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传承与创新(8)纪念幽门螺杆菌重新发现40年(1) 精选

已有 6041 次阅读 2023-8-20 14:08 |系统分类:人物纪事

1994年,美国国立卫生研究院(NIH)召开了一次幽门螺杆菌感染与消化性溃疡的共识会议,明确了幽门螺杆菌感染在消化性溃疡发病中的作用(1)。同年,世界卫生组织(WHO)首先将幽门螺杆菌认定为人类胃癌的第I类致癌原(2-4。此时距离马歇尔和沃伦在《柳叶刀》杂志上第一次发表论文的时间正好是11年(5)。此后,这项具有划时代意义的假说又经过了11年的考验,马歇尔和沃伦在2005年终于获得了诺贝尔奖(6)。在纪念幽门螺杆菌重新发现40年之际,重温这段研究历史,才能温“故”知“新”。也以此文庆祝今年的第六个医师节!马歇尔和沃伦医生作为希波克拉底数千年前描述的伟大临床医生的典范,也激励其他人这样做(7)

1.      前言

现在,人们对幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,H. pylori,Hp)与其相关胃病(Helicobacter-related gastric diseases)的理解来源于研究的爆炸性增长,这是发生在巴里 · J · 马歇尔(Barry J. Marshall)和J · 罗宾 · 沃伦(J. Robin Warren) 于1982年首次培养幽门螺杆菌之后的事情(5)。这一事件是1979-1984年之前100多年研究螺旋杆菌及其作用的高潮(8)。幽门螺杆菌的发现,开始了全球范围的研究,导致了治愈胃及十二指肠溃疡和确定胃癌的主要危险因素(5,8-10)(图1)。时至今日,不断的科学进步和新的临床发展已经导致了幽门螺杆菌临床管理(包括各种指南)的频繁修改和更新(8,11)。幽门螺杆菌临床研究与管理进展以及胃癌关键发现和重要治疗进展的时间表见图1。

回顾过去,许多研究人员非常接近这一发现。马歇尔和沃伦在1983年对幽门螺杆菌的鉴定无论如何都不能被认为是偶然的(图2)。如果没有他们的发现,即使在今天,消化性溃疡仍可能被认为是一种与酸有关的或身心疾病,就像过去一个世纪那样(12)。因此,2001年,在《Helicobacter pylori》一书中,马歇尔把他们的发现称之为幽门螺杆菌的重新发现(Discovery and Rediscovery),体现了他对前人工作的认可和尊重(13)。

幽门螺旋杆菌在临床和科学上的重要性已经超出了每个人最狂热的期望。然而,马歇尔和沃伦最重要的遗产可能与科学关系不大,而是它应该为世界各地的医疗从业者提供的灵感。沃伦和马歇尔是日常工作的临床医生。他们不是在实验室里追逐诺贝尔奖。他们无意成为聚光灯下的焦点。他们没有研究溃疡病的经费。相反,他们偶然发现了一些有趣的事情,在好奇心的驱使下,他们调查并报告了这些事情。他们再次证明,作为医生,我们可以在临床实践的过程中取得突破性的发现,如果我们睁大眼睛,带着好奇心,渴望理解,并愿意追求想法的完成(7)。

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图1 幽门螺杆菌感染是胃癌的主要危险因素

 2.      获奖

2005年10月3日,瑞典卡罗林斯卡医学院诺贝尔奖委员会把诺贝尔生理学或医学奖授予了澳大利亚科学家沃伦和马歇尔(图2),以表彰他们在1979年至1984年间开创性的研究(6。因为他们发现了幽门螺旋杆菌和其在胃炎与消化性溃疡疾病中的作用。2005年的诺贝尔生理学或医学奖授予马歇尔和沃伦,成功的关键也在于他们具有坚韧的精神和一种有准备的挑战正统教条的心态。沃伦安静的坚持和马歇尔充满活力的热情相辅相成。他们组成了两人所称的“优秀团队”,共同取得了一个引人注目、出人意料的发现: 胃炎和消化性溃疡是由幽门螺杆菌引起的胃部感染(6)。路易斯 · 巴斯德有句名言: “机会只青睐有准备的头脑”(“在观察中,意外只青睐有准备的精神”) ,但委员会新闻稿没有提到运气(luck)(7)。

之前的1995年,马歇尔获得了Warren Alpert 奖(与Warren 共享),澳大利亚医学协会奖(与Warren 共享)以及具有诺贝尔风向标之称的Albert Lasker 奖,这是美国医学界最令人垂涎的荣誉(14)。

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图2. 沃伦和马歇尔的三篇关键论文及Lancet获奖介绍

在这个过程中,两位研究人员通过使用一般性的技术(纤维内窥镜、组织切片银染色剂和培养基技术研究微量需氧细菌) 发现并成功分离出幽门螺旋杆菌(5),通过自愿自我实验证明了病原体的因果关系(15),这一发现最终在临床试验中得到证实(11,16)。他们创立了一个无可辨驳的的理论,幽门螺旋杆菌是这些疾病的病源,推翻了既定的医学教条:在传统的病理生理学概念中被认为是一种酸驱动的疾病,成为一种感染驱动的疾病(8)。他们还发展了使用抗生素的非常有效的治疗策略:长期酸抑制的标准治疗成为短期根除幽门螺杆菌治疗,根除幽门螺旋杆菌最终导致消化性溃疡的永久治愈的发现。他们的里程碑式的发现彻底改变了胃及十二指肠溃疡的诊断和治疗方法,减少了胃癌的发病率(17(图3)

在总结2005年诺贝尔奖时,诺贝尔大会卡罗琳学院提到获奖者时说: “ ...他们以坚韧不拔的精神和有备而来的头脑挑战了盛行的教条。通过使用普遍可用的技术(纤维内窥镜、组织切片银染色和嗜微生物培养技术) ,他们无可辩驳地证明了幽门螺杆菌细菌正在导致疾病。” “在治疗研究中,马歇尔和沃伦以及其他人表明,只有从胃中消灭细菌,患者的胃及十二指肠溃疡才能治愈。由于马歇尔和沃伦的开创性发现,胃及十二指肠溃疡不再是一种慢性的、经常致残的疾病,而是一种可以通过短期服用抗生素和酸分泌抑制剂治愈的疾病”(14)。他们对科学的贡献:“----是非凡和意想不到的发现” “extraordinary andunexpected discovery that gastric inflammation (gastritis), as well as stomach and duodenal ulcer (peptic ulcerdisease), result from a gastric infection by the bacterium Helicobacter pylori” (Press Release. The 2005 Nobel Prize in Physiology or Medicine. 3rd October 2005. Available at: http://www.nobelprize.org)。

阿德里安 · 李(Adrian Lee)是一位著名的幽门螺旋杆菌研究者,也是布鲁塞尔会议上的微生物学家之一。沃伦和马歇尔获奖后, Lee指出,尽管其他研究人员在西澳大利亚二人组之前就已经报告在胃中发现了螺旋细菌,但他们的成就是独一无二的。他表示: 以前的“证据没有积累。”“事实上,人们只是进行了观察,却没有得出任何结论。这是一个范式转换的发现”(6)(图3右)。图3左由诺贝尔委员会设计,显示了导致胃炎和简单复杂的幽门螺杆菌感染的过程和阶段。它说明感染主要局限于胃窦,通常无症状的慢性炎症或胃炎,胃酸增加,由此产生的胃及十二指肠溃疡,以及后者的并发症(18)。

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图3 幽门螺杆菌感染的发病机制(左)及Adrian Lee出版的著作以及

他在Lancet上发表的对沃伦和马歇尔获奖的评价(右)。

简而言之,沃伦和马歇尔医生获得诺贝尔奖,因为他们是希波克拉底数千年前描述的伟大临床医生的典范: “已经有许多优雅的发现...其他的还有待发现,如果一个人拥有适当的能力,并且知道已经发现的那些发现,应该从他们着手进行调查。”马歇尔和沃伦激励其他人也这样做7

 3.      沃伦---历史性的再发现

我们对幽门螺杆菌引起的导致癌症的炎症的理解是建立在三位先驱病理学家的工作之上的(图4)。第一位是现代病理学之父 Rudolph Virchow在1863年描述了癌症生长过程中的炎症细胞浸润。这导致了一个基于他自己的观察假设,即癌症起源于最初的正常细胞对慢性刺激或炎症的反应。第二位是Pelayo Correa,1975年,Correa 等人发表了一篇名为《Model for Gastric Cancer Development》的具有里程碑意义的文章(正常胃黏膜-非萎缩性胃炎-萎缩性胃炎-肠化生-异型增生-胃癌),在这份报告中假设,更常见的胃癌肠道亚型的发展是一个逐步的过程,从慢性萎缩性胃炎开始,在接下来的30-50年里逐步发展为肠化生和癌症(4,19,20)。Correa 随后的工作主要集中在幽门螺杆菌在胃癌中的作用(图1和4),这个模型经受住了时间的考验((8)。第三位就是本文的主角之一,幽门螺杆菌的发现者沃伦医生(10)。事实上,马歇尔在他们的第一份出版物中以惊人的先见之明推测,“如果这些细菌真的与胃窦胃炎有关,正如沃伦所描述的那样,它们可能在其他知之甚少的胃炎相关疾病(即消化性溃疡和胃癌)中发挥作用”(5)。

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图4  Correa 级联描述了胃癌发生的动态过程,以及由幽门螺杆菌感染引起的胃炎的逐步演变

时光追溯到1979年6月11日,是沃伦第一次看到幽门螺杆菌的日子,那天也是沃伦的42岁生日。从那时起,他的业余时间主要集中在这些细菌的研究上(21)。当时在澳大利亚皇家珀斯医院(Royal Perth Hospital)病理科工作的的沃伦医生对自己的发现评论如下: “我每天都在做检查胃活检显微镜研究的准备工作。在一份慢性胃炎患者的胃窦黏膜组织切片上,在胃上皮表面看到一条蓝线。使用更大的放大倍数,我清楚地看到许多小细菌组成了蓝线,并且强烈地粘附在上皮的表面。我用浸入式镜片证实了我的怀疑”(18)(图5-7)。

当2005年沃伦获得诺贝尔奖后(图5),多次被人问到:你是否偷了这个发现?你是否偶然发现了它?对于大多数问题,沃伦的回答是肯定的“不”。沃伦认为:“就像任何新的发现一样,都有运气的因素,但我认为我的主要运气是发现了如此重要的东西。我认为最好的术语是“意外的发现”,我在正确的时间出现在正确的地点,我有正确的兴趣和技能去做更多的事情,而不仅仅是擦肩而过“(21)。

机会在所有的发现中都扮演着重要的角色。因此,沃伦在1979年对幽门螺杆菌的独立再发现以及后来马歇尔和沃伦在1983年对幽门螺杆菌的鉴定无论如何都不能被认为是偶然的(5,18)。

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图5 沃伦获得诺贝尔奖后,各类文章的配图

第一,沃伦承认,要做出他和马歇尔所做的观察也是非常困难的。他特别提到,纤维内窥镜的出现是他们成功的关键因素(22)。1970年以前,在临床实践中很少见到固定良好的胃粘膜标本。活组织检查,采取硬性胃镜或吸引方法,是非常罕见的。人们只能在尸检或手术切除时才能获得胃组织。所收集的样本通常在病理检查前自溶。大多数手术标本被用于切除肿瘤或溃疡,病理学描述集中于此,而不是粘膜的精细组织学。如果他们真的描述了胃炎,病理学家给它起了诸如“浅表”或“萎缩”之类的名字,这些名字与组织学几乎没有什么真正的联系21

第二,胃粘膜的组织学和超微结构的兴起是他们成功的基本要素。1970年代中期,柔性内窥镜的引入改变了这一切, 它使胃肠病学家能够对许多病人进行活组织检查。小活检,立即放入福尔马林,固定良好。而不是罕见的,这些成为他们最常见的活组织检查。从横断面病人的胃粘膜细节的系统检查终于成为可能。内窥镜活检材料的有用性进一步增强了电子显微镜的可及性,这使得沃伦能够确定幽门螺杆菌是如何附着在胃上皮细胞上的(图5-7)。Whitehead在1972年准确地描述了这些组织学特征。这些特征被证明是相当普遍和容易诊断(21,22)。Whitehead描述的这些变化是表面的,通常只涉及上皮细胞(图6左)。

第三,沃伦的技能与兴趣。Whitehead 根据他实际看到和描述的特征设计了一个分类。诊断中提到了这些特征中的大部分。这使得组织学和其他临床特征之间的任何联系都可以被注意到。沃伦简化了Whitehead的分类为他自己使用,胃的病理突然似乎有了意义(图6)。诊断可用一行短文描述了实际看到的特征。从一百多年前医学细菌学的早期开始,人们就认为细菌不会在胃里生长。这是一个“众所周知的事实”,就像“每个人都知道地球是平的”。沃伦发现“已知事实”往往有例外。细菌漂浮在上皮粘液层之上,常见于胃活检。他们似乎是混合品种,可能只是通过,死亡,或污染物。在看过几例银染色可以清楚看到细菌的性病肉芽肿之后,他在其他革兰氏阴性生物体上做了这种染色的实验。沃伦承认:到了1979年,基于Whitehead的工作,特别是他对活动性胃炎的描述,我对胃病理学产生了特别的兴趣。我对细菌污渍很感兴趣,特别是银色污渍对革兰氏阴性杆菌的作用。此外,电子显微镜的引入给组织学另一个维度。最后,我对绘制标本和摄影感兴趣,这两者都有助于我辨别细节(21)。

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图6 沃伦的第一个案例图

在1979年6月之后的18个月中,沃伦在常规活检中发现严重的活动性胃炎(图6右)。上皮细胞显示大量鹅卵石变化,与 Whitehead 的描述非常相似。细胞核不对齐,粘液分泌显示明显的斑片状减少。局灶性上皮内多形核白细胞存在(图6右)。间质中有大量的淋巴细胞和浆细胞。在表面上可以看到一条细细的蓝线,我以为是由许多细菌组成的。为了鉴别上述“蓝线”的成分,沃伦尝试了革兰染色法和 Warthin-Starry 染色法。利用这两种染色剂——尤其是后者——他成功地将细菌和上皮细胞染色并区分开来。在低倍镜下很容易看到大量的细菌。在高倍镜下(图7) ,它们明显是小的弧形和螺旋形杆菌,紧密地附着在上皮表面。沃伦从用于标准组织学的蜡块中提取了组织,并获得了电子显微照片(图7)。细菌显示良好,表面有细小的弯曲杆菌密切附着。有些附着在微绒毛上。细菌在细胞顶部的凸起之间渗透,但是没有明显地穿过细胞连接处; 在表面的基质中偶尔可以看到细菌碎片(18,22)。

电镜显示柱状(小泡)上皮的正常解剖结构及其活动性改变的机制。正常上皮表面平坦,但有许多微绒毛(图7)。正常的柱状上皮可以从粘膜表面刮下,涂抹在玻片上,细胞学检查仍然保留柱状结构。幽门螺杆菌附着在微绒毛上(图7) ,并经常压扁和破坏微绒毛。细丝分离,细胞结构松散。它们以变形虫的方式表现,细胞核漂浮在细胞质中,表面突出(21)。在看到粘附在胃细胞上的微生物后,沃伦确信幽门螺杆菌不是受损粘膜的定居者,而是具有主要的致病意义(7)。

沃伦的同事们最终相信细菌就在那里。然而,他们怀疑他们的重要性,并挑战他找到任何更多的案件。例如,同一科室的病理学家 Len Matz 也看到这些结果并告诉他: “如果你真的认为这是一个相关的发现,继续寻找更多的病人”(22 )。 微生物教授Goodwin后来说:在1979年的皇家珀斯医院,对胃粘膜的组织学和超微结构的研究已经发表,可以看到螺旋细菌,但是因为它们没有侵入胃粘膜被认为是无关紧要的。组织病理学家沃伦对这些细菌给予了更多的关注,并将它们与多形核白细胞的存在联系起来。他强调胃不能被视为无菌器官(23)。

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图7 沃伦的第一个案例的延申研究和沃伦发出的第一次细菌报告

为了证明细菌可能是引起这种疾病的原因,沃伦研究并收集了更多与胃炎相关的组织病变与这些细菌相关的样本。沃伦继续从胃粘膜的所有组织切片中寻找细菌,确实在活跃的胃炎样本中发现了它们。沃伦发现在活体标本中这种细菌总是出现在慢性胃炎标本中,显微镜下也观察到这种细菌邻近的胃黏膜总是有炎症存在,更确切地说,他向这种成像技术的专家展示了用电子显微镜获得的图像,他们证实了细菌的存在(图5-7)。因此,沃伦认为这种细菌和慢性胃炎等疾病可能有密切关系(18)。

随着经验的增加,另一个有趣的特征逐渐显现出来。沃伦发现这种细菌在许多外科标本上很容易看到。他们只是沿着标本的切口边缘看到,在那里的粘膜切缘与福尔马林固定剂迅速接触。此外,它们通常与不同数量的球形有机体混合,特别是离切口稍远(2-3毫米)的球形有机体。很快就发现球形生物是螺杆菌的退化形式。这条“混合”生物带,只能在标本的切口边缘看到,可能有助于解释为什么没有过去的报告。它们无疑会被视为污染物。在进行细菌染色时,他们发现这些标本是阳性对照标本的一个非常有用的来源(21)。

为了证明细菌实际上是引起这种疾病的原因,沃伦想收集胃活检的阴性样本。然而,这被证明是困难的。一作为一名病理学家,他很清楚任何发炎组织中的细菌都应该被认为是病因。然而,当时的共识是,没有任何生物能在胃的酸性环境下生存。他必须反对细菌只是不在胃酸培养基中生长的教条(18)。因为那时候,沃伦遇到巴里之前,他的妻子温(Win) 是唯一一个接受他的工作并鼓励他的人。考虑到这些工作大部分是在下班后或在家里完成的,从而偷走了她的丈夫,她完全有理由生气。尤其是作为一名医生,她知道标准的教学方法是胃里什么也不长,而沃伦试图证明“不可能”。作为一个心理医生,她可能会说沃伦疯了。但当没有人愿意帮助他的时候,她总是站在沃伦身边(16,21,22.)。二是沃伦只是个病理科医生,并未接触过临床,沃伦需要从明显完整的胃窦粘膜做活组织检查,以显示细菌的影响,而不是其他病变的影响。采取胃活组织检查进行培养的想法被认为是可笑的。病人的健康是首要考虑因素。因为上述原因更没人愿意给他提供帮助(21)。三是因为正常的胃活组织检查在胃窦是非常罕见的。即使如此,他最终还是发现了20个胃组织学正常、无炎细胞、无细菌的样本,没有一个被细菌感染(18)。

基于上述原因,沃伦急需要一位消化科医生配合才能更好地进行他的后续研究,加上当年马歇尔正在轮换胃肠科的现实,马歇尔和沃伦的合作才能水到渠成。也许这就是天意,2010年,马歇尔在接受《Discover》杂志的高级编辑帕姆 · 温特劳布(Pam Weintraub)采访时是这样说的:我在接受内科培训的第三年,我不得不接受一个项目(24)。

未完待读(包括参考文献)

2023-8-18于济南



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