文恩：心血管药理学的开拓者

郭晓强

文恩是20世纪最重要的药理学家之一，先后在提出高血压治疗药卡托普利作用原理、阐明广谱药阿司匹林机制和发现前列环素抗血栓现象等方面做出奠基性贡献，为推动心血管药理学的进步发挥了关键作用。

药理学（pharmacology）是一门通过实验来研究特定化学物质（包括潜在药物和临床药物）引起身体功能变化之生理生化机制的科学，它为新药研发和临床药物改进提供实验资料与理论基础。心血管系统是一个由心脏和血管组成以保障血液循环正常进行的系统，为机体生命活动之根本。其异常造成高血压、动脉粥样硬化等中老年常见病。因此，相关药物研发也具有十分重要的意义。英国著名药理学家文恩爵士（Sir JohnRobert Vane）通過大量出色的基础实验工作，革新了药理学研究方法，有力促进了心血管新药的研发及临床应用，是推动当代实验药理学发展的一位重量级科学家。

成长历程

1927年3月29日，文恩出生于英国伍斯特郡（Worcestershire）。他从小就对科学怀有极大兴趣。12岁时父母送给文恩一套化学装置作为圣诞礼物，激发了他对实验操作的热情。随后，家就成了文恩的实验室，甚至在厨房里也开展化学实验，险些酿成事故。为安全起见父亲在花园里搭建了简易实验室，文恩可以更加得心应手地进行各种化学研究。

在伯明翰爱德华国王高中（King EdwardsSchool）就读期间，由于受化学老师的进一步影响，文恩对化学兴趣更加浓厚。1944年，文恩进入伯明翰大学（University of Birmingham）化学专业学习，随着对化学的深入了解，文恩的兴趣发生了很大改变。当从儿时单纯的爱好转向将来大学毕业后可能从事的职业时，文恩对化学的兴趣急剧减少，特别厌倦化学反应结果的不确定性，到后来对化学甚至产生抵触情绪。当伯明翰大学化学教授斯泰西（M.Stacey）和文恩谈及毕业后的工作选择时，文恩的答复竟然是“除了化学，其他随意”。

巧合的是在这次谈话以后不久，斯泰西收到牛津大学（University of Oxford）著名药理学家伯恩（J.H.Burn）教授的一封信，建议推荐一名化学专业的学生来牛津大学接受药理学培训。斯泰西将此事告知文恩，文恩毫不犹豫地接受下来，尽管他当时对药理学尚一无所知。1946年，文恩进入牛津大学药理系开始新的学业，此事标志着他科研生涯的开端。

伯恩教授说得上是文恩的伯乐，他发现文恩对探索未知世界充满好奇心，尽管文恩基本未接受过生物学的系统培训，对药理学也无太多激情，而当初的选择仅为了摆脱化学。伯恩教授最终还是把文恩带入了实验药理学领域。英国在药理学领域具有浓厚的学术氛围，先后有多位科学家荣获诺贝尔奖，如戴尔爵士（SirH.H.Dale，1936年诺贝尔生理学或医学奖获得者）、布莱克爵士（Sir J.W.Black，1988年诺贝尔生理学或医学奖获得者）以及后来的文恩等。文恩发现，伯恩的实验室正逐渐成为英国药理学研究中心，并成为培养年轻药理学家的摇篮和基地，伯恩教授本人于1950年当选英国皇家学会会员，而他进一步培养了包括文恩在内的多名会员。正是伯恩的激情和灵感激发了文恩对生物学实验和药理学的挚爱，并时刻敢于挑战药理学之重大前沿问题，还培养了他对非预期实验结果的敏锐洞察力。

1948年文恩从牛津大学毕业，并获药理学学位，在谢菲尔德大学（University of Sheffield）从事短暂的药理学研究之后进入纳菲尔德医学院（Nuffield Institute for Medical Research）师从生理学家道斯（G.S.Dawes），于1953年取得博士学位。毕业后文恩来到美国拓展视野，加入耶鲁大学（Yale University）药理系担任助理教授两年。1955年文恩回到英国，成为伦敦大学皇家外科学院（Royal College of Surgeons，RCS）基础医学研究院高级讲师，于1966年被提升为教授。

革新药理学的实验方法

皇家外科学院教学任务较少，文恩可以将大部分精力用于科学研究，因此逐渐建立起自己的研究团队和实验平台，正式开始自己的科研生涯。在皇家外科学院的18年是文恩一生精力最旺盛、成果最丰富的时期。他通过对生命科学特别是药理学所拥有的敏锐观察力而迅速发现了药物问题的关键所在，更重要的是还能找到解决问题的新颖想法。

为了更好地开展实验，文恩首先需要建立一个敏感、高效的药理学实验体系。他发展并改进了传统药理学方法——级联灌流生物测定技术（cascadesuperfusion bioassay）。这种方法是拿某一器官在体外进行灌流实验。他则根据实验需要，将多个器官进行体外依次灌流，并且改用血液代替传统灌流液，从而既减少了整体动物的复杂性，也模拟了动物生理环境的整体性。

这项革新的优点在于能对多种血管活性物质同时进行检测，通过每种器官对特定物质所展现的独有电生理活性（每种物质影响器官的特异波形具有指纹特性，而多器官产生的波形组合更增加特异性）来达到区分的目的（若出现新的波形，则意味着有一类新物质存在），并且实现动态和实时的检测。许多活性物质的半衰期极短（有时仅几秒钟时间），用传统方法很难检测。而文恩的方法由于灌流速度较大，在这方面就具有得天独厚的优势。这种敏感性一定程度上还增加了“偶然发现”的机会。

这项革新是文恩科研的一个重要起点，为后续的许多重大药理学发现奠定了基础，也对药理学的整体发展发挥了重要推动作用。文恩早期利用这种方法检测了多种活性物质如儿茶酚胺等的生物活性。进入1960年代以后，他逐渐对新领域特别是高血压发生的机制产生了浓厚兴趣。

发现血管紧张素转化酶的抑制原理

1950年代，科学家阐明了血压调节的肾素.血管紧张素系统（renin-angiotensin system，RAS）。血管紧张素存在两种类型——Ⅰ和Ⅱ，血管紧张素Ⅰ可在血管紧张素转化酶（angiotensin—converting enzyme，ACE）催化下生成血管紧张素Ⅱ。血管紧张素Ⅰ缺乏生物活性，而血管紧张素Ⅱ可引起血管收缩而造成血压升高。这也就意味着ACE催化的血管紧张素Ⅱ生成，是高血压的发生原因之一。

1956年，小斯凯格斯（L.T.Skeggs Jr）在血液中鉴定出ACE，但文恩研究后发现该酶活性较低，不足以解释血压快速增高的现象。1967年，文恩小组借助级联灌流生物测定技术发现，肺循环是血管紧张素Ⅱ生成的主要场所，从而拓展了对高血压的理解。与此同时，一位巴西博士后费雷拉（S.H.Ferreira）的到来，提升了这一发现的临床价值。

1965年，费雷拉加入文恩实验室，并带来了从巴西毒蛇的毒液中分离得到的提取物——缓激肽增效因子（bradykinin potentiating factor，BPF）。费雷拉已发现BPF具有强化缓激肽降低血压的作用，但机制不详。文恩对此很感兴趣，就让费雷拉測试BPF对ACE的作用，结果发现BPF可显著抑制血管紧张素Ⅱ的生成。这一发现促使文恩提出ACE可作为高血压治疗之重要靶点。

文恩还是施贵宝公司（Squibb Corporation）的科学顾问，在1968年的报告中阐述了ACE抑制剂将是高血压药物研发的重要方向。然而当时，主流观点认为ACE只负责5%左右“恶性高血压”（一种血压快速升高、严重威胁生命的高血压）的发生，而与95%的“基本高血压”无关，因此ACE抑制剂的商业开发意义不大。但在文恩的积极努力下，施贵宝公司最终决定成立一个研究小组，开发用于高血压治疗的ACE抑制剂。

在生物化学家库什曼（D.Cushman）和肽类化学家翁代蒂（M.Ondetti）领导下，施贵宝公司在BPF（由于是一种多肽，因此无法口服）抑制效应的基础上于1975年开发成功第一种口服ACE抑制剂——卡托普利（captopril），最终于1981年被美国食品药品管理局（FDA）批准应用于高血压的治疗。

卡托普利的开发成功，对药物学发展起了重大的推动作用，也突显了基础研究的重要性。合理药物设计理论的前提是药物靶点和先导药物的鉴定，而文恩为此完成了两方面的工作：一方面证明ACE可以作为高血压治疗的靶点，另一方面还确定了BPF可以作为药物设计的结构基础。因此，正是文恩为卡托普利的开发提供了重要理论保证。如今，卡托普利已挽救了成千上万高血压患者的生命，文恩称得上是居功甚伟。

提出阿司匹林的前列腺素抑制理论

阿司匹林（aspirin）是世界上应用最广泛的药物之一，在解热、镇痛及抗炎等方面发挥重要作用，还对血栓等疾病的预防有重要意义。它是历史最悠久的药物之一，最早可追溯到希波克拉底时代用柳树皮止痛，此后在柳树皮里分离得到有效成分水杨酸，到19世纪末合成了乙酰水杨酸即阿司匹林，使其应用得到迅速推广。尽管阿司匹林在临床上取得巨大成功，但其药理机制一直未被揭示。

1950年代，主流观点认为，阿司匹林可能通过影响神经系统而发挥药理作用。英国生物学家科利尔（H.Collier）决定通过实验来确定阿司匹林作用机制，但限于实验手段一直未取得明显突破，因此安排他的研究生派珀（P.Piper）进入文恩实验室，以共同解决这个难题。派珀和文恩在采用级联灌流生物测定技术对过敏豚鼠模型的分离的肺进行血液灌注时，检测到一类未知且高度不稳定的物质。由于这些物质可造成兔动脉条强烈收缩，因此命名之为RCS（rabbit.aorta contracting substance兔主动脉收缩物质）。其实，RCS还有另外一层含义，代表文恩服务的皇家外科学院。对RCS的进一步分析发现，它与当时已知的一类物质——前列腺素（prostaglandin，PG）相似，从而逐渐揭开了阿司匹林的神秘面纱。

对前列腺素的研究可追溯到1930年代。瑞典著名生理学家冯·奥伊勒（U.von Euler，1970年诺贝尔生理学或医学奖获得者）和同事发现，大多数动物的精液和牛殖泡中含有一种促进子宫平滑肌、血管平滑肌收缩的物质，当时认为该物质由前列腺分泌，故得名。1950年代，另一位瑞典生理学家贝里斯特伦（S.K.Bergstrom）与学生萨穆埃尔松（B.I.Samuelsson）成功地鉴定出多种前列腺素。1960年代，萨穆埃尔松进一步证明了花生四烯酸是前列腺素生成的前体物质。文恩据此认为，多种机械或化学刺激所引起的疼痛与过敏，实际上是通过促进前列腺素的合成来实现的，而一个合乎逻辑的推论即：阿司匹林可以阻断前列腺素生成。

作为药理学家，文恩更多关注的是动物和器官实验，而对生物化学并不熟悉；然而为了实验需要，他也只能亲自尝试。文恩制备了豚鼠肺组织匀浆，借助离心去掉沉淀、保留上清，在一部分上清液中加人花生四烯酸，而在另一部分上清液中除添加花生四烯酸外还补充阿司匹林等物质。结果发现，肺组织可将花生四烯酸转化成前列腺素，而补充阿司匹林及其类似物吲哚美辛（indomethacin）和水杨酸等，则会抑制前列腺素生成。相反，吗啡、氢化可的松和美吡拉敏（mepyramine）等对花生四烯酸生成前列腺素无影响（氢化可的松主要通过抑制花生四烯酸的生成而最终影响前列腺素的生成）。文恩研究组和其他两个研究组进一步在器官水平上也证实了阿司匹林对前列腺素生成具重要抑制作用。因此，前列腺素是一种重要的炎症介质，通过引起一系列炎症反应而造成疼痛、发热等症状。抑制前列腺素的生成，不仅是阿司匹林的作用机制，还可以作为新型抗炎药物研发的重要靶点。

1990年代，研究人员先后鉴定出两种催化前列腺素生成的环氧合酶（cyclooxygenase，COX），即COX-1（1988年）和COX-2（1991年）。COX-1为组成型表达（基本不受外界因素影响），主要防止胃损伤和影响血小板凝集；COX-2则诱导炎症等的表达，是介导炎症反应的主要因素。文恩进一步提出假说，阿司匹林的抗炎作用主要由于抑制了COX-2的活性，而它的副作用则由于COX-1活性也同时受到了抑制。文恩研究组通过实验发现药物对COX-1的抑制强度与引发的胃肠道损伤程度呈正相关，从而证实了假说。文恩的假说意味着，COX-2特异性抑制剂将在消炎止痛方面有更理想的治疗效果和更轻微的毒副作用。随后，多家制药公司投入这一领域，开发出治疗关节炎的塞来昔布（Celebrex）、依托考昔（etoricoxib）等一系列COX-2特异性抑制剂，从而构成一类非甾类抗炎症药物（non-steroidal anti-inflammatory drug，NSAID）。此外，日常生活中常用的感冒药主要成分对乙酰氨基酚，也主要通过抑制COX活性进而影响前列腺素及其衍生物的生成，来发挥药理作用。

阐明前列环素的血栓抑制作用

1973年文恩辞去皇家外科学院职位，加入药物公司惠康基金会（Wellcome Trust），担任研发部主任。虽然朋友劝他不要离开学术机构进入商业领域，但文恩还是选择接受挑战。他做出这个决定一方面受戴尔爵士（也曾任职惠康基金会）影响，另一方面也是想亲自尝试把基础研究更好地转化到应用。当最终离开公司时，文恩虽然公开表示并不遗憾当初的决定，但私下里说起对公司的学术氛围还是有点不太适应。

在惠康基金会，文恩一方面负责公司的整体研发任务，另一方面继续自己的科研工作。文恩将皇家外科学院的许多同事一并带人公司，成立了前列腺素研究小组。进入1970年代，研究者进一步鉴定出许多具有生理活性的前列腺素衍生物，如具有促进血小板凝集作用的血栓素（thromboxane，Tx）等。文恩和同事发现，直接用前列腺素灌注兔动脉条，只能引起适度收缩；然而补充血小板微粒体，结果会引起更大的收缩。这是因为血小板可将前列腺素转化为收缩能力更强的血栓素。其实，文恩早期鉴定的RCS，其活性成分主要是血栓素而非前列腺素。文恩和同事还从血小板微粒体中分离到血栓素合成酶，该酶也成为抗血栓治疗新药研发的靶点。

然而，文恩进一步用血管内皮微粒体替换血小板微粒体重复上述实验，结果却超出预期，动脉条不仅未出现收缩，还出现轻微的松弛效应。检测结果表明前列腺素已经消失，但实验结果表明未转化为血栓素，意味着可能生成了一种未知的前列腺素衍生物，被命名为PGX。在检测PGX活性时发现，它可以显著抑制血栓素诱导的血小板凝集。进一步的实验确定了PGX结构，将其命名为前列环素（prostacyclin），亦称PGH2。文恩还提出血栓形成的平衡假说：一方面血小板释放血栓素促进血栓形成，另一方面血管壁通过生成前列环素抑制血栓形成而对血管起持续保护作用。前列环素的绝对或相对生成不足，是造成血栓发生的重要原因。因此，前列环素及其类似物也成为药物开发的重要内容。此发现结合阿司匹林的作用机制，使阿司匹林肠溶片成为目前心脏病和中风等疾病预防的常用药。

文恩有关前列环素的发现和对阿司匹林药理作用机制的阐明，进一步深化了对前列腺素生物学作用的理解，并为心肌梗死发生原因和预防措施的研究开创了一个新领域。

成就与影响

1982年，文恩和另外两位瑞典科学家贝里斯特伦、萨穆埃尔松“由于前列腺素和相关生物活性物质的发现”而分享诺贝尔生理学或医学奖。1985年，文恩离开惠康基金会，于1986年加入伦敦医学院圣巴索洛缪医院，创立威廉·哈维研究所（William HarveyResearch Institute）并担任首任所长。研究所重点开展心血管和炎症相关疾病的研究，目前聚集了100多名优秀科学家，成为重要的新药研发中心之一。1997年，70岁的文恩从该研究所退休，但仍担任荣誉所长。1991年，文恩和同事还建立了一家新的药物公司——先锋医药有限公司（Vanguard Medica Ltd）。2004年11月19日，文恩由于肺炎在英國法恩伯勒（Farnborough）去世，他的逝去意味着一段带有浪漫和激情色彩的实验医学之终结。

文恩发表论文700多篇，还出版专著20多部。他一共获得50多项奖励，除诺贝尔奖外，还获得1977年的拉斯克基础医学奖、1989年的皇家奖章等。他还是多个国家科学院的院士，如英国皇家学会会员（1974年）、美国科学院外籍院士（1983年）等。

文恩是20世纪最伟大的药理学家之一，在革新级联生物测定技术基础上，为药理学做出了三大基础性贡献——发现高血压治疗的ACE抑制原理，提出阿司匹林的前列腺素抑制理论，阐明前列环素的血栓抑制作用，这些为新药特别是心血管药物的研发奠定了坚实基础。同时他还培养了许多药理学家，他们分布于世界各地，成绩卓著。所以，文恩在生物医学和药物发现领域是贡献卓越、影响深远，因而值得铭记的。

关键词：血管紧张素转化酶 阿司匹林 前列环素 文恩 诺贝尔生理学或医学奖