详解2015年诺贝尔生理学或医学奖

　　

William C. Campbell、屠呦呦和Satoshi ōmura
 
北京时间10月5日下午5点30分，2015年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，我国科学家屠呦呦获奖！获奖理由是“有关疟疾新疗法的发现”。另外两名获奖科学家为爱尔兰的William C. Campbell和日本的Satoshi ōmura，获奖理由是“有关蛔虫寄生虫感染新疗法的发现”。其中，屠呦呦独享一半奖金，爱尔兰和日本科学家分享另外一半奖金。
 
William C. Campbell 1930出生于爱尔兰，1952在爱尔兰都柏林大学获得学士学位，1957年获得美国威斯康星大学博士学位，1957年—1990年在默克公司研究所进行治疗剂研究，1984年—1990年为高级研究员和实验室主管来进行分析研究。Campbell目前是美国杜尔大学的名誉研究员。
 
    Satoshi ōmura 1935年出生于日本山梨县，1968年获得日本东京大学药学博士学位，并在1970年获得日本东京理工大学化学博士学位。1965年—1971年在日本北里研究所作为研究员进行研究。1975年—2007年为日本北里大学教授，2007年至今，Satoshi ōmura日本北里大学名誉教授。
 
屠呦呦1930年出生于中国，1955年毕业于北京大学医学部药学系，1965年—1978年为中国中医科学院助理教授，1979年—1984年为中国中医科学院副教授并于1985年成为中国中医科学院教授。2000年起，屠呦呦成为中国中医科学院首席教授。
 
由寄生虫引发的疾病折磨了人类数千年之久，已成为一个重要的全球性问题。特别是这类疾病感染了世界上最贫困的人群，为人类改善健康和追求幸福带来了沉重的负担。今年获奖者的研究成果，对治疗这世上最可怕的寄生虫病而言，是一种彻底的革新。
 
William C. Campbell和Satoshi ōmura发现了一种新药——阿维菌素，其衍生物能够从根本上降低盘尾丝虫病和淋巴丝虫病的发生，同时对其它寄生虫病患病数量的控制也有着很好作用。屠呦呦则是发现了青蒿素——一种可以显著降低疟疾患者死亡率的药物。
 
这两项发现为人类提供了强有力的新武器，从而使得人类能够与这些每年感染亿万人的疾病作斗争。其为人类改善健康、减轻病痛所带来的功德不可估量。
 

图1：针对三种可怕的寄生虫病——盘尾丝虫病、淋巴丝虫病和疟疾的革新疗法荣获了2015年诺贝尔生理学或医学奖。这些疾病的分布非常相似，图中以蓝色标示。
 
寄生虫导致毁灭性的疾病
 
我们生活在一个复杂的生物世界，繁衍世上的不仅有人类和其他大型动物，还有巨量的其他有机体，其中一些对于人类是有害甚至是致命的。
 
许多寄生虫会导致疾病。在医学上重要的一类是寄生蠕虫（helminths），据估计世界上三分之一的人口饱受其害，特别是在撒哈拉以南的非洲、南亚和中南美洲更为流行。盘尾丝虫病和淋巴丝虫病这两种病就是由寄生蠕虫导致的。正如其英文名称所示，盘尾丝虫病（River Blindness）最终会导致失明，原因是眼角膜的慢性炎症。而淋巴丝虫病危害人口超过一亿，会导致慢性肿胀，留下终生瘢痕和致残临床症状，包括象皮肿（淋巴水肿）和阴囊淋巴积液（图1）。
 
疟疾伴随人类已经由来已久。这种蚊传播疾病是由单细胞寄生虫导致的，它会侵袭人体血红细胞，导致发烧，严重情况下会导致脑损伤和死亡。超过34亿的世界最脆弱人口处在感染性疟疾风险之下，每年超过45万人为之丧命，其中多数是儿童（图1）。
 
从细菌、植物到新型抗寄生虫疗法
 
几十年来，人类一直尝试研发可持续性的疗法来对抗寄生虫病，但所获甚微。今年的诺贝尔奖得主则彻底地改变了这种状况。
 
Satoshi ōmura是一位日本微生物学家，是天然产物的分离专家。他的研究重点聚焦在土壤里的链霉菌上，链霉菌能产生大量具有抗菌活性的物质（包括由Selman Waksman发现的链霉素，获1952年诺贝尔奖）。ōmura用高超的技巧开发了大规模培养和塑造细菌的独特方法，他从土壤样本中分离出了新链霉菌菌株，并成功地在实验室中进行了培养。从数以千万的培养物中，他挑选出了最具希望的50种，随后将深入分析它们在抗有害微生物方面的活性（图2）。
 

图2：Satoshi ōmura寻找链霉菌的新菌株，作为新型生物活性化合物的来源。他从日本土壤的样本中分理出微生物，通过实验室培养（图左）并对上千个链霉菌培养物进行表征。他从中选出50个最有可能成功的培养样本，而其中一个后来便成为了阿维链霉菌（图右）——也就是阿维菌素的来源。
 
William C. Campbell是一名研究寄生虫的专家，目前在美国工作。William C. Campbell获得了ōmura的链霉菌培养体并研究了它的功能。Campbell发现了其中从菌株中提取的一直成分对动物体内的寄生虫有显著的疗效。这种生物活性物质经提取纯化后被命名为Avermectin，在Avermectin基础上经化学修饰获得了疗效更好的化合物Ivermectin，随后Ivermectin在人体上进行疗效验证，发现Ivermectin能很好地杀死寄生虫幼虫（图3）。总得来说，ōmura 和Campbell的贡献使得人们发现了对寄生虫病有很好疗效的新型药物。
 
图3：William C. Campbell发现ōmura的其中一个链霉菌培养样本对杀死寄生虫很有效，而且该样本中的活性化合物阿维菌素也得到纯化。之后，阿维菌素被修改成伊维菌素，而伊维菌素对动物和人体内的许多寄生虫都有很好的治疗作用，其中就包括导致盘尾丝虫病和淋巴丝虫病的寄生虫。
 
疟疾通常用氯喹或奎宁来进行治疗，但疗效越来越不好。在上世纪60年代末，治疗疟疾的方法已经失效且疟疾患者越来越多，那时，屠呦呦开始尝试用传统的中草药疗法来治疗疟疾，利用大规模筛选的办法来尝试哪一种草药对疟疾感染的动物有效，发现了青蒿中的提取物有疗效，但重复的结果却是不同的。于是屠呦呦重新去翻阅古籍，然后找到了提取的办法。屠呦呦是首位发现该物质的科学家，该物质随后被命名为青蒿素。青蒿素治疗动物疟疾和人类疟疾都具有很好的疗效（图4）。青蒿素能够在早期快速杀死疟疾寄生虫，这就解释了为什么青蒿素能够很好的治疗疟疾。
 
图4：屠呦呦查阅古代的草药书籍，研发出针对疟疾的新疗法。最终，香青蒿这种植物成为了重要的一种成分，屠呦呦设计出一套提纯方法，制成青蒿素这种活性药物，对疟疾起到显著疗效。
 
阿维菌素、青蒿素和人类健康
 
阿维菌素和青蒿素的发现从根本上改变了寄生虫病的治疗。今天，阿维菌素的衍生物伊维菌素已被用于世界上所有受到寄生虫病困扰的地区。伊维菌素对很多寄生虫都具有很好治疗效果，其副作用小，全球使用也很方便。盘尾丝虫病和淋巴丝虫病患者在全球范围内多达数百万人，主要分布在贫困国家或地区，而伊维菌素在改善这些患者的健康方面起着不可限量的重要性。治疗效果是如此成功，以至于这两种疾病几乎获得根除，成就了人类医学史上又一次重大的胜利。疟疾每年感染的人数接近两千万，而青蒿素目前已被广泛用在疟疾横行的地区。结合其他治疗手段，疟疾的致死率整体能够下降超过20%，在孩童患者身上能够超过30%。单就非洲而言，这意味着每年有10万人的生命被挽救。
 
阿维菌素和青蒿素的发现彻底革新了针对那些可怕的寄生虫病的治疗方法。Campbell、ōmura和屠呦呦改变了寄生虫病的治疗手段。他们的发现及其给全球人类带来的贡献无可估量。