用棉籽餅代替玉蜀黍：中國戰(zhàn)時青霉素研制歷程
青霉素開始在中國生產(chǎn)是時代的需求與召喚，也注定了這是一段非同尋常的艱難歷程 | 圖源：pixabay.com 青霉素是人類最早發(fā)現(xiàn)的抗生素。1928年英國細菌學(xué)教授弗萊明在實驗室中發(fā)現(xiàn)青霉菌具有殺菌作用。1938年，牛津大學(xué)的錢恩（Sir Ernst Boris Chain）、弗洛里（Howard Walter Florey）及希特利（Norman Heatley）領(lǐng)導(dǎo)的團隊成功提煉出青霉素。因此，弗萊明、錢恩和弗洛里共同獲得了1945年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。 第二次世界大戰(zhàn)時，美國大量生產(chǎn)青霉素技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，基本能滿足當時的需求。相形見絀，中國開始生產(chǎn)青霉素的時間則要晚得多。 抗日戰(zhàn)爭時期，霍亂、鼠疫、斑疹傷寒和回歸熱等流行病正在中國大地肆虐，人民不僅受到戰(zhàn)爭的摧殘，還要忍受疾病的折磨，一時生靈涂炭，民不聊生。在這種可怕的環(huán)境下，能夠迅速解決各種感染的青霉素，簡直算得上天賜之物。可以說，青霉素開始在中國生產(chǎn)是時代的需求與召喚，也注定了這是一段非同尋常的艱難歷程。
撰文 | 瑾巖
責(zé)編 | 王一葦
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昆明： 巨大缺口下第一株國產(chǎn)青霉菌株誕生
1919年3月，北洋政府在北京天壇內(nèi)西南隅神樂署辟地（后擴展至近百畝），成立了中央防疫處（簡稱 “中防處”）。這是中國第一個由中央政府設(shè)立的國家衛(wèi)生防疫機構(gòu)，旨在開展有關(guān)血清疫苗的研究和生產(chǎn)，并負責(zé)全國范圍內(nèi)的傳染病防治工作。
圖1 童村（左1）、湯飛凡（右1）等在天壇中防處實驗樓門口留影
隨后的30年間，因時局動蕩和日寇侵華，中防處被迫數(shù)次搬遷。1937年，日本侵占了中國華東地區(qū)，迫使南京國民政府遷都重慶，一批政府官員、專業(yè)人士和知識分子也隨之遷往中國西部內(nèi)陸。1937年11月20日，中防處遷往長沙。1938年，湯飛凡受命從上海來到長沙準備重振中防處（不日，任處長），可戰(zhàn)火日漸逼近。1939年中防處又遷到昆明，一邊暫借昆華醫(yī)院一舊樓內(nèi)過渡，一邊湯飛凡負責(zé)在滇池邊之西山腳下的高峣村建造新舍，于1941年啟用。
雖然離開了北京、南京、上海相對設(shè)備齊全的辦公室，但是由于在昆明雇用了許多專家，國家衛(wèi)生局依然可以繼續(xù)從事生物醫(yī)藥材料的制造工作。由于云南是美國和盟軍主要活動的地點，它的通信網(wǎng)絡(luò)信號相對較好，這允許云南的國家衛(wèi)生局工作人員可以接收到一些來自西方國家的青霉素成功治療與開發(fā)的消息。
每個星期，湯飛凡都會組織大家討論外國學(xué)術(shù)期刊上的新文章。正是這樣的文獻討論會，拉開了我國青霉素研制的序幕。1941年秋，細菌學(xué)家魏曦報告了英國牛津大學(xué)弗洛里和錢恩發(fā)表在《柳葉刀》期刊上發(fā)表的一篇文章 [1]，主要報道了青霉素的提取、純化和分析。昆明中防處的工作人員受到青霉素成功治療消息的啟發(fā)，尤其是柳葉刀論文的作者認為這將有助于盟軍的戰(zhàn)爭努力。中國研究人員從此開始利用業(yè)余時間研究西南周邊的環(huán)境，以篩選出適合培養(yǎng)的青霉菌。研究人員開始了探索，從舊鞋舊衣服，到古董錢幣，再到地瓜…… 這一尋找就是好幾年。從1941年冬至1944年春，在湯飛凡的帶領(lǐng)下，昆明中防所其他研究人員，包括樊慶笙、魏曦、朱既明、黃有為、盧錦漢等，經(jīng)歷了上百次實驗，直到1944年春天，湯飛凡及其同事終于有了突破，找到了一株含有青霉素的霉菌。對于這一霉菌的來源，當代說法不一。有人說是盧錦漢從肉湯中分離出來的，有人聲稱掃帚上的霉菌產(chǎn)生了11株具有抗菌特性的菌株 [2]。然而，無論其來源如何，中防處的工作人員已經(jīng)開始尋找培養(yǎng)和純化菌株的方法。
與此同時，隨著《租借法案》允許青霉素從美國轉(zhuǎn)移到中國后，第一個工業(yè)化生產(chǎn)的青霉素來到了中國的病床。該藥物的首次臨床應(yīng)用效果非常好，8-11月重慶市中心醫(yī)院的報告顯示，33名接受青霉素治療的患者，19人均出現(xiàn)癥狀部分或明顯改善。報告總結(jié)道：“所有肺炎、慢性骨髓炎和葡萄球菌引起的急性感染病例都對治療反應(yīng)非常好”。這個消息令中國衛(wèi)生行政人員既振奮，又平添了幾分憂愁。因為1945年的中國，青霉素缺口高達6億個單位，這讓大家極其渴望更加充分的供應(yīng) [3]。
紐約： 青霉素生產(chǎn)技術(shù)對華轉(zhuǎn)移困難重重
1944夏天對于推動在中國大陸生產(chǎn)青霉素是一個決定性時刻。當時，美國對華醫(yī)療援助局（由海外華人和美國人成立于紐約）的工作人員正試圖在中國建立青霉素生產(chǎn)廠。1944年3月，美國對華醫(yī)療援助局決定讓來自中國的青年細菌學(xué)家——童村，接受青霉素生產(chǎn)方法的培訓(xùn)，負責(zé)工廠轉(zhuǎn)移到中國的工作 [4]。
5月16 日，在美國對華醫(yī)療援助局的年度董事會會議上，生物化學(xué)家、項目咨詢顧問諾曼·阿普爾茨韋格（Norman Applezweig）向利益相關(guān)者發(fā)表演講，公布了建立青霉素工廠的計劃，其間略帶夸張地說道，“僅僅提到中國這個神奇字眼，就已經(jīng)打開了美國研究科學(xué)家和技術(shù)專家的心扉，我們向中國發(fā)送的不僅是生產(chǎn)青霉素的方法，而是一項研究和生產(chǎn)抗生素的技術(shù)，其中青霉素是眾多鏈條中的第一環(huán)” [2]。
話雖這么說，但是將青霉素生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)移到中國要面臨的問題非常多。在美國，生產(chǎn)青霉素有兩種方法，瓶裝法生產(chǎn)青霉素在美國已經(jīng)有些過時，水箱法生產(chǎn)則需要太多的專業(yè)設(shè)備和復(fù)雜的維護，而且這兩種方法都使用了乳糖和玉米漿，但是當時的中國根本無法獲得這些產(chǎn)品。湯飛凡及其同事總結(jié)道，“在培養(yǎng)基中添加玉米漿的發(fā)現(xiàn)，能讓青霉素產(chǎn)量提高很多倍，算得上是青霉素工業(yè)生產(chǎn)中里程碑式的發(fā)現(xiàn)。但是，玉米漿是淀粉發(fā)酵工業(yè)的產(chǎn)品，中國沒有”。此外，美國常用的青霉素提取方法依賴于有機溶劑和活性炭，這些中國也不具備 [5]。這些問題凸顯了戰(zhàn)時中美之間巨大的研究差距。
“巧婦難為無米之炊”，戰(zhàn)時中國生產(chǎn)青霉素面對的就是這種窘境。因此，童村建議從瓶裝法開始，“如果我們沒有瓶子，我們可以使用粗瓷器來代替”。
昆明： 物資極度匱乏下成功提純
1944年夏天，由湯飛凡領(lǐng)導(dǎo)的國家衛(wèi)生局高級專家團隊（成員包括資深專家黃有為、朱既明和樊慶笙）一起鑒定出了具有抗菌特性的霉菌菌株。但是，他們還沒有辦法培養(yǎng)青霉素，更不用說提取可行的化合物藥物了。
研究人員只能想方設(shè)法，利用現(xiàn)有條件，解決一個個難題。為了解決培養(yǎng)基的關(guān)鍵添加劑——玉米漿的缺乏問題，他們使用當?shù)乜色@得的蔗糖，并結(jié)合從玉米中蒸餾出來的酒作為替代。此外，使用醋酸戊酯將青霉素提取到水溶液中，并使用沙子和紡絲過濾來分離溶劑。然后，將從當?shù)靥菑S供應(yīng)商處獲得的木炭添加到溶液中，進一步過濾、干燥，以及用其他化學(xué)方法，產(chǎn)生可用于臨床治療的濃縮青霉素溶液 [2]。
就是這樣一點點尋找替代方法，終于1944年9月5日，通過液面培養(yǎng)法（液體培養(yǎng)基），研制出了中國第一批青霉素，一共5瓶（5萬單位/瓶）。隨后，兩瓶青霉素被發(fā)往了重慶，牛津的諾曼·希特利教授和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校各分得一瓶，美國對華醫(yī)療援助局保留了最后一瓶。經(jīng)牛津大學(xué)和威斯康星大學(xué)的分析證實，中國生產(chǎn)的青霉素每毫克含有177單位的青霉素。這是一項振奮人心的成果，在受到了極大地鼓舞后，研究人員馬不停蹄地生產(chǎn)下一批青霉素。第二批青霉素首先被送到當?shù)氐幕莸後t(yī)院，姚漢平醫(yī)生將其用在了病人身上，奄奄一息的病人奇跡般地好轉(zhuǎn)了 [2]。
圖2 中防處慶祝同盟國勝利大會全體職員合影 | 攝于1945年9月2日昆明中防處大樓前，正值中國首批青霉素誕生之際。
戰(zhàn)時物質(zhì)稀缺，形勢復(fù)雜，中國制造要在夾縫中摸索與求生，這一成果無疑讓研究人員看到了一絲絲推動青霉素生產(chǎn)的希望。湯飛凡及其同事將這一成果發(fā)表在了在1945年的《中華醫(yī)學(xué)雜志》的封面故事上，文章主要講述了由于戰(zhàn)時國內(nèi)設(shè)施簡陋和缺乏可用設(shè)備，實驗生產(chǎn)過程中所面臨的巨大挑戰(zhàn) [6]。例如，戰(zhàn)時中國連基本的密封器皿都沒有，因此將青霉素發(fā)往國外進行化驗，要比在中國要容易得多。雖然該團隊完成了臨床試驗，但在其初步報告中警告道，“人體試驗的劑量完全是任意的，一般來說給藥劑量太低，就無法進行任何臨床判斷”。因此，他們的試驗只證明了開發(fā)的青霉素可以用于治療。
從紐約到昆明，從昆明到北京： 動蕩中規(guī)模生產(chǎn)初具雛形
在日本投降后，鑒于昆明的事態(tài)發(fā)展，美國對華醫(yī)療援助局尚不清楚如何實現(xiàn)阿普爾茨韋格等人的最初設(shè)想——徹底的青霉素技術(shù)轉(zhuǎn)移。在1944年9月的會議上，美國對華醫(yī)療援助局得出結(jié)論，“試點工廠不再可行，應(yīng)該支持正在中國生產(chǎn)青霉素的唐先生，為他們購買了設(shè)備，并盡快將童村博士送回中國，以幫助青霉素的生產(chǎn)”。此后，美國對華醫(yī)療援助局向國家衛(wèi)生局提供了1874.5萬美元，以支持建立青霉素工廠。
另一面，童村博士正計劃著回國。在橫渡太平洋之前，他會在賓夕法尼亞州立大學(xué)花上兩周時間，研究從培養(yǎng)物中提取青霉素的方法，然后在皮奧里亞實驗室花一個月時間學(xué)習(xí)更多關(guān)于罐法培養(yǎng)青霉素的知識。最后，他會在禮來（Eli Lilly）和施貴寶（Squibb）的工業(yè)實驗室呆上兩周。此外，童村請求美國對華醫(yī)療援助局提供生產(chǎn)青霉素的材料，以及更多的財政支持?！拔覀冎袊藭С诌@項工作的，無論是在戰(zhàn)爭，還是在和平年代”，童村如是說。
1945年1月，中央防疫處改稱中央防疫實驗處。日本投降后的1946年6月，昆明的中防處奉命遷回北平天壇舊址，處長湯飛凡主持 “復(fù)員” 建設(shè)，組織設(shè)立了抗生素研究室并建造青霉素制造室，邀請童村任技師、馬譽澂任副技師，劉璞、黃大馪、徐尚志為技術(shù)員，還有專員李連盛和技術(shù)生王茂林、王正華等。在多方的推動下，中國抗生素生產(chǎn)事業(yè)正在逐步推進。
圖3 馬譽澂（左）和童村正在做青霉素提煉工藝的試驗（約1947年秋冬）
第二次中日戰(zhàn)爭結(jié)束后，社會和政治環(huán)境飛速變化，內(nèi)戰(zhàn)的動蕩正在迅速席卷北京，越來越多的工作人員選擇離開中防處，甚至離開中國。盡管在這種形勢下，青霉素工廠沒有遷移。1947年元旦，中防處青霉素制造實驗室落成。這個實驗室較為完備，安裝了美國對華醫(yī)療援助局捐贈的發(fā)酵、提煉以及冷凍、真空干燥等設(shè)備，做實驗和研究都較此前方便了很多。這是中國當時僅有的抗生素生產(chǎn)設(shè)備，規(guī)模相當于一個示范廠或中試車間。童村、馬譽澂等立即調(diào)試了設(shè)備，并且很快投入了生產(chǎn)，但青霉素的效價只有100單位/毫升。另外，發(fā)酵用的培養(yǎng)基是一種專用的玉蜀黍浸出液（制備淀粉和葡萄糖的副產(chǎn)品，玉蜀黍即玉米），我國沒有生產(chǎn)，只能依靠美國進口，“僅運費一項就十分可觀，加之外匯申請困難，運輸時間曠日持久，非常耽誤事”。為此，湯飛凡、童村、馬譽澂等積極尋找替代品，先后試驗過豆類等富含蛋白質(zhì)的農(nóng)作物浸劑，但效果不理想，“遍查文獻，也未發(fā)現(xiàn)與進口玉蜀黍媲美者” [7]。
此時，童村提出用棉仔餅替代美國進口玉蜀黍酶化物，結(jié)果非常不錯，青霉素效價增至400單位/毫升。此外，他們又對生產(chǎn)設(shè)備和工藝作了改進和調(diào)整，如改裝培養(yǎng)罐、加快攪拌器的速度等。經(jīng)進一步研究，他們在培養(yǎng)基中加入甲苯醋酸（苯乙酸），產(chǎn)量進一步提高，效價最終達到750單位/毫升，每周產(chǎn)500-1000瓶的青霉素（10萬單位/瓶）。其后，青霉素制造室擴大了干燥箱，啟用了自動分裝器，加裝了較大的冷藏室 [7]。
署名中防所童村、馬譽澂、湯飛凡的 “棉籽餅酶化物與青霉素之制造” 研究論文，后發(fā)表在1950年5月出版的《中華新醫(yī)學(xué)報》上。據(jù)統(tǒng)計，1948年中防處共生產(chǎn)20萬單位/瓶的青霉素11338瓶，售出10143瓶，不僅補貼了研制經(jīng)費，更是惠及了病患 [9]。像京津滬等地的醫(yī)院，尤其是北京協(xié)和醫(yī)院，從此便有機會獲得實用化的國產(chǎn)青霉素。
圖4 湯飛凡向國民政府衛(wèi)生部長劉瑞恒介紹國產(chǎn)青霉素產(chǎn)品 | 圖源：天壇中央防疫處
然而，天壇廠僅僅是中國抗生素工業(yè)的一個開始。新中國成立后，大量研究人員紛紛投入到抗生素的生產(chǎn)研究中，涌現(xiàn)了很多津津樂道的創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn)與改進，為中國抗生素生產(chǎn)開辟了新天地。
結(jié) 語
1949 年中華人民共和國成立后，湯飛凡、童村和一些其他研究人員選擇留在了中國。中防處更名為中央生物制品研究所，繼續(xù)監(jiān)督全國多種生物制品的生產(chǎn)。湯飛凡繼續(xù)在這里工作，并且恢復(fù)了戰(zhàn)前對沙眼的研究。1957年，湯飛凡鑒定、分離和培養(yǎng)了沙眼衣原體細菌，成為第一位成功確定沙眼病因的科學(xué)家，一時聲名鵲起 [10]。樊慶笙也贏得了農(nóng)業(yè)微生物學(xué)專家的贊譽，特別是在促進中國食用和藥用蘑菇的種植方面，他在南京農(nóng)學(xué)院度過了輝煌的教學(xué)生涯 [11]。1949年12月17日，馬譽澂發(fā)明了青霉素的結(jié)晶方法。1950年初，馬譽澂等進行了中試放大，生產(chǎn)出了中國第一批結(jié)晶青霉素鉀針劑，沖破了美國等的技術(shù)封鎖，受到中央人民政府衛(wèi)生部的嘉獎。童村先生則在上海多家醫(yī)藥制造單位工作，徜徉在學(xué)術(shù)界與工業(yè)界之間 [2]。在推動中國生產(chǎn)青霉素的過程中，童村內(nèi)心一直如履薄冰，擔(dān)憂不能完成從美國轉(zhuǎn)移中試工廠的任務(wù)，而受到國人的指責(zé)。今天，后人追思童村先生，通常認為是他的努力奠定了當代中國抗生素企業(yè)的基礎(chǔ)。
青霉素在中國成為一種治療藥物是一件了不起的事情。在絕望的戰(zhàn)爭條件下，一群研究人員依靠他們的智慧和獨創(chuàng)性生產(chǎn)救命藥——青霉素。在這個過程中，中防處和美國對華醫(yī)療援助局的研究人員，都做出了突出貢獻。不可否認的是，青霉素制造所需的技術(shù)、材料和人力資源在許多不同的時間點，以多種不同的形式從美國輸送到中國?？梢哉f，在美國或直接或間接的帶動下，中國的抗生素工業(yè)孕育而生，實現(xiàn)了艱難的起步。
同時，不可爭辯的事實是，在中國內(nèi)地數(shù)百萬人日常生活物質(zhì)匱乏，以及災(zāi)難的戰(zhàn)時條件下，中防處的研究人員首先成功開發(fā)了生產(chǎn)少量青霉素的方法，他們?yōu)榻鉀Q我國戰(zhàn)時青霉素的生產(chǎn)作出了突出的貢獻，為青霉素在中國的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，開創(chuàng)了中國藥物發(fā)展的新時代。和平年代，戰(zhàn)爭的硝煙褪去，中國青霉素生產(chǎn)歷程已經(jīng)成為歷史，但是我國第一代抗生素探索隊伍自力更生，艱苦創(chuàng)業(yè)的精神永遠在時代的長河中熠熠生輝，任何時候提起都永不過時，為新時代的我們樹立了崇高典范和時代榜樣，時刻激勵和鞭策著我們獨立自主，自力更生，自主創(chuàng)新的科研之路。
制版編輯 | 盧卡斯
