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极简新药发现史 [:1700552680]
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从溶菌酶到青霉素：新药发现需要有准备的头脑
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1909年，拉斯切斯可夫（Laschtschenko）首次描述了鸡蛋清有一定的抗菌作用，其他科学家还发现在人的唾液里也有抗菌物。但直到1922年，才由英国细菌学家亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming，1881—1955）对溶菌酶进行了系统研究，并正式命名为lysozyme。
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弗莱明有着坎坷的少年时代，他于20岁时才在做医生的兄长鼓励下学习医学。后来，虽然他取得了外科医师及独立开办诊所的资格，但在他参加的来福枪会朋友的说服下，转而从事细菌、免疫学工作，并在短时间内赢得了声誉。除了免疫接种、梅毒治疗方面的成绩，弗莱明还在“一战”中积极参加前线的求助工作，改正了以往伤口感染的处理方法。1922年，弗莱明用一个重感冒患者的鼻黏液处理一个细菌培养基，结果发现溶菌酶的抗细菌作用。虽然他后来从鸡蛋清中提出大量溶菌酶，但只对一部分致病性不强的细菌有效果，所以缺乏临床应用价值[9]。
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1928年7月底，弗莱明计划与家人一起外出度假，他在出发前把所有葡萄球菌培养基放到了实验室的一个架子上。当弗莱明于9月3日回到实验室后，他注意到一个培养基上被污染了真菌，并且真菌周边的葡萄球菌被杀灭了。他立即兴奋地把这一结果展示给同事默林·普赖斯（Merlin Price）看，后者提醒他：“这和你发现溶菌酶抗菌类似。”（后来弗莱明把这个培养皿，捐献给大英博物馆收藏。）
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于是弗莱明在一个干净的培养基上接种上这种真菌，随后他发现，不仅这种青霉菌具有强烈的杀菌作用，而且就连黄色的培养汤也有较好的杀菌能力。于是他推论，真正的杀菌物质一定是青霉菌生长过程中分泌的代谢物，他称之为青霉素（penicillin）。并且，即使这种物质被稀释1000倍，也能保持原来的杀菌力。
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1929年2月13日，弗莱明向伦敦医学院俱乐部提交了一份关于青霉素的论文[10]。在这篇文章中，他阐明了青霉素的强大抑菌作用、安全性和应用前景。但在当时的技术条件下，即使对于专门的生化学家来说，提取青霉素也是一个重大的难题。因为当时提取的青霉素杂质较多，性质不稳定，疗效不太显著。另外一个原因是，弗莱明并未在疾病动物模型上进行药效试验，他只是在健康动物身上验证了一下毒性，然后就开始用细菌培养的方式筛选青霉素对哪些细菌有效，所以未能充分认识到青霉素的医学价值。这些因素都延缓了青霉素的开发。在1930年就开始有医生把它尝试着应用到临床治疗感染，虽然有几例取得成功，但因为提取的青霉素不纯等原因，也出现几例失败。而后青霉素的研究就沉寂下来。
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1938年，在牛津大学威廉·邓恩爵士病理学院（Sir William Dunn School of Pathology）工作的澳大利亚裔学者厄恩斯特·鲍里斯·钱恩（Ernst Boris Chain，1906—1979）计划研究溶菌酶的效能，他在研究中再次发现了真菌分泌物的抗菌作用。幸运的是，他的同事那里刚好有弗莱明研究青霉素用的真菌，于是他开始接手青霉素的提取和药理作用研究。而学院的院长，是同样来自澳大利亚的病理学教授霍华德·弗洛里（Howard Florey，1898—1968）。弗洛里在1932年就对青霉素有过一定的了解，于是他建议钱恩调整研究计划，重点关注青霉素这一抗菌物质。
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到了1939年年底，弗洛里等人通过改进提取方法，终于成功地分离出像玉米淀粉似的黄色青霉素粉末，并把它提纯为药剂。实验结果证明，这些黄色粉剂稀释3000万倍仍然有效。它的抗菌作用比最厉害的磺胺类药物还大9倍，比弗莱明当初提纯的青霉素粉末的有效率还高1000倍，而且没有明显的毒性。有了初步的结果，英国医学研究委员会为研究提供每年300英镑的资助，美国洛克菲勒基金会也为研究提供每年5000美元的资助。
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1940年8月，钱恩和弗洛里等人把对青霉素的重新研究的全部成果都刊登在《柳叶刀》杂志上[11]。弗莱明看到了钱恩和弗洛里的报告，立刻动身会见这两个人。并把自己培养了多年的青霉素产生菌送给了弗洛里。三人着手进一步把青霉素开发成药物，但他们四处寻求支持，都反响不佳。当时的欧洲，第二次世界大战已经打响，他们只得到美国的研究资助。
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1941年12月，美国军方宣布把青霉素列为优先制造的军需品。随后人们发现了一种来源广泛又非常便宜的营养液。又在皮奥里亚的一家杂货店里腐烂的罗马甜瓜中，找到了一种青霉菌。利用这个菌种，科学家们培养出一种产量更高的真菌突变种。当时为了大规模培养真菌，还发明了一种有两层楼高的巨大的容罐，里面装上25 000加仑营养汤，用巨大的搅棒在罐中不停地搅拌，使纯净的空气源源不断地通过容器内的营养汤。这样，真菌就不仅仅生长在营养汤的表面，而且也可以在全部营养汤内部生长。有了这三个方面的突破，青霉素的产量一下子提高了。
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早期的青霉素生产设备
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引自：http://www.mhs.ox.ac.uk/wp-content/uploads/science_penicillin1.jpg
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有11家美国药厂参与了青霉素的开发工作，其中就包括辉瑞、礼来、美国默克（已经与德国默克分开）等公司。由于这项工作对拯救士兵的生命如此重要，所以它由战时生产部直接领导。而生产工艺改进措施对于青霉素生产率的提高是极为明显的，1943年的青霉素价格还是20美元一剂，到了1946年，其价格已经跌至0.55美元一剂。第二次世界大战后，美国成为世界制药工业的领导，到20世纪40年代末，美国几乎生产世界一半的药品，在药品国际贸易中占1/3多。
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改进后的青霉素生产工厂图中英文：青霉素生物从实验室制备开始，已经形成了一个巨大的工业，像这样一个生产车间约需要2000万美元
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引自：https://www.nlm.nih.gov/news/plant.jpg
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南京农业大学校长、中国微生物学家和农业教育家樊庆笙教授（1911—1998）于1940年赴美留学。1944年1月，他随身带着刚在美国问世不久的三试管盘尼西林菌种，经印度沿驼峰路线飞越喜马拉雅山回到了中国。1944年他在昆明西山极简陋的条件下，与朱既明合作，制造出中国第一批5万单位一瓶的盘尼西林制剂，并由他审定了中国学名——青霉素。在同一时期，从美国约翰·霍普金斯大学医学院获得博士学位的童村（1906—1994）于20世纪40年代获准在施贵宝等公司参观青霉素制造工艺。新中国成立后，童村任华东人民制药公司青霉素实验所所长，他与上海药物所合作，研究提高青霉素发酵的产量，并解决了青霉素的分离、提纯、结晶等一系列问题，于1951年3月13日，试制成功青霉素钾盐结晶。在国内首先合成了青霉素G钾盐结晶，随后成功生产出青霉素。
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原来风湿不是感染：可的松的发现与激素产业爆发
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美国梅奥医学中心的风湿病学家菲利普·肖沃尔特·亨奇（Philip Showalter Hench，1896—1965）一生致力于风湿性关节炎的治疗。他在1930年左右就细心地发现得黄疸或怀孕的患者风湿病情会减轻，于是猜测关节炎不大可能是感染引起的疾病，而可能与内分泌有关，相应的治疗药物也应当是人体自身分泌的物质。
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同在梅奥医学中心的化学家爱德华·卡尔文·肯德尔（Edward Calvin Kendall，1886—1972）也正在研究激素，他曾提纯了甲状腺素。塔德乌什·赖希施泰因（Tadeusz Reichstein，1897—1996，与同事合作，最先合成了维生素C）是波兰裔瑞典科学家，他曾研究过肾皮质激素并发表了相应结果。肯德尔参考了赖希施泰因的研究结果，并在亨奇的要求下制备了几种肾上腺分泌物，不过由于纯度不高而无法体现出疗效。
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最后，美国默克公司参与进来，该公司的资深化学家刘易斯·萨雷特（Lewis Sarett，1917—1999）通过36步全合成反应，打通了可的松的合成工艺。在1948—1949年间，亨奇得到了纯度较高的可的松并进行临床试验，临床效果非常喜人。
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由于发现用激素来治疗风湿性关节炎的方法，整个科学界为之震动。1950年，肯德尔、赖希施泰因和亨奇一起获得了诺贝尔生理学或医学奖。其颁奖速度可与胰岛素相媲美。
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