文恩：心血管藥理學的開拓者

郭曉強

文恩是20世紀最重要的藥理學家之一，先后在提出高血壓治療藥卡托普利作用原理、闡明廣譜藥阿司匹林機制和發(fā)現(xiàn)前列環(huán)素抗血栓現(xiàn)象等方面做出奠基性貢獻，為推動心血管藥理學的進步發(fā)揮了關鍵作用。

藥理學（pharmacology）是一門通過實驗來研究特定化學物質（包括潛在藥物和臨床藥物）引起身體功能變化之生理生化機制的科學，它為新藥研發(fā)和臨床藥物改進提供實驗資料與理論基礎。心血管系統(tǒng)是一個由心臟和血管組成以保障血液循環(huán)正常進行的系統(tǒng)，為機體生命活動之根本。其異常造成高血壓、動脈粥樣硬化等中老年常見病。因此，相關藥物研發(fā)也具有十分重要的意義。英國著名藥理學家文恩爵士（Sir JohnRobert Vane）通過大量出色的基礎實驗工作，革新了藥理學研究方法，有力促進了心血管新藥的研發(fā)及臨床應用，是推動當代實驗藥理學發(fā)展的一位重量級科學家。

成長歷程

1927年3月29日，文恩出生于英國伍斯特郡（Worcestershire）。他從小就對科學懷有極大興趣。12歲時父母送給文恩一套化學裝置作為圣誕禮物，激發(fā)了他對實驗操作的熱情。隨后，家就成了文恩的實驗室，甚至在廚房里也開展化學實驗，險些釀成事故。為安全起見父親在花園里搭建了簡易實驗室，文恩可以更加得心應手地進行各種化學研究。

在伯明翰愛德華國王高中（King EdwardsSchool）就讀期間，由于受化學老師的進一步影響，文恩對化學興趣更加濃厚。1944年，文恩進入伯明翰大學（University of Birmingham）化學專業(yè)學習，隨著對化學的深入了解，文恩的興趣發(fā)生了很大改變。當從兒時單純的愛好轉向將來大學畢業(yè)后可能從事的職業(yè)時，文恩對化學的興趣急劇減少，特別厭倦化學反應結果的不確定性，到后來對化學甚至產(chǎn)生抵觸情緒。當伯明翰大學化學教授斯泰西（M.Stacey）和文恩談及畢業(yè)后的工作選擇時，文恩的答復竟然是“除了化學，其他隨意”。

巧合的是在這次談話以后不久，斯泰西收到牛津大學（University of Oxford）著名藥理學家伯恩（J.H.Burn）教授的一封信，建議推薦一名化學專業(yè)的學生來牛津大學接受藥理學培訓。斯泰西將此事告知文恩，文恩毫不猶豫地接受下來，盡管他當時對藥理學尚一無所知。1946年，文恩進入牛津大學藥理系開始新的學業(yè)，此事標志著他科研生涯的開端。

伯恩教授說得上是文恩的伯樂，他發(fā)現(xiàn)文恩對探索未知世界充滿好奇心，盡管文恩基本未接受過生物學的系統(tǒng)培訓，對藥理學也無太多激情，而當初的選擇僅為了擺脫化學。伯恩教授最終還是把文恩帶入了實驗藥理學領域。英國在藥理學領域具有濃厚的學術氛圍，先后有多位科學家榮獲諾貝爾獎，如戴爾爵士（SirH.H.Dale，1936年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者）、布萊克爵士（Sir J.W.Black，1988年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者）以及后來的文恩等。文恩發(fā)現(xiàn)，伯恩的實驗室正逐漸成為英國藥理學研究中心，并成為培養(yǎng)年輕藥理學家的搖籃和基地，伯恩教授本人于1950年當選英國皇家學會會員，而他進一步培養(yǎng)了包括文恩在內(nèi)的多名會員。正是伯恩的激情和靈感激發(fā)了文恩對生物學實驗和藥理學的摯愛，并時刻敢于挑戰(zhàn)藥理學之重大前沿問題，還培養(yǎng)了他對非預期實驗結果的敏銳洞察力。

1948年文恩從牛津大學畢業(yè)，并獲藥理學學位，在謝菲爾德大學（University of Sheffield）從事短暫的藥理學研究之后進入納菲爾德醫(yī)學院（Nuffield Institute for Medical Research）師從生理學家道斯（G.S.Dawes），于1953年取得博士學位。畢業(yè)后文恩來到美國拓展視野，加入耶魯大學（Yale University）藥理系擔任助理教授兩年。1955年文恩回到英國，成為倫敦大學皇家外科學院（Royal College of Surgeons，RCS）基礎醫(yī)學研究院高級講師，于1966年被提升為教授。

革新藥理學的實驗方法

皇家外科學院教學任務較少，文恩可以將大部分精力用于科學研究，因此逐漸建立起自己的研究團隊和實驗平臺，正式開始自己的科研生涯。在皇家外科學院的18年是文恩一生精力最旺盛、成果最豐富的時期。他通過對生命科學特別是藥理學所擁有的敏銳觀察力而迅速發(fā)現(xiàn)了藥物問題的關鍵所在，更重要的是還能找到解決問題的新穎想法。

為了更好地開展實驗，文恩首先需要建立一個敏感、高效的藥理學實驗體系。他發(fā)展并改進了傳統(tǒng)藥理學方法——級聯(lián)灌流生物測定技術（cascadesuperfusion bioassay）。這種方法是拿某一器官在體外進行灌流實驗。他則根據(jù)實驗需要，將多個器官進行體外依次灌流，并且改用血液代替?zhèn)鹘y(tǒng)灌流液，從而既減少了整體動物的復雜性，也模擬了動物生理環(huán)境的整體性。

這項革新的優(yōu)點在于能對多種血管活性物質同時進行檢測，通過每種器官對特定物質所展現(xiàn)的獨有電生理活性（每種物質影響器官的特異波形具有指紋特性，而多器官產(chǎn)生的波形組合更增加特異性）來達到區(qū)分的目的（若出現(xiàn)新的波形，則意味著有一類新物質存在），并且實現(xiàn)動態(tài)和實時的檢測。許多活性物質的半衰期極短（有時僅幾秒鐘時間），用傳統(tǒng)方法很難檢測。而文恩的方法由于灌流速度較大，在這方面就具有得天獨厚的優(yōu)勢。這種敏感性一定程度上還增加了“偶然發(fā)現(xiàn)”的機會。

這項革新是文恩科研的一個重要起點，為后續(xù)的許多重大藥理學發(fā)現(xiàn)奠定了基礎，也對藥理學的整體發(fā)展發(fā)揮了重要推動作用。文恩早期利用這種方法檢測了多種活性物質如兒茶酚胺等的生物活性。進入1960年代以后，他逐漸對新領域特別是高血壓發(fā)生的機制產(chǎn)生了濃厚興趣。

發(fā)現(xiàn)血管緊張素轉化酶的抑制原理

1950年代，科學家闡明了血壓調節(jié)的腎素.血管緊張素系統(tǒng)（renin-angiotensin system，RAS）。血管緊張素存在兩種類型——Ⅰ和Ⅱ，血管緊張素Ⅰ可在血管緊張素轉化酶（angiotensin—converting enzyme，ACE）催化下生成血管緊張素Ⅱ。血管緊張素Ⅰ缺乏生物活性，而血管緊張素Ⅱ可引起血管收縮而造成血壓升高。這也就意味著ACE催化的血管緊張素Ⅱ生成，是高血壓的發(fā)生原因之一。

1956年，小斯凱格斯（L.T.Skeggs Jr）在血液中鑒定出ACE，但文恩研究后發(fā)現(xiàn)該酶活性較低，不足以解釋血壓快速增高的現(xiàn)象。1967年，文恩小組借助級聯(lián)灌流生物測定技術發(fā)現(xiàn)，肺循環(huán)是血管緊張素Ⅱ生成的主要場所，從而拓展了對高血壓的理解。與此同時，一位巴西博士后費雷拉（S.H.Ferreira）的到來，提升了這一發(fā)現(xiàn)的臨床價值。

1965年，費雷拉加入文恩實驗室，并帶來了從巴西毒蛇的毒液中分離得到的提取物——緩激肽增效因子（bradykinin potentiating factor，BPF）。費雷拉已發(fā)現(xiàn)BPF具有強化緩激肽降低血壓的作用，但機制不詳。文恩對此很感興趣，就讓費雷拉測試BPF對ACE的作用，結果發(fā)現(xiàn)BPF可顯著抑制血管緊張素Ⅱ的生成。這一發(fā)現(xiàn)促使文恩提出ACE可作為高血壓治療之重要靶點。

文恩還是施貴寶公司（Squibb Corporation）的科學顧問，在1968年的報告中闡述了ACE抑制劑將是高血壓藥物研發(fā)的重要方向。然而當時，主流觀點認為ACE只負責5%左右“惡性高血壓”（一種血壓快速升高、嚴重威脅生命的高血壓）的發(fā)生，而與95%的“基本高血壓”無關，因此ACE抑制劑的商業(yè)開發(fā)意義不大。但在文恩的積極努力下，施貴寶公司最終決定成立一個研究小組，開發(fā)用于高血壓治療的ACE抑制劑。

在生物化學家?guī)焓猜―.Cushman）和肽類化學家翁代蒂（M.Ondetti）領導下，施貴寶公司在BPF（由于是一種多肽，因此無法口服）抑制效應的基礎上于1975年開發(fā)成功第一種口服ACE抑制劑——卡托普利（captopril），最終于1981年被美國食品藥品管理局（FDA）批準應用于高血壓的治療。

卡托普利的開發(fā)成功，對藥物學發(fā)展起了重大的推動作用，也突顯了基礎研究的重要性。合理藥物設計理論的前提是藥物靶點和先導藥物的鑒定，而文恩為此完成了兩方面的工作：一方面證明ACE可以作為高血壓治療的靶點，另一方面還確定了BPF可以作為藥物設計的結構基礎。因此，正是文恩為卡托普利的開發(fā)提供了重要理論保證。如今，卡托普利已挽救了成千上萬高血壓患者的生命，文恩稱得上是居功甚偉。

提出阿司匹林的前列腺素抑制理論

阿司匹林（aspirin）是世界上應用最廣泛的藥物之一，在解熱、鎮(zhèn)痛及抗炎等方面發(fā)揮重要作用，還對血栓等疾病的預防有重要意義。它是歷史最悠久的藥物之一，最早可追溯到希波克拉底時代用柳樹皮止痛，此后在柳樹皮里分離得到有效成分水楊酸，到19世紀末合成了乙酰水楊酸即阿司匹林，使其應用得到迅速推廣。盡管阿司匹林在臨床上取得巨大成功，但其藥理機制一直未被揭示。

1950年代，主流觀點認為，阿司匹林可能通過影響神經(jīng)系統(tǒng)而發(fā)揮藥理作用。英國生物學家科利爾（H.Collier）決定通過實驗來確定阿司匹林作用機制，但限于實驗手段一直未取得明顯突破，因此安排他的研究生派珀（P.Piper）進入文恩實驗室，以共同解決這個難題。派珀和文恩在采用級聯(lián)灌流生物測定技術對過敏豚鼠模型的分離的肺進行血液灌注時，檢測到一類未知且高度不穩(wěn)定的物質。由于這些物質可造成兔動脈條強烈收縮，因此命名之為RCS（rabbit.aorta contracting substance兔主動脈收縮物質）。其實，RCS還有另外一層含義，代表文恩服務的皇家外科學院。對RCS的進一步分析發(fā)現(xiàn)，它與當時已知的一類物質——前列腺素（prostaglandin，PG）相似，從而逐漸揭開了阿司匹林的神秘面紗。

對前列腺素的研究可追溯到1930年代。瑞典著名生理學家馮·奧伊勒（U.von Euler，1970年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎獲得者）和同事發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)動物的精液和牛殖泡中含有一種促進子宮平滑肌、血管平滑肌收縮的物質，當時認為該物質由前列腺分泌，故得名。1950年代，另一位瑞典生理學家貝里斯特倫（S.K.Bergstrom）與學生薩穆埃爾松（B.I.Samuelsson）成功地鑒定出多種前列腺素。1960年代，薩穆埃爾松進一步證明了花生四烯酸是前列腺素生成的前體物質。文恩據(jù)此認為，多種機械或化學刺激所引起的疼痛與過敏，實際上是通過促進前列腺素的合成來實現(xiàn)的，而一個合乎邏輯的推論即：阿司匹林可以阻斷前列腺素生成。

作為藥理學家，文恩更多關注的是動物和器官實驗，而對生物化學并不熟悉；然而為了實驗需要，他也只能親自嘗試。文恩制備了豚鼠肺組織勻漿，借助離心去掉沉淀、保留上清，在一部分上清液中加人花生四烯酸，而在另一部分上清液中除添加花生四烯酸外還補充阿司匹林等物質。結果發(fā)現(xiàn)，肺組織可將花生四烯酸轉化成前列腺素，而補充阿司匹林及其類似物吲哚美辛（indomethacin）和水楊酸等，則會抑制前列腺素生成。相反，嗎啡、氫化可的松和美吡拉敏（mepyramine）等對花生四烯酸生成前列腺素無影響（氫化可的松主要通過抑制花生四烯酸的生成而最終影響前列腺素的生成）。文恩研究組和其他兩個研究組進一步在器官水平上也證實了阿司匹林對前列腺素生成具重要抑制作用。因此，前列腺素是一種重要的炎癥介質，通過引起一系列炎癥反應而造成疼痛、發(fā)熱等癥狀。抑制前列腺素的生成，不僅是阿司匹林的作用機制，還可以作為新型抗炎藥物研發(fā)的重要靶點。

1990年代，研究人員先后鑒定出兩種催化前列腺素生成的環(huán)氧合酶（cyclooxygenase，COX），即COX-1（1988年）和COX-2（1991年）。COX-1為組成型表達（基本不受外界因素影響），主要防止胃損傷和影響血小板凝集；COX-2則誘導炎癥等的表達，是介導炎癥反應的主要因素。文恩進一步提出假說，阿司匹林的抗炎作用主要由于抑制了COX-2的活性，而它的副作用則由于COX-1活性也同時受到了抑制。文恩研究組通過實驗發(fā)現(xiàn)藥物對COX-1的抑制強度與引發(fā)的胃腸道損傷程度呈正相關，從而證實了假說。文恩的假說意味著，COX-2特異性抑制劑將在消炎止痛方面有更理想的治療效果和更輕微的毒副作用。隨后，多家制藥公司投入這一領域，開發(fā)出治療關節(jié)炎的塞來昔布（Celebrex）、依托考昔（etoricoxib）等一系列COX-2特異性抑制劑，從而構成一類非甾類抗炎癥藥物（non-steroidal anti-inflammatory drug，NSAID）。此外，日常生活中常用的感冒藥主要成分對乙酰氨基酚，也主要通過抑制COX活性進而影響前列腺素及其衍生物的生成，來發(fā)揮藥理作用。

闡明前列環(huán)素的血栓抑制作用

1973年文恩辭去皇家外科學院職位，加入藥物公司惠康基金會（Wellcome Trust），擔任研發(fā)部主任。雖然朋友勸他不要離開學術機構進入商業(yè)領域，但文恩還是選擇接受挑戰(zhàn)。他做出這個決定一方面受戴爾爵士（也曾任職惠康基金會）影響，另一方面也是想親自嘗試把基礎研究更好地轉化到應用。當最終離開公司時，文恩雖然公開表示并不遺憾當初的決定，但私下里說起對公司的學術氛圍還是有點不太適應。

在惠康基金會，文恩一方面負責公司的整體研發(fā)任務，另一方面繼續(xù)自己的科研工作。文恩將皇家外科學院的許多同事一并帶人公司，成立了前列腺素研究小組。進入1970年代，研究者進一步鑒定出許多具有生理活性的前列腺素衍生物，如具有促進血小板凝集作用的血栓素（thromboxane，Tx）等。文恩和同事發(fā)現(xiàn)，直接用前列腺素灌注兔動脈條，只能引起適度收縮；然而補充血小板微粒體，結果會引起更大的收縮。這是因為血小板可將前列腺素轉化為收縮能力更強的血栓素。其實，文恩早期鑒定的RCS，其活性成分主要是血栓素而非前列腺素。文恩和同事還從血小板微粒體中分離到血栓素合成酶，該酶也成為抗血栓治療新藥研發(fā)的靶點。

然而，文恩進一步用血管內(nèi)皮微粒體替換血小板微粒體重復上述實驗，結果卻超出預期，動脈條不僅未出現(xiàn)收縮，還出現(xiàn)輕微的松弛效應。檢測結果表明前列腺素已經(jīng)消失，但實驗結果表明未轉化為血栓素，意味著可能生成了一種未知的前列腺素衍生物，被命名為PGX。在檢測PGX活性時發(fā)現(xiàn)，它可以顯著抑制血栓素誘導的血小板凝集。進一步的實驗確定了PGX結構，將其命名為前列環(huán)素（prostacyclin），亦稱PGH2。文恩還提出血栓形成的平衡假說：一方面血小板釋放血栓素促進血栓形成，另一方面血管壁通過生成前列環(huán)素抑制血栓形成而對血管起持續(xù)保護作用。前列環(huán)素的絕對或相對生成不足，是造成血栓發(fā)生的重要原因。因此，前列環(huán)素及其類似物也成為藥物開發(fā)的重要內(nèi)容。此發(fā)現(xiàn)結合阿司匹林的作用機制，使阿司匹林腸溶片成為目前心臟病和中風等疾病預防的常用藥。

文恩有關前列環(huán)素的發(fā)現(xiàn)和對阿司匹林藥理作用機制的闡明，進一步深化了對前列腺素生物學作用的理解，并為心肌梗死發(fā)生原因和預防措施的研究開創(chuàng)了一個新領域。

成就與影響

1982年，文恩和另外兩位瑞典科學家貝里斯特倫、薩穆埃爾松“由于前列腺素和相關生物活性物質的發(fā)現(xiàn)”而分享諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。1985年，文恩離開惠康基金會，于1986年加入倫敦醫(yī)學院圣巴索洛繆醫(yī)院，創(chuàng)立威廉·哈維研究所（William HarveyResearch Institute）并擔任首任所長。研究所重點開展心血管和炎癥相關疾病的研究，目前聚集了100多名優(yōu)秀科學家，成為重要的新藥研發(fā)中心之一。1997年，70歲的文恩從該研究所退休，但仍擔任榮譽所長。1991年，文恩和同事還建立了一家新的藥物公司——先鋒醫(yī)藥有限公司（Vanguard Medica Ltd）。2004年11月19日，文恩由于肺炎在英國法恩伯勒（Farnborough）去世，他的逝去意味著一段帶有浪漫和激情色彩的實驗醫(yī)學之終結。

文恩發(fā)表論文700多篇，還出版專著20多部。他一共獲得50多項獎勵，除諾貝爾獎外，還獲得1977年的拉斯克基礎醫(yī)學獎、1989年的皇家獎章等。他還是多個國家科學院的院士，如英國皇家學會會員（1974年）、美國科學院外籍院士（1983年）等。

文恩是20世紀最偉大的藥理學家之一，在革新級聯(lián)生物測定技術基礎上，為藥理學做出了三大基礎性貢獻——發(fā)現(xiàn)高血壓治療的ACE抑制原理，提出阿司匹林的前列腺素抑制理論，闡明前列環(huán)素的血栓抑制作用，這些為新藥特別是心血管藥物的研發(fā)奠定了堅實基礎。同時他還培養(yǎng)了許多藥理學家，他們分布于世界各地，成績卓著。所以，文恩在生物醫(yī)學和藥物發(fā)現(xiàn)領域是貢獻卓越、影響深遠，因而值得銘記的。

關鍵詞：血管緊張素轉化酶 阿司匹林 前列環(huán)素 文恩 諾貝爾生理學或醫(yī)學獎