Paul Ehrlich 与亚甲蓝：一种染料如何推动药物发现

Paul Ehrlich 对医学的贡献并不是一种药物，而是一套关于如何观察药物的思路。

1878 年，他提交了一篇博士论文，开篇部分题为“染色的化学观念”。论文认为，对组织切片进行染色和给布料染色遵循同样的逻辑。两种情况下，颜色之所以附着，都是因为染料与材料之间存在化学亲和力，而不是因为组织具有吸收性、富含脂质，或形状恰好能够截留色素。Ehrlich 从小就看着他的表兄、病理学家 Karl Weigert 制作染色切片，而真正吸引他的并不是那些图像，而是染料会选择自己去往何处这一事实。

这个主张听起来并不激进，但实际上意义重大。如果一种染料因为化学原因与某种组织结合，那么染色形成的图案就是对该组织化学性质的一种反映。染色切片由此不再只是图示，而成为一种测量手段。

他很快就在此基础上继续推进研究。1880 年，他将亚甲蓝与酸性品红结合，并把这种混合物称为中性染色剂，即一种 neutralen Farbkörper；它能够区分不同类型的白细胞，而当时使用的单一染料无法做到这一点。两年后，他提出了一种用甲基紫染色结核杆菌的方法，Koch 随后在自己的研究中采用了这一程序。

后来为这些实践提供共同理论基础的学说则是另一回事，而且其年代经常被混为一谈。Ehrlich 的侧链理论，即某种物质之所以作用于细胞，是因为二者在化学上相容，属于 1890 年代，而不是早期染料研究时期。更早的研究提供的是一种先行信念：选择性具有化学基础，因此可以主动寻找选择性，而不必偶然碰到它。

让染料成为地图的实验

1885 年，Ehrlich 出版了一部关于机体氧需求的专著，副标题为一项颜色分析研究。他的方法是注射颜色取决于氧化态的染料，然后比较不同器官将其还原或保持其状态的程度。染料在这里被当作一种仪器使用，就像温度计一样：它能够报告无法直接全面观察的组织内部条件。Ehrlich 自己对研究目标的表述是，借助特定染料测定活体器官的还原能力。

与亚甲蓝有关的结果发表于 1886 年，一篇关于该染料与活体神经物质反应的论文中；这项工作此前已于上一年 12 月在一个医学学会宣读。研究人员将亚甲蓝注入活体动物的循环系统，随后切取薄组织片并暴露于空气中，使其中积聚的无色还原态染料重新氧化成蓝色，从而显示其聚集的位置。神经细胞和神经纤维都会着色，而且这种选择性足够明显，使该技术后来成为显示神经组织的标准方法。此时，这种化合物已经不再只是实验台上用于给死亡组织切片上色的染料，而成为一种能够在活体内部自行分布、并可通过其分布模式加以读取的标记物。

这两个实验背后的性质值得明确说明，因为这个故事此后的所有发展都依赖于它。亚甲蓝具有可逆性。它的还原形式，即无色亚甲蓝，是无色的；接触氧气后，又会恢复为蓝色阳离子。密封罐中含有这种染料的葡萄糖溶液是无色的；打开罐子，它就会变蓝。据报道，Ehrlich 曾直接演示这一点：他不仅让染色切片接触空气，还用氯化铁处理，并观察颜色重新出现。能够随周围环境氧化还原状态改变颜色的染料，就是探测该环境的一种探针。

于是，两种性质并列出现。一种染料可以区分不同组织。与此同时，氧化态的变化又可以让染料在显色与无色之间切换。

从后来的视角回看，第二种性质正是化学治疗理念的起点。如果一种化合物能够与某一类组织结合而不与另一类组织结合，那么同一种化合物也可能到达某一类生物而不作用于另一类生物。Ehrlich 直接提出了这一推论：如果一种病原体能够被选择性染色，那么这种染色或许意味着该物质也能对该病原体产生特异性伤害。因此，染料也许可以用作药物，目标指向入侵者而不是患者本身。

首次在患者身上的试验并不是针对疟疾。1890 年，Ehrlich 与精神科医生 Arthur Leppmann 报告称，亚甲蓝缓解了肌肉、关节和肌腱的神经痛及风湿性疼痛。两人讨论过这种药物是否可能作用于精神疾病，并决定不进行尝试。意大利热那亚医生 Pietro Bodoni 却继续做了下去。他 1899 年的论文标题涉及该物质在多种精神病中的镇静作用：他描述了十四名躁动患者出现平静表现，并指出热那亚的其他医生当时已经在出于同样目的使用这种染料。镇静并不等同于对疾病本身产生作用，而这一区别在这段历史中一再出现。

疟疾研究始于 1891 年，由 Ehrlich 与病理学家 Paul Guttmann 在柏林 Moabit 医院共同开展。两名患者接受了亚甲蓝，相关报告发表于 1891 年 9 月 28 日的 Berliner klinische Wochenschrift。第一例患者在 6 月 29 日晚一次服用了 0.5 g 染料；原本预计出现的发作并未完全发生，此后记录到的唯一不适是轻度尿涩，同时尿液呈蓝色。最初几天内发热发作消失，最迟到第八天时，血液中的寄生虫已经消失。作者自己的总结是，他们的预期得到了完全实现。但两个未经对照的病例并不能构成证明。关于亚甲蓝与疟疾的更完整叙述，包括现代试验，适合单独讨论；这里更值得关注的问题更窄：Ehrlich 的推理在真正面对寄生虫之后，到底有多少仍然成立。

哪些推理成立，哪些失败了

至少就 Ehrlich 当初提出的形式而言，关于作用机制的推理并没有留下多少。那种整齐的解释——一个平面的三环阳离子滑入寄生虫 DNA 的碱基对之间——并不适用于 Plasmodium。感染后的红细胞会非常容易地还原亚甲蓝，因此它甚至不会以平面阳离子的形式到达寄生虫；适用于吖啶染料的嵌入机制，并不适用于亚甲蓝。

现有证据支持的是一幅更复杂的图景。亚甲蓝在患者能够达到的浓度下会抑制寄生虫的谷胱甘肽还原酶。它还会阻断血红素转化为疟色素的过程；疟色素是寄生虫为避免受到自身消化血红蛋白所产生血红素的毒害而形成的一种惰性色素。其阻断作用大致与氯喹相当，并远强于奎宁。亚甲蓝的氧化还原循环还会在一个本就产生这类物质的细胞中生成活性氧。究竟哪一种才是真正的作用机制，或者是否所有这些过程都参与其中，目前仍未确定。

还有一个进一步的复杂因素，它应当影响我们理解任何有关这种化合物的历史性主张。当时商业供应的亚甲蓝并不是单一物质。样品中含有单去甲基化同系物 Azure B，而存放时间更长的溶液中会积累更多 Azure B。Azure B 是一种具有不同靶标的异染性染料：它会把双链 DNA 染成深蓝色，把 RNA 染成绿色。两种去向不同的染料以无人记录的比例混合在一起，不可能为其中亚甲蓝究竟产生了什么作用提供清晰结论。

亚甲蓝本身从未取代奎宁。真正表现更出色的是方法。Ehrlich 的学生 Wilhelm Roehl 在染料与药品联合企业 IG Farben 工作期间，继续推动将染料衍生物作为热带病药物，并提供了此前缺失的一项工具：让金丝雀感染禽疟疾，作为候选化合物的常规筛选模型。Werner Schulemann 随后修改了侧链，由此得到的吩噻嗪鎓盐能够治愈这种实验性感染。不过，它依然会让患者的身体变蓝。

最终真正长久留下来的，既不是这种染料，也不是它的环系，而是侧链。加入一个二烷基氨基烷基氨基基团改变了分子的行为，而这一片段在此后的每一次重新设计中都被保留下来。保留这一基团，把吩噻嗪鎓环换成吖啶，得到的就是阿的平。换成喹啉，则得到氯喹。帕马喹、伯氨喹和阿莫地喹至今都仍列在抗疟药物目录中，并携带同样的基团。作为治疗手段失败的化合物，却提供了后来成功的那一部分结构。

它与抗精神病药物之间的联系，则是通过环系而不是通过药物用途建立的。正是对亚甲蓝结构的阐明，使 Heinrich August Bernthsen 在 1883 年得到了母体吩噻嗪核；到了 1940 年代，Rhône-Poulenc 的化学家在寻找抗组胺药时，研究的正是经过不同取代的这一骨架。其中一种化合物在 1950 年底前后被合成，并由外科医生 Henri Laborit 进行测试，他注意到这种化合物会使患者保持平静并表现得漠然。其首次公开发表的精神科应用是在 1952 年 1 月，用于一名躁狂患者。第一种抗精神病药与其说是 Ehrlich 抗疟药的后代，不如说是他最初研究的那种染料的远亲。

这段历史值得保留的三个习惯

1. “医学中使用的第一种合成药物”描述的是一个类别，而其中需要补充的限定条件远比这句话本身多。 这一说法已经广泛流传；Schirmer 及其同事在 Neurobiology of Aging 发表的一篇被大量引用的综述中，把亚甲蓝称为医学中使用的第一种完全合成药物。但水合氯醛早在 1869 年就已作为合成镇静剂投入使用，比亚甲蓝早了二十多年。1891 年的论文自身也提供了部分答案，因为作者列举了此前已经被用于疟疾但未成功的合成退热药，其中包括喹啉、安替比林和乙酰苯胺。Ehrlich 自己用于梅毒的砷剂出现得还要更晚。更站得住脚的说法，应当关注方法而不是“第一”的优先权：亚甲蓝是最早一批依据关于化学选择性的理论、被主动选中以作用于特定生物体的合成化合物之一。
2. 选择性分布并不等于选择性获益。 Ehrlich 在 1886 年得到的结果是，这种染料会进入神经组织。化合物去往哪里，以及到达后会产生什么作用，是两种不同的测量，而前者要容易得多。此后关于亚甲蓝与大脑的大多数主张，都存在于这两者之间的差距中。
3. 纯度属于证据体系，而不是营销语言。 历史记录之所以存在歧义，原因正是如此。微小的结构差异就会改变这种化合物的去向，因此分析证书必须与某一个具体批次绑定，而不能仅仅作为“产品经过检测”的笼统声明。如果卖家声称产品符合药典专论，却只检测了重金属，那么这个说法已经超出了检测报告本身能够支持的范围。Blupreme 从制药生产商采购亚甲蓝，并按照专论规定的完整规格进行检测：鉴别、纯度、有机杂质、残留溶剂、元素杂质、炽灼残渣、微生物限度和细菌内毒素。报告与产品一同公开，而USP 级亚甲蓝页面解释了这些限度，以及为什么 Azure B 结果应当首先查看。

按日期排列的资料脉络

这些按日期排列的里程碑，包括 Ehrlich 之前的染料化学，以及其后出现的等级和规格，另行整理在亚甲蓝的历史中；这种化合物本身的身份与性质则见什么是亚甲蓝。

支撑本文叙述的图版转载于 Krafts、Hempelmann 和 Skórska-Stania 的 2012 年综述，但这些材料的证据价值并不相同，其中一个例子足以说明原因。1891 年的图版是该试验的一手记录；旁边的 1910 年肖像只能标示其声誉形成的年代，除此之外并不能证明什么。Andersag 1934 年笔记本中的页面则是喹啉取代过程的直接记录，而且出自化学家本人之手。

对 Ehrlich 染料实验最准确的概括是：他判断对了选择性，也找对了目标，却判断错了机制。亚甲蓝确实会在神经组织中富集，也确实会伤害疟原虫。但后一个现象并不是由前一个现象造成的，而他为两者提出的化学解释也是错误的。他无可争议地证明了一件比正确机制更持久的事情：一种化合物可以被主动选择，而不仅仅是偶然发现；而这种选择可以建立在任何患者接受该化合物之前就已获得的证据之上。