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中國生理學之父林可勝於生理學研究的成就
2021/03/23 12:11:32瀏覽533|回應0|推薦0

2019年是中國生理學之父林可勝1897-1969)逝世五十周年,本文是應何邦立醫師之邀,為其編纂之《林可勝追思論文錄》所作。關於林可勝的一生,近年來已經有過許多人為之作傳,其中大多著重於林於抗戰期間的工作;本文僅從生理學的角度,來談談他在學術研究上的成就與貢獻。

林可勝是北京(平)協和醫學院的第二任生理系主任1925-1937[1],也是協和第二位華人系主任[2]及第一位華人正教授。他於1926年帶頭發起成立了中國生理學會,並擔任首任會長;他於次年(1927)創辦了《中國生理學雜誌》(Chinese Journal of Physiology),擔任主編一職。因此,他被後人尊稱為「中國生理學之父」,其來有自。

林可勝是新加坡華僑,他從小學到研究所的教育,都是在英國蘇格蘭完成的。他先是畢業於愛丁堡大學醫學院,取得醫學學士與外科學士學位[3];但他沒有走臨床醫生的康莊大道,而是進入生理系擔任講師,並攻讀博士學位。他在四年間,分別取得了哲學博士(1921)與科學博士(1924)兩個最高學位。

從林可勝發表的論文來看,他早期的研究頗雜,從濱蟹(shore crab)的呼吸機制、腎上腺素對肺循環的影響,到甲狀腺對蝌蚪組織以及兔子骨髓的影響不等。此外,林還發表過一篇組織染色法的文章[4],並以此法在貓的胃裡發現了一種螺旋狀生物,長度只有4~8 μm,顯然是種螺旋菌。

這是個有趣的發現,因為傳統的認定是胃裡有強酸分泌,應該是無菌的;然而從十九世紀後葉起,就陸續有人在動物及人的胃中發現細菌的蹤影,但都無人當真。直到1980年代,才受到澳洲的兩位病理學家華倫J. R. Warren與馬歇爾B. J. Marshall)的認真研究,不但鑑定出幽門螺旋桿菌(Helicobacter pylori)這種廣泛分布於胃裡的細菌,並證實該菌與胃及十二指腸潰瘍的成因有關,因此展開了抗生素治療的新葉。華倫與馬歇爾也因此發現獲頒2005年諾貝爾生醫獎。林的發現比他們早了一甲子以上,只不過他沒有繼續這方面的研究,這篇報告也湮沒無聞,不見提及。

林在修讀博士學位期間用功最深且成果最豐富的,是有關胃黏膜以及胃液分泌控制的研究;從19221924年,林一共發表了12篇論文(其中10篇都發表於1923年),應用了組織學、手術方法學、生理、生化,以及藥理等各學門的研究方法。林的指導教授薛佛E. A. Schafer並不是消化生理學家,也都沒有在林的這些論文上掛名,顯然林是靠自己的努力,學習並完成這許多實驗的,也給他後來的研究生涯奠定了堅實的基礎。

在介紹林的這項研究之前,有必要對當時消化生理學的現況做一簡介。在諸多生理系統中,消化系統算是相對簡單、也比較容易研究的系統。從十九世紀末、二十世紀初的幾本生理學教科書中可以看出[5],百年前對消化管腺解剖與功能的了解,除了分子細節的差異外,其餘與今日幾無差別。

當時最受矚目的問題,是消化液的分泌控制機制。之前,以俄國生理學家巴甫洛夫I. Pavlov為主導的想法,是說消化管腺只接受自主神經的控制。然而1902年,英國生理學家史達靈E. H. Starling與貝利斯W. M. Bayliss發現,把鹽酸注入完全去除神經的十二指腸或空腸前段,仍可刺激胰液分泌。接著,他們在一段兩端紮起的空腸中注入鹽酸,也得出相同結果[6]。最後,他們刮下十二指腸黏膜,在鹽酸中磨碎過濾得出粗萃取液,注入實驗動物靜脈,也得出胰液分泌增加的結果[7]

史達靈與貝利斯得出結論:小腸前段在酸性刺激下,可分泌物質進入血液,隨循環來到胰臟,刺激富含鹼性的胰液的分泌進入小腸,中和胃酸;他們將此物質取名為胰泌素(secretin)。三年後,史達靈在系列演講中首度使用了激素(hormone)一詞,來形容由某器官製造、分泌,經血液循環輸送,作用於其他器官或組織的化學信使;內分泌學也因此正式問世。

在胰泌素問世的前八年,已有第一個激素的發現:那是由林可勝的老師薛佛與開業醫生奧利佛G. Oliver從腎上腺分離的腎上腺素(epinephrine/adrenaline)。1916年,薛佛將系列演講稿匯集成《內分泌器官》(The Endocrine Organs)一書(應該是最早的一本內分泌學專書),並在書中提出抑素(chalone)一詞,與激素相對,來代表具有抑制性的化學信使。雖然抑素一詞如今已無人使用,但對林可勝留名於世的工作,卻關係密切。

在胰泌素發現後三年,有另一位英國生理學家埃德金斯(J. S. Edkins)以相同方法在胃黏膜中分離出另一種激素,可刺激胃液的分泌,因此取名為胃泌素(gastrin)。但不久有人發現,胃壁細胞分泌的組織胺(histamine)也會刺激胃液分泌,因此懷疑胃泌素是否真的存在。由於當時蛋白質化學尚未成熟,想要純化胃泌素都是問題,更別提確認其結構與人工合成了。在得不出胃泌素存在的確鑿證據下,埃德金斯也就無法證明自己是對的。

林可勝最早有關胃液分泌的研究,就大都圍繞著胃泌素打轉;他重複並證實了埃德金斯的實驗結果,卻也未能分辨胃泌素與組織胺的關係[8]1923年,林離開愛丁堡到美國芝加哥大學卡爾森(A. J. Carlson)的實驗室進修,在一年的期間內發表了四篇論文,基本上延續了先前有關胃液分泌控制的研究主題。其中三篇與與卡爾森實驗室的艾維(A. V. Ivy)共同發表,而艾維正是批評胃泌素最力的人士之一,因此這三篇系列文章基本上「完全推翻」(‶definitely disprove″,原文用詞)了埃德金斯的胃泌素理論[9]

在經過將近一甲子的時光,胃泌素的結構(由17個胺基酸組成的胜肽)終於在1964年得到解開[10],還了埃德金斯一個公道(不過他已於1940年過世)。至於林可勝的這項工作,就成了研究洪流中的一顆泡沫,不再有人提及;但那只是他接下來更重要工作的序曲罷了。

林可勝於1924年來到協和,在不到15年的時間裡,一共發表了56篇論文[11];由於他不是那種隨便在下屬工作上掛名的主管,否則數量當不僅此。林絕大多數的論文(47篇),都發表在他創辦的《中國生理學雜誌》,這在通訊不發達的年代,是絕對有必要的,否則郵寄一篇論文稿到歐美(通常要走海運),再經來回修改折騰,一年內都不見得能夠問世,徒失先機。

綜觀林在協和的研究成果,集中在下面幾個主題:胃液的分泌及控制(23篇)、胃的代謝(8篇)、延腦的交感神經中樞(7篇)、中樞神經突觸的體液傳遞(7篇)、迷走神經與腦下腺後葉反射(8篇),以及子宮與卵子輸送(3篇)。由此可以看出,消化系統與神經系統是林的主要研究對象,前者成果發表在1925-1934年間,後者則集中在1935-1939[12]

如前所述,林結合了組織學、外科手術、生理學與生化學等方法進行胃部代謝與分泌的研究。他以細胞內胞器型態的改變,作為胃部細胞代謝指標的研究,如今已無太多價值;他以精湛手術在狗的胃製造各種胃袋與瘻管[13],並在狗痊癒後進行的長期實驗,則具有時代意義。他最出名的實驗,是仿效貝里斯與史達靈的做法,於1930年發現脂質可刺激小腸黏膜分泌一種未知抑素進入血液循環,抑制胃液的分泌與胃的蠕動[14]。林將這個未知物質命名為enterogastrone(腸抑胃素),由entero-(腸)、gastro-(胃)及-one(抑素chalone)三個字組成。

腸抑胃素的存在很快就得到歐美科學家的證實,林的大名也與腸抑胃素牢不可分,其中艾維是主要推手;除了他倆有過共事之情外,艾維自己在1928年從小腸黏膜發現了膽囊收縮素(cholecystokinin),可因應脂質食糜從胃進入小腸而分泌,刺激膽囊收縮將膽汁釋入小腸,幫助脂質消化[15],所以他對腸抑胃素也大力支持。

之後陸續有人發現,胰泌素與膽囊收縮素在刺激胰液分泌與膽囊收縮之餘,也會抑制胃的活性,因此都具有腸抑胃素的作用。但林的原始研究明確指出,他分離的腸抑胃素不具有刺激胰液分泌與膽囊收縮的作用,因此可能另有本尊。1968年,有人從小腸黏膜分離純化了另一種腸抑胃素,取名為胃抑肽(gastric inhibitory polypeptide, GIP[16];至此,林的發現得到了最終的證實。由於腸抑胃素至少有三種,且各有其名,所以腸抑胃素一詞也逐漸走入歷史,少有人繼續使用。

為了證明控制胃液分泌的因子,是經由血液輸送的激素,林還使用了活體透析vivi-dialysis與活體灌流vivi-perfusion)的做法[17]。前者是將不同血管中的血液流經透析管,讓血中激素進入透析管外的液體;然後再將透析液注入測試動物的血液循環,觀察胃液的分泌。他發現肝門靜脈的血液透析液可影響胃液分泌,頸動脈的則否,顯示消化道確實分泌了控制胃液分泌的激素。後者則是將甲動物的器官(例如胃)的循環供應切斷,改由乙動物供應;如此一來,刺激乙動物造成甲動物胃液分泌改變的因子,就只能靠血液輸送的激素作用,與神經完全無關。

至於林在神經系統的研究,在當時也都是具有前沿性的工作。林在延腦第四腦室底部發現了控制血壓的中樞,分別有升壓與降壓兩個部分[18];升壓點興奮了整個交感神經系統,降壓點則抑制了交感神經系統。同時他還發現該中樞接收周邊感覺神經的輸入,然後經由交感神經輸出,通往血管。林將這部分工作發表了一系列七篇論文,除了上述內容外,他還進行了比較生物學研究,在魚類、兩棲類、爬蟲類、鳥類及哺乳類動物身上,都發現了類似的血壓控制中樞。

該系列研究的共同作者之一王世濬於1937年赴美進修,入西北大學神經學研究所鑾森S. W. Ranson)的實驗室攻讀博士;是知名的神經解剖與生理學家,早在1916年就研究了延腦血管舒縮中樞vasomotor center),也就是加壓與減壓中樞。王世濬在鑾森實驗室繼續了這項工作,並使用了英國科學家侯斯利V. A. Horsley與克拉克R. H. Clarke)於1908發明的腦部立體定位儀,以更為準確精細的方式在65隻貓的腦幹刺激了7500點,決定出影響血壓的位置[19]。之後王任教哥倫比亞大學近四十年,持續研究腦幹的生理功能,可說是林可勝的學生輩中學術成就最高的一位。

林可勝最後二十年在美國的研究工作,主要是在一家藥廠進行的。與學術界相比,藥廠的待遇較好,但雜事也多,自由度較低,這點從其發表論文的蕪雜性可以看出一二。但他用功最深的主題,是痛覺生理以及止痛藥物作用的研究,這也符合藥廠的需求。他在這個領域最大的貢獻,是利用活體交互灌流脾臟的方法,顯示阿斯匹林作用於周邊的痛覺化學接受器,而嗎啡類的麻醉止痛藥則作用於中樞的痛覺神經通路。同時林提出痛覺神經末梢具有特定化學接受器的證據,他甚至以身試藥,接受動脈注射緩激肽bradykinin這種強效致痛物algesic substance),親身感覺並忍受強烈的灼痛感。

林在年近60歲時再換跑道,改行研究痛覺,並闖出名號,著實令人佩服。林在過世前應邀寫了一篇痛覺的回顧論文,發表在《年度生理學回顧》(Annual Review of Physiology, 1970)專書[20];但痛覺研究涵蓋面廣,新發現多,過往研究很快就遭人遺忘。例如英國藥理學家范恩(John R. Vane)在林過世後不久(1971),就發現了阿斯匹林的作用機制,在於抑制前列腺素的生成,並因此獲頒1982年的諾貝爾生醫獎,所以林之前的研究也就少有人提了。

綜觀林氏一生的研究,都表現出他求新、求全,以及追求極致的堅持;他所挑選的研究題目,都是當時公認重要的議題。他在任職協和生理的短短十三年間,是他研究的高峰期,他有充分的人力、物力與財力的支援,更有發表的管道。他發表的每篇論文都極具分量,鮮有輕薄短小之作;同時每個議題都有系列文章作深入探討,而非點到為止的應景之作。他使用的方法以自身擅長的組織學、手術法與生理記錄為主,但他會積極安排同事和學生到歐美重要實驗室進修,以引進新觀念與技術。我們可以想見,要是沒有因日本侵華而中斷研究的話,林氏一生的成就當遠不僅此,中國生理學界也會有完全不同的面貌。

後記:本文之得以完成,還要感謝台北榮總麻醉部神經麻醉科朱雅淳主任的大力幫忙,影印了許多林可勝於抗戰前發表在《中國生理學雜誌》的文章。如文中所述,《中國生理學雜誌》是林可勝於1927年創辦的,林的研究成果也大都發表在這本雜誌。就筆者在網上能找到的資訊,台北榮民總醫院的圖書館擁有該雜誌最完整的收錄。本文除收錄在《林可勝追思論文錄》(2020, pp. 496-501)一書外,刪節版還發表於《科學月刊》600期,66-69頁,201912



[1] 第一位是英國人E.W.H. Cruickshank。至於林氏的主任一職,還可以算到更晚幾年;但自1937年抗戰起,林氏人就不在協和了。

[2] 第一位是生化系的吳憲。

[3] 這是英國醫學院的傳統初級專業學位(first professional degree),通常縮寫成M.B. Ch.B.,同時授予醫學院畢業生。這是拉丁文Medicinae Baccalaureus Baccalaureus Chirurgiae的縮寫,英文則是Bachelor of Medicine, Bachelor of Surgery。其中Ch.B.很容易被誤譯為化學學士,個人在先前寫作中也犯過這個錯誤。

[4] Lim, R.K.S. A parasitic spiral organism in the stomach of the cat. Parasitology, 12:108-12, 1920.

[5] Foster, M. A Text Book of Physiology, 1889; Schafer E.A. A Text-Book of Physiology, 1898; Halliburton, W.D. Handbook of Physiology, 1914; Starling, E.H. Principles of Physiology, 1920.

[6] 小腸從上到下分成三段,十二指腸、空腸與迴腸。十二指腸最短,只有四指併攏寬度的三倍長(約0.25公尺),故此得名;空腸約有2.5公尺長,迴腸則有3.6公尺。由於解剖位置問題,他們選擇空腸而非十二指腸做結紮,以去除腸道管壁中神經叢的作用。

[7] 貝利斯與史達靈以同樣方法在小腸後段、大腸,以及身體其他組織得出的萃取液,都沒有刺激胰液分泌的作用。

[8] Lim, R. K. S., The question of a gastric hormone. Q. J. Exp. Physiol., 13:79-103, 1923.

[9] Ivy, A. C., Lim, R. K. S., and McCarthy, J. E., Contributions to the physiology of gastric secretion. II. The intestinal phase of gastric secretion. Q. J. Exp. Physiol., 15:55-68, 1925.

[10] Gregory, R. A. and Tracy, H. J., The constitution and properties of two gastrins extracted from hog antral mucosa. Gut, 5:103-117, 1964; Gregory, H. et al., The antral hormone gastrin. Nature 204:931-933, 1964.

[11] 這是除去會議論文與摘要後的數字,上下可能會有幾篇出入。

[12] 林氏於1937年離開協和,1937-1939年間有關中樞神經突觸體液傳遞的發表,主要是同事張錫鈞的工作。

[13] 胃袋(gastric pouch)是將胃切下一部分留在體內,保留其血液供應,形成一個獨立存活的盲袋;瘻管(fistula)則是將胃(袋)壁及腹壁穿孔,形成一條通往外部的管道。

[14] Kosaka, T. and Lim, R.K.S. On the mechanism of the inhibition of gastric secretion by fat. The role of bile and cystokinin." Chin. J. Physiol. 4: 213-220, 1930; Kosaka, T. and Lim, R.K.S. On the mechanism of the inhibition of gastric motility by fat. An inhibitory agent from the intestinal mucosa. Chin. J. Physiol. 7: 5-12, 1933.

[15] 1943年,有另一批研究人員在小腸黏膜發現了一種未知激素,可刺激胰臟分泌酵素進入小腸,他們將其命名為胰酶泌素pancreozymin; J. Physiol. I02:II5-I25, 1943),與刺激鹼性胰液分泌的胰泌素區分。1968年,膽囊收縮素與胰酶泌素的化學組成與結構得以解開(Eur. J. Biochem. 6:156-162, 1968,發現它倆其實是同一種激素,於是胰酶泌素一詞就走入了歷史。

[16] Brown, J. C., Pederson, R. A., Jorpes, E., and Mutt, V. Preparation of highly active enterogastrone. Can. J. Physiol. Pharmacol., 47:113-114, 1969由於胃抑肽還具有強效刺激胰島素分泌的作用,因此又被稱為葡萄糖依賴性促胰島素肽glucose-dependent insulinotropic polypeptide),英文縮寫則維持GIP不變。

[17] 為此,林氏單獨發表了一篇方法學論文A method of vessel-anastomosis for vivi-perfusion, cross-circulation and transplantation (Chin. J. Physiol. 1:37-50, 1927),介紹了使用鋁製連接器來連接血管的簡便做法。

[18] 腦幹心血管中樞早在19世紀後葉就在德國萊比錫路德維希C. Ludwig的生理研究所發現,林可勝只是將其進一步發揚光大;但他只刺激了腦幹表層,沒有深入定位。

[19] 當年腦部立體定位儀僅靠私人訂製,並不普及,林氏未能使用,不足為奇。多年後,林編寫了一本狗腦立體定位圖譜》(Lim, Liu and Moffitt, A Stereotaxic Atlas of the Dogs Brain, 1960),或許有些補償作用。

[20] 林因食道癌復發而於1969年過世。我們可以想見他在自身痛苦的情況下撰寫痛覺回顧論文,這份堅毅少有人及。

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引用
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