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膽固醇對人體所有器官的功能都是必不可少的，但它卻是導致動脈粥樣硬化性心血管病（ASCVD）病因。在近一個世紀的研究過程中，科學家們尋找到很多證據來確定二者之間的因果關系。 在這些研究的基礎上，科學家和制藥業成功地開發出了一系列非常有效的降膽固醇藥物，如他汀、PCSK9抑制劑、膽固醇吸收抑制劑等。它們在降低血清膽固醇水平，改善ASCVD患者預后方面居功至偉。 筆者在閱讀歷史文獻時，驚訝的發現，一部膽固醇的認識過程，可謂波詭云譎、跌宕起伏，先后有11項諾貝爾獎頒發給了膽固醇研究相關研究科學家，很多藥物的研制過程，也是篳路藍縷，或讓人扼腕嘆息，或讓人拍案驚奇。 一 膽固醇的發現及認識 現代血脂學的研究，最早可追溯到17和18世紀。 1665年Robert Boyle在進食時發現，很多動物的血液顏色與牛奶無異，當時人們并不清楚這種現象的背后云因。直到1774年，Henson才確定這種牛奶樣的血液，其實是富含油脂所致。 1784年，法國醫生及化學家Fran?ois Poulletier第一次從膽結石中分離出膽固醇，但當時沒有人知道這種物質與動脈粥樣硬化之間的關系。1816年8月26日，在法國科學院會議上，Michel E. Chevreul將這種物質正式命名為cholesterine。希臘文中，這一單詞的的含義為固體的膽汁酸。但在1859年，Berthelot建議將cholesterine改為cholesterol，因為前者同樣是一款洋酒的名字。 經過1個多世紀的漫長過程，人們依然沒有意識到血液中所富含的血脂與動脈粥樣硬化之間的關系。直到1889年, Lehzen和Knauss報道宣稱，一名男童3歲起便出現皮膚黃瘤，又在11歲突然死亡。其尸檢發現大動脈及冠狀動脈大量黃瘤樣物質沉積，并認為這種黃色脂類物質為甘油三酯。這種認識雖然有失偏頗，卻揭開了血脂與動脈粥樣硬化關系認識的先河。 不久之后（1908年），Pinkus和Pick等人糾正了之前的錯誤觀點，指出斑塊內成分是膽固醇而不是甘油三酯，并且推測斑塊和黃瘤是血液中的膽固醇沉積所致。 5年之后，俄國病理學家Nikolai Anitschkow應用動物模型證實了這一猜想的正確性：他使用富含膽固醇的葵花油喂養兔（139天內喂食家兔82.7g），成功誘導出動脈粥樣硬化病變。無論大體及顯微鏡下，這種病變的形態學特征均非常類似人類動脈粥樣硬化病變。至此，膽固醇與動脈硬化的關系，才逐漸浮出水面。 遺憾的是，作為動脈粥樣硬化的第一個實驗產物，Nikolai Anitschkow的研究結果并沒有受到人們的重視，他也沒有采取行動做進一步的研究。關于膽固醇在人類動脈粥樣硬化中的作用的機制研究，在20世紀40年代才真正開始，因為之前人們普遍認為斑塊是衰老的必然后果，無法預防。 二 1927年諾貝爾醫學獎 除了與疾病關系的認知外，膽固醇的確切分子式的研究也耗費了科學家巨大的時間和精力。由于膽固醇分子有四個環，這種四環骨架使得闡明它的結構具有極大的挑戰性。 1912年德國有機化學家Heinrich O. Wieland開始研究膽汁酸，他不僅確定了膽汁酸的分子結構，還證明了膽酸、膽汁酸與膽固醇的關系，并據此獲得了1927年諾貝爾化學獎。 此后4年里，他繼續研究膽汁酸的結構，于1932年修正了他以前公布的結構式，終于總結出現在國際上一致公認的膽汁酸結構式，并于1955年再次獲得奧托·哈恩獎。 三 1928年諾貝爾化學獎 1910年德國化學家Adolf Windaus發現人體動脈斑塊的膽固醇比血液高25倍，這激起了他對膽固醇和膽汁酸研究的興趣。當時Alfred Fabian Hess認為，血液中的膽固醇應該受到陽光照射，才具備活性。但Adolf Windaus發現，即便經歷陽光照射，膽固醇的結構似乎沒有任何變化。 他隨即意識到，當時人們通過皂化、重結晶等方法得到的膽固醇可能含有一定的「雜質」，正是這種「雜質」被紫外線照射后，才能轉化為治療佝僂病的有效成分：這就是維生素D前體麥角固醇發現的過程。 1927年，Adolf Windaus將這一研究發表，翌年獲得了諾貝爾化學獎。獲獎后的Adolf Windaus認為，如果沒有Alfred Fabian Hess的發現，自己不可能獲獎，于是，他把自己的獎金與其共享。 四 1939年諾貝爾化學獎 Leopold Ruzicka在德國卡爾斯魯厄工業大學獲得博士學位后，這個意氣風發的年輕人便迫不及待地回到故土。然而，當時的貝爾格萊德尚在奧匈帝國的統治下，對學術研究等行為有種種限制。 學有所成的Leopold Ruzicka博士盡管滿懷報國熱情，在政府那里并不受歡迎。他的才學不僅不被賞識，科學活動還被肆意阻撓。一怒之下，Leopold Ruzicka回到了蘇黎世。 他自籌資金，利用自己學到的知識建起香水制造廠，開始研究天然香味化合物。他發現麝香酮和香貓酮分子分別含15和17個碳環。這兩種分子對香料業有重要意義。在此之前人們認為碳原子數大于8的碳環太不穩定，不可能存在。 Leopold Ruzicka的研究不僅徹底改變這種局面，為人工制作香料提供了可行性，也讓他在科學界獲得了一席之地。在同行們越來越重視Leopold Ruzicka時，新成立的南斯拉夫政府也注意到了這個流落他鄉的科學家，并向他發出邀請。 收到祖國的邀請，這個背井離鄉的人自然激動不已。然而，這顆火熱的報國之心，迅速在邊境哨卡里變得冰涼無比。因為他香水廠長的身份，他被拒絕入境。備感屈辱的科學家，從衛兵手里要回自己的證件，然后收拾好行李，鉆進車里，按原路返回，從此再未踏上祖國的土地。 回到蘇黎世后，失望之極的Leopold Ruzicka開始致力于研究大環化合物和多萜烯化合物，在這個過程中，他不僅確定了異戊二烯規則，還發現并合成了許多釋放香氣的物質。同時，經過實驗，Leopold Ruzicka確定了類固醇激素，尤其是睪丸激素等幾種雄性激素的分子結構。 這一系列的成績，最終引起學界同行的注意。瑞典皇家科學院將1939年的諾貝爾化學獎授予Leopold Ruzicka，以表彰他對環狀分子和萜烯的研究。 五 1947年諾貝爾化學獎 在20世紀30-50年代研究甾體合成方法時，Robert Robinson發現環己酮的烯酸鈉與各種無環和環α，β-不飽和酮反應生成取代環己烯酮。 Robinson認識到這種環化轉變的普遍性，今天該反應被廣泛地用于復雜的天然產物的合成。Robert Robinson也因此成為1947年諾貝爾化學獎得主。 六 1950年諾貝爾化學獎 在20世紀40年代以前，現代波譜和質譜技術以及核磁共振能技術尚未發展起來，天然產物的結構鑒定還是件相當困難的事情，不僅工作量大，而且費時，既需要無比的耐心與細致，更離不開深厚的化學功底。即便如此，錯誤仍然難以避免。 例如，1927年諾貝爾獎獲得者HeinrichOtto Wieland在發表獲諾貝爾獎演講時所給出的膽固醇甾體母核結構也存在錯誤，至1929、1932年才被Otto Paul Hermann Diels的脫氫反應和X光衍射更正。 除此以外，這位德國當代化工界的權威、現代有機化學大師Otto P.H.Diels與他的學生Kurt Alder，在化學研究中取得了很多杰出的成果，兩人合作發明的雙烯合成反應，更是震動了整個化學界，為了表彰他們在化學合成方面的貢獻，1950年的諾貝爾化學獎被授予二人。 七 1964年諾貝爾醫學獎 20世紀50年代，臨床對膽固醇的興趣促使人們做出了巨大的努力，以確定體內合成膽固醇的途徑。美國哥倫比亞大學的Konrad Emil Bloch與David Rittenberg長期致力于膽固醇生物合成研究，也曾一度與“有機合成之 父”Robert Burns Woodward教授（即下文中1965年諾獎得主）開展共同工作，并取得了一些成果。 經過長期的積累與努力，Bloch團隊成功闡明膽固醇合成的整套機制：膽固醇生物 合成從原料乙酰輔酶 A 開始，全部反應途徑包括 36 步合成。研究表明膽固醇是體內合成性激素、膽酸 等甾體激素的前體。 在此期間，德國科學家Feodor Felix Konrad Lynen確定了合 成膽固醇的原料乙酰輔酶 A 的結構及其與脂肪酸的關系。他們的研究證實，哺乳動物不僅能從食物中獲取膽固醇，還可以自身合成。 1964年，Konrad Emil Bloch 與 Feodor Felix Konrad Lynen 分享了當年度的諾貝爾生理學和醫學獎。 八 1965年諾貝爾化學獎 Woodward曾在醫學界和化學界先后被提名諾貝爾獎130余次。直到1965年，諾貝爾化學獎授予Woodward，以表彰他對有機合成尤其是天然產物全合成的突出貢獻。 在他的一生中，先后合成了奎寧(1944年)以及包括膽甾醇(膽固醇)和皮質酮(可的松)在內的甾族化合物(1951年)、利血平(1956年)、葉綠素(1960年)以及維素B12(1972年)等在內的眾多藥物。 Woodward把有機合成作為一種藝術展現在人們面前，代表了當時世界上最高的合成水平，也反映了人們認識自然和改造自然的巨大能力。因此Woodward被譽為“現代有機合成之父”。 九 1969年諾貝爾化學獎 0dd Hassel是挪威物理化學家，1897年5月17日生于奧斯陸。1925年在奧斯陸大學任教。1934年后任物理化學系主任。1930年Hassel開始研究環己烷(6—碳烴分子)及其衍生物的結構，發現有兩種形式的環己烷。同時提出了構象分析的基本原則。 1940年挪威被德國占領，1943—1945年Hassel被監禁，使他的重要發現直到第二次世界大戰結束也未引起注意。20世紀50年代中期，Hassel主要從事有機鹵化物的結構研究。1964年Hassel作為奧斯陸大學物理化學系主任退休，但仍然從事研究工作。 由于他在確立用構象分析(分子的三維幾何結構)把化學性狀和分子結構系統聯系起來的工作卓有成效，而與英國D·巴頓共獲1969年諾貝爾化學獎。哈塞爾于1981年5月11日在奧斯陸去世，享年84歲。 十 1975年諾貝爾化學獎 在膽固醇生物合成和調節領域作出突出貢獻的還有1975 年諾貝爾化學獎獲得者 John Warcup Cornforth和英國科學家 George Joseph Popja?k。 Cornforth早年就和他曾經的導師、1947年諾貝爾化學獎獲得者 Robert Robinson合作完成了膽固醇的合成。Cornforth 與 Popja?k 的團隊在 20 世紀五六十年代發表了一系列以“膽固醇生物合成研究” 為主題的研究論文 這些論文證明，膽固醇的生物合成大致分為3個階段：乙酰輔酶A→甲羥戊酸→鯊烯→膽固醇，由 888個氨基酸組成的羥甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶(HMG-CoA reductase)則是膽固醇合成過程的關鍵酶。膽固醇生物合成的研究成果，尤其是 HMG-CoA 還原酶功能的發現為調血脂藥物的研發奠定了基礎。 十一 1985年諾貝爾醫學獎 20世紀60-80年代，美國的幾位科學家對膽固醇代謝的調控進行了廣泛的研究。人體中的膽固醇可以從飲食中吸收的膽固醇和體內合成的膽固醇中提取出來，主要是由肝臟產生的。前者在不滿足所需水平的情況下由后者補充，但如果前者的“外源性”膽固醇達到其所需水平，則肝臟的合成功能受到抑制，以防止膽固醇的過度產生。 1985年諾貝爾獎獲得者，Michael S Browm和Joseph LGoldstein的研究對此作出了最突出的回答。他們的驚人發現和創造性理論，為ASCVD的的治療開拓了新途徑。 膳食膽固醇對肝臟膽固醇合成的反饋抑制是通過HMG-CoA還原酶活性的變化來介導的，HMG-CoA還原酶活性的變化與總膽固醇合成速率的變化密切相關。在人類中，肝臟中產生的膽固醇超過了從飲食中吸收的膽固醇，即使攝入了大量的膽固醇。這些發現提示HMG-CoA還原酶的抑制是降低人體膽固醇的有效手段。 十二 2013年諾貝爾醫學獎 Thomas C. Südhof于1955年出生于德國G?ttingen，他曾就學于哥廷根大學，1982年從該校獲得醫學博士學位并于同年獲得該校神經化學博士學位。 1983年，他加入美國德州大學西南醫學中心，作為Michael Brown和Joseph Goldstein的博后（即前文中1985年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者）。 Südhof在接受博士后訓練期間，從事神經遞質釋放機制的研究。他描述了可釋放腎上腺素、去甲腎上腺素、內啡肽的腎上腺髓質內嗜鉻細胞的結構和功能。腎上腺髓質細胞受交感神經支配，可在動物面對威脅時誘發戰斗或逃跑行為。 完成博士后訓練后，ThomasC.Südhof在德克薩斯西南醫學中心分子擁有了自己的實驗室，開始階段繼續和兩位導師合作，并確定了LDL基因中負責產生甾醇介導終產物的序列，這一序列就是甾醇調節序列，該序列直接參與甾醇生物合成的調節。甾醇是一類非常重要的生物分子，例如人體內的膽固醇和甾體激素。LDL受體功能和甾醇調節序列的發現是導致他汀類藥物發現的重要基礎。2013年Thomas C. Südhof因上述突出的研究工作，獲得諾貝爾醫學獎。 十三 結語 300多年來，膽固醇從發現、分離、合成、代謝等方面均取得了突飛猛進的進展。無數的化學家、生物醫學家、藥學家、遺傳學家投身其中，為整個認識大廈添磚加瓦。包括日本學者遠藤章在內的學者，未來仍是諾貝爾獎強有力的競爭者。 而從膽固醇的認識過程看，現代醫學及藥學的發展，完全離不開自然科學的進步。醫學也只有緊緊與現代科學結合在一起，才有可能取得實質性進步。
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