華法林的發(fā)現(xiàn)史：從滅鼠藥到救命藥

張 路

中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院血液內(nèi)科，北京 100730

在過(guò)去的近半個(gè)世紀(jì)，華法林一直是口服抗凝藥物的代表和支柱，廣泛用于血栓栓塞性疾病、心房纖顫、人工瓣膜置換術(shù)后等領(lǐng)域，是口服抗凝藥物中的“霸主”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每100個(gè)英國(guó)人，至少有1人長(zhǎng)期使用華法林[1]，而在老年患者中比例更高。但隨著達(dá)比加群酯、利伐沙班等新型口服抗凝藥物的出現(xiàn)，可以為患者提供更安全和方便的治療，華法林的“霸主”地位逐漸受到挑戰(zhàn)[2]。在華法林由盛轉(zhuǎn)衰的重要轉(zhuǎn)折時(shí)刻，作為見(jiàn)證者，我們有必要對(duì)這一劃時(shí)代藥物的發(fā)現(xiàn)歷史進(jìn)行回顧，在致敬華法林發(fā)現(xiàn)者的同時(shí)，深思其帶給我們關(guān)于科學(xué)研究規(guī)律的啟示。

1 甜苜蓿病

20世紀(jì)20年代，北美洲大草原的牧民發(fā)現(xiàn)了一種奇特現(xiàn)象：牲畜進(jìn)食發(fā)霉的甜苜蓿干草后約15 d會(huì)有出血表現(xiàn)(輕微外傷后出血不止，甚至?xí)l(fā)生自發(fā)性出血，血液難以凝固)，并在30～50 d內(nèi)死亡[3]。1924年，加拿大獸醫(yī) Frank W.Schofield在《美國(guó)獸醫(yī)學(xué)學(xué)報(bào)》(JournaloftheAmericanVeterinaryMedicineAssociation)詳細(xì)描述了這種疾病，并認(rèn)為該病可能與發(fā)霉干草中的黑青霉等有關(guān)。由于與甜苜蓿干草有關(guān)，該病也被稱為“甜苜蓿病”。經(jīng)過(guò)近10年的研究，人們發(fā)現(xiàn)：避免牲畜食用發(fā)霉的干草，或?qū)Πl(fā)病后牲畜進(jìn)行輸血治療，對(duì)甜苜蓿病有一定防治效果，但由于病因尚未破解，在整個(gè)20世紀(jì)30年代，該病對(duì)北美畜牧業(yè)仍構(gòu)成很大威脅。這一時(shí)期，席卷世界的經(jīng)濟(jì)危機(jī)正給美國(guó)人民的生活帶來(lái)極大困擾(圖1)，病因尚未破解的“甜苜蓿病”疫情導(dǎo)致大量牲畜死亡和經(jīng)濟(jì)損失，這對(duì)北美牧區(qū)的居民無(wú)疑是雪上加霜。在損失了牲畜的居民中，有一位名叫Ed Carlson的農(nóng)夫，在一場(chǎng)暴風(fēng)雪中，他用卡車載著一頭死亡的奶牛、一桶來(lái)自于死亡奶牛的不凝血、約45 kg甜苜蓿干草，跋涉約300 公里，來(lái)到了當(dāng)?shù)匾凰黄鹧鄣霓r(nóng)業(yè)試驗(yàn)站，在那里他偶遇了1個(gè)月前剛剛開(kāi)始研究“甜苜蓿病”的生化學(xué)家Karl Link，從而開(kāi)啟了發(fā)現(xiàn)華法林的波瀾壯闊之旅。

圖 1 經(jīng)濟(jì)危機(jī)中的美國(guó)群眾[4]

2 Karl Link教授生平

Karl Link教授(1901—1978年)[5]生于美國(guó)印第安納州的拉波特市，父親是一位路德教牧師。Karl Link于1918至1925年就讀于威斯康辛大學(xué)農(nóng)業(yè)學(xué)院，并于1925年獲得了農(nóng)業(yè)化學(xué)博士學(xué)位。隨后，他在美國(guó)國(guó)家教育委員會(huì)的資助下，前往歐洲進(jìn)行博士后培訓(xùn)，曾在蘇格蘭和瑞士進(jìn)行研究并先后與Fritz Pregl (1923年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主)和Paul Karrer(1937年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主)共事。在完成歐洲的培訓(xùn)后，Karl Link于1927年回到美國(guó)威斯康辛大學(xué)謀得教職，遺憾的是，Karl Link在瑞士期間罹患肺結(jié)核，因當(dāng)時(shí)結(jié)核病治療手段相對(duì)落后，他一直受疾病困擾，直至去世。

在那個(gè)風(fēng)雪之夜，Ed Carlson送來(lái)的死亡奶牛、不凝血和發(fā)霉的干草，為Karl link教授提供了珍貴的研究材料。經(jīng)過(guò)6年的不懈努力，1941年，他終于發(fā)現(xiàn)了“甜苜蓿病”的元兇：甜苜蓿中含有的天然香豆素，雖然香豆素本身并不具有抗凝作用，但在真菌(發(fā)霉)的作用下會(huì)被氧化為雙香豆素，干擾維生素K依賴性凝血因子的功能，引起出血。經(jīng)濟(jì)向好時(shí)，牧民們一般不會(huì)將發(fā)霉的草料喂給動(dòng)物，而是重新更換干燥的草料，因此“甜苜蓿病”的問(wèn)題并不突出；但在經(jīng)濟(jì)蕭條時(shí)期，牧民們無(wú)力替換發(fā)霉飼料，該問(wèn)題即突顯出來(lái)。至此，困擾北美牧區(qū)近20年的怪病之謎得以完美解答。

3 從滅鼠藥到口服抗凝藥

第二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)鼠患嚴(yán)重，亟需有效的滅鼠手段。1945年，因“胸膜炎”住院休養(yǎng)的Karl Link想到了采用雙香豆素的衍生物作為滅鼠藥的主意。因雙香豆素起效慢,患“甜苜蓿病”的牲畜30～50 d后才死亡，所以Karl Link與其合作者在篩選了上百種雙香豆素衍生物后，最終在1948年發(fā)現(xiàn)了芐丙酮香豆素并將其作為理想的滅鼠藥。由于這項(xiàng)艱苦的研究工作是在威斯康辛大學(xué)校友基金會(huì)(Wisconsin Alumni Research Foundation，WARF)的資助下完成的，所以將這種香豆素衍生物命名為Warfarin(WARF：基金會(huì)；-arin：香豆素詞尾)，中文譯為華法林，沿用至今[6- 7]。作為滅鼠藥，華法林取得了巨大成功(圖2)，也是后續(xù)效果更強(qiáng)的滅鼠藥溴敵隆(又稱“超級(jí)華法林”)的原型藥物。

圖 2 華法林的分子結(jié)構(gòu)[8]

隨著華法林在滅鼠事業(yè)上的巨大成功，逐漸有醫(yī)師開(kāi)始嘗試在臨床中使用該藥用于抗凝。因曾用作“滅鼠藥”，患者在接受該藥上存在一定困難。轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在1955年，二戰(zhàn)英雄、五星上將、時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)的艾森豪威爾在打高爾夫球后出現(xiàn)心肌梗死，隨后接受了華法林治療。這一事件增加了民眾對(duì)華法林的接受程度，于是逐漸發(fā)生了我們所熟知的華法林用于臨床治療的諸多故事。尤其是在20世紀(jì)80年代，世界衛(wèi)生組織推薦采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化比值監(jiān)測(cè)華法林療效后，克服了制約華法林廣泛應(yīng)用的劑量控制問(wèn)題。自此，在全世界范圍內(nèi)，華法林正式成為使用最廣泛的口服抗凝藥物。

4 歷史的啟示

回顧華法林的發(fā)現(xiàn)史，我們饒有興趣地發(fā)現(xiàn)許多貌似偶然的事件堆疊：經(jīng)濟(jì)寒潮令牧民無(wú)力更換發(fā)霉的牧草；絕望的農(nóng)夫突發(fā)奇想，冒雪驅(qū)車數(shù)百公里，在不起眼的地方農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站偶遇一位剛剛于1個(gè)月前才開(kāi)始對(duì)“甜苜蓿病”感興趣的生化學(xué)家；由于罹患疾病，不得不住院休養(yǎng)的生化學(xué)家研究起了滅鼠藥物；全民英雄、美國(guó)總統(tǒng)在任期內(nèi)突發(fā)心肌梗死并從該藥獲益。

然而，偶然中總是存在著必然，偉大的創(chuàng)新背后是厚積薄發(fā)：美國(guó)從1875年開(kāi)始建立起遍布全美的農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站體系，重視基礎(chǔ)科研和農(nóng)業(yè)應(yīng)用，為Ed Carlson與Karl Link歷史性會(huì)面創(chuàng)造了機(jī)遇；雖然威斯康辛州不是美國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，卻因重視教育，佇立著一所始建于1848年、世界綜合大學(xué)排名前100強(qiáng)的著名大學(xué)威斯康辛大學(xué)，這所大學(xué)不僅為Karl Link教授提供科研場(chǎng)所，其校友基金會(huì)也恰好為華法林的研究提供了經(jīng)費(fèi)支持，并為寫(xiě)入醫(yī)學(xué)史的該藥物冠名；雖然Karl Link罹患肺結(jié)核，但他堅(jiān)持不懈、不斷嘗試，即便在住院休養(yǎng)期間也心系研究。華法林的故事，不但為我們揭示了科學(xué)研究從現(xiàn)象(牲畜出血死亡)到本質(zhì)(雙香豆素抗凝作用)、從實(shí)驗(yàn)室(發(fā)現(xiàn)雙香豆素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并合成其衍生物)到實(shí)踐(滅鼠藥)及臨床應(yīng)用(口服抗凝藥“霸主”華法林)的一般規(guī)律，還提示我們，良好的基礎(chǔ)教育和基礎(chǔ)科研條件，以及充分的經(jīng)費(fèi)支持，是催生劃時(shí)代意義發(fā)現(xiàn)的重要條件。

5 結(jié)語(yǔ)

作為目前最重要的口服抗凝藥物，隨著新型口服抗凝藥物的不斷涌現(xiàn)，華法林時(shí)代或許已經(jīng)開(kāi)始由盛轉(zhuǎn)衰。當(dāng)我們懷著對(duì)先輩深深的敬意，在這個(gè)特殊的時(shí)間節(jié)點(diǎn)回顧華法林的發(fā)現(xiàn)史，為我們未來(lái)的科學(xué)研究帶來(lái)了有益啟示。

[1] Pirmohamed M. Warfarin: almost 60 years old and still causing problems [J]. Br J Clin Pharmacol, 2006, 62: 509- 511.

[2] Patel MR, Mahaffey KW, Garg J, et al. Rivaroxaban versus warfarin in nonvalvular atrial fibrillation [J]. N Engl J Med, 2011, 365: 883- 891.

[3] Schofield FW. Damaged sweet clover: the cause of a new disease in cattle stimulating hemorrhagic septicaemia and blackleg [J]. J Am Vet Med Assoc, 1924, 64: 553- 575.

[4] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Volunteers_of_America_Soup_Kitchen_WDC.gif?uselang=zh-cn.

[5] Burris RH. Karl paul link[M]//Burris RH. Biographical Memoirs V.64. Washington DC:National Academy Press, 1994:175- 195.

[6] Wardrop D, Keeling D. The story of the discovery of heparin and warfarin [J]. Br J Haematol, 2008, 141: 757- 763.

[7] Petit DW, Berne CJ. Medical progress: DICUMAROL [J]. Calif Med, 1947, 67: 40- 44.

[8] https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Warfarin#/media/File:Warfarin_ball-and-stick_model.png.