前言

 

一八四九年霍乱侵袭伦敦的时候，一位医生史诺（ John Snow）发现疫区的饮水都是汲自泰晤士河的下游，于是他怀疑不洁的河水是传播霍乱的乱源，这是来去无迹的霍乱*次被人捉住了“马脚”。当时尚不知细菌为何物，摸不清霍乱真正的底牌，然而史诺却已先知先觉的创立了治疗术。他化验病人泻出物中的几种成分，根据泻掉什么就补充什么的原则，发展了*的静脉注射法，短短的几篇报告，成了研究霍乱的开山之作。即使在医药昌明的现代，史诺的光泽并不稍减，除了在静脉注射的技术上有所改良外，我们从未推出过更高明的治疗术。

 

到了一八八三年，细菌学大法师寇赫（ Robert Koch ）在霍乱猖厥的埃及和印度追查霍乱的根源，首度分离出具有感染力的霍乱菌，并瞭解了霍乱的“爆炸性”传染是由细菌居中导演，史诺的河水之谜才告真相大白，从此奠定了预防霍乱的基础。在今天由于卫生水準的提高，霍乱已不复过去，纵横天下的威风，然而研究霍乱的努力反而在各地日趋蓬勃，因为除了求近功的治疗外，研究霍乱已经有了更深长的意义。

 

霍乱菌毒

 

在显微镜下的霍乱菌，菌体微弯，看起来略呈弧形，所以常称为霍乱弧菌。一旦感染霍乱，从口腔到肛门，都有大量的此种弧菌滋生，引起剧烈的上吐下泻，这些吐泻而出的汤汤水水经由插管法（ intubation experiment ）在消化道分段抽样，证明全是由小肠流出的。在正常的生理状况，小肠的粘液腺（mucous gland即crypts of Lieberkuhn）本来就会分泌肠液，一方面使固体的食物颗粒悬浮，一方面利用含于其中的使部分食物分解，这些混合着食物颗粒的液体又会被绒毛吸收，如此循环不已，完成正常的消化作用。

 

染上霍乱之后，控制肠液的“闸口”不灵了，肠液失去控制，倾泻而出，而绒毛吸收的能力却并未跟进，后果自然是大量的液体流失体外。颠峰时一小时就能够流失一公升的水分。肠液的成分全是来自血液，血液抽掉水分的结果，会导致血浆稠浓，血压降低，各器官发生供血不足的情况。脑部如供血不足，*个反应就是昏迷，如继续恶性缺血而使脑细胞死亡，那就回生无术了；心脏如供血不足，会逐渐衰竭，使血压更为降低；肾脏如供血不足，肾管容易坏死，即使患者接受静脉注射急救，康复后也常于数週内死于尿毒。同时肠液是碱性液体，碱性物质流失，血液的酸性就会增加，而血液的pH如降到7.0以下时就会引起死亡。肠液中又含有多量的钾离子，钾离子不足可引起心律失调。在侵袭人类的各种细菌中，霍乱菌的致命力是zui强的，人体的几大要害尽在攻击之列。

 

将霍乱患者的肠壁切片，用显微镜检验，一直验不出有组织被破坏的痕迹。到霍乱菌毒的提炼成功后，才证明肠泻并不是由于细菌直接破坏动物组织，使肠液漏出，而是由菌体分泌的一种毒素，干扰肉眼看不见的生化反应所致。

 

用四种胺基酸，配上酵母液和一些盐类，就可以在试管中培养霍乱菌，并在诱导期（lag phase ）和指数期（ exponential phase）提炼出霍乱弧菌所分泌出的外毒素（因为在此两期菌体死亡的比例很低）。提炼菌毒时，先过滤培养液，滤掉菌体，得到不含菌体但含各种菌体分泌物的滤液。霍乱菌毒是菌体所分泌的一种蛋白质。将滤液通过各式色层分析柱，使其中的蛋白质在迷宫似的筛子中依照大小和电性的不同而分开，zui后用硫酸铵使分离出来的蛋白质沉淀，就可以收到纯淨的霍乱毒蛋白结晶。纯化的毒蛋白只需4×10-7公克的微量就能显出毒性，使兔子的小肠泻出液体。

 

霍乱菌毒的接受器

 

如果霍乱菌和菌毒会侵入循环系统，势必会诱发免疫系统产生抗体，可是得过霍乱的病人康复后并不会产生对霍乱的免疫力。化验患者的血液也验不出有菌体或菌毒入侵的证据，所以霍乱菌和菌毒显然不能进入循环系统，流毒全身。菌毒干扰肠腺的分泌功能，既然没有迂迥的路可走，势必与肠细胞短兵相接，于是研究菌毒如何“登陆”细胞表面，就成了待闯的*关。

 

纯化的霍乱菌毒溶入含放射性碘化钠（Na125I）的缓衝液，放射性的碘（125I）就会吸附在菌毒上，使菌毒带放射性，做为实验时追踪的信号。然后磨碎细胞，把离心分出的细胞膜舖在微孔滤纸上，用放射菌毒冲洗它。冲洗过的滤纸由放射计测器定量。滤纸所含放射性的高低就代表菌毒留在滤纸上的多寡。没有细胞膜时，只有0.2-0.4％的菌毒吸在滤纸上，而有细胞膜时，吸附率提高到80％。很明显的，细胞膜对于菌毒有着不可思议的“号召力”。进一步分解细胞膜，发现能够“号召”菌毒的只不过是膜中的一种特殊成分神经节脂（ ganglioside）。这是一种含大量醣类的複合脂类。如果用溶剂抽出膜中的神经节脂，则馀下的成分对菌毒引力顿失。所以神经节脂证明就是细胞膜上“勾结”菌毒的接受器。但组成霍乱接受器的成分，可能于一种或一类的神经节脂，因为破伤风菌毒“登陆”细胞时，也是以神经节脂为其接受器。而以这两种菌毒先后冲洗细胞膜，并不会发生接受器相同时该产生的竞争现象。所以这两种菌毒的接受器虽同为神经脂，却互有不同。

 

再进一步分解菌毒，发现还有“内幕”。霍乱毒蛋白是由两个次级单位（ subunit）组成，可以用电泳法分开，分子量分别为66,000和36,000，较小的一段对细胞膜毫无“感性”，较大的一段可以吸附细胞膜，但做生理试验时，却毫率“毒性”。很可能毒菌从“登陆”细胞到“干扰”细胞，是由这两段“分工”的结果。

 

霍乱菌毒与细胞膜上神经节脂的结合并非牢不可破，时间一久会自动解离，而且掉下来的菌毒特性没有改变，显然菌毒与神经节脂之间不能形成*性的共价键。如用大量的神经节脂冲洗细胞，在“以多取胜”的原则下，照理应可将缠在细胞膜上的菌毒洗出。不幸的是，细胞膜也能吸附神经节脂，所以冲洗的结果，徒然使膜中插上更多的神经节脂，招惹更多的菌毒。

 

虽然研究接受器的结果尚不能应用于治疗，但神经节脂的发现却可以用于设计一架小有帮助的色层分析柱。杂七杂八的蛋白质通过此柱，统统流失，只有霍乱毒蛋白被填充物内人工参杂的神经节脂所诱，留在柱内。取出柱内的填充物，以溶液漂洗，就可得到纯淨的霍乱毒蛋白。既可简化手续，又可提高纯度。

 

致病原理

 

霍乱菌毒在体内散佈虽然仅止于肠细胞的细胞膜，但这种“外围”的接触却能产生干预细胞“内政”的能力，菌毒如何把毒力透进细胞，自然成了研究的焦点。多重实验的证据，指向了cAMP。

 

cAMP是环状核酸，在控制细胞活动的过程中，这种构造简单的化合物却是一把可以开启多项反应的钥匙。它外可接纳激素的刺激，内可调节基因的活性，高量时可发动细胞的分泌反应，不足时又是癌细胞出现的前兆。有诸般作用中，zui早发现而且zui明朗的一项就是传达激素的讯号。

 

我们知道不同的激素可作用于不同的细胞，例如脑下腺分泌的甲状腺激泌素，能使得甲状腺细胞合成甲状腺素；肾上腺分泌的肾上腺素，能使肝细胞把肝醣分解成葡萄糖，也能使脂肪细胞把脂肪分解成脂肪酸和甘油。这些受不同激素所控制的反应，表面上固然互不相干，各有各的激素，也各有各的产物，实际上个中却“自有章法”，因为这些反应全是由c AMP居中发号司令。每种激素在细胞膜上都有其专一的接受器，激素只能作用于细胞膜上具有其接受器构造的细胞，例如甲状腺激泌素对肝细胞不起作用，因为缺乏接受器的构造，这种激素根本不能与肝细胞亲和。

 

如果一种细胞具有多种激素的接受器，那么这些激素的作用就都相同了。例如脂肪细胞膜能与多种激素结合，而这些激素的作用都是一样，就是把脂肪分解成脂肪酸和甘油。这些不同的激素其作用之所以相同，是因为激素到达细胞膜与接受器结合，其作用都是活化细胞膜上的腺环化（ adenyl cyclase），之后激素的使命就完成了，至于来的是那种激素并无差别。这种激素活化的能使细胞内的ATP转化成为cAMP，高量的cAMP像是一个开关，在肝细胞内开动肝醣的分解，在脂肪细胞内开动脂肪的分解，在不同型的细胞内cAMP指挥不同的反应。霍乱菌毒所以能颠覆细胞，正好与激素是同道，都是走的cAMP路线。

 

如用霍乱菌毒亲和脂肪细胞，脂肪分解了；亲和肝细胞，葡萄糖分泌了，这是典型的cAMP反应，由此得到了启示，菌毒与cAMP是搭挡。如将茶碱（　theophylline　）和前列腺素两种已知能够升高cAMP含量的药物注射进肠繫膜的血管中，可以制造出霍乱似的腹泻，肠液的分泌与cAMP由此拉上了关系。

 

如进一步将包含肠腺在内的肠粘膜剥离，置入一架特殊设计的实验槽中，肠壁的一侧模拟血腔，另一侧模拟肠腔，事先平衡两侧的电性和渗透压，使离子的运动不受干扰，然后观察肠细胞如何在血腔与肠腔之间转换离子。在正常的情况下，氯离子没有转换，钠离子却*的从肠腔转进血腔；一旦加入霍乱菌毒，钠离子停摆了，氯离子却不断的由血腔转入肠腔。加入茶碱或cAMP可以产生*相同的效果，对肠细胞的作用而言，霍乱菌毒、茶碱和cAMP原来是三位一体的。

 

zui后分析肠细胞内的cAMP，发现霍乱菌毒处理过的细胞，cAMP的含量会骤增，这表示菌毒可以隔着细胞膜与cAMP里外呼应。将这些零零碎碎的实验串连起来，有充分的证据显示，霍乱菌毒引发过量的肠液分泌，是以cAMP为媒介。

 

已知在细胞内cAMP的前身是ATP，ATP受到腺环化的催化形成cAMP，但是如此重要的一种分子如果只有堆积，没有清除的话，势必造成细胞的混乱。清除cAMP是由另一种酵素磷酸二脂（ phosphodiesterase ）所负责，这种能将磷酸根与五碳酸之间造成环状的键打断，使环状的cAMP崩解成为惰性的AMP，AMP又可加两个磷酸根，合成ATP，如此来来去去。所以细胞内cAMP的含量是由造成堆积的腺环化与负责清除的磷酸二脂两者活性平衝的结果，不论是增加前者的活性或是抑制后者的活性，都可以达到升高cAMP含量的目的。经过精细的酵素活性分析和用放射性cAMP追踪的结果，证明菌毒的作用是活化腺环化，在这点上，霍乱菌毒再度与激素是“同路人”。

 

结语

 

用交叉循环法（ cross circulation ）动手术将两只兔子的血管交叉连接，使血管混合循环，其中一只兔子如用霍乱菌毒制造腹泻，另一只居然能藉着一根血管的沟通，遥遥感应。既然霍乱菌与菌毒不会渗进循环系统，那么顺着血液流到另一只兔子体内通风报信的显然是一种未经鑑定的不明物。很可能直接活化腺环化的不是菌毒本身，而是透过这种物质。这种物质的真面目为何？产生这种物质的过程又有多少曲折？前面还横着一条不知深浅的鸿沟。

 

虽然霍乱菌毒可以同时剌激肠细胞和脂肪细胞升高细胞内cAMP的含量，但以后所走的路却开始分歧了。因为蛋白质生成的抑制剂环己亚胺（ cycloheximide）可以抑制肠腺分泌肠液，却不能抑制脂肪，所以两者虽同为cAMP所发动的反应，但前者的过程需要蛋白质生成的参与，而后者是不需要的。从cAMP的合成，经过蛋白质的生成，到开动肠液分泌，这三大过程是如何啣接起来的，中间地带仍有着大片不为人所瞭解的空白。

 

已知肠液的分泌可受小肠内部神经丛的控制，食糜磨擦肠壁能够加速肠液分泌。然而肠液分泌是否亦受激素的控制却一直是个未曾落实的问题。研究霍乱的结果证明肠液分泌是受cAMP所控制的反应，比照其他细胞的通例，也应该有一种激素来推动肠腺的cAMP。事实上肠粘膜的分泌液中是含有能剌激肠分泌的特殊物质，名为肠泌素（ enterocrinin），静脉或皮下注射均可引起肠液分泌。然而肠泌素的来源及构造一直欠缺一个清楚明白的交代。

 

霍乱菌毒与激素的作用是像极了，两者都是到达细胞膜上的接受器位置，活化腺环化，合成cAMP。这种相像是如何产生的呢？难道霍乱弧菌是在漫长的演化过程中，从动物体内偶而掉出去独立谋生的一个内分泌细胞？或是与内分泌细胞本是同根生的“自家人”？不同的演化路线使得彼此无法相认？此中的奥秘，实非吾人所能参透。

 

正如十九世纪史诺所形容的，霍乱像是一架帮浦，将血液中的水分抽乾。在廿世纪的今天我们总算找到了这架帮浦的开关，但供应帮浦的能源呢？将新鲜的小肠切下一段放入呼吸器（Warburg flask）中测量肠细胞的耗氧量，发现细胞的呼吸并不会因霍乱菌毒的介入而加速，显然能源不是来自可以产生多量ATP的氧化磷酸化反应（oxidative phosphorylation）。那么能源何处来呢？已知初生胎儿的ATP供应主要来自无需氧气参与的醣解作用，刚出生的小兔子可以用霍乱菌毒制造出腹泻，所以霍乱脱水的能源很可能是来自从葡萄醣分解到丙酮酸，一次只能产生两个ATP的醣解作用。

 

研究霍乱的道路是愈走愈宽了。因为霍乱与人体内这么多重要的反应有着连锁的关系，所以研究的成果是不可预卜的