1966年諾貝爾生理醫學獎 

1、 前言:

本得獎者的研究主要是在探討,在實驗動物中,正常細胞及hormone-dependent癌細胞,對特定激素存在與否的相關依賴性。同時也著重在,對於人類前列腺癌及乳癌的立即實際應用。此研究已帶給許多此類癌症的嚴重患者,在其他治療情況無法改善的情形下,有顯著的改善情況,包括壽命的延長及病痛情況的減輕。以下是對該得獎人的生平及研究簡介。

2、 生平:

簡述:

Charles Breton Huggins在1901年9月22日,生於美國Nova Scotia的Halifax。為藥劑師Charles Edward Huggins及其妻Bessie Maria Spencer的長子。

小時後就讀於Halifax內的公立學校。在1920年,於Nova Scotia內Wolfville當地的Acadia University畢業,取得學士學位;1924年,於Harvard University取得碩士學位,之後在1924~1926年間於University of Michgan Hospital中實習;1926~1927年,在University of Michigan任外科講師;自1927年起,成為University of Chicago的教職成員:1927~1929年,為外科講師,且在1927年7月29日,和Margaret Wellman締結姻緣,日後育有一子一女(Charles E. Huggins及Emily Wellman Huggins Fine);1929~1933年,為助理教授;1933~1936年,為副教授;1936~1962年,為外科教授。

Charles Breton Huggins的經歷尚包含,自1951年起,為Ben May Laboratory for Cancer Research的指導員;自1962年起,為William B. Ogden Distinguished Service Professor中的一員。同時也為National Academy of Sciences 及 American Philosophical Society的會員之一。

Charles曾得過許多獎章,也擁有許多榮譽學位,包含:1947年,M. Sc.,Yale University;1946年,D. Sc,Acaida University;1951年,Washington University;1953年,Leeds University;1957年Torino;1966年LL. D.,Aberdeen University;1958年,Fellow,Royal College of Surgeons,Edinburgh;1959年,Fellow,Royal College of Surgeons(hon.);1963年,Fellow,American College of Surgeons(hon.)。

已於1997年辭世。

年表:

年代

(西元)

大事記

1901

1901年9月22日,生於美國Nova Scotia的Halifax。

1920

Acadia University畢業,取得學士學位。

1924~1926

1).1924年,於Harvard University取得碩士學位。

2)於University of Michgan Hospital中實習。

1926~1927

University of Michigan任外科講師。

1927~1929

1). 1927年起,成為University of Chicago的教職成員。

2). 為外科講師。

3). 7月29日,和Margaret Wellman締結姻緣。

1929~1933

University of Chicago的助理教授。

1933~1936

University of Chicago的副教授。

1936~1962

1).任University of Chicago的外科教授。

2).1936及1940年,得過American Medical Association的Gold Medals。

3.)1943年,得過National Academy of Science的Charles L. Meyer Prize。

4).1946年,獲得榮譽學位:D. Sc,Acaida University。

3).1947年,獲得榮譽學位:M. Sc.,Yale University。

4).1951年起,為Ben May Laboratory for Cancer Research的指導員。

5).1951年,獲得Washington University榮譽學位。

6).1953年,獲得Leeds University榮譽學位以及,American Cancer Society的獎章。

7).1957年,獲得Torino榮譽學位以及,倫敦Middlesex Hospital的Comfort Crookshank Prize。

8).1958年,為Fellow,Royal College of Surgeons,Edinburgh。獲得Edinburgh University的Cumeron Pirze。

9).1959年,為Fellow,Royal College of Surgeons(hon.)。

1962~1966

1).1962年起,為William B. Ogden Distinguished Service Professor中的一員。

2).1962年,獲得American Therapeutic Society的Hunter Award及New York Academy of Medicine的Valentine Prize。

3).1963年,Fellow,American College of Surgeons(hon.)。

4).1964年,獲得University of Bologan的Laurea以及,Rudolf Virchow Society的獎項。

3).1966年獲得榮譽學位:LL. D.,Aberdeen University。

1997

辭世。

*以上資料來源為:http://www.nobel.se/

Nobel Lecture,physiology or medicine,1963~1970。

3、 研究主題:

Endocrine-induced regression of cancers

動機及背景:

1. 在多數情況下,2. 人在罹患癌症後一年多的時間中,3. 癌細胞才會明顯顯現,4. 這表示在體內有某些抑制腫瘤生長的作用在此階段發生。

5. 癌細胞量的淨增加是腫瘤細胞和其生長環境交互作用後的結果。癌細胞的自體控制是由於寄主和其腫瘤之間高度優勢競爭後的結果。

6. 有許多已知因子能壓抑癌細胞的生長,7. 包含:酵素、營養、免疫反應及基因型等。其中,8. 寄主的內分泌情形對9. 腫瘤的影響甚為顯著。此亦為本篇探討的主題。

Introduction

1. Eight hormone-responsive cancers of man and animals:

Type of cancer

Species

Carcinoma of breast

Human:female(Ⅰ7),male(Ⅰ8);Rat(44)

Carcinoma of prostate

Human(Ⅰ2)

Carcinoma of thyroid

Human(52)

Lymphosarcoma, leukemia

Mouse(48);Human(50)

Carcinoma of kidney

Hamster(53);Human(54)

Carcinoma of endometrium

Human(55)

Carcinoma of seminal vesicle

Human(56)

Carcinoma of scent-glands

Hamster(57);Dog(58)

2. 只有少數種類的癌症為完全或大半是hormone-responsive。而3. 無論在人類或動物的hormone-responsive cancer中,4. 給予適當的endocrine modification都可以對5. cancers造成極大的影響,6. 即使是當疾病已到了末期階段。此種對7. 病人有利的改善情況,8. 可在invention後的數小時內證明出,9. 且可以持續很久,10. 例如,11. 在人類身上看到改善情況能持續超過10年的也不12. 罕見。

13. 此對14. 癌症endocrine-restraint治療系統(therapeutic system)的發現,15. 來自許多同16. 仁及學生的共同17. 貢獻,18. 其中最具代表性的為—

Lacassagen,第一位根據,將estrone(雌素酮)注入三隻特殊品系的雄老鼠中會引發mammary cancer(乳癌)的實驗結果指出,激素(hormone)與癌症發育(development of cancer)上可能有關聯性存在。而在往後的實驗中也證明了,激素能影響來自狗或人類前列腺腫瘤(tumer of prostate)的癌細胞生長。

Doisy et al.從孕婦尿液中萃取出結晶狀的雌素酮(crystalline estrone),解開了固醇類激素(steroid hormone)對癌症之謎。

19. 經由對20. 磷代謝(phosphorus metabolism)的了解,21. 才能進行一系列對22. steroid endocrinology的相關觀察。

實驗內容摘要:

1. Phosphorus metabolism in genital tract

1.)Mann觀察到,spermatocele fluid內缺乏acid-soluble phosphorus及free hexoses;但人類的semen(精液)卻含有相當大量的無機磷(inorganic phosorous)及單醣(monosaccharide),如果糖(fructose)。因此推測,在人類男性射精過程中,fructose及acid-soluble phosphorus的含量會急遽升高。而男性生殖系統中的seminal vesicle是這些精液中急增物質的來源。

2.)由於要獲得生殖系統中其他腺體的單獨分泌物相當不易,因此,設計出如下圖的簡易設備,以在一定時距中定量收集狗的前列腺分泌物。此實驗進行達數年之久。

3.)一般而言,在正常狗的成熟個體,前列腺分泌物的量和化學性質可維持近乎恆定達數月之久。

4.)將實驗狗的睪丸(testis)切除後,前列腺會萎縮,糖代謝的氧化態(oxidative phase of carbohydrate)會減少,且分泌會停止。以testosterone處理後,會改善上述缺失。因此,此實驗是對已切除testis的狗,做數個循環的有、無激素交替供應處理,看細胞生長及停止生長發育的情形。

5.)在實驗中,正常的prostatic cell在無testosterone處理的情況下,只會萎縮但不會死亡。Hormone-dependent cancer cell則完全不同。在有激素供應的情形下會生長;無激素供應的情況下會死亡。

6.)在完全不提供食物的情形下,testosterone會促進其目標細胞的生長。因此設計,給予已挨餓三星期的狗Androstane derivatives作為selective nutritional advantage。會發現到當組織中其他多數細胞分解破裂時,其目標細胞卻會有顯著生長。同時,某些惡性腫瘤(malignant tumors)在其寄主處在缺乏營養的情形下,會擁有nutritional advantage for growth的特性。

2. Hormonal control of prostate cancer

1.)和人類一樣,在上了年紀狗的前列腺中,很容易發現有自然產生的癌細胞。多數犬類前列腺腫瘤的開始生長會伴隨有,上皮細胞的大量增殖,及許多囊種現象。但惡性細胞則只能經由組織解剖檢驗才能發現。

2.)在尋獲有prostatic tumor的實驗狗後,經一段時間觀察可發現,切除testis或口服一定量phenolic estrogen的,其prostate tumors會快速減少。

3.)測量血清中phosphatases的含量,提供了證據證明,人類前列腺癌為hormone-responsive。

4.) Kutscher and Wolbergs發現,在成熟的男性人類前列腺中,acid phosphatase濃度高;A.B.Gutam and E.B. Gutam發現,在許多具轉移性前列腺癌的病人血清中,acid phosphatase濃度明顯升高。同時,前列腺癌細胞經常轉移到骨骼,在骨組織中,癌細胞會刺激並引起成骨細胞的增殖。Kay發現,成骨細胞活性增高會使alkaline phosphatase在血清中的濃度上升。因此設計,在一定時距內同時測量血液中acid and alkaline phosphatase活性。結果顯示,兩種激素在少量血清取樣中,濃度都增加一倍。Acid phosphatase的濃度變化指出,在所有癌細胞轉移點中,散佈的癌細胞活性;alkaline phosphatase的效價(titer)則指出,成骨細胞受到附近前列腺癌細胞出現的影響產生的作用。

5.)由觀察血清中acid and alkaline phosphatase的濃度變化可得知,切除testis或口服phenolic estrogens會造成人體前列腺癌細胞的消除;反之,在未處理的例子中,testosterone會促進癌細胞生長的速率。

6.)觀察在轉移性前列腺癌病人,血液中的另一種prostatic enzyme,fibrinolysin,的含量亦可得到和上述實驗一致的結果。Fibrinolysin為一種proteolytic enzymes,以fibrin為其受質(substrate)。在此,Prostatic fibrinolysin進入血液的作用和acid phosphatase相似,二者都是進入血漿中,且都只有在具轉移性癌細胞的個體中才能觀察到,初期的則無法。

7.)Tagnon et.al觀察到,某些有轉移性前列腺癌的病人,由於prostatic fibrinolysin濃度升高,導致無法凝血。而藉由口服estrogenic substance或

切除腺體,如testis,可降低血清中此種酵素的含量,使凝血功能回復。

8.)1938年,E.C. Dodds et al.發現stilbestrol,為第一種控制癌症的合成物質。前列腺癌的研究是針對惡性疾病發展化學療法的開始。

9.)首批人體試驗是由21名患有嚴重轉移性前列腺癌的病人組成。在接受手術切除腺體的治療後,只有4名病人存活超過12年。結果顯示,以激素療法控制此種疾病仍有許多失敗之處,但整體而言,病人的生命有被延長,且疼痛的時間有減少。

3. Clinical mammary cancer

1.)1896年Beatson根據兩名患有乳癌的婦女做手術切除的結果,首先指出,advanced cancer能因手術切除而被誘導消除。此觀念發表在hormone觀念發展之前。其後50年,由於Wolley et al.發現,腎上腺(adrenals)能引起乳癌在老鼠中的生長。因此逐漸發現到,adrenal function也能維持及促進人類乳癌的生長。此一發現也是由於手術結果顯示,即兩側對稱的切除腎上腺(bilateral adrenalectomy)能使乳癌細胞完全及持續性的消退。在這之後,又發現到切除腦下垂體也能對癌細胞形成,和切除腎上腺之後相似的結果。

2.)Farrow and Adair觀察到,人類男性的乳癌患者在手術切除testis後,病情的顯著改善情形,因此發表了,testis的功能可維持乳癌細胞的生長。

3.)Haddow et al.發現,phenolic estrogens在某些情況下,有使人類乳癌細胞消退的改善效果,但在另一些情況下則會產生恰相反的結果。

總結:

癌症細胞在本質上不必是獨立性及self- perpetuating(永遠存在的),他生長的維持及繁殖,可受到寄主內分泌功能的調控。通常此種內分泌物質的量是處於正常或低於一般正常的狀態。

對人類或其他動物的一些hormone-responsive cancers而言,激素或合成的替代物質會誘發一些相似的生理現象,而能顯著決定癌細胞的存活與否。對激素正常狀況的正相反改變能引發癌細胞的衰退,在某些例子中甚至能治癒此類癌症。

*以內分泌方法控制癌症可分為三部份:

1.)某些種類的癌細胞,對其激素環境改變的反應,會和其原先正常的來源細胞不同。

2.)某些種類的癌症為hormone-dependent,這些細胞在沒有supporting hormone存在下會死去。

3.)某些種類的癌細胞在有大量hormone供給的情況下無法存活。

 

4、 Prostate cancer簡介及治療現況:

Prostate cancer

前列腺(prostate)為男性泌尿生殖系統中的一個腺體,而前列腺癌(prostate cancer)即是prostate的腺體性癌症。當癌細胞生長後,它可能會轉移到腺體內部、靠近prostate的組織、附在prostate上的囊狀構造(seminal vesicles)及離它較遠的體內其他部位,包含骨組織、肝、肺等。未轉移的prostate cancer通常可被成功地治好。此疾在美國為癌症死因第二位,據估計,每年約有350,000名男性檢查發現有prostate cancer;而且,每年約有4,000名男性死於此疾。

50歲以後,得到此症的風險會升高。40-44歲可能診斷出患有prostate cancer的比例是,59,000人中約有一人;50-59歲是2,600人中約有一人;但80歲以後是80人中約有一人。且非裔美國人為罹患此症的最高危險群;亞洲高加索人的可能性最低。日本人及非洲人原本罹患此症的機率較低,但這些族群在移居美國後,罹患此症的比例驟增,這顯示prostate cancer的引發和環境的影響有相互關係(如:飲食、吸煙與否等。)。

罹患prostate cancer的可能因素:

* 家族遺傳史

* 飲食中的飽和脂肪酸

* 年齡在65歲以上

* 曝露於重金屬環境中(如,* 鎘。)

* 種族

* 固定的生活形式。

* 吸煙與* 否

* 曝露於特定病毒性感染下

prostate cancer前兆或徵狀:

* 尿液或精液中帶血

* 頻尿(尤其在晚上)

* 排尿困難

* 背部、臀部、上大腿或骨盤處疼痛或僵硬

* 射精時疼痛

* 排尿時灼痛

    排尿時微量或有間斷

 

prostate cancer可分為四期,一般會使用四種標準治療過程:

watchful waiting:通常用在還有其他醫療問題及早期疾病的年長者身上,只是對

病人情況的仔細監控。

surgery: 通常用在病人健康狀況良好且年紀在70歲以下的病人身上,

有下列幾種:

Pelvic lymphadenectomy:除去骨盆腔中淋巴節並檢測是否含有cancer cells的手術過程。若有cancer,* 則醫生不* 會切* 除前列腺,而* 會建議使用其他的治療方式。

Radical prostatectomy: 以手術方式移除整個prostate。此法只用在cancer尚未擴散出prostate之外時。有兩種不同* 的形式:

i).Retropubic prostatectomy經由切開腹腔壁而移除prostate的手術,亦可同時移除周遭的淋巴節。

ii).Perineal prostatectomy:經由切開陰囊和肛門之間的部位而移除prostate的手術過程。

iii).Transurethral resection of the prostate: 經由將一種器具插入尿道中,而自prostate內移除部分組織的手術過程。此法有時用在施與其他治療之前,可減輕因腫瘤而造成的症狀,亦可用在因年齡或疾病而無法用radical prostatectomy的病人身上。

Radiation therapy:X-ray或其他放射線來殺死或縮小癌細胞的方法。可單獨使用,* 或和手術治療合併使用。

◎ 可分為external(外部)及internal(內部)兩部分:

external radiation:使用體外儀器。

Internal radiation: 將放射性同位素放入一薄的特殊塑膠管中,再放入體內找到cancer cells的部位。 

此法可能會產生生殖功能障礙或排尿發生問題等副作用。

Hormone therapy:使用hormone來阻礙cancer cells生長的方式。在prostate cancer中,* 男性激素,* 如:testosterone有助於癌細胞生長。所以為了阻止癌細胞生長,* 可能會使用女性素或能減少男性素產生的藥物來控制男性素的量。方法包含有:

i).Estrogens能抑制睾丸製造testosterone,但因有嚴重的副作用,所以現在很少使用。

ii).Luteinizing hormone-releasing hormone agonists亦能抑制睪丸製造testosterone,如:leuprolide、goserelin或buserelin。

iii).Antiandrogens能阻斷androgens的作用。如:flutamide、bicalutamide。

iv).能抑制腎上腺製造androgens的藥物,包含: ketoconazole及aminoglutethimide。

v).orchiectomy,即手術切除睪丸等,以減少hormone的製造量,但有性功能損害及失去性欲等副作用

 

Charles Brenton Huggins研究後的60年,我們已知prostate cancer cells就

如同一般特殊的正常prostatic上皮細胞,需長期依賴一定程度的androgenic

stimulation(男性素刺激)以維持其連續生長及生存。根據此發現,對於具

轉移性的prostate cancer可藉由以下四種機制的結合來達到上述的目的:

* 手術切* 除睪丸(bilateral orchiectomy)來排除睪丸所製造的男性素(androgens)。

* 切* 除腦垂體或腎上腺來減少男性素的產生。

* 抑制腦垂體釋放LH,* 如此可抑制testes製造testosterone。

* 抑制在testes及腎上腺中androgen的合成。

* 在androgen-dependent prostatic cancer患者體內抑制androgen的活性

 

 

5、 參考資料:

1.      http://www.nobel.se/     Nobel Lecture,2. December 13,3. 1966。

2.      http://www.oncologychannel.com/

3.      http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?tool=bookshelf&call=bv.View..ShowSection&searchterm=prostate&rid=cmed.chapter.d1e470769

 

 

 本網頁內容由 生科系  吳皓芝同學提供