1977年諾貝爾生理醫學獎  發現腦部與賀爾蒙的產生有關

 

 

 

 

蓋勒明

夏里

 

 

Roger Guillemin

Andrew Schally

 

 

壹、前言:

        

我選擇的諾貝爾獎得主是1977年所頒發的生理醫學獎得主-蓋勒明(Roger Guillemin& 夏里(Andrew Schally)。他們得獎的貢獻是因為在分離、鑑定和合成控制腦下腺前葉激素分泌的下丘腦釋放因子而獲獎。而我選擇這兩位的主的原因是因為有次在圖書館看牛頓雜誌,而那期的內容是講諾貝爾獎百年回顧,我翻一翻剛好看到在寫關於釋放機素,心想這個題目好像還滿熟,在課堂上有學過,並且在得獎的背後還有一段小插曲,本來這兩人在同一個研究室做研究,但後來發生了嫌隙,使得兩人從工作夥伴變成了競爭對手,長久以來一直楚於敵對狀態。看完這篇報導使我印象深刻,因此當我要選擇這份報告的主題時,腦海中馬上就浮現出這兩人的影子,所以他們就順理成章的成為我本份報告的主人翁了。

 

貳、得獎者生平

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

羅傑.蓋勒明(Roger Guullemin

1924111日出生於法國第戎的一個小鎮。從小他就對大自然中各種事物充滿了好奇心。1943年從著名的里昂大學醫學院畢業,得到了M.D.學位。1953年取得生理學和實驗醫學博士學位後,來到美國波士頓,受聘擔任貝勒醫學院(Baylor College of Medicine)生理學助理教授。講授基礎內分泌學,並開始對於腦下腺前葉激素分泌機制的研究。後來他加入了美國籍。

  蓋勒明首先從屠宰場買來新鮮的羊腦下腺,透過培養實驗,發現腦下腺前葉只有與下丘腦的提取務一起培養時才會產生腎皮促素,否則就不能。說明下丘腦中卻有某種促使腦下腺分泌激素的物質。蓋勒明對自己取得的第一個研究成果而興奮不已,因為它不僅證明了之前內分泌學家哈里斯博士(Geoffery W. Harris )假說,也證明自己的沿就方向和研究方法是正確的。

  下一步的工作是透過實驗來提取、分離並鑑定下丘腦所分泌的「腦下腺促素釋放激素」。而這一步工作異常的艱苦且漫長,其過程繁瑣而枯燥,並經歷無數次的失敗和挫折。在長達16年的時間裡,蓋勒明領導的研究小組收集了500多萬個、重達40多噸的羊下丘腦,但始終未能提取和分離出所期待的物質。其間,他的研究受到一些人,包括一些專家和權威的懷疑,有關機構要取消蓋勒明研究課題的經費,甚至一位最有才華的助手也離他而去。由於蓋勒明堅信自己的更由於他極其熱愛這項工作所以他才能百折不撓地堅持了下來。1968年底,他和助手們終於提取了第一種促素釋放激素-甲促素釋放激素。雖然數量僅有1毫克,這與他所收集和處理過的堆積如山的「羊雜碎」相比,真是太微不足道了,但卻無可辯駁的向世人證明了他的研究正確性,並度過了來自有關人員和機構的「信任危機」。此後,研究小組有陸續分離出了其他幾種促素釋放激素,並鑑定了它們的化學結構。

  蓋勒明的研究成果,為人類了解自身和動物的內分泌生理機制、研製控制激素分泌和治療疾病的藥物作出了重要的貢獻,是基礎和離純內分泌學的重大突破。他因此以發現腦部下視丘所分泌的賀爾蒙(peptide hormone)證明各種荷爾蒙的調節中樞-腦下垂體受腦部下視丘控制;並發現體泌素(somatostatin)。榮獲了1977年的諾貝爾生理醫學獎。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 安德魯.夏里(Andrew V. Schally

19261130日生於波蘭威爾諾城。他在求學的路上好事多磨,曾在倫敦國立醫學研究院從事研究。後來獲得了加拿大麥吉爾大學的獎學金。1955年在麥吉爾大學取得理學是學位,並繼續攻讀生物化學,在內分泌學家默理.薩弗蘭(Murry Saffran)指導下,從事下丘腦-腎皮促素釋放因子(CRF)的實驗。1957年,夏里在麥吉爾大學獲得了生物化學的博士。隨後他求職於美國波士頓的貝勒醫學院,在蓋勒名教授實驗室裡任生理學助理教授。1962年,夏理取得美國籍。當時的美國退伍軍人管理局基礎研究部主任梅耶(Joe Meyer)計畫成立一個退伍軍人管理局研究室,主要研究下丘腦激素,邀請夏里擔任主管。夏里辭別蓋勒明,開始自己獨立的研究生涯。他與另兩位化學家合成了甲促素釋放因子活性物,隨後又證實了豬的甲促素釋放因子的化學結構與合成物一樣。之後他又得到了一定數量的黃體促素釋放因子,又靠2位日本化學家提出了新的分析方法,用放射性同位素標記的方法來測定黃體促素釋放因子。經過4個月的工作,只用了很少的研究材料就測定了黃體促素釋放因子的結構[M1] 【審註:下丘腦所分泌的激素在未純化、定出結構之前稱為因子,之後則稱激素。】

  夏里和蓋勒明在內分泌學上的競爭大大地促進了下丘腦科學研究的發展。為此他以成功分離、鑑定出很早即知道存在的下是邱神經分泌荷爾蒙「促腎上腺皮質激素釋放因子」(CRF);還分離出「促黃體生成激素釋放因子」(LRH),並闡明它的結構,與蓋勒明一起榮獲了1977年的諾貝爾生理醫學獎。


『以上資料參考文獻2.4.5.6.9.10

 

 

參、關於得獎者的工作內容介紹:

 

(一)改良糖尿病療法

糖尿病最明顯的症狀為血糖增高,其治療方法包括:一、限制蔗糖的攝取;二、服用降血糖劑(hypoglycemic agent)及胰島素(insulin)之注射。其中胰島素治療法相當普遍。胰島素的製劑種類很多,有的作用很快,消失也很快;有的作用好慢,消失也慢。由於美國糖尿病有增加的傾向,因此胰島素頗有供不應求之勢。

  事實上,胰島素的治療並非十全十美,因為它雖然可以降低血糖,但卻不太能矯正由糖尿病引起的副作用如眼盲症與腎臟疾病。然而,由於沙克研究所蓋勒明(R. Guillemin, 1924-)等人的努力,已可使胰島素的治療臻於較完善的境地。

 (二)新的腦荷爾蒙之發現

蓋勒明研究小組從千萬個羊腦中,分離並精製種種腦下垂體的胜太荷爾蒙。以前有人認為腦下垂體是身體各種荷爾蒙系統中的總樞紐,但是到了一九七○年代,科學家已知,腦下垂體還是要受大腦的控制。原來腦下垂體的功能之一是產生生長素(growth hormone,縮寫為GH)。生長素分泌太多,會產生末端肥大症(acromegaly),若生長素分泌太少,則產生侏儒症。多年來,研究者一直在懷疑生長素之分泌是靠大腦來控制的,並且推想大腦可能分泌出一種化學物質,來影響生長素之分泌。有許多研究都集中於分離一種能促使腦下垂體施放生長素的因子。沙克研究所的研究者們終於獲得該化學物質,它是分子很小,一共有十四個胺基酸的胜太。有一點使他們感到驚奇的是這個小分子雖然能影響生長素的分泌量,但是它的作用是在抑制而不是如很多人所預測的促進生長素的分泌量。由於有這種抑制作用,該分子被命名為體抑素(somatostatin)。

(三)體制素(somatostatin

體抑素被分離精製之後,蓋勒明的工作小組很快的就把它的胺基酸順序定下來,並成功的加以合成。此種成功對於新荷爾蒙的研究,無疑是一個很大的突破,因為在羊腦中之含量很多,要成千成萬的羊腦才能提出幾毫克的製品。該荷爾蒙在細胞中分解很快,研究起來相當困難。因此,進行人工合成之後,相關研究的進展立刻飛快起來。沒多久,他們就發現胰島與腸管都能合成此種體抑素。胰島合成的體抑素一方面可影響阿爾法細胞分泌昇糖素(glucagon),同時也影響貝他細胞分泌胰島素。體抑素中十四個胺基酸安排起來,其形狀宛如一個Q字,其上下兩邊的特殊部分構成了二個全然不同的反應基(A1與A2),在另一方面,胰島上的阿爾法細胞與貝他細胞分別各有不同的體抑素受體(R1與R2)。當體抑素進到作用區域時,反應基A1就和阿爾法細胞中的R1受體接合而使昇糖素之分泌停止下來;同時體抑素之另一個反應基A2可和貝他細胞中的R2受體接合而使胰島素之分泌停滯下來。很像所謂「一箭雙雕」的控制機構。

(四)體制素與糖尿病的治療

以胰島素來治療糖尿病並不是十全十美的方法。由於發現體抑素有降低血糖的作用,蓋勒明小組就用體抑素加入少量的胰島素,注射到糖尿病人身上,結果發現其降血糖作用更為明顯,更為自然。於是,沙克研究所的科學家們設法修飾體抑素之反應基A1,使其不能和胰島貝他細胞之R2受體結合,但留下反應基A1仍能和胰島阿爾法細胞的R1受體接合。一旦這種體抑素的分子修飾成功的話,則它打入人體後,僅能抑制昇糖素之分泌而不影響胰島素之分泌。如此一來,其降血糖作用將更明顯題、更持久與更自然。在臨床的治療也更有價值。他們的研究指出,將體抑素中之某一個胺基酸由L型變為D型則可使其活性加強十倍以上,並可使其作用的時間延長。很多人相信蓋勒明小組的這種努力,一定可使糖尿病治療帶來光明遠景,同時也為各種荷爾蒙的研究拓開新的領域。

 

『以上資料參考文獻1.3.9.10

肆、腦垂體釋放激素的種類

 

(一)後葉--

組織型式:神經組織(下視丘之延伸)。

分泌物:抗利尿激素(或稱血管加壓素);催產素

縮寫:ADH。

已知之目標:腎、貯水等器;乳腺;子宮。

主要之作用

控制細胞外液體積之基礎下,誘導液體之移動。

誘導乳汁移至分泌管引發子宮收縮。

(二)前葉--

組織型式:大部分為腺體組織。

分泌物:

親腎上腺--

縮寫:ACTH。

已知目標:腎上腺皮質。

主要作用:緊張反應中刺激皮質素之釋放。

皮質素。

親甲狀腺素--

縮寫:TSH。

已知目標:甲狀腺。

主要目標:刺激與生長,發育、代謝速率有關之甲狀腺素之釋放。

親性腺激素

縮寫:濾泡腺刺激素(FSH);黃體生長素(LH)。

主要作用:

FSH--卵巢、睪丸刺激濾泡生長、刺激動情素之分泌及排卵之促進男性精子形成。

LH--卵巢、睪丸刺激女性排卵、黃體形成;促進睪固酮之分泌,刺激乳汁產生。

泌乳素

縮寫:PRL。

已知目標:乳腺。

主要作用:刺激乳汁產生。

親體素C亦稱生長激素

縮寫:STH(GH)。

已知目標:大部份之細胞。

主要作用:

對幼之動物體有促進生長之作用。

誘導蛋白質合成之細胞分裂刺激 Somatomedins之釋放。

與成年動物之葡萄糖及蛋白質代謝有關。

(三)間葉

組織型式:大部分為腺體組織。

分泌物:黑色素細胞刺激素。

縮寫:MSH。

已知目標:外皮中之色素細胞。

主要作用:誘導顏色改變以對應外界刺激;影響行為。

 

伍、腦垂體前葉分泌物之釋放激素之效應

  親腎上腺皮脂素釋放激素:影響親腎上腺皮脂素,效應為“+”。

親甲狀腺素釋放激素,影響親甲狀腺素泌乳素,效應為“+”。

親性腺釋放激素:影響濾泡刺激素及黃體生長素,效應為“+”。

STH 釋放激素:影響親體素( 亦稱為生長激素),效應為

補體素:影響親體素,其他之激素,效應為“-”。

多巴明:影響泌乳素,效應為“-”

 

『以上資料參考文獻7.8

陸、下視丘與腦垂腺                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(一)下視丘與腦垂腺在內分泌上的關係

     下視丘可說是神經系統與內分泌系統之間的橋樑。當下視丘受到腦的其他部分或血液中激素所傳入的訊息後,便會分泌激素或促使腦垂腺釋放出其激素。下視丘分泌多種激素,其中抗利尿激素(A D H) 及催產素,經神經元之軸突至腦垂腺後葉而儲存於軸突末端,當體內需要時,便由後葉釋放至血液中。 下視丘尚釋放數種激素及抑制激素,這些激素經門不靜脈(portal vein)而至腦垂腺前葉,並擴散至前葉的組織中內分泌細胞(endocrine cells of the anterior pituitary),所以,對前葉之激素分夕有調節之效。 腦垂腺位於下視丘下方,而且直接受下視丘的影響。其大小似蠶豆,可以分泌多種激素。腦垂腺後葉儲有由下視丘分泌後運來的抗利尿激素和催產素;前葉則分泌生長激素(GH)、催乳催素(PRL)、黑色素刺激素(MSH)、內啡呔(endorphins)、腦啡呔(enkephalins)及數種調節其它內分泌的促激素(tropic hormone),如促甲狀腺激素(TSH)、促腎上腺激素(ACTH)、促濾泡成熟激素(FSH)及黃體成長激素(LH)。

(二)下視丘與腦垂腺所分泌的激素及其作用

     為了方便討論,這些激素可分類為腦垂腺及下視丘兩大類,而腦垂腺又可分為前葉與後葉兩部分來討論。

1. 腦垂腺後葉

        腦垂腺後葉的激素是由下視丘製造,儲存於後葉中,而這些激素分別為:

     (1) 催產素:其化學構造為呔類;其作用為刺激子宮肌肉與乳腺細胞收縮。

     (2) 抗利尿激素:其化學構造為呔類;其作用為促使水由腎臟的集 尿管再吸收

2. 腦垂腺前葉

        腦垂腺前葉分泌的激素可分為下列八種:

     (1) 生長激素:其化學構造為蛋白質;其作用為刺激身體的一般生長,特別是骨骼,能影響其代謝功能。

    (2) 催乳激素:其化學構造為蛋白質;其作用為刺激乳汁的分泌與製造。

    (3) 濾泡刺激素:其化學構造為醣蛋白;其作用為刺激卵巢濾泡與精子的形成。

    (4) 黃體成長素:其化學構造為醣蛋白;其作用為刺激女性的黃體與排卵;刺激男性的間質細胞。

    (5) 甲狀線刺激素:其化學構造為醣蛋白;其作用為刺激甲狀腺分泌其激素。

    (6) 腎上腺皮質刺激素:其化學構造為多呔;其作用為刺激腎上腺皮質分泌糖皮質固醇(glucocorticoids),例如皮質醇(cortisol)。

    (7) 黑色素刺激素(MSH):其化學構造為呔類;其作用為引起某些動物的黑素細胞中黑素顆粒分散分佈,而使皮膚變黑。

    (8) 內啡呔與腦啡呔:其化學構造皆為多呔類,彼此合稱為內源鴉片製劑(endogenous opiates);其作用為能和鴉片製劑受體如在腦中的痛受器結合,模擬嗎啡的作用,產生諸如痛覺缺失(analgesia)、僵直(rigidity)以及行為和心境改變(changes in mood and behaviour)等影響。

3. 下視丘

       下視丘分泌的激素為:

    (1) 釋放激素(releasing hormones)與抑制釋放的激素 (releas-inhibiting hormones):其化學構造皆為呔類;其作用為刺激或抑制腦垂腺前葉分泌特定的激素。

(三)下視丘與腦垂腺前葉分泌激素整理:

 

下視丘

 

激素

作用

釋放激素

影響腦垂腺前葉的功能

 

腦垂腺前葉

 

激素

作用

生長素

促進身體(尤其是骨骼系統)的生長代謝。

促腎上腺皮質素

促進腎上腺皮質分泌皮質素。

促甲狀腺素

促進甲狀腺分泌甲狀腺素

催乳素

促進乳腺發育及分泌乳汁

FSH, LH

影響女性的生殖週期、促進生殖腺分泌激素及影響生殖細胞的發育。

失調

幼年時生長素過多→巨人症
幼年時生長素不足
侏儒症
成年時生長素過多
關節肥大變形

 

 

『以上資料參考文獻7.8

 

 

 

柒、甲促素釋放激素

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

甲狀腺激素的製造、釋放等過程,受腦下垂體前葉分泌的促甲狀腺激素 ( TSH ) 的控制與調節,然而 TSH 又受下視丘分泌的甲狀腺素釋放激素 ( TRH ) 的影響,故TRH 對甲狀腺激素有間接的調節作用。這種調節模式就是所謂的回饋作用的機轉,人體各臟器的一切活動都受神經系統的指揮和調度。甲狀腺也不例外,故大腦皮質的衝動也可沿支配神經到達甲狀腺起調節的作用。換句話說,甲狀腺疾病並非單純只是腺體本身的問題,也必須同時考慮大腦皮質、下視丘、腦下垂體等因素。

 

『以上資料參考文獻7.8

 

捌、參考文獻

 

1.          諾貝爾的榮耀-生理醫學桂冠/科學月刊著/天下遠見出版有限公司/1999.12.30/p.175-180

2.          諾貝爾百年百人-生理醫學獎/鄭艷秋等編/世潮出版有限公司/2001.10/p.134-151

3.          諾貝爾自然科學獎(1969-1979/林仁混等著譯, 張昭鼎編選/正中出版有限公司/1985/p.86-89

4.          牛頓雜誌[中文國際版]-諾貝爾百年回顧/牛頓出版股份有限公司/p.59,p.123

5.          http://www.nobel.se/

6.          http://www.nobelprizes.com/

7.          http://content.edu.tw/

8.          http://pck.bio.ncue.edu.tw/

9.          www.salk.edu/faculty/guillemin.html

10.      www.polonialife.com/polacy_aschally.htm

 

 

 本網頁內容由 餐管系  穆心瑩同學提供