1839年，一個(gè)名叫Robert Christison的蘇格蘭醫(yī)生在他的著作中寫道：“在腎病晚期，血液中的血紅蛋白比例不可避免地大幅減少?！盵1]

這是人類歷史上最早的關(guān)于慢性腎病所導(dǎo)致的貧血，即腎性貧血的文字記載。

然而，直到150年之后，也就是1989年，腎性貧血患者才迎來(lái)了“大救星”——重組人促紅細(xì)胞生成素（rHuEPO）！

促紅細(xì)胞生成素（erythropoietin , EPO），又稱促紅素，單從名字上就可以看出，它是促進(jìn)紅細(xì)胞生成的。

在rHuEPO問(wèn)世之前，腎性貧血患者還只能通過(guò)輸血治療來(lái)緩解貧血癥狀，而輸血不可避免地存在風(fēng)險(xiǎn)，比如傳染病、溶血性輸血反應(yīng)等等[2]。

那么，rHuEPO背后又有哪些故事呢？

這還得從一群可憐的兔子說(shuō)起。

1906年，法國(guó)醫(yī)生Paul Carnot和他的同事，做了一個(gè)非常清奇的實(shí)驗(yàn)：首先他們給兔子放了30ml左右的血，這算是人工模擬貧血狀態(tài)吧。第二天他們?cè)俳又o兔子放血，然后等這些兔血凝集之后，分離出血清來(lái)。接著把9ml左右的血清注射給健康的兔子[3]。

結(jié)果呢，他們發(fā)現(xiàn)，在輸注了血清之后的一兩天內(nèi)，健康兔子的紅細(xì)胞濃度就提高了20-40%。

所以，Carnot就認(rèn)為血清中含有造血因子。為此，Carnot還給它起了個(gè)法文名字叫hémopoiétine。

雖然心疼被放血的兔子吧，但真的要給Carnot點(diǎn)贊。因?yàn)?，正?strong>他打開(kāi)了后人尋找造血因子的大門！

插畫：奇點(diǎn)插畫師王爽

然而，尋找造血因子的過(guò)程并非輕而易舉。好多科學(xué)家因?yàn)橹貜?fù)不出來(lái)Carnot的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，甚至一度懷疑造血因子的存在。

又過(guò)了40多年，也就是1948年，芬蘭科學(xué)家Eva Bonsdorff 和 Eeva Jalavisto把充血性心力衰竭患者的3ml血清輸注給正常的兔子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兔子的紅細(xì)胞略有升高[4]。

這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓他們堅(jiān)信人體中也存在刺激紅細(xì)胞生成的造血因子，并正式把它命名為Erythropoietin，即促紅細(xì)胞生成素（EPO）。

不過(guò)，他們還是不能證實(shí)EPO的存在。

好在沒(méi)過(guò)幾年，出生于丹麥的美國(guó)科學(xué)家Allan Erslev就首次證明了EPO的存在[5]。

他的這個(gè)重大發(fā)現(xiàn)同樣是在兔子身上發(fā)現(xiàn)的。此時(shí)，是否應(yīng)該給可愛(ài)的小兔子一點(diǎn)掌聲呢？

插畫：奇點(diǎn)插畫師王爽

值得一提的是，Erslev在他的論文[5]中做了一個(gè)大膽的預(yù)測(cè)：“分離純化這種造血因子將會(huì)讓其成為有用的藥物，可以用來(lái)治療與紅細(xì)胞生成障礙有關(guān)的疾病，比如慢性感染和慢性腎病?！?/p>

不得不說(shuō)，Erslev真是個(gè)偉大的預(yù)言家！因?yàn)椋瑤资暌院?，人們確實(shí)是這樣做的。

而EPO能走上臨床用于腎性貧血的治療，絕對(duì)離不開(kāi)一位堅(jiān)持不懈的美國(guó)生物化學(xué)家。

這個(gè)生物化學(xué)家，名叫Eugene Goldwasser。

1922年，Goldwasser出生于紐約布魯克林，父親是個(gè)小服裝廠的老板。本來(lái)一家人的生活也算過(guò)得不錯(cuò)，但無(wú)奈遇上了經(jīng)濟(jì)大蕭條。所以，他們舉家搬遷至堪薩斯城。在那里，Goldwasser的哥哥繼續(xù)從事服裝生意，而他則開(kāi)始了學(xué)業(yè)。

Goldwasser大概是那種學(xué)霸級(jí)的人物，在高中時(shí)就對(duì)科學(xué)非常感興趣，還獲得了芝加哥大學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金，并在芝加哥大學(xué)完成了生物化學(xué)本科學(xué)習(xí)。

Eugene Goldwasser

二戰(zhàn)爆發(fā)后，Goldwasser被選入美國(guó)陸軍，負(fù)責(zé)軍方的炭疽計(jì)劃。1946年，Goldwasser退役后，又回到了芝加哥大學(xué)，用4年的時(shí)間就讀完了生物化學(xué)碩士博士。之后，他又去丹麥做了兩年博士后[6]。

1952年，Goldwasser再次回到芝加哥大學(xué)，這一次他做起了生物化學(xué)講師。3年之后，Goldwasser在他的實(shí)驗(yàn)室老板Leon Jacobson安排下，負(fù)責(zé)尋找EPO的產(chǎn)生部位。

Goldwasser一開(kāi)始覺(jué)得這都不是事兒，半年時(shí)間肯定能搞定。結(jié)果呢，都怪當(dāng)時(shí)太年輕??！沒(méi)想到，這個(gè)課題一做就是兩年。

Leon Jacobson

不過(guò)，Goldwasser與EPO的不解之緣也就此開(kāi)始了。

他們這個(gè)研究是怎么做的呢？說(shuō)來(lái)也挺簡(jiǎn)單，一個(gè)字“切”！

但是，這也是個(gè)繁瑣的活兒。因?yàn)樗麄兿群笄谐舜笫蟮南麓贵w、甲狀腺、腎上腺、生殖腺、胰腺、脾臟、小腸，然后再用氯化亞鈷（它可以引起缺氧，促進(jìn)機(jī)體產(chǎn)生更多的血細(xì)胞）刺激大鼠，看看大鼠在切除了上述器官腺體之后還能不能繼續(xù)產(chǎn)生EPO[7]。結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)這些都不管用，EPO還是照樣產(chǎn)生。

這可是愁壞了兩位科學(xué)家呀！

某一天呢，兩人把大鼠的雙腎都給切除了。然后，神奇的一幕發(fā)生了：再怎么用氯化亞鈷刺激，大鼠血液中的EPO水平就是不增高了！

為了驗(yàn)證這個(gè)結(jié)果，他們又拿兔子來(lái)重復(fù)了一番實(shí)驗(yàn)，也得到了同樣的結(jié)果。

插畫：奇點(diǎn)插畫師王爽

也就是說(shuō)，腎臟是EPO的產(chǎn)生部位！

于是，1957年，Goldwasser與Jacobson等人一起將研究結(jié)果發(fā)表在了《自然》上[7]。

這一重大發(fā)現(xiàn)一開(kāi)始還引來(lái)了許多人的質(zhì)疑。因?yàn)?，有些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)肝臟也可以產(chǎn)生EPO；甚至，還有人認(rèn)為肝臟才是EPO產(chǎn)生的主要部位，腎臟不過(guò)是負(fù)責(zé)產(chǎn)生沒(méi)有活性的EPO前體。

不過(guò)，這些質(zhì)疑最終都被消除了。因?yàn)榭茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有腎外基質(zhì)或前體的存在下，分離的灌注腎也可以合成EPO。

現(xiàn)在科學(xué)家們已經(jīng)知道，腎臟是產(chǎn)生EPO的主要器官，但并不是唯一器官，而肝臟則是除了腎臟之外產(chǎn)生EPO的主要器官，并且是胎兒時(shí)期EPO合成的主要器官[8]。

EPO促進(jìn)紅細(xì)胞生成的示意圖

解決了EPO產(chǎn)生部位后，隨之而來(lái)的問(wèn)題就是怎么得到純凈的EPO。這就涉及EPO的純化了。

物質(zhì)純化這種事兒，生物化學(xué)家們最擅長(zhǎng)了。所以，EPO的純化還是離不開(kāi)Goldwasser這個(gè)偉大的生物化學(xué)家。

一開(kāi)始，Goldwasser來(lái)來(lái)回回奔走在芝加哥大學(xué)和郊外的一家屠宰場(chǎng)之間，為的是從綿羊血液中純化EPO。然而，到了1971年，Goldwasser和他的同事用了大概473升（125加侖）綿羊血漿，才純化得到了6μg的EPO[9] ……

很心酸吧？

終于，在1973年，事情有了轉(zhuǎn)機(jī)！

這時(shí)，一個(gè)名叫Takaji Miyake日本醫(yī)生到芝加哥大學(xué)交流學(xué)習(xí)，他發(fā)現(xiàn)再生障礙性貧血患者的尿液中就含有EPO，而他正在收集患者的尿液，所以，他想跟Goldwasser合作，提純?nèi)说腅PO[6]。

這簡(jiǎn)直是天大的好事兒呀！

Goldwasser立即答應(yīng)了。于是兩人分頭行動(dòng)，Goldwasser負(fù)責(zé)去聯(lián)邦機(jī)構(gòu)申請(qǐng)資金，Miyake則負(fù)責(zé)收集尿液，他總共收集了2550L尿液[10]。

在1975年圣誕節(jié)的那天， Miyake帶著濃縮的尿液來(lái)到了芝加哥。接下來(lái)，就是 Goldwasser大顯神通的時(shí)刻了。

Goldwasser帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，采用乙醇沉淀、離子交換層析、凝膠過(guò)濾、吸附層析等7個(gè)步驟，最終得到了8mg人的 EPO。

雖然這8mg看起來(lái)是挺少的，但比起Goldwasser曾經(jīng)獲得的6μg羊的EPO來(lái)說(shuō)，實(shí)在算是大獲成功了。

1977年，Goldwasser等人將研究結(jié)果發(fā)表在了《生物化學(xué)雜志》上[10]。

2005年，Goldwasser（中）獲得了泰國(guó)瑪希頓親王獎(jiǎng)

從1957年到1977年，20年過(guò)去了，Goldwasser本來(lái)想著自己這算是功成名就了吧。于是，在同事的催促下，他向校方提交了專利申請(qǐng)表，結(jié)果負(fù)責(zé)專利申請(qǐng)的人沒(méi)理他！Goldwasser后來(lái)也沒(méi)有繼續(xù)跟進(jìn)，專利這事兒也就算了[6]。

不過(guò)呢，這個(gè)時(shí)候，一家名為Applied Molecular Genetics的小型的生物技術(shù)公司主動(dòng)找到了Goldwasser，希望跟他合作，聘請(qǐng)他為技術(shù)顧問(wèn)。這個(gè)公司，看起來(lái)是不是很陌生？后來(lái)人家改了名字叫Amgen，安進(jìn)。（論名字的重要性）

Goldwasser很快同意了。Amgen的一位臺(tái)胞科學(xué)家，Fu-Kuen Lin帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，利用Goldwasser提純的EPO，經(jīng)過(guò)氨基酸序列分析后設(shè)計(jì)了兩種探針，克隆到了EPO的基因，并且把它轉(zhuǎn)入到了中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞（Chinese hamster ovary cells , CHO細(xì)胞）中，然后借助CHO細(xì)胞生產(chǎn)出了重組人促紅細(xì)胞生成素（rHuEPO）[11]。而且，F(xiàn)u-Kuen Lin還證明rHuEPO在體內(nèi)體外試驗(yàn)中都有活性。

Fu-Kuen Lin

這就意味著體外生產(chǎn)EPO成功啦！

1985年，F(xiàn)u-Kuen Lin與Goldwasser等人將研究結(jié)果發(fā)表在了《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上[11]。

后來(lái)的研究表明，rHuEPO與從尿液中提純的人EPO沒(méi)有什么差別，它們都是糖蛋白，其蛋白部分的氨基酸序列是相同的，都是由165個(gè)氨基酸組成的分子量大小18.4kDa的多肽，都不含有末尾的精氨酸[12,13]。

而且，在尿毒癥且貧血的綿羊和大鼠中，輸注rHuEPO可以增加紅細(xì)胞量。這就意味著腎病患者輸注EPO應(yīng)該也會(huì)有好的治療效果。

既然動(dòng)物實(shí)驗(yàn)沒(méi)有問(wèn)題，那就上臨床吧。

1986年，rHuEPO臨床試驗(yàn)正式開(kāi)展。25名晚期腎病患者經(jīng)血液透析后，每周三次靜脈輸注rHuEPO，輸注的比例為15~500U/kg[14]。

按照500U/kg比例輸注rHuEPO的患者，血細(xì)胞比容在3周內(nèi)就升高了10%、鐵動(dòng)力學(xué)指標(biāo)增高到基線值的3到4倍。18名接受有效劑量rHuEPO的患者中，有12名患者不再需要輸血治療，11名患者的血細(xì)胞比容增高了35%以上[14]。

另外，rHuEPO在安全性方面表現(xiàn)也很好，在臨床試驗(yàn)中沒(méi)有觀察到器官功能障礙等毒性作用。相關(guān)的研究結(jié)果刊登在1987年的《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》上[14]。

可以說(shuō)，rHuEPO治療腎性貧血的臨床試驗(yàn)成功了。

很快，1989年，首個(gè)rHuEPO藥物Epogen被美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市，用于治療腎性貧血。rHuEPO一經(jīng)上市就給安進(jìn)帶來(lái)了數(shù)億銷售額。

而助力安進(jìn)的Goldwasser則繼續(xù)在芝加哥大學(xué)搞研究，他一直工作到80歲才離開(kāi)自己熱愛(ài)的實(shí)驗(yàn)室。

2010年，88歲的Goldwasser因前列腺癌相關(guān)的腎功能衰竭去世了。

Epogen上市后，很多腎性貧血患者得到了極好的治療，輸血治療不再是他們的唯一選擇。

1992年，我國(guó)也引進(jìn)了Epogen。然而，這個(gè)原研藥的價(jià)格還是讓許多患者望而卻步。

即便如此，rHuEPO的市場(chǎng)需求仍然是非常大的。單從一組流行病學(xué)數(shù)據(jù)中，就能窺見(jiàn)一斑吧：

腎性貧血是慢性腎病的常見(jiàn)并發(fā)癥，而慢性腎病的患病率在美國(guó)是13.0%[15]，在挪威是10.2%[16]，在中國(guó)是10.8%[17]。

所以，面對(duì)巨大的市場(chǎng)需求，估計(jì)任何一家有能力的制藥企業(yè)都不想錯(cuò)過(guò)這塊大蛋糕。

隨著rHuEPO原研藥專利的到期，世界各地的制藥企業(yè)紛紛加入到仿制藥市場(chǎng)的角逐中。羅氏、強(qiáng)生等西方制藥巨頭自然不會(huì)錯(cuò)過(guò)這場(chǎng)好戲，亞洲的制藥企業(yè)也不甘人后。

在2009年的一項(xiàng)研究[18]中，研究者比較了12種由亞洲藥企生產(chǎn)的rHuEPO仿制藥和原研藥Epogen的質(zhì)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一款名為益比奧（Epiao）的rHuEPO仿制藥質(zhì)量穩(wěn)定、糖基化程度高、理化性質(zhì)最為接近Epogen。

不同廠家 rHuEPO 的等電聚焦電泳W(wǎng)B結(jié)果

益比奧由三生制藥研發(fā)生產(chǎn)，作為首批國(guó)產(chǎn)rHuEPO藥物在1998年被CFDA批準(zhǔn)上市。以其明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)和良好的療效，逐漸占據(jù)了國(guó)內(nèi)rHuEPO的絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)地位。

不得不說(shuō)，在rHuEPO的研發(fā)生產(chǎn)中，國(guó)內(nèi)的制藥企業(yè)做的還真是可圈可點(diǎn)。

除了治療腎性貧血之外，EPO還可用于治療癌癥化療相關(guān)的貧血。約翰霍普金斯癌癥中心的研究發(fā)現(xiàn)，有些實(shí)體瘤患者的EPO水平很低，這可能是造成其貧血的原因，因此有必要采用EPO治療癌癥相關(guān)的貧血[19]。

EPO還可以最大限度地減少接受外科手術(shù)患者的輸血。研究表明，在不能進(jìn)行自體輸血的患者中，在手術(shù)前進(jìn)行3-4周低劑量EPO治療可以讓輸血頻率降低50%[20]。

在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，研究者發(fā)現(xiàn)EPO具有神經(jīng)保護(hù)作用[21]，這也讓EPO被用到了減少創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）患者（比如各種車禍導(dǎo)致的腦部損傷）二次腦損傷的治療上。

在一項(xiàng)涉及29個(gè)醫(yī)療中心的雙盲隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中[22]，相比于腦損傷24小時(shí)內(nèi)接受生理鹽水皮下注射的TBI患者，接受EPO皮下注射的TBI患者6個(gè)月時(shí)的死亡率更低。不過(guò)，研究者也表示，EPO的神經(jīng)保護(hù)作用還需要更多的研究來(lái)證實(shí)。

此外，EPO也被用于治療糖尿病患者的慢性傷口愈合、促進(jìn)巨噬細(xì)胞的抗炎活性等等的研究[23]。

最后，引用一位德國(guó)教授的文章題目[2]結(jié)束今天的話題吧：跨越一個(gè)世紀(jì)的研究，EPO比以往更年輕！

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參考資料：

[1] Cameron J S. Sir Robert Christison (1797-1882): the man, his times, and his contributions to nephrology[J]. JOURNAL-ROYAL COLLEGE OF PHYSICIANS OF EDINBURGH, 2007, 37(2): 155.

[2] Jelkmann W. Erythropoietin after a century of research: younger than ever[J]. European journal of haematology, 2007, 78(3): 183-205.

[3] Carnot P. Sur l'activité hémopoiétique du sérum au cours de la régénération du sang[J]. CR Acad Sci., 1906, 143: 384-386.

[4] Bonsdorff E V A, JALAVISTO E. A humoral mechanism in anoxic erythrocytosis[J]. Acta Physiologica Scandinavica, 1948, 16(2‐3): 150-170.

[5] ERSLEV A. Humoral regulation of red cell production[J]. Blood, 1953, 8(4): 349-357.

[6] Kresge N, Simoni R D, Hill R L. The Purification of Erythropoietin by Eugene Goldwasser[J]. Journal of Biological Chemistry, 2011, 286(6): e2-e3.

[7] Jacobson L O, Goldwasser E, Fried W E, et al. Role of the kidney in erythropoiesis[J]. Nature, 1957, 179(4560): 633.

[8] Dame C, Fahnenstich H, Freitag P, et al. Erythropoietin mRNA expression in human fetal and neonatal tissue[J]. Blood, 1998, 92(9): 3218-3225.

[9] Goldwasser E, Kung C K H. Purification of erythropoietin[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1971, 68(4): 697-698.

[10] Miyake T, Kung C K, Goldwasser E. Purification of human erythropoietin[J]. Journal of Biological Chemistry, 1977, 252(15): 5558-5564.

[11] Lin F K, Suggs S, Lin C H, et al. Cloning and expression of the human erythropoietin gene[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1985, 82(22): 7580-7584.

[12] GALLAGHER N I, MCCARTHY J M, HART K T, et al. Evaluation of plasma erythropoietic-stimulating factors in anemic uremic patients[J]. Blood, 1959, 14(6): 662-667.

[13] Sasaki H, Bothner B, Dell A, et al. Carbohydrate structure of erythropoietin expressed in Chinese hamster ovary cells by a human erythropoietin cDNA[J]. Journal of Biological Chemistry, 1987, 262(25): 12059-12076.

[14] Eschbach J W, Egrie J C, Downing M R, et al. Correction of the anemia of end-stage renal disease with recombinant human erythropoietin[J]. New England Journal of Medicine, 1987, 316(2): 73-78.

[15] Coresh J, Selvin E, Stevens L A, et al. Prevalence of chronic kidney disease in the United States[J]. Jama, 2007, 298(17): 2038-2047.

[16] Hallan S I, Coresh J, Astor B C, et al. International comparison of the relationship of chronic kidney disease prevalence and ESRD risk[J]. Journal of the American Society of Nephrology, 2006, 17(8): 2275-2284.

[17] Zhang L, Wang F, Wang L, et al. Prevalence of chronic kidney disease in China: a cross-sectional survey[J]. The Lancet, 2012, 379(9818): 815-822.

[18] Park S S, Park J, Ko J, et al. Biochemical assessment of erythropoietin products from Asia versus US Epoetin alfa manufactured by Amgen[J]. Journal of pharmaceutical sciences, 2009, 98(5): 1688-1699.

[19] Miller C B, Jones R J, Piantadosi S, et al. Decreased erythropoietin response in patients with the anemia of cancer[J]. New England Journal of Medicine, 1990, 322(24): 1689-1692.

[20] Wurnig C, Schatz K, Noske H, et al. Subcutaneous low-dose epoetin beta for the avoidance of transfusion in patients scheduled for elective surgery not eligible for autologous blood donation[J]. European surgical research, 2001, 33(5-6): 303-310.

[21] Bramlett H M, Dietrich W D. Pathophysiology of cerebral ischemia and brain trauma: similarities and differences[J]. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism, 2004, 24(2): 133-150.

[22] Nichol A, French C, Little L, et al. Erythropoietin in traumatic brain injury (EPO-TBI): a double-blind randomised controlled trial[J]. The Lancet, 2015, 386(10012): 2499-2506.

[23] Spivak J L. Erythropoietin use and abuse[M]//Hypoxia. Springer, Boston, MA, 2001: 207-224.

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本文作者 | WXY707

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