甜菜根、催眠術與有機化學

2021-01-08 澎湃新聞
【編者按】

《藥物簡史》是一本用藥物串起來的醫學歷史,從古巴比倫的鴉片、教皇的奎寧,到強大的德國製藥工業、百藥之王阿司匹林,每一種經典藥物的誕生都有化學、生理學、生物學的廝殺與進步。本文摘自該書第6章《甜菜根、催眠術與有機化學》,由澎湃新聞經中信出版集團授權發布。

無知是激勵人們提出問題、追求進步的重要動力。自皇家學會設立以來,自然科學家常因意識到自己有多麼無知、有多少知識尚未被發現而激動不已。沒有哪一群人比化學家對這個世界更感到欣喜、著迷、充滿希望。

化學是從中世紀及文藝復興時期的鍊金術發展而來的。鍊金術帶有陰謀論的味道:某人在某處發現了將鉛煉成金子的方法,而鍊金術士的任務便是找出其他人隱藏起來的秘密信息,將謎團的核心連根挖出。哪裡都能找到線索——在書裡隱藏的密文中,在來自上蒼的徵兆裡。所有鍊金術士都認為知識其實早已存在,只是被人藏匿了。猜疑妄想加上對魔法的信奉,使鍊金術士感到自然世界已經被探索殆盡,而最好的東西都被那些最先到達的人藏了起來。

17至18世紀,化學在完全不同的認知下誕生。其從事者認為大自然是開放而誠實的,歡迎所有人前來探索。只要找到正確方法,任何人都能獲得知識的回饋。要接近她的奧秘,用不著偷偷摸摸。你帶去越多智慧,她為你展示的就越多。

直到18世紀中葉,化學才得以「擺脫這些妄想,作為一種有價值的科學,滿懷著本土自豪感走向世界」。格拉斯哥大學化學欽定講座教授託馬斯·湯普森(Thomas Thomson)在1830年寫下了這段話,以回顧這門學科從鍊金術起源並逐步發展的歷程。他相信,化學直到18世紀中葉才終於開始「對人類有用,向他們提供了比古代醫生所熟知的更優良、更強效的藥物」。

在湯普森寫下這段話時,人們尚未真正認識到藥物的無用。他認為化學家拓展了有效藥物的範圍,但這個想法並不準確,連他關於原先已有不少有效藥物的假設也不盡然。古人已經掌握了鴉片,現在又有金雞納樹皮和柳樹皮,但沒有一項能歸功於化學。

不過進步確有發生,就像帕拉塞爾蘇斯把鴉片溶於酒精而不是水。下一項突破發生在奇形怪狀的甜菜根上。18世紀中葉,德國化學家安德烈亞斯·西吉斯蒙德·馬格拉夫(Andreas Sigismund Marggraf)發現,他能用白蘭地從這種普通的蔬菜根部提取出一種晶體。這種晶體嘗起來是甜的,馬格拉夫證明,它就是給甘蔗帶來甜味的物質。自此,人們開始努力培育更甜的甜菜。馬格拉夫的這項創新的重要之處在於,它證明了一種分子(此處指糖)無所謂來自何處,其自身性質才是關鍵。這就朝著化學物質的功能是由其結構而非來源決定的理念更近了一步。

接下來的一步是由安東尼·弗朗索瓦·富克魯瓦(Antoine François Fourcroy)邁出的。他是一位效力於奧爾良公爵(Ducd』Orléans)的藥劑師之子,在1780年取得了醫生資格,隨後開始研究化學,並在4年後得到了一個化學講師的職位。當時金雞納樹皮還很受歡迎,價格也十分昂貴,許多人都致力於尋找它的替代品或者仿製品。富克魯瓦交遊廣泛,但出身貧寒,他出眾的才華讓法國皇家醫學會(French Société Royale de Médecine)決定資助他接受醫學教育。在富克魯瓦尚未完成學業之時,他們便聘請他協助進行礦泉水的分析研究。作為回饋,富克魯瓦發明了多種能與水中物質發生反應的試劑,這不僅使分析精度達到新高,而且不必再將水煮幹才能測量溶解在其中的固體。出於對法國化學家拉瓦錫的仰慕,富克魯瓦不僅致力於精進自己的化學實驗,也努力為別人的實驗提供幫助。

1784年,拉瓦錫應法國國王路易十六的要求,暫時從其他研究中抽出身來。當時弗朗茨·梅斯梅爾(Franz Mesmer)正以一種令人無法理解的方式獲得驚人的療效,似乎他只要靠近並觸碰病人,就能治癒很多毛病。他認為自己的治療用的是「動物磁力」,這是一種尚未被發現的物質流,不易被其他觀察者看到,卻能將他和他的病人聯結起來。國王想知道這是不是真的,就設立了一個委員會來調查此事,委任了四位醫生和五位頂級科學家,拉瓦錫和班傑明·富蘭克林(Benjamin Franklin)都在其中。委員會最終認定梅斯梅爾的「動物磁力」不過是種幻覺。拉瓦錫的觀點如下:

估計出概率,並評估其是否大到足以構成證據,這就是從經驗與觀察中得出結論的藝術……江湖騙子、巫師和鍊金術士——所有利用公眾輕信的人——的成功,都是建立在這類計算的錯誤之上。

拉瓦錫所言略微有失公正,因為對輕信的大眾構成最大危險的並不是那些故意愚弄他人的騙子,而是連自己都騙過了的人。他們有些是催眠師,而更多的則是醫生。

拉瓦錫的語言很有意思,得出結論是種「藝術」,依靠的是「經驗與觀察」,而不是實驗。概率不是通過計算得出,而是通過「估計」。不過,這恰好準確地總結了國王的委員會用於判斷療效真偽的方法。當事項「觸及人數最多」時,拉瓦錫總結道,就最容易出現非理性。人們想要預見未來,想要延長生命,欲望讓他們無法清楚地思考這些問題。

與此同時,富克魯瓦在分析礦泉水方面的經驗讓他得以勝任更加重要的研究,他開始著手分析一些用作金雞納樹替代品的樹皮。多花金雞納——別名聖多明戈金雞納(Quinquina of St Domingo)——就是其中一種:這個名字既給人以希望,又巧妙地結合了廣告效應。富克魯瓦在1791 年發表了他對樹皮化學成分的分析。這種分析後來被奉為研究植物成分的經典方法,但富克魯瓦對於被推定為樹皮活性成分的苦味濾渣仍然知之甚少,而且對如何分離出抗瘧疾化合物也無計可施。不過,由於他成功地將樹皮分解為各類組成物質,這就激發了其他人的興趣,讓他們沿著他的路徑繼續前進。富克魯瓦對這種興趣持鼓勵態度,法國政府也是一樣。化學分析工作的早期驅動力來自對藥物稀釋和摻假的關注,特別是關於鴉片和金雞納樹皮。商業利益也推動著研究發展:當拿破崙戰爭阻隔了法國與熱帶英屬殖民地之間的貿易,從甜菜中提煉糖就突然變得有利可圖,這讓人們意識到其中涉及的化學過程的價值。如果能用甜菜這麼常見的東西代替昂貴的進口甘蔗,你會不這麼做嗎?溶劑萃取技術——化學家用於分離和提純液體(或植物)中的特定成分的方法——似乎不再只具有學術價值。

從19世紀初期開始,人們就能成功分離活性藥物成分。起初,這只是出於偶然。1803年,巴黎藥劑師查爾斯·德羅斯內(Charles Derosne)嘗試設計一種測量鴉片濃度的方法,結果卻得到了一種他不認識的物質,而且還頗不尋常地具有鹼性——當時的化學家認為,從植物中提取的成分都應當是酸性。德羅斯內誤以為是自己在晶體中混入了鉀鹼才導致結果異常,因此並沒有多想。幾乎同時,年輕的奧地利藥劑師弗裡德裡希·瑟託內爾(Friedrich Sertürner)也發現了相同的物質。他從1805年開始就這個題目反覆發表文章,卻沒引起什麼反響。直到1817年,他設法將自己的論文發表在了法國最傑出的化學家蓋—呂薩克(Gay-Lussac)主編的期刊上。這本《化學年刊》(Annales de Chimie )是1789年由拉瓦錫創辦的,一直吸引著公眾廣泛的興趣。其讀者意識到,這種鹼性晶體是種極其特殊的物質。

蓋—呂薩克在其社論中指出,瑟託內爾分離出的似乎就是鴉片的活性成分。(瑟託內爾與三名志願者因為不小心服用過量,從而令人信服地證明了這一結果。)瑟託內爾稱其為morphium,但蓋—呂薩克想在名字裡反映出它奇怪的鹼性特徵,便將其改為嗎啡。但蓋—呂薩克認為,最重要的成就還不是分離出這一物質本身,更令他興奮的是其確立的原理,即植物中除了此前分離出的有機酸外,還含有其他物質。如果發現的第一種有機鹼就是嗎啡,植物體內會蘊藏怎樣的力量?

自然而然地,金雞納樹便成了充滿希望的關注目標。在蓋—呂薩克發表評論之前數年,就有過幾次接近成功的嘗試,但直到文章發表,人們才開始尋找鹼性的物質。而一旦他們弄清了目標,進展就十分迅速了。1820年,法國人佩爾蒂埃和卡旺圖分離出了奎寧。這其實只是金雞納樹皮的多種成分之一,具有退燒和抗瘧疾的特性。佩爾蒂埃和卡旺圖明白,這些新發現的植物成分或許能有更廣泛的應用,便建議好好研究它們的藥用價值。

從某種意義上說,這種後來被稱為生物鹼的物質的發現有助於醫學更加正視自身的無知。化學界正在不斷研發出新藥,與此前的任何藥物都不一樣,你用不著質疑自己的老師或偶像可能犯了錯誤,也該知道這些新藥的藥效尚未被完全發現。

新撰寫的藥典非常實用,它包含的條目是化學製品,而不是植物。植物的特質隨季節、氣候、泥土而變化,難以從中獲得穩定一的藥品,所以也沒法進行測試。比起含有多種生物鹼的金雞納樹皮,奎寧要可口得多,毒性也比較低。人們比較容易吞下奎寧,也不太會嘔吐。我們現在有種錯覺,認為植物效用溫和,而藥物是具有刺激性的人造品。但早期製藥者會覺得這種想法簡直不可思議,他們的看法恰恰相反。人們致力於將自然界中的金雞納樹皮不斷轉化成更加溫和有效的硫酸奎寧,這正是現代製藥業的肇始。

1828年後的十年間,從柳樹皮中分離活性化合物的工作取得了不少進展。德國、義大利和法國先後研製出了水楊苷(salicin,源自柳樹的拉丁文名字Salix)和水楊酸。它們也很快被用於替代價格居高不下的金雞納樹皮及其衍生品奎寧。但就像柳樹皮一樣,無論是水楊苷還是水楊酸,其實都沒有抗瘧疾作用。

同樣是在1828年,弗裡德裡希·沃勒(Friedrich Wöhler)合成了尿素。尿素是人體蛋白質代謝路徑中的基本成分,也是尿液中的主要化學成分,用於去除人體內的氮元素。其分子式中包含碳元素,因此也屬於有機物,但沃勒在合成尿素時使用的卻是一種無機化合物——氰酸銨。這是化學家第一次知道,他們能夠人工合成一種此前只能由生物產生的分子。

《藥物簡史》,[英]德勞因·伯奇著,梁餘音譯,中信出版集團2019年6月。

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