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胆固醇对人体所有器官的功能都是必不可少的，但它却是导致动脉粥样硬化性心血管病（ASCVD）病因。在近一个世纪的研究过程中，科学家们寻找到很多证据来确定二者之间的因果关系。 在这些研究的基础上，科学家和制药业成功地开发出了一系列非常有效的降胆固醇药物，如他汀、PCSK9抑制剂、胆固醇吸收抑制剂等。它们在降低血清胆固醇水平，改善ASCVD患者预后方面居功至伟。 笔者在阅读历史文献时，惊讶的发现，一部胆固醇的认识过程，可谓波诡云谲、跌宕起伏，先后有11项诺贝尔奖颁发给了胆固醇研究相关研究科学家，很多药物的研制过程，也是筚路蓝缕，或让人扼腕叹息，或让人拍案惊奇。 一 胆固醇的发现及认识 现代血脂学的研究，最早可追溯到17和18世纪。 1665年Robert Boyle在进食时发现，很多动物的血液颜色与牛奶无异，当时人们并不清楚这种现象的背后云因。直到1774年，Henson才确定这种牛奶样的血液，其实是富含油脂所致。 1784年，法国医生及化学家François Poulletier第一次从胆结石中分离出胆固醇，但当时没有人知道这种物质与动脉粥样硬化之间的关系。1816年8月26日，在法国科学院会议上，Michel E. Chevreul将这种物质正式命名为cholesterine。希腊文中，这一单词的的含义为固体的胆汁酸。但在1859年，Berthelot建议将cholesterine改为cholesterol，因为前者同样是一款洋酒的名字。 经过1个多世纪的漫长过程，人们依然没有意识到血液中所富含的血脂与动脉粥样硬化之间的关系。直到1889年, Lehzen和Knauss报道宣称，一名男童3岁起便出现皮肤黄瘤，又在11岁突然死亡。其尸检发现大动脉及冠状动脉大量黄瘤样物质沉积，并认为这种黄色脂类物质为甘油三酯。这种认识虽然有失偏颇，却揭开了血脂与动脉粥样硬化关系认识的先河。 不久之后（1908年），Pinkus和Pick等人纠正了之前的错误观点，指出斑块内成分是胆固醇而不是甘油三酯，并且推测斑块和黄瘤是血液中的胆固醇沉积所致。 5年之后，俄国病理学家Nikolai Anitschkow应用动物模型证实了这一猜想的正确性：他使用富含胆固醇的葵花油喂养兔（139天内喂食家兔82.7g），成功诱导出动脉粥样硬化病变。无论大体及显微镜下，这种病变的形态学特征均非常类似人类动脉粥样硬化病变。至此，胆固醇与动脉硬化的关系，才逐渐浮出水面。 遗憾的是，作为动脉粥样硬化的第一个实验产物，Nikolai Anitschkow的研究结果并没有受到人们的重视，他也没有采取行动做进一步的研究。关于胆固醇在人类动脉粥样硬化中的作用的机制研究，在20世纪40年代才真正开始，因为之前人们普遍认为斑块是衰老的必然后果，无法预防。 二 1927年诺贝尔医学奖 除了与疾病关系的认知外，胆固醇的确切分子式的研究也耗费了科学家巨大的时间和精力。由于胆固醇分子有四个环，这种四环骨架使得阐明它的结构具有极大的挑战性。 1912年德国有机化学家Heinrich O. Wieland开始研究胆汁酸，他不仅确定了胆汁酸的分子结构，还证明了胆酸、胆汁酸与胆固醇的关系，并据此获得了1927年诺贝尔化学奖。 此后4年里，他继续研究胆汁酸的结构，于1932年修正了他以前公布的结构式，终于总结出现在国际上一致公认的胆汁酸结构式，并于1955年再次获得奥托·哈恩奖。 三 1928年诺贝尔化学奖 1910年德国化学家Adolf Windaus发现人体动脉斑块的胆固醇比血液高25倍，这激起了他对胆固醇和胆汁酸研究的兴趣。当时Alfred Fabian Hess认为，血液中的胆固醇应该受到阳光照射，才具备活性。但Adolf Windaus发现，即便经历阳光照射，胆固醇的结构似乎没有任何变化。 他随即意识到，当时人们通过皂化、重结晶等方法得到的胆固醇可能含有一定的「杂质」，正是这种「杂质」被紫外线照射后，才能转化为治疗佝偻病的有效成分：这就是维生素D前体麦角固醇发现的过程。 1927年，Adolf Windaus将这一研究发表，翌年获得了诺贝尔化学奖。获奖后的Adolf Windaus认为，如果没有Alfred Fabian Hess的发现，自己不可能获奖，于是，他把自己的奖金与其共享。 四 1939年诺贝尔化学奖 Leopold Ruzicka在德国卡尔斯鲁厄工业大学获得博士学位后，这个意气风发的年轻人便迫不及待地回到故土。然而，当时的贝尔格莱德尚在奥匈帝国的统治下，对学术研究等行为有种种限制。 学有所成的Leopold Ruzicka博士尽管满怀报国热情，在政府那里并不受欢迎。他的才学不仅不被赏识，科学活动还被肆意阻挠。一怒之下，Leopold Ruzicka回到了苏黎世。 他自筹资金，利用自己学到的知识建起香水制造厂，开始研究天然香味化合物。他发现麝香酮和香猫酮分子分别含15和17个碳环。这两种分子对香料业有重要意义。在此之前人们认为碳原子数大于8的碳环太不稳定，不可能存在。 Leopold Ruzicka的研究不仅彻底改变这种局面，为人工制作香料提供了可行性，也让他在科学界获得了一席之地。在同行们越来越重视Leopold Ruzicka时，新成立的南斯拉夫政府也注意到了这个流落他乡的科学家，并向他发出邀请。 收到祖国的邀请，这个背井离乡的人自然激动不已。然而，这颗火热的报国之心，迅速在边境哨卡里变得冰凉无比。因为他香水厂长的身份，他被拒绝入境。备感屈辱的科学家，从卫兵手里要回自己的证件，然后收拾好行李，钻进车里，按原路返回，从此再未踏上祖国的土地。 回到苏黎世后，失望之极的Leopold Ruzicka开始致力于研究大环化合物和多萜烯化合物，在这个过程中，他不仅确定了异戊二烯规则，还发现并合成了许多释放香气的物质。同时，经过实验，Leopold Ruzicka确定了类固醇激素，尤其是睾丸激素等几种雄性激素的分子结构。 这一系列的成绩，最终引起学界同行的注意。瑞典皇家科学院将1939年的诺贝尔化学奖授予Leopold Ruzicka，以表彰他对环状分子和萜烯的研究。 五 1947年诺贝尔化学奖 在20世纪30-50年代研究甾体合成方法时，Robert Robinson发现环己酮的烯酸钠与各种无环和环α，β-不饱和酮反应生成取代环己烯酮。 Robinson认识到这种环化转变的普遍性，今天该反应被广泛地用于复杂的天然产物的合成。Robert Robinson也因此成为1947年诺贝尔化学奖得主。 六 1950年诺贝尔化学奖 在20世纪40年代以前，现代波谱和质谱技术以及核磁共振能技术尚未发展起来，天然产物的结构鉴定还是件相当困难的事情，不仅工作量大，而且费时，既需要无比的耐心与细致，更离不开深厚的化学功底。即便如此，错误仍然难以避免。 例如，1927年诺贝尔奖获得者HeinrichOtto Wieland在发表获诺贝尔奖演讲时所给出的胆固醇甾体母核结构也存在错误，至1929、1932年才被Otto Paul Hermann Diels的脱氢反应和X光衍射更正。 除此以外，这位德国当代化工界的权威、现代有机化学大师Otto P.H.Diels与他的学生Kurt Alder，在化学研究中取得了很多杰出的成果，两人合作发明的双烯合成反应，更是震动了整个化学界，为了表彰他们在化学合成方面的贡献，1950年的诺贝尔化学奖被授予二人。 七 1964年诺贝尔医学奖 20世纪50年代，临床对胆固醇的兴趣促使人们做出了巨大的努力，以确定体内合成胆固醇的途径。美国哥伦比亚大学的Konrad Emil Bloch与David Rittenberg长期致力于胆固醇生物合成研究，也曾一度与“有机合成之 父”Robert Burns Woodward教授（即下文中1965年诺奖得主）开展共同工作，并取得了一些成果。 经过长期的积累与努力，Bloch团队成功阐明胆固醇合成的整套机制：胆固醇生物 合成从原料乙酰辅酶 A 开始，全部反应途径包括 36 步合成。研究表明胆固醇是体内合成性激素、胆酸 等甾体激素的前体。 在此期间，德国科学家Feodor Felix Konrad Lynen确定了合 成胆固醇的原料乙酰辅酶 A 的结构及其与脂肪酸的关系。他们的研究证实，哺乳动物不仅能从食物中获取胆固醇，还可以自身合成。 1964年，Konrad Emil Bloch 与 Feodor Felix Konrad Lynen 分享了当年度的诺贝尔生理学和医学奖。 八 1965年诺贝尔化学奖 Woodward曾在医学界和化学界先后被提名诺贝尔奖130余次。直到1965年，诺贝尔化学奖授予Woodward，以表彰他对有机合成尤其是天然产物全合成的突出贡献。 在他的一生中，先后合成了奎宁(1944年)以及包括胆甾醇(胆固醇)和皮质酮(可的松)在内的甾族化合物(1951年)、利血平(1956年)、叶绿素(1960年)以及维素B12(1972年)等在内的众多药物。 Woodward把有机合成作为一种艺术展现在人们面前，代表了当时世界上最高的合成水平，也反映了人们认识自然和改造自然的巨大能力。因此Woodward被誉为“现代有机合成之父”。 九 1969年诺贝尔化学奖 0dd Hassel是挪威物理化学家，1897年5月17日生于奥斯陆。1925年在奥斯陆大学任教。1934年后任物理化学系主任。1930年Hassel开始研究环己烷(6—碳烃分子)及其衍生物的结构，发现有两种形式的环己烷。同时提出了构象分析的基本原则。 1940年挪威被德国占领，1943—1945年Hassel被监禁，使他的重要发现直到第二次世界大战结束也未引起注意。20世纪50年代中期，Hassel主要从事有机卤化物的结构研究。1964年Hassel作为奥斯陆大学物理化学系主任退休，但仍然从事研究工作。 由于他在确立用构象分析(分子的三维几何结构)把化学性状和分子结构系统联系起来的工作卓有成效，而与英国D·巴顿共获1969年诺贝尔化学奖。哈塞尔于1981年5月11日在奥斯陆去世，享年84岁。 十 1975年诺贝尔化学奖 在胆固醇生物合成和调节领域作出突出贡献的还有1975 年诺贝尔化学奖获得者 John Warcup Cornforth和英国科学家 George Joseph Popják。 Cornforth早年就和他曾经的导师、1947年诺贝尔化学奖获得者 Robert Robinson合作完成了胆固醇的合成。Cornforth 与 Popják 的团队在 20 世纪五六十年代发表了一系列以“胆固醇生物合成研究” 为主题的研究论文 这些论文证明，胆固醇的生物合成大致分为3个阶段：乙酰辅酶A→甲羟戊酸→鲨烯→胆固醇，由 888个氨基酸组成的羟甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(HMG-CoA reductase)则是胆固醇合成过程的关键酶。胆固醇生物合成的研究成果，尤其是 HMG-CoA 还原酶功能的发现为调血脂药物的研发奠定了基础。 十一 1985年诺贝尔医学奖 20世纪60-80年代，美国的几位科学家对胆固醇代谢的调控进行了广泛的研究。人体中的胆固醇可以从饮食中吸收的胆固醇和体内合成的胆固醇中提取出来，主要是由肝脏产生的。前者在不满足所需水平的情况下由后者补充，但如果前者的“外源性”胆固醇达到其所需水平，则肝脏的合成功能受到抑制，以防止胆固醇的过度产生。 1985年诺贝尔奖获得者，Michael S Browm和Joseph LGoldstein的研究对此作出了最突出的回答。他们的惊人发现和创造性理论，为ASCVD的的治疗开拓了新途径。 膳食胆固醇对肝脏胆固醇合成的反馈抑制是通过HMG-CoA还原酶活性的变化来介导的，HMG-CoA还原酶活性的变化与总胆固醇合成速率的变化密切相关。在人类中，肝脏中产生的胆固醇超过了从饮食中吸收的胆固醇，即使摄入了大量的胆固醇。这些发现提示HMG-CoA还原酶的抑制是降低人体胆固醇的有效手段。 十二 2013年诺贝尔医学奖 Thomas C. Südhof于1955年出生于德国Göttingen，他曾就学于哥廷根大学，1982年从该校获得医学博士学位并于同年获得该校神经化学博士学位。 1983年，他加入美国德州大学西南医学中心，作为Michael Brown和Joseph Goldstein的博后（即前文中1985年诺贝尔生理学或医学奖获得者）。 Südhof在接受博士后训练期间，从事神经递质释放机制的研究。他描述了可释放肾上腺素、去甲肾上腺素、内啡肽的肾上腺髓质内嗜铬细胞的结构和功能。肾上腺髓质细胞受交感神经支配，可在动物面对威胁时诱发战斗或逃跑行为。 完成博士后训练后，ThomasC.Südhof在德克萨斯西南医学中心分子拥有了自己的实验室，开始阶段继续和两位导师合作，并确定了LDL基因中负责产生甾醇介导终产物的序列，这一序列就是甾醇调节序列，该序列直接参与甾醇生物合成的调节。甾醇是一类非常重要的生物分子，例如人体内的胆固醇和甾体激素。LDL受体功能和甾醇调节序列的发现是导致他汀类药物发现的重要基础。2013年Thomas C. Südhof因上述突出的研究工作，获得诺贝尔医学奖。 十三 结语 300多年来，胆固醇从发现、分离、合成、代谢等方面均取得了突飞猛进的进展。无数的化学家、生物医学家、药学家、遗传学家投身其中，为整个认识大厦添砖加瓦。包括日本学者远藤章在内的学者，未来仍是诺贝尔奖强有力的竞争者。 而从胆固醇的认识过程看，现代医学及药学的发展，完全离不开自然科学的进步。医学也只有紧紧与现代科学结合在一起，才有可能取得实质性进步。
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