这是人类历史上首次拥有真正能治疗大脑疾病的药,人们开始相信精神疾病和其他的病一样,可以通过药物治疗好,就像抗生素能治疗感染一样。2019年,一部台剧《我们与恶的距离》赢得了观众的好评,豆瓣评分至今保持在9.4的高位。非常难得的是,这部剧描述了精神分裂症患者不受控制的行为和备受折磨的情景。
精神分裂症(Schizophrenia),又译思觉失调症,schizein源于希腊词根schizo-,表示分裂,phrēn是词根,表示心智。它是一种慢性且严重的精神疾患,在全世界影响着超过2000万人。精神分裂症有三大主要症状群:1. 精神病症状或阳性症状(psychotic or positive symptoms):包括视觉、听觉、嗅觉、触觉和味觉感官的改变,思维和行为的异常。
常见的精神分裂主要症状有幻觉(hallucination,包括幻视和幻听)以及妄想(delusion)。2. 阴性症状(negative symptoms):包括对生活工作失去动力和兴趣,反社交、情感冷淡或迟钝等。3. 认知症状(cognitive symptoms):包括注意力和记忆的障碍。一切从疟疾开始。
与其他疾病“先研究病”“再研究药”的研究方式不同,现代精神分裂症的研究与药物的发展密不可分。而现代医药工业发展,尤其是抗精神疾病药物发展则起始于抗疟疾研究和纺织染料业。疟疾(malaria)是一种全球性寄生虫传染病,主要通过蚊子传播,人和动物都会感染。生疟疾会“打摆子”(发高烧),秘鲁土著将金鸡纳树皮入酒,用来治疗发烧,后来发现这个法子也能治疗疟疾。
由此,提取自金鸡纳树皮的奎宁成为第一种有效治疗疟疾的药物。上世纪70年代,中国科学家从黄花蒿中成功提取青蒿素(artemisinin)用于治疗疟疾。研发团队主要成员屠呦呦因此获得2015年诺贝尔医学或生理学奖。虽然现在发达国家和地区已不再有疟疾流行,但截止2019年,全球仍有87个国家为疟疾疫区,2.29亿人新感染疟疾,死亡40.9万人,其中94%死亡病例在非洲国家。
19世纪50年代,克里米亚战争爆发,军队医疗卫生条件差,大量英军士兵感染了伤寒、霍乱、疟疾。死于这些传染病的人数远大于战死的人数,南丁格尔护士改善了野战医院的卫生条件,极大降低了死亡人数。对于疟疾,当时唯一的治疗方法就是从在金鸡纳树皮中提取奎宁,但金鸡纳树皮毕竟是有限的,英国急需找到一种人工合成奎宁的方法。
当时皇家化学学院(Royal College of Chemistry)的August Wilhelm von Hofmann认为可以从煤焦油——焦炭和煤气加工的副产品——中合成奎宁,并将这个挑战交给他的学生们。其中一个学生Sir William Henry Perkin爵士接受了这个挑战,在自家阁楼闷头做实验。
Perkin从煤焦油中分离出苯胺(aniline),再加入橙红色重铬酸钾(potassium dichromate)粉末,结果合成出来的是沥青状的黑色残渣,附着在烧瓶底部。显然这不是奎宁。于是Perkin在烧瓶里加入酒精把残渣洗掉,结果,见证奇迹的时刻出现了——黑色残渣变成了亮丽的紫色!这就是人类历史上第一个合成染料“苯胺紫”。
Perkin爱好绘画,于是就把这紫色染在了自己的衣服上,发现染色效果很好。要知道在当时,紫色是很稀少的贵族颜色,紫色染料只能从一种海蜗牛的分泌物“紫色眼泪”中提取。虽然Perkin没有合成奎宁,虽然他的导师Hofmann觉得“苯胺紫”的合成微不足道,但Perkin还是在父亲的资助下,和他的兄弟在自家后院办起了染料工厂。很快,借着欧洲皇室和贵族对时尚的追求,Perkin的紫色染料风靡一时。
于是,更多的染料公司成立了,其中包括现在的德国拜耳(Bayer)公司,瑞士诺华(Norvatis)制药的前身Ciba,Geigy和Sandoz三家公司。这些染料公司合成了更多的染料,而在合成新染料的过程中也合成出各种毒品和抗精神疾病药物。
上世纪50年代,人们发现,两个化学合成的新药——在亚甲基蓝染料(methylene blue)的结构基础上合成的氯丙嗪(chlorpromazine,CPZ)和氟哌啶醇(haloperidol),及一个从天然植物中提取的药物利血平(reserpine),可以用来治疗精神疾病。
这是人类历史上首次拥有真正能治疗大脑疾病的药,人们开始相信精神疾病和其他的病一样,可以通过药物治疗好,就像抗生素能治疗感染一样。利血平最初是一款降血压药,也是历史上第一款有效的降压药,提取自蛇根木。在传统印度医学里,蛇根木用来解蛇毒、治疗失眠和精神失常等各种疾病,传闻圣雄甘地也将蛇根木做镇静剂使用。
上文提到的Ciba公司于1952年从蛇根木中提取出各种生物碱,并系统研究了它们的化学结构和药理学功能,同年推出药物利血平,用来治疗高血压。在美国,Rustom Jal Vakil和Robert Wilkins因将利血平应用于降压治疗而分别获得1957年和1958年的拉斯克(Lasker Award)临床医学奖。
很快,现代神经药理学的一位大牛Bernard B. Brodie于1955年发表了三篇Science文章,他和他的同事们发现,利血平能清空血清素(serotonin,又名5-羟色胺):令神经细胞释放血清素后,不能再储存、释放之。此时,未来的诺奖得主Arvid Carlsson正在Brodie实验室做为期5个月的访问学者,两年后,Carlsson等人发现,利血平还能清空多巴胺。
现在我们知道,利血平主要作用于单胺类(monoamine)神经递质。通过抑制单胺类神经递质的储存,减少并清空单胺类神经递质,利血平在外周交感神经起到降血压的作用,在中枢神经系统起到镇静和抗精神病的作用。神经细胞之间的连接部分由现代神经科学的奠基人之一Sir Charles Scott Sherrington命名为突触(synapse)。
突触前的细胞释放神经递质(比如多巴胺),突触后的细胞表达神经递质受体(比如多巴胺受体),当递质结合受体后便会激活(比如1型多巴胺受体)或抑制(比如2型多巴胺受体)神经细胞的活性。神经递质的释放有点类似吹泡泡,在突触前神经细胞里,神经递质储存于一个个泡泡里。当泡泡和细胞膜融合后,神经递质就被释放了出来。释放出的神经递质除了结合突触后细胞上的受体外,还可以被突触前细胞回收,再进入泡泡里,用于下次释放。
细胞里的神经递质如果不进入泡泡里,自由存在,就会被代谢掉。利血平就能阻断单胺类神经递质进入泡泡,从而清空细胞里的神经递质,使细胞不能再释放单胺类神经递质。比如清空外周交感神经释放的去甲肾上腺素,从而起到降压效果;清空中枢神经系统释放的多巴胺,从而起到镇静的作用。
毒品可卡因(cocaine)则反之,它阻断突触间的多巴胺回收,从而持续激活多巴胺受体,就好像大脑里持续大量地释放多巴胺,使人一直处于亢奋愉悦状态。氯丙嗪合成于1950年,比利血平的提取早两年。最初,法国药厂Rhône-Poulenc在合成抗过敏药的时候合成了盐酸异丙嗪(promethazine),成为第一代抗组胺类(antihistamine)过敏药。
氯丙嗪成为历史上第一个真正治疗精神分裂症的药物。这三位医生也因为对氯丙嗪在精神分裂治疗的临床研究而获得1957年拉斯克临床医学奖。同年,这一奖项还授予了另外两名医生对利血平在精神分裂治疗的临床研究。虽然氯丙嗪合成更早,但对其治疗精神疾病的机制研究却进展比较缓慢。直到1963年,Carlsson等人发现,氯丙嗪和氟哌啶醇能阻断单胺类神经递质受体,主要作用于多巴胺受体,其次是去甲肾上腺素受体。
氟哌啶醇是由大名鼎鼎的Paul Janssen等人于1958年合成的。Paul Janssen是杨森制药创始人Jan Janssen之子,事实上Jan Janssen的公司还只是个卖别人产品的代理商,Paul Janssen接管后才真正发展成药厂。杨森制药是中国改革开放后第一个在大陆办厂的外国药企:1983年在陕西汉中办厂,1985年正式在西安成立西安杨森制药。
杨森制药现为美国强生公司所有,强生的新冠腺病毒疫苗就是杨森制药做的。因其对制药业的突出贡献,Paul Janssen于晚年被比利时国王封为男爵。Carlsson发表于1963年的这篇文章是有名的高引用文章,却发表在名不见经传的小杂志上,于是这篇文章也就成了这个杂志发的引用最高的文章。
这篇文章的伟大不仅仅在于提出氯丙嗪可能阻断单胺类神经递质受体,更是因为Carlsson极为大胆、极具前瞻性地提出,在受体被阻断后,反馈机制可能会反过来刺激神经递质的合成、释放和代谢。要知道在当时,中枢神经系统里的神经细胞之间是电交流还是化学交流还存有争议。当被问及为什么要把这么重要的文章发表在名不见经传的小杂志上时,Carlsson说:“对我来说,最重要的是我的发现能尽快发表。
当时是这样,现在我也依然这样认为。如果文章没有获得足够的注意,那刚好给我更多时间进行深入的研究,而不用担心被我的竞争者发现。”Carlsson因为对多巴胺的研究与Paul Greengard、Eric Kandel共享了2000年的诺贝尔生理医学奖。Greengard主要研究的是多巴胺受体的信号通路,多巴胺如何改变神经细胞活性;Kandel则以aplysia(海蜗牛)为模型研究学习记忆。
Carlsson这篇1963年的文章也常常被错误地认为是提出多巴胺理论的文章,但事实上,Carlsson本人的观点更倾向于单胺类神经递质异常导致精神分裂症,而不仅仅是多巴胺的问题。真正的多巴胺理论是Jacques Van Rossum于1966年正式提出的“多巴胺受体的过度激活可能是精神分裂症的病因”。