?；谶@些事實(shí)，遠(yuǎn)藤章推測(cè)膽固醇合成抑制劑，特別是HMG-CoA還原酶抑制劑，將是降低膽固醇的有效試劑。
當(dāng)時(shí)的情況是，市面上降脂藥種類眾多，如氯貝特、煙酸和膽胺，但沒有一種被認(rèn)為是安全有效的。而且，尚未開發(fā)出HMG-CoA還原酶抑制劑。 這段在紐約的生活經(jīng)歷，讓具有超高科學(xué)敏銳性的遠(yuǎn)藤章意識(shí)到了開發(fā)降膽固醇藥物的重要性。1968年8月，在美國順利完成學(xué)習(xí)的遠(yuǎn)藤章，返回東京繼續(xù)攻克這個(gè)難題。
發(fā)現(xiàn)美伐他汀
回國后，三共研究實(shí)驗(yàn)室給了遠(yuǎn)藤章很大的自由，使得他有機(jī)會(huì)從事自己選擇的項(xiàng)目。
遠(yuǎn)藤章大膽地提出了一個(gè)想法：在真菌中尋找能阻止HMG-CoA還原酶的物質(zhì)。 他非常了解青霉素和鏈霉素的故事，在大學(xué)期間，他就熟讀了弗萊明（青霉素的發(fā)現(xiàn)者，獲1945年的諾貝爾獎(jiǎng)）傳記的日語譯本。遠(yuǎn)藤章知道細(xì)菌與人類一樣，也需要膽固醇，才能使細(xì)胞壁保持在一起。因此，他認(rèn)為某種真菌可能會(huì)進(jìn)化出某種物質(zhì)，作為對(duì)需要固醇生長的微生物的防御機(jī)制。
現(xiàn)在，只需要找到合適的真菌即可。遠(yuǎn)藤章說服了三共，讓剛加入該公司的化學(xué)家黑田和兩名實(shí)驗(yàn)室助理幫助他。
1971年4月，他們開始了工作。受弗萊明在霉菌方面成功的啟發(fā)，遠(yuǎn)藤章團(tuán)隊(duì)開始使用大量的真菌培養(yǎng)液篩選合適的化合物，這其中還涉及到復(fù)雜的檢測(cè)技術(shù)。“就像買彩票一樣，這是一個(gè)賭注”，遠(yuǎn)藤章在自述中回憶道。
此時(shí)，遠(yuǎn)藤章和他的團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)出了驚人的毅力。兩年多來，他們?cè)跂|京南部一個(gè)火車廠附近的實(shí)驗(yàn)室里，夜以繼日地工作。回憶起那段時(shí)光，遠(yuǎn)藤章說，“我們每天都要做艱苦的工作，直到疲憊不堪?！?/span>
篩選了上千支真菌后，遠(yuǎn)藤章團(tuán)隊(duì)沒有得到任何滿意的發(fā)現(xiàn)，但是他們依然沒有放棄。
也許是上天眷顧，一年后，篩選到第3800株真菌后，他們發(fā)現(xiàn)霉菌的培養(yǎng)液顯示出強(qiáng)大的抑制活性。活性成分被證明是已知的物質(zhì)——橘霉素，能夠強(qiáng)烈抑制HMG-CoA還原酶，并且降低了大鼠的血清膽固醇水平。但是，由于其對(duì)腎臟的毒性，該研究被暫停。盡管如此，這種初步篩選的經(jīng)驗(yàn)給了他們極大的希望和勇氣，堅(jiān)定了他們未來可以發(fā)現(xiàn)更好的活性物質(zhì)的信心。
轉(zhuǎn)眼到了1972年仲夏，遠(yuǎn)藤章團(tuán)隊(duì)已經(jīng)檢測(cè)了多達(dá)6000株真菌培養(yǎng)液，終于找到了第二個(gè)具有活性的真菌培養(yǎng)液：從京都一家雜糧店收集的大米樣品中分離出來了一支真菌——Penicillium citrinum Pen-51，這是一種藍(lán)綠霉菌，會(huì)污染橘子，甜瓜等水果。由于活性化合物生產(chǎn)率非常低，遠(yuǎn)藤章又用了一年時(shí)間才從培養(yǎng)液中分離出活性成分。
最終，在1973年7月，遠(yuǎn)藤章分離出了抑制性化合物——ML-236B，也叫做美伐他汀（Mevastatin）。 于是第一個(gè)他汀就這樣誕生了。
拿到美伐他汀的遠(yuǎn)藤章，很快意識(shí)到，美伐他汀和甲羥戊酸（HMG-CoA還原酶反應(yīng)產(chǎn)物）的結(jié)構(gòu)相似，這提示美伐他汀可能是HMG-CoA還原酶的競爭性抑制劑，這完全符合遠(yuǎn)藤章最初的目標(biāo)。遠(yuǎn)藤章難掩興奮之情，在后來的自述中，他稱 “美伐他汀是大自然的禮物”。
圖2 Penicillium citrinum Pen-51，產(chǎn)生美伐他汀的真菌 | 圖源[1]
艱難的他汀研發(fā)進(jìn)程
獲得了美伐他汀的遠(yuǎn)藤章，自然希望快速推進(jìn)藥物研發(fā)進(jìn)程。很快，體外實(shí)驗(yàn)就傳出了好消息，在很多哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，美伐他汀能夠強(qiáng)烈抑制乙酰輔酶A合成甾醇，而且在家族性高膽固醇血癥患者的細(xì)胞上也能正常發(fā)揮作用。 一切都很符合預(yù)期，但是遠(yuǎn)藤章很快就遇到了艱巨的挑戰(zhàn)。
1974年，遠(yuǎn)藤章在大鼠上做實(shí)驗(yàn)，美伐他汀卻沒有任何效果。這樣的結(jié)果讓遠(yuǎn)藤章十分沮喪。在大鼠，狗和猴子上不起作用，更別提去說服生物學(xué)家評(píng)估美伐他汀的作用。這也就意味著兩年的艱辛工作和6,000多次測(cè)試都白白打了水漂。
幸運(yùn)的是，盡管三共對(duì)開發(fā)降低膽固醇的藥物不感興趣，但仍允許該項(xiàng)目繼續(xù)進(jìn)行。在接下來的兩年中，遠(yuǎn)藤章埋頭研究，闡明了美伐他汀的作用機(jī)理，及其在大鼠中無效的原因。
1976年早春，萬物復(fù)蘇，也許是大自然刻意的安排，要送給遠(yuǎn)藤章另外一份驚喜。
三共的病理學(xué)家北野紀(jì)敏（Noritoshi Kitano）由于在做研究，一直在養(yǎng)下蛋的母雞。一直受到小鼠實(shí)驗(yàn)結(jié)果困擾的遠(yuǎn)藤章，有一天晚上碰巧在實(shí)驗(yàn)室附近遇到北野紀(jì)敏。兩人交流一番后，北野紀(jì)敏了解了遠(yuǎn)藤章的困境，此時(shí)他手里正好有一批要被處死的母雞，他同意提供給遠(yuǎn)藤章一些母雞做美伐他汀的實(shí)驗(yàn)。出人意料的是，接受美伐他汀兩周后的母雞血漿膽固醇降低了34％，實(shí)驗(yàn)取得了巨大的成功。
不久之后，他們又在狗和猴子體內(nèi)證實(shí)了美伐他汀降低膽固醇的作用，這些結(jié)果證明了美伐他汀在動(dòng)物上的降脂作用。美伐他汀在動(dòng)物上的應(yīng)用效果，就這樣被解決了。
這里還有一段非常有趣的插曲，大約在同一時(shí)期，來自英國的研究人員也從另一種藍(lán)綠色霉菌中發(fā)現(xiàn)了美伐他汀可以作為一種抗菌劑。然而，由于無法降低大鼠和小鼠的血膽固醇，他們沒能將 HMG-CoA 還原酶抑制劑開發(fā)成降膽固醇劑。事后看，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物從大鼠換成母雞，恰好出現(xiàn)陽性結(jié)果，并不是誰都擁有這般巧合和運(yùn)氣。
可即便是幸運(yùn)女神眷顧，遠(yuǎn)藤章接下來的工作進(jìn)行的也并不順利，他很快又遇到了第二個(gè)巨大挑戰(zhàn)。在接受美伐他汀的大鼠肝細(xì)胞中，連續(xù)五周檢測(cè)到微晶結(jié)構(gòu)。很多毒理學(xué)家質(zhì)疑這些結(jié)構(gòu)是有毒物質(zhì)。這迫使遠(yuǎn)藤章又花了九個(gè)月的時(shí)間，才將這些微晶結(jié)構(gòu)鑒定為無毒膽固醇。
但是科學(xué)上的成功之后，遠(yuǎn)藤章和同事之間卻產(chǎn)生了分歧。因?yàn)闆]有先例，三共的同事們對(duì)他的發(fā)現(xiàn)并不熱情。遠(yuǎn)藤章事后回憶說，“他們更喜歡對(duì)當(dāng)時(shí)已有的膽固醇藥物進(jìn)行改良”。 在只有實(shí)驗(yàn)室老板的支持下，遠(yuǎn)藤章在大阪大學(xué)進(jìn)行了一次秘密實(shí)驗(yàn)。
大阪大學(xué)附屬醫(yī)院一位名叫山本亨的醫(yī)生，正在治療遺傳缺陷的高膽固醇血癥的患者。一天晚上，遠(yuǎn)藤章在家打電話給山本亨，約定了進(jìn)行人體試驗(yàn)時(shí)間，因此他的同事們并不了解這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。遠(yuǎn)藤章親自準(zhǔn)備了藥物樣品，并將其帶到大阪。在今天，這樣的試驗(yàn)通常需要獲得審查委員會(huì)和日本藥品和醫(yī)療器械局（Pharmaceuticals and Medical Devices Agency，PMDA）的許可，但這些步驟在當(dāng)時(shí)并不是必要的。
這位首次接受他汀類藥物治療的患者，是一名18歲的女性，也是首次出現(xiàn)他汀類藥物偶發(fā)的副作用—— 肌肉疼痛的病例。當(dāng)時(shí)，山本亨給這位病人使用了很大劑量的美伐他汀，她變得十分虛弱，無法走路。遠(yuǎn)藤章的老板建議他立即停止試驗(yàn)。
然而，山本亨堅(jiān)持要繼續(xù)下去。他在第一個(gè)病人身上停藥后，這位18歲的病人竟然奇跡般地康復(fù)了。他也在其他患者身上嘗試了小劑量的美伐他汀，根據(jù)他后來發(fā)表的一篇論文，它成功地使9位患者的膽固醇降低了27％。據(jù)山本亨透露，第一位患者后來接受了其他藥物的治療，如今擁有幸福的家庭，生了一個(gè)女兒，仍住在日本南部。
圖3 1978年首次接受美伐他汀治療的患者，七年后和她的女兒 | 圖源[1]
當(dāng)遠(yuǎn)藤章把人體上的試驗(yàn)結(jié)果拿給三共看后，三共終于同意進(jìn)行正式的美伐他汀臨床測(cè)試。這一段偷偷進(jìn)行的人體試驗(yàn)，側(cè)面也反映了三共對(duì)遠(yuǎn)藤章的科研成果不夠重視。
也許是帶著這種失望，在完成了這一系列的工作后，遠(yuǎn)藤章認(rèn)為在三共已經(jīng)盡己所能，遂決定從三共辭職，去東京農(nóng)工大學(xué)任教。與三共的分手并不愉快，遠(yuǎn)藤章曾抱怨說，“公司阻止他實(shí)驗(yàn)室里的科學(xué)家們幫助他往車上搬文件”。
他汀商品化，默克公司進(jìn)入
事實(shí)上，率先將他汀類藥物的開發(fā)推向市場(chǎng)的，是美國默克公司。日本三共卻與真正意義上第一個(gè)他汀類藥物的研發(fā)失之交臂。
當(dāng)時(shí)，三共并不是唯一一家從事他汀類藥物研究的公司，而且在無意中幫助了競爭對(duì)手默克公司。
1976年夏天，三共授權(quán)默克公司，有權(quán)訪問遠(yuǎn)藤章研究的他汀藥物的數(shù)據(jù)和方法。這其實(shí)在業(yè)內(nèi)并不少見，一些公司經(jīng)常將此類信息發(fā)布給潛在的業(yè)務(wù)合作伙伴。但巧合的是，他們之間的協(xié)議存在一個(gè)巨大漏洞：如果默克公司在另一種真菌副產(chǎn)品中，發(fā)現(xiàn)了相同的抗膽固醇特性，默克公司就不虧欠三共任何東西。
果然在1978年，默克公司在另一種真菌中發(fā)現(xiàn)了一種與美伐他汀幾乎相同的物質(zhì)，被稱為洛伐他汀。與此同時(shí)，剛到東京農(nóng)業(yè)大學(xué)任職的頭幾個(gè)月，遠(yuǎn)藤章也獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了這種物質(zhì)。但是默克公司在美國擁有專利，并于1987年獲得美國FDA的批準(zhǔn)，洛伐他汀成為首個(gè)商品化的他汀類藥物（商品名為美降之）。
在洛伐他汀之后，他汀類藥物被不斷升級(jí)改進(jìn)。大名鼎鼎的“舒降之”問世（即辛伐他汀，僅比洛伐他汀多了一個(gè)甲基）。后來，三共放棄了美伐他汀，又開發(fā)了具有額外羥基的普伐他汀，并于1989年投放市場(chǎng)。隨后又有五種其他合成他汀類藥物（氟伐他汀，西立伐他汀，阿托伐他汀，羅伐他汀和匹伐他汀）被相繼開發(fā)。由于有肌病副作用的報(bào)道，西立伐他汀最終被停用。
到二十世紀(jì)九十年代中期，他汀類藥物成為醫(yī)學(xué)界的熱度話題。十多次大規(guī)模臨床試驗(yàn)表明，他汀類藥物有效降低了低密度脂蛋白-膽固醇、冠狀動(dòng)脈疾病的發(fā)生率以及總體死亡率。此外，他汀類藥物還被證明可以降低25-30％的中風(fēng)發(fā)生率。每種他汀類藥物，每年都會(huì)帶來數(shù)十億美元的銷售額。如今，輝瑞公司的立普妥也是一種他汀類藥物，但化學(xué)結(jié)構(gòu)不同于遠(yuǎn)藤章最初的發(fā)現(xiàn)，每年的銷售額為135億美元，已經(jīng)成為藥物銷售史上的 “重磅炸彈”。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，他汀類藥物是目前世界上僅次于癌癥藥物的第二大處方藥，在2007年的總產(chǎn)值為337億美元。
天賦與汗水兼具的偉大科學(xué)家
過去，心臟病被認(rèn)為是衰老的必然結(jié)果，但是由于他汀類藥物的治療，現(xiàn)在可以延遲或預(yù)防心臟病。 遠(yuǎn)藤章的工作拯救了許多人的生命，這對(duì)醫(yī)學(xué)進(jìn)步和人類健康都產(chǎn)生了巨大的影響。雖然在三共公司的網(wǎng)站上，有關(guān)美伐他汀的發(fā)現(xiàn)歷史，找不到關(guān)于遠(yuǎn)藤章貢獻(xiàn)的只言片語。但該公司的一位發(fā)言人說，“遠(yuǎn)藤章是發(fā)現(xiàn)第一個(gè)他汀類藥物的核心人物”。
邁克爾·布朗和約瑟夫·戈德茨坦因其在膽固醇方面的研究獲得了1985年的諾貝爾獎(jiǎng)。2004年，他們寫道：“數(shù)百萬人，通過他汀類藥物治療延長了生命，都應(yīng)歸功于遠(yuǎn)藤章”。
圖4 老年遠(yuǎn)藤章 | 圖源princemahidolaward
由于這些成就，遠(yuǎn)藤章曾獲得日本首個(gè)華倫·阿波特獎(jiǎng)，拉斯克臨床醫(yī)學(xué)研究獎(jiǎng)，也是首位名列全美發(fā)明家殿堂的日本人，并于2017年榮獲蓋爾德納國際獎(jiǎng)。
遠(yuǎn)藤章對(duì)自己的科學(xué)研究成果，在現(xiàn)實(shí)世界中產(chǎn)生了影響感到振奮，“自少年時(shí)代起，我就一直想做一個(gè)為社會(huì)謀福利的人，這是我的夢(mèng)想，最后通過發(fā)現(xiàn)他汀類藥物實(shí)現(xiàn)了這一夢(mèng)想。但我作為科學(xué)家的成功，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我剛開始工作時(shí)的預(yù)期?！?nbsp;
目前，據(jù)估計(jì)每天有4000萬的患者，服用他汀類藥物以預(yù)防冠心病和中風(fēng)。他汀類藥物的發(fā)現(xiàn)及推廣，是一段極其艱辛的過程。在這個(gè)復(fù)雜的戰(zhàn)役中，遠(yuǎn)藤章功勛卓著。他具備了成功科學(xué)家應(yīng)有的一切素養(yǎng)：強(qiáng)大的專業(yè)背景，敏銳的科學(xué)嗅覺，大膽假設(shè)、小心求證的科學(xué)精神，堅(jiān)韌執(zhí)著，戰(zhàn)勝困難的科學(xué)品質(zhì)，當(dāng)然還需要一點(diǎn)運(yùn)氣。無可爭辯的事實(shí)是，天賦與汗水成就了這位偉大的科學(xué)家。他的智慧和堅(jiān)持，已經(jīng)永遠(yuǎn)銘刻在人類進(jìn)步的歷史上，任何時(shí)候都熠熠生輝。
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