化学与生活

尿液里的药物1:尿激酶~背后的人道主义之争~

本文来自Chem-Station日文版 尿から薬?! ~意外な由来の医薬品~ その1 Tshozo

翻译投稿 炸鸡 校对 肥猫

尿液乍一想,好像大部分都是水分,除了一点无机物外什么也没有。勤劳能干富有智慧的中国农民会收集人尿和人粪用来给田里的庄稼施肥。彷佛在我们的印象里尿液除了当肥料就没有其他用处了。其实并不然,早在1980年代就有专门的公司收集尿液并浓缩尿液制成药品。人类医药品历史上还真有几个药品是来源于尿液的。

尿液的成分

尿液中95%都是水分。其余的5%是由无机物和有机物组成的混合物。具体成分读者请看下表。

从上表里我们可以看出在5%的无机物和有机物的混合成分中,有机物主要是尿素,占了2%。无机物则占了3%。我们关注的是占比不到0.01%的其他成分,在这占比还不到0.01%的成分中含有多种药物的原料,即:血栓溶栓剂{尿激酶(urokinase)},治疗白血病的药物{米立司亭(mirimostim)},以及被广泛使用的贫血治疗药物{促红细胞生成素(erythropoietin,简称EPO)},还有治疗不孕不育的药物{促性腺激素(Pergonal)}。笔者将会分四次分别详细介绍这四种药物的发现故事与发现经过中面临的波折与挑战。《尿液里的药物》系列一共为期四篇。

尿激酶Urokinase:作为血栓溶剂的历史

中国古代汉方中记载有“童子尿”这一味药,古人认为尿液中含有某种有益于身体健康的成分。说是这么说,但是我们从文章一开头提供的那张尿液成分表里可以看出尿液中真正有用的成分只有不到0.01%。可以认为有效成分少得可怜,要是治病的话那不得喝上成吨的尿才有效。

古人们没有先进的分析仪器,要查验一味药的优劣只能亲自品尝。人类的味觉传感器可以识别含量为ppm(1ppm=0.0001%)级别的物质。南宋时期还有记载称有人可以用尝的方法判别童子尿是否有效。

无独有偶,西方医学界也承认尿液的药用价值。英国医生托马斯·威利斯曾说“糖尿病患者的尿液有糖和蜂蜜般的甜味”,这句话揭开了隐藏在尿液中的秘密——尿液中不仅含有水分和盐,还有含糖的有机物。尽管如此,当时的人们对尿液的成分的认知尚不完整。直到上世纪40,50年代,尿液和眼泪中的某种成分被证实具有溶解纤维蛋白原或促进血栓溶解的功效,人们才确认尿液中的确是含有有机物的[文献1,文献2]。这就是发现尿激酶Urokinase(正式名称为Urokinase plasminogen activator)的开端。但是尿液中Urokinase的含量仅有10~15ng/ml[文献7],从1吨的尿液中最多也只能采集15mg的稀有蛋白质。

著名的血液学家托马斯·威利斯医生

 目前已知的尿激酶的一种——t-uPA的分子结构图象

从尿液中提取尿激酶并不容易,所以从在尿液中发现尿激酶到尿激酶真正成为医药品,这期间经历了相当长的一段时间[文献5]。早期的一些尝试从尿中提取尿激酶的方法诸如往大量尿液中加入大量盐搅拌盐析,然后离心分离出蛋白质或是100摄氏度下煮沸尿液然后分离出蛋白质之类的[文献6,文献7],都荒诞不经,十分不可靠。尿液中的尿激酶并不是很容易就能分离出来的,根据文献7中介绍,尿激酶在尿液中浓度极低,而且和其他物质混合在一起,容易与酶抑制剂集合,容易凝集不容易取出,经常从高分子量转变为低分子量,即使有很多量的尿激酶也难以判断它的极性大小。

来自文献7

伴随着硅胶和离子交换树脂的进步和dye-ligand的发展,用色谱法分离尿激酶变得可能起来了。进一步的研究表明尿激酶分为2种:u-PA和t-PA[文献5],两种尿激酶都是作为血栓溶解的药品被使用的。尿激酶从发现到现在已经过去了将近40年的时间了。在日本,最终成功将从尿液中精制出尿激酶并将其做成正式药品(u-PA)的是日本的绿十字会(田边三菱制药的前身)和持田制药。

中坚医药品制造商的JCR制药(原日本化学研究公司)负责提供尿液。主要从中国大陆,台湾,韩国的一些抽水马桶不太普及的地区收集。后来逐渐发展到从亚洲各地收集尿液了[文献9]。因为尿液中的蛋白质有变性的可能,所以如何趁尿液还是新鲜的时候运往日本进行精制处理是个挑战。JCR的工作人员为此付出了不少的汗水。

当年JCR的工作人员在提纯尿液

直接从人的尿液里提取尿激酶成本毕竟有点高,尿激酶的获得并不仅限于从尿液中提取。Abott Laboratories(现在的Abbott Abbvie)在1978年成功通过细胞培养生产出了这种尿激酶,并获得了药物批准,这比绿十字从尿液中分离出尿激酶还要早。该产品名为“Abbokinase”,作为首个通过细胞培养生产的生物药物而引起了人们的注意。

Abbott到底是通过培养什么细胞获得尿激酶的呢?笔者查阅了相关资料后发现,Abbott在生产尿激酶的一整套流程中存在着人道主义和卫生等一系列问题。Abbott培养从死胎或是妊娠中途流产的胎儿的肾脏细胞而获得尿激酶[文献10,11 12]。在细胞的来源上就存在人道主义问题,而且Abbott在没有对细胞带有的病毒进行灭活的前提下就生产尿激酶也是显然不符合医药品的品质管理规章制度的。

Abbott的美国中介商Biowhittaker(即现在的Lonza)在哥伦比亚的一个名叫Cali的城市收集夭折的新生儿的肾脏细胞,根本没有查明夭折的新生儿的母亲是否携带有HIV,B型肝炎病毒。这在今天这个采集细胞都需要一套严格的审查标准的时代看来简直是简单粗暴到不行。Abbott后来也受到了FDA的停止生产的命令,Abobott为此花了很长的一段时间善后。

即使从尿液中提取尿激酶也存在一些问题。健康人的尿液中一般是不含有细菌的(患有感染症的人的尿液中可能会含有细菌),但不排除正常尿液中会混有一些小细菌。只要对尿液进行正确的加热处理和精制,最终成品被细菌污染的概率就会变得非常地低,但也不能完全排除染上HIV的风险。随着中国等国家抽水马桶逐渐在各个地区普及,收集尿液变得困难起来。到了2000年前后,因为非典肆虐,收集尿液的成本也变高了。原本来源自廉价且易得“尿液”的药品现在由于种种原因,生产变得愈来愈困难。这些困扰尿激酶药物的原因也对下一篇将要提到的米立司亭注射剂(mirimostim)的生产产生了影响。

在经历过种种困难之后,现在尿激酶的生产(生产的是两种尿激酶中的一种,是药效较强的一种)主要是依靠基因重组技术(从转基因仓鼠的卵巢细胞中培养出来)人为合成出来,尿激酶的生产不再依赖于人体细胞了,这样的生产方式将上述说的种种细菌病毒感染风险降到了最低。这多亏了基因科学的进步。

  参考文献

  1. “Fibrinolytic Activity of Normal Urine”, R. G. MACFARLANE & J. PILLING, Nature volume 159, page779 (1947) リンク
  2. “The Fibrinolytic Activity of Urine”, J. R. B. Williams, Br J Exp Pathol. 1951 Dec; 32(6): 530–537  リンク
  3. “蛋白質 核酸 酵素”, 高橋敬(島根医科大学)”, Vol.36 No.10, 1991年リンク
  4. Drugbank データベースより引用, リンク
  5. “医薬品創製技術の系統化調査”, 梅津浩平, リンク
  6. “The preparation of human urokinase”, The American Journal of Cardiology, Volume 6, Issue 2, August 1960, Pages 406-408 リンク
  7. “Production and purification of urokinase: A comprehensive review”, Protein Expression and Purification
    Volume 45, Issue 1, January 2006, Pages 1-14, リンク
  8. “経営者:編集長インタビュー 芦田 信 JCRファーマ会長兼社長(2016年当時)”, 週刊エコノミスト, リンク
  9. “脳梗塞治療薬の原料、SARS流行の影響受け輸入停止 “, 人民日報, リンク
  10. “Urokinase and the US Food and Drug Administration”, JOURNAL OF VASCULAR SURGERY, K. Ouriel, November 1999,  リンク
  11. “Urokinase – safety concerns”, WHO, 1999, リンク
  12. “The Case of Abbokinase and the FDA: The Events Leading to the Suspension of Abbokinase Supplies in the United States.”,  Journal of Vascular and Interventional Radiology, 11(7), 841–847, リンク

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