一位科学家与一位企业家的关系

英国药理学家戴尔（Henry Dale，1875-1968）有较广的训练。他于1894年至1900年在剑桥大学三一学院，受John Langley和Walter Gaskell（1847-1914）的影响。其后戴尔到伦敦的St Bartholomew医院两年，再到伦敦大学学院（1902-1904），在Ernest Starling和William Bayliss的生理系，随Starling开展研究。

期间，戴尔还遇到来访的德国犹太科学家Otto Loewi（1873-1961）开始了他们一生的友谊。

1903年10月至1904年2月，戴尔到德国科学家Paul Ehrlich（1854-1915）的研究所工作了四个月。

在成长的十年，戴尔经历了几位未来诺奖得主，包括以后将与自己共享诺奖的Loewi。

1904年，戴尔应邀加入伦敦郊区的“Wellcome生理研究实验室”，邀请人为威尔康药厂创始人Henry Wellcome（1853-1936）。

威尔康于1880年与其美国同胞建立了买药的公司。他们的一个贡献是把药粉压成药片。

“威尔康”药厂销售很好，但威尔康认为美国的科学不行，药厂在美国没有前途，搬到英国。

1894年，威尔康为了药厂未来发展而在药厂建立生理研究所（Wellcome Research Laboratories in Physiology），但一无所成。

十年后的1904年，威尔康下定决心要支持真的研究，为此找到青年俊杰戴尔，后者的老师（Langley）劝他不要为五斗米折腰（selling his medical and scientific birthright for a mess of pottage）（Feldberg，1970）。

29岁的戴尔在接受51岁的威尔康邀请前，询问职务的稳定性，威尔康告诉他自己已立遗嘱死后继续支持研究。戴尔当然知道遗嘱可立也可改，但他接受了职位。

戴尔一做十年，其中前18个月为药理学家，后8年多为实验室主任。威尔康不仅给了戴尔高工资，而且说你做基础研究就可以。

戴尔当时并不知道做什么好，威尔康提出麦角（ergot of rye）好像挺有意思。

戴尔就研究麦角，硕果累累。

戴尔在威尔康的研究奠定他获1936年诺贝尔生理或医学奖，而威尔康药厂在科学支持下成为有原创原研推动的顶尖药物企业。

威尔康说话算数，不仅真建了基金会，而且最后实际威尔康的财产全成为基金，不是用于投资盈利的基金，而是支持科学的基金。

在戴尔和威尔康都去世很多年后，威尔康基金成为英国最大的慈善基金、世界第二大慈善基金，每年利息支持英国的医学研究。

Henry Dale（1875-1968）

Henry Wellcome（1853-1936）

2018年

以下节选自饶毅《生物学概念与途径》第十章

10.3    神经化学分子之一：乙酰胆碱

南美土著人用筒箭毒射杀靶物，被英国的Walter Raleigh（1552-1618）引进欧洲。1780年，意大利的Felice Fontana（1730-1805）认为筒箭毒作用于肌肉而非神经或心脏。1832年，德国的Alexander von Humboldt（1769-1859）将筒箭毒的制作方法引入西方。英国的Benjamin Collins Brodie（1783-1862）用筒箭毒做实验，证明其致死的原因是呼吸停止。1857年，法国生理学家Claude Bernard（1813-1878）在书中描述其用蛙研究筒箭毒的作用机理（Bernard，1857）。他发现，用筒箭毒处理过的蛙，如果电刺激其肌肉，肌肉仍然收缩，所以其作用位点不应该是肌肉。而如果刺激支配肌肉的运动神经，肌肉不再收缩。进一步制备蛙的神经和肌肉，将之分离到体外进行实验后发现：如果支配肌肉的神经干置于含箭毒溶液培养皿中，而肌肉在培养皿之外，这时电刺激神经干会引起肌肉收缩；如果将肌肉置于含箭毒溶液的培养皿中，而神经干在培养皿外，这时电刺激神经不能引起肌肉收缩。Bernard当时的结论是箭毒导致的运动神经系统功能丧失是由周围到中央而不是由中央到周围，具体而言箭毒作用是从神经根到神经干，而不是从神经干到神经根（Bernard，1857）。进一步研究得出更准确的解释：筒箭毒作用于埋在肌肉中的神经局部，阻断神经信息传递到肌肉（Langley，1906）。

1828年，德国化学家Wilhelm Heinrich Posselt（1806-1877）和Karl Ludwig Reimann（1804-1872）从烟中分离出尼古丁（nicotine）(Posselt and Reimann,1828)。1893年，柏林大学的犹太化学家Adolf Pinner（1842-1909）确定尼古丁的正确分子式（Pinner and Wolffenstein,1891; Pinner, 1893a, 1893b）。1857年，Bernard已经研究了尼古丁对动物的作用。他发现尼古丁加快呼吸、加快心跳、升高血压的作用是通过其对神经系统的作用，切断迷走神经后，尼古丁不能起这些作用（Bernard，1857）。Langley和同事发现，尼古丁可以作用于交感神经节的细胞，通过刺激交感神经节的细胞而收缩血管、放大瞳孔（Langley and Dickinson，1889）。肌肉分为横纹肌（骨骼肌、心肌）和平滑肌（如血管的平滑肌）等。Langley发现，尼古丁直接可以刺激骨骼肌收缩，这一作用可以被筒箭毒所阻断（Langley，1905）。

1869年，德国药理学家Oswald Schmiedeberg（1838-1921）从有毒的蘑菇Amanita muscaria分离得到化学分子毒蕈碱（muscarine），并发现它减慢心跳，作用类似与电刺激迷走神经对心脏的作用，两者都可被阿托品（atrophine）所拮抗（Schmiedeberg and Koppe，1869；Koch-weser and Schechter，1978；López-Muñoz and Alamo；2009）。阿托品来自曼陀罗草（Mandragora），古人发现其作用，包括埃及的Cleopatra用于扩大瞳孔、传说显得更迷人。德国药学家Heinrich Mein（1799-1864）于1831年分离其中的阿托品（Mein,1831），德国化学家Richard Willstätter（1872-1942）于1901年化学合成阿托品(Willstätter，1901)。Schmiedeberg将毒蕈碱和阿托品的作用联系在一起，成为药理学称为激动剂-拮抗剂的第一对（Schmiedeberg and Koppe，1869）。同时，隐含了毒蕈碱作用类似于迷走神经的作用。

1862年，德国的Adolph Strecker（1822-1871）发现胆碱（choline）（Strecker，1862）。1865年，德国的Oscar Liebreich（1839-1908）发现神经碱（neurine）（Liebreich，1865），其后被证明就是胆碱。1867年，德国化学家Adolf von Baeyer（1835-1917）合成了乙酰胆碱（Acetylcholine，ACh）(Baeyer，1867)。1899年，英国科学家发现动物（狗、猫、兔）的脑脊液含降低血压的物质，确定为胆碱，其降压作用可被阿托品所阻断（Mott and Halliburton，1899）。1900年美国华盛顿的Reid Hunt在肾上腺找降压物质，认为也是Mott和Halliburton发现的胆碱（Hunt，1900）。但他认为肾上腺（和脑）中还有不被阿托品阻断的其他分子可以降压。Hunt带助手Reńe Taveau发表文章，检测了胆碱相关的19种化合物，乙酰胆碱有更强的降血压作用，为胆碱的十万倍（Hunt and Taveau，1906）。

英国的Henry Dale（1875-1968）加入Wellcome药厂的生理研究实验室，在药厂创始人Henry Wellcome（1853-1936）建议下研究麦角（ergot of rye）：感染小麦的真菌。Dale由此做出了一系列发现，包括发现鱆胺（tyramine）、组织胺（histamine）等（Barger and Dale，1910）。Dale第一次接触乙酰胆碱，也是麦角制备物。1913年，药厂送来麦角请Dale检验，他发现其降压作用，一开始降得太快，他以为实验做坏了，动物要死了，但刚刚挂起工作服的时候瞟了一眼记录，动物血压开始恢复了，多次重复实验发现那次麦角制备中含降压的物质。他让助手Arthur Ewins（1882-1958）继续分离纯化，在纯化过程中，Dale想起Reid Hunt的工作，提醒Ewins可能是乙酰胆碱（Dale，1958）。Ewins很快证明确实是乙酰胆碱（Ewins，1914）。这是Dale检测麦角制备的十年当中很少几次含乙酰胆碱的意外情况（Feldberg，1970）。Dale检测了包括胆碱衍生物在内的分子对在体和离体动物制备的作用，包括血压、心率、消化道收缩、瞳孔、腺体分泌、骨骼肌收缩等，发现乙酰胆碱有两类作用：一类是毒蕈碱样，作用类似刺激副交感神经（降低血压、减少心率、收缩消化道、收缩瞳孔），可以被阿托品所阻断，不受尼古丁影响；另一类为尼古丁样，直接刺激骨骼肌收缩，作用于交感神经节和副交感神经节，不能被阿托品阻断，可以被大剂量的尼古丁所阻断（Dale，1914）。

Dale指出乙酰胆碱适合作为副交感神经系统分泌的分子，不过当时无法证明动物体内合成乙酰胆碱（Dale，1914）。

10.4    神经化学分子之二：肾上腺素

       1855年，伦敦Guy’s医院的Thomas Addison医生（1793-1860）发现损毁肾上腺的疾病(Addison, 1855)，后称为Addison病，人们从而感兴趣肾上腺的内涵。切除肾上的动物常常死亡（Schäfer，1908）。英国医生George Oliver（1841-1915）感兴趣研究，在家设计实验仪器（例如血压计），甚至用儿子做实验模型，例如给儿子吃肾上腺的提取物（Barcroft and Talbot, 1968）。1893年，Oliver找到伦敦大学学院著名生理学教授Edward Albert Schäfer（1850-1935），提出合作研究肾上腺提取物的作用（Davenport, 1991）。Oliver和 Schäfer于1894年发表两篇会议摘要、1895年发表文章，发现肾上腺提取物的作用，包括收缩血管、升高血压、加快心跳(Oliver and Schäfer, 1894, 1895)。

1895年，Schäfer让自己的两位同事研究了肾上腺提取物的化学特性（Moore，1895；Nabarro，1895）。1897年，德国科学家Sigmund Fränkel（1868-1939）提取了肾上腺的物质，他取名为spygmogenin（Fränkel，1897）。1897年，美国霍普金斯大学药理学系John Abel（1857-1938）从肾上腺提取到一个分子（Abel and Crawford, 1897; Abel, 1898,1899），他命名为epinephrin，分子式为C₁₇H₁₅NO₄（Abel, 1898）。1900年，在德国斯特拉斯堡大学工作的奥地利犹太科学家Otto von Fürth（1867-1938）认为epinephrin无生物学活性，Fürth把自己从肾上腺提取的分子命名为suprarenin，分子式为C₅H₉NO₂（von Fürth，1900）。1901年，Abel专文回复Fürth的质疑，辩解自己分离的分子有活性，但它不是天然分子（native principle）而是衍生物，可能多了一个苯甲酰（benzoyl）（Abel，1901）。

1900年，旅美日本科学家高峰让吉 (Jōkichi Takamine，1854-1922)与其助手上中啟三获得了生物活性很强、结晶纯的分子，分子式为C₁₀H₁₅NO₃，命名为adrenaline。高峰让吉于1901年1月在纽约举行的化工学会作报告，并于1901年在《美国药学杂志》发表其结果（Takamine，1901）。1901年12月高峰让吉在英国生理学会作报告，并于1902年发表于英国《生理学杂志》（Takamine，1902）。Parke-Davis药厂科学实验室生物部的Thomas Aldrich于1900年夏也分离了肾上腺素，1901年发表了论文。Aldrich通过实验比较了自己的样本和高峰让吉的样本，推出两种样本的正确分子式都是：C₉H₁₃NO₃（Aldrich，1901）。这一正确的分子式也最接近高峰此前推出的分子式，而与Abel和Fürth的分子式相差甚远。

1903年，德国伯恩大学的化学家Hermann Pauly（1870-1950）确定了肾上腺素的结构式（Pauly，1903，1904）。1904年，德国化学家Friedrich Stolz（1860-1936）合成了肾上腺素（Stolz，1904）。1905年，英国的Dakin（1880-1952）也合成了肾上腺素（Dakin，1905）。

Langley验证了肾上腺提取物的作用，包括直接收缩血管、抑制胃肠道收缩、抑制膀胱、扩大瞳孔、子宫收缩、唾液腺和泪腺分泌、胆汁分泌、等等。他总结出：肾上腺提取物的作用几乎完全对应于刺激交感神经的作用(Langley，1901b)。

1904年，Langley的研究生Thomas Elliot（1877-1961）在英国生理学会提出：交感神经纤维作用于外周可能通过释放肾上腺素或其前体。肾上腺素的作用不在神经，而在外周。即使神经蜕变了三天到十个月之后，肾上腺素仍然可作用于瞳孔的平滑肌（Elliot，1904）。其后他发表更详细的结果，并总结来自多种动物、多种组织的结果后提出：肾上腺素对平滑肌的作用类似于交感神经（Elliot，1905）。曾有研究者认为，神经蜕变后，血管平滑肌对肾上腺素还有反应的原因是蜕变不彻底（Brodie and Dixon，1904）。对此，Elliot认为十个月的蜕变足够让神经和肌肉的每个原子都不一样了（Elliot，1905）。Elliot还用了另方法支持肾上腺素可能是交感神经的递质：去神经敏化。他推测，在去除神经支配后，原被神经支配的靶细胞对神经释放的化学信号的反应应该增强。而他发现在去除交感神经后，平滑肌对肾上腺素的反应确实增加，从而进一步支持肾上腺素是交感神经释放的分子（Elliot，1905）。

在发现尼古丁引起鸡的腓肠肌收缩、筒箭毒抑制尼古丁这一作用后，Langley提出：神经冲动不能通过电刺激肌肉，而应该是通过du Bois Reymond 首先提出的神经末梢分泌的特殊物质，再作用于尼古丁和筒箭毒结合的肌肉上的基团（Langley，1906）。

Elliot指出交感神经与平滑肌的突触，在生物化学上不同于运动神经纤维与骨骼肌的突触、也不同于神经节前细胞（无论交感还是副交感神经节）与神经节细胞形成的突触。骨骼肌和神经节的突触在生物化学上可能同类，都可以被尼古丁先兴奋后抑制（Elliot，1905）。用后来的理解就是，交感神经与靶细胞的神经递质是肾上腺素（或去甲肾上腺素），而所有神经节的递质都是乙酰胆碱、运动神经的递质也是乙酰胆碱。

10.5        神经的化学传递

德国的du Bois-Reymond首先提出神经细胞之间的传递要么是电、要么是化学分子：我认为，只有两种模式值得讨论。要么是某种如氨或乳酸等刺激分泌物质、或其他强大的刺激性物质，要么是电（du Bois Reymond，1877；Bacq，1975）。

在肾上腺素和乙酰胆碱的研究过程中，都曾提出过神经纤维通过释放化学分子作用于靶细胞的想法（Langley，1901；Elliot，1904，1905；Dale，1914）。明确建立神经的化学传递机制，公认为奥地利的犹太科学家Otto Loewi（1873-1961）。

Loewi于1902年访问Starling实验室的时候开始与Dale几十年的友谊。对神经传递的问题和研究，他自然也熟悉，所以他在1921年做梦设计实验，并非空穴来风（Loewi，1953）：1921年复活节周六晚，我醒过来了，开了灯，在小纸条上写了几句，然后睡了。早上六点想起昨晚写了很重要的东西，但怎么也看不懂写的内容。那个星期天是我科学生涯最急切的一天。第二个晚上，我在三点钟又醒了，我记得是什么。这次不冒险了，我立即去实验室，用蛙心做实验。5点钟，神经化学传递被证明了。

Loewi在体外用生理盐水分别维持分离自两个蛙的心脏。电刺激支配一个心脏的副交感神经（迷走神经）后，其跳动减慢。收取灌流这一心脏的生理溶液，用于灌流另一心脏，第二个心脏的跳动也减慢，虽然没有刺激它的迷走神经。这一实验说明电刺激迷走神经后，可能释放了一种化学物质，减慢心跳。他还检测了心跳的力量，也减小了。Loewi称这一物质为迷走物质（Vagus-stoff）(Loewi，1921)。

这一实验被改进。一方面是不仅可以刺激迷走神经，而且可以刺激支配心脏的交感神经，导致心跳加快，这一作用也能通过体液传递，Loewi称之为加速物质（accelerans-stoff）。另一方面，为了更稳定地得到结果，不通过人工转移液体，而改进仪器。1926年，德国科学家用同一套灌流液维持两个心脏（Kahn，1926）。1932年，英国爱丁堡大学科学家设计了很漂亮、灵敏且稳定的方法（Bain，1932）。

这一方法不仅很好地验证神经释放影响心跳的化学物质可通过液体传送影响另一心脏，而且证明：神经释放减慢心跳的物质也增加胃肠道的收缩（Bain，1932）。相当于用实验证明Elliot于1905年提出的（分别支配心脏和支配肠道的）副交感神经纤维末梢的生物化学的类似性（Elliot，1905）。

10.6    神经递质：乙酰胆碱和去甲肾上腺素

建立了神经的化学传递概念之后，什么是神经递质就成为焦点。

德国科学家发现血液可以灭活迷走物质（Plattner，1926）。Loewi及其合作者发现依色林（physostigmine，亦称eserine/依色林，毒扁豆碱）抑制血液对迷走物质的灭活作用（Loewi and Navratil，1926a，1926b；Engelhart and Loewi，1930）。因依色林可以抑制脂酶，这些结果提示迷走物质有可能是胆碱的脂。但当时没在动物体内找到过乙酰胆碱，Loewi等没提乙酰胆碱。

1929年，当时在英国国家医学研究所的Dale和同事在寻找体内组织胺的时候，在牛和马体内找到的乙酰胆碱（Dale and Dudley，1929）。

如何证明乙酰胆碱是神经肌接头的递质、副交感神经的递质？

非洲尼日利亚的部落用一种有毒的豆检验人是否犯罪（Proudfoot，2006）。1855年爱丁堡的Robert Christison（1797-1882）以身试法验证其毒性，并发现其活性成分为依色林（Christison，1855）。1863年，发现其作用于运动神经末梢（Harley，1863）。1872年，爱丁堡大学的Thomas Fraser（1841-1920）提出依色林的作用与阿托品相拮抗（Fraser，1872）。1935年美国化学家合成了依色林（Julian and Pikl，1935）。

1917年，德国的Hermann Fühner （1871-1944）发现：虽然水蛭的背肌对乙酰胆碱不敏感，但加了依色林后，它对乙酰胆碱的反应增加百万倍。Fühner以此作为检测微量依色林的方法（Fühner，1917，1918；Feldberg，1976）。犹太科学家Wilhelm Feldberg (1900-1993)还在德国时意识到可以用它检测乙酰胆碱。他建议一位德国科学家做了实验，发现确实能够用于检测乙酰胆碱（Minz，1932a，1932b；Feldberg，1976）。Feldberg再与当时在柏林大学工作的Otto Krayer（1899-1982）合作，用水蛭背肌的方法发现刺激含支配血管副交感神经的舌神经时，可检测到乙酰胆碱样物质；刺激支配狗或猫心脏的迷走神经后，可检测到冠状静脉血含乙酰胆碱样物质（Feldberg and Krayer，1933；Feldberg，1976）。

Feldberg被迫离开德国后，应邀加入国家医学研究所Dale课题组，从1933年至1936年，他与Dale、John Gaddum(1900-1965)等在《生理学杂志》发表了24篇论文，用依色林化的水蛭背肌为主要方法，检测体内的乙酰胆碱。他们用多种方法支持交感神经节如猫的颈上神经节（superior cervical ganglion，SCG）释放的是乙酰胆碱（Feldberg and Gaddum，1934；Brown and Feldberg，1936）。他们观察到，刺激SCG后获得的灌流液，与乙酰胆碱一样：收缩依色林化的水蛭背肌；收缩依色林化的蛙的腹直肌；降低猫的血压，这一作用可被阿托品所阻断；减少兔耳脉搏，可被阿托品阻断；减慢蛙的心率，也可被阿托品所阻断（Feldberg and Gaddum，1934）。他们还发现刺激支配骨骼肌的运动神经时，可检测到乙酰胆碱，而去神经支配后，直接刺激肌肉不能检测到乙酰胆碱，从而证明是运动神经而非肌肉释放乙酰胆碱（Dale，Feldberg and Vogt，1936）。至此，他们全部证明了Elliot提出的运动神经末梢与自主神经节的生物化学性质类似（Elliot，1905）：皆乙酰胆碱。

中枢是否也有乙酰胆碱？脑内乙酰胆碱也被检测到（Quastel, Tennenbaum and Wheatley，1936；Stedman and Stedman，1937；MacIntosh and Oborin，1953）。不过中枢还有其他递质，乙酰胆碱作用的相对重要性在中枢不如在外周那么大。

交感神经的递质是肾上腺素吗？Langley（1901）和Elliot（1904，1905）都指出肾上腺素的作用类似刺激交感神经的作用，Elliot明确提出交感神经可能是释放肾上腺素而作用于其靶细胞（1904，1905）。1910年，Dale和同事发现了去甲肾上腺素，其作用最类似刺激交感神经（Barger and Dale，1910a）。经过几十年的研究，包括美国的Walter Cannon和Bacq（Cannon and Rosenblueth，1933；Bacq，1975），特别是瑞典药理学家Ulf von Euler（1905-1983）的工作，在1940年代证明交感神经释放的递质为去甲肾上腺素（von Euler, 1946，1948，1956）。而肾上腺素主要只在肾上腺，由去甲肾上腺素进一步甲基化形成肾上腺素，在应激时分泌如血液，起激素的作用。

Dale提出，可按所含神经递质分类神经纤维：自主神经系统的神经节前纤维都是“胆碱能”（cholinergic），副交感神经节后纤维和运动神经纤维也是胆碱能，而交感神经节后纤维一般是肾上腺素能（adrenergic）（例外：支配汗腺的交感神经是胆碱能）（Dale，1933）。