諾曼第登陸背後的功臣——青黴素

圖片來源: Britannica

今天是第二次世界大戰諾曼第登陸的80周年。諾曼第登陸是史上最大型的兩棲登陸作戰。提起諾曼第登陸，大家可能會聯想到從登陸艇上傾巢而出的大兵、在海上轟隆發炮的巨艦、在遍布漫天的傘兵，但很少人知道原來盟軍的科學家團隊都為這場戰役作出了很多努力。

今次史丹福想介紹一下支援諾曼第登陸的青黴素（penicillin，又譯盤尼西林）生產計劃。

眾所周知，青黴素是一種抗生素，可以用於對抗細菌感染。戰爭期間，傷兵的傷口很容易受細菌感染，而抗生素可以大大降低傷口感染引起死亡的機會。

青黴素在1928年被弗萊明（Alexander Fleming）發現。不過到了1941年，科學家才首次提煉出足夠的青黴素以用作人體臨床實驗。1942年尾，全美國所製造出的青黴素只足夠100人使用。到了1944年諾曼第登陸的作戰前夕，美國卻竟然製造了230萬劑盤尼西林。究竟美國的青黴素產量是如何達成這個如鴻溝般的巨大增幅呢？讓我們重頭開始說起。

大家可能都對弗萊明發現青黴素的故事耳熟能詳。1928年，弗萊明進行有關金黃色葡萄球菌的實驗，他在實驗室裡用洋菜膠培養這種細菌。他之後放假並離開了實驗室兩個星期，當放完假再觀察培養皿時，發現長滿細菌的培養皿有個角落長了一塊黴菌，周圍卻沒有細菌生長，他認為這可能是因為黴菌可以產生具殺菌作用的物質。他把這種物質稱為青黴素。但值得留意的是，弗萊明之後嘗試繼續研究，但他始終無法提煉單純的青黴素。也就是說，弗萊明的發現雖然是基礎科學上的重大突破，但卻並未能立即應用到臨床醫學中。

1935年，英國牛津大學的科學家錢恩（Ernst Boris Chain）、弗洛里（Howard Florey）及希特利（Norman Heatley）合作研究由微生物產生的天然抗菌物質，他們對弗萊明的發現有了興趣。他們利用青黴菌（Penicillium）製造青黴素，再發展出分離與濃縮青黴素的方法。1941年，他們終於成功製造出足夠的盤尼西林以用作人體實驗。

不過，牛津大學團隊所用的方法產量極低。他們花了很多時間才提取出足夠幾個人使用的青黴素。弗洛里及希特利亦未能說服英國的製藥公司去進一步支持青黴素的生產，於是二人決定走到大西洋的對岸，在美國繼續他們的研究。

弗洛里及希特利之後與美國伊利諾伊州皮奧里亞（Peoria）的農業部北部研究實驗室（US Department of Agriculture’s Northern Regional Research Laboratory，簡稱NRRL）合作。這個實驗室掌握著先進的發酵技術，對黴菌的特性瞭如指掌，因此是合作的不二之選。NRRL的科學家們作出了幾個突破性的嘗試以增加青黴素的產量。

首先，NRRL的科學家莫耶（Andrew Moyer）發現用乳糖代替牛津團隊在培養基中使用的蔗糖，可以顯著增加青黴素的產量。不久之後，莫耶進一步發現在發酵培養基中添加玉米榨渣液可以使產量增加十倍。隨後，實驗室又嘗試在發酵培養基中添加青黴素前體（如苯乙酸，phenylacetic acid），這方法進一步提高了青黴素的產量。

除了嘗試在培養基添加不同的物質外，NRRL更採取了一種名為「深層發酵」（deep fermentation）的新式黴菌培養方法。牛津小組最初採用的方法是在營養培養基的表面上培養黴菌的方法，效率低下。而「深層發酵」方法則是把培養基在大型槽中不斷搖動和通氣，令黴菌可以在培養基的裡面，而不只是表面上成長。這樣就可以大幅度加快黴菌的生長，並因而提升盤尼西林的產量。

NRRL的真菌科學家雷珀（Ken Raper）又帶領團隊篩查了各種青黴菌菌株。弗洛里使用的青黴菌菌株產量本來就不高，即使用到「深層發酵」的方法，產量也未有足夠的增長。NRRL團隊於是在世界各地收集土壤樣本，希望尋找到更好的青黴菌菌株。正所謂「眾裏尋它千百度，驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處」，NRRL團隊找遍全球，最後卻發現最高產量的菌株竟然是來自皮奧里亞的一個發霉的哈密瓜。團隊後來X射線與紫外線輻射照射這個「哈密瓜菌株」，令菌株出現基因突變，青黴素的產量進一步增加。

根據雷珀的描述，牛津大學團隊最初的青黴素產量是每毫升4單位。皮奧里亞實驗室在幾個月內把產量提升至每毫升40單位。「哈密瓜菌株」令產量提升至每毫升100單位。X射線突變菌株令產量提升至每毫升500單位，紫外線突變菌株令產量進一步提升至每毫升900單位。

當希特利繼續在皮奧里亞與NRRL的研究人員合作的同時，弗洛里則與美國的不同藥廠合作，希望遊說到它們去幫助生產青黴素。隨著戰爭的發展，美國政府慢慢意識到這藥物對戰爭的重要性。美國的戰時生產委員會（War Production Board）亦在1943年開始統籌青黴素的生產工作。戰時生產委員會從全國175間製藥公司中選取了21間去進行生產青黴素的工作。戰時生產委員會最重要的工作就是確保諾曼第登陸時軍隊有足夠的青黴素使用。

在美國政府統籌下，青黴素被馬不停蹄地生產。為了準備諾曼第登陸這場最大型的兩棲登陸作戰，美國的21間製藥公司快馬加鞭地製造了230萬劑盤尼西林。盟軍的士兵攜帶著青黴素在諾曼第的海灘上作戰，並一路向法國內陸進擊。這些青黴素拯救了無數士兵的性命。在第一次世界大戰期間，傷兵因為感染而死的比率約為12-15%。到了第二次世界大戰時，這個比率已經大幅下跌至3%。

雖然一般人在聽到諾曼第登陸時都不會聯想到青黴素，但原本它卻也是這場戰鬥中必不可少的功臣。

資料來源:

Ligon BL. Penicillin: its discovery and early development. Semin Pediatr Infect Dis. 2004 Jan;15(1):52-7.

Hamilton E. D-Day invasion was bolstered by UW–Madison penicillin project. University of Wisconsin-Madison News. 
https://news.wisc.edu/d-day-invasion-was-bolstered-by-uw-madison-penicillin-project/

American Chemical Society International Historic Chemical Landmarks. Discovery and Development of Penicillin. 
http://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/flemingpenicillin.html

奧本海默夫人的死亡之旅

左圖：電影中的奧本海默夫人，右圖：現實中的奧本海默夫人

有「原子彈之父」之稱的科學家奧本海默的一生如過山車般高潮迭起，充滿戲劇性。他的內心複雜而矛盾。他是位理論物理學家，而且是美國最早研究量子力學的科學家之一。在第二次世界大戰期間，他被美國軍方選中成為研究原子彈的「曼克頓計劃」的實驗室主管，並在計劃中展驗了他優秀的管理及執行能力。他研發的原子彈之後被投下日本廣島與長崎。一方面，他興幸自己負責研發的成果順利運作，另一方面，他卻因為原子彈所做成的傷亡而深感自責，並認為自己雙手沾滿了鮮血。

奧本海默的成功本可令他名成利就，但他卻因為欠缺政治敏感度（與共產黨員私交甚篤）及過分理想化的道德價值觀（認為美國不應該研發比原子彈威力更大的氫彈）而被人作出政治攻擊，最終令他身敗名裂。

奧本海默的一生如此精彩，伯德（Kai Bird）和舍溫（Martin J. Sherwin）就把他的故事寫成《美國的普羅米修斯》（American Prometheus）一書，該書獲得了2006年普立茲傳記文學獎。著名導演路蘭更把該傳記改篇成電影《奧本海默》。電影叫好叫座，並成了2023年最具話題性的電影之一。

奧本海默的故事固然精彩，但其實他妻子的一生同樣很有傳奇性。

 

奧本海默夫人的前半生

奧本海默夫人叫做凱瑟琳（Katherine），不過大家都叫她吉蒂（Kitty）。

吉蒂在遇到奧本海默之前有過三段婚婚姻，其中她的第二任丈夫是一位名叫達萊特（Joseph Anthony Dallet Jr.）的美國共產黨員。吉蒂受到丈夫的影響，亦曾經加入過共產黨。吉蒂這段經歷為她的生命帶來了不可磨滅的印記，奧本海默的敵人之後亦有利用吉蒂這早年的經歷來攻擊奧本海默。吉蒂與達萊特本來移居法國，不過後來達萊特參加了西班牙內戰中的共產主義軍隊，並在戰鬥中陣亡。

之後吉蒂返回美國，在賓夕法尼亞大學攻讀植物學學位，並於1939年以榮譽畢業。她在同一年遇到了奧本海默。當時她仍與第三任丈夫、一位名叫夏里遜（Richard Harrison）的英國醫生有婚姻關係。其後，吉蒂與丈夫離婚，並於1940年11月1日與奧本海默結婚。

吉蒂與奧本海默結婚後不久，奧本海默就參與曼哈頓計劃，於是兩人移居到原子彈研究實驗室的所在地，美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯的沙漠中。

吉蒂在洛斯阿拉莫斯的生活並不愉快。作為一名受過訓練的植物學家，吉蒂覺得自己懷才不遇，無法發揮。再加上照顧兩位孩子的壓力， 令吉蒂的情緒受到很大的困擾，更養成了酗酒的習慣。儘管如此，吉蒂一直都是她丈夫的重要支柱。在曼哈頓計劃進行得如火如荼之時及奧本海默之後被政府迫害的期間，吉蒂和她的丈夫互相依靠，為彼此提供了堅實的支持。

 

樂極生悲之旅

奧本海默於1967年因喉癌逝世，終年62歲。

與此同時，另一位參與曼哈頓計劃的科學家瑟伯爾（Robert Serber）的妻子亦在差不多時間因為抑鬱症而自殺身亡。吉蒂與瑟伯爾兩人彼此支持，互舔傷口，漸生情愫。

他們買下一艘的16米長的小型帆船，打算展開了新的航程，共同橫渡太平洋，從紐約出發，經過巴拿馬運河、加拉巴哥群島（Galapagos Islands）、大溪地（Tahiti），一路航行到日本。這段令人心動的旅程最後卻是樂極生悲，當他們二人航行到中美洲的格林納達，橫過巴拿馬運河時，吉蒂出現呼吸困難與胸口痛的症狀。她被送往美軍的戈加斯醫院（Gorgas Hospital）進行治療，卻已是返魂乏術，最後她於1972年10月27日過身。醫生斷定死因是肺栓塞（pulmonary embolism）。

在她過身後，瑟伯爾把她的遺體火化，並將其骨灰撒在位於聖約翰（St. John）的大海中。這片大海就在奧本海默與吉蒂的故居附近。奧本海默死後，吉蒂也是把奧本海默的骨灰撒在同一片大海中。奧本海默與吉蒂二人終於在死後再聚。

吉蒂的悲劇是一個天大的不幸，卻絕非單純的巧合。乘坐長途交通工具能夠誘發深層靜脈栓塞（deep vein thrombosis）與肺栓塞，這是一個常見的醫學現象。醫學界甚至為它起了一個專有的名稱－－「旅行血栓症」（travel related thrombosis）。

現代的交通發達，旅客如果想去外遊，大多都會選搭飛機。因此大部分有關旅行者血栓的研究都集中在與乘座客機相關的血栓，也就是所謂的「經濟客艙綜合症」。研究顯示，大約每4,600個乘搭長途機旅客就有一人會得到旅行血栓症。

各位讀者朋友可能很難具體化地理解這個數字，我們不妨試試套用一些實際數據去作分析。以我們香港的赤鱲角國際機場為例，機場在2018年的客運量逾7,400萬人次，我們假設當中的十分之一是乘搭長途機的旅客（史丹福非航空專家，十分之一這個數字是我自己胡亂作的估計，如各位朋友有確實數據，請指教），那麼根據數字估計，當年曾在赤鱲角國際機場乘搭航班的旅客中，就有160位患上了旅行血栓症。這個數字實在是不容小覷的。

不過值得留意的是，「經濟客艙綜合症」雖然以經濟客艙來命名，但其實即使是乘坐商務客位甚至是頭等客位的旅客都有可能有同樣的疾病。再退後多一步，即使不是乘坐飛機，而是搭乘火車、汽車或船等其他交通工具，都同樣可以誘發靜脈栓塞。一般來說，只要乘坐交通工具四小時或以上，靜脈栓塞的風險就會增加。吉蒂在乘坐帆船期間出現肺栓塞，這很有可能就是一宗旅行血栓症的個案。

其實不論是乘坐飛機、火車、汽車或船，血栓形成的機制都是相同的。靜脈血管並不是直接連接到心臟的心室中，所以靜脈血管內的血壓較低，並不足以推動靜脈血液的流動。因此，人體有另一機制去推動靜脈血液的流動，就是依靠肌肉的泵動。當肌肉收縮時，它就會擠壓靜脈，令入面的血液流動。 乘搭長途交通工具的人很多時候都會長期靜止不動，這就令到靜脈血流失去了來自肌肉的推動力量，於是血流減慢。大家可以把靜脈血管想像成河流，當水流足夠時，河水中的沙石可以隨水而行，但當水流慢下來時，沙石就會沉澱在河床中。同樣道理，靜脈血流足夠時，血液中的細胞隨著血液流動，當血流變慢，血小板就有較大機會接觸到血管壁內皮，凝血因子也會較易積聚，令血栓容易形成。

靜脈栓塞大多先在下肢中發生，這臨床情況叫做深層靜脈栓塞。如果血栓只是局限在下肢，那麼病人並不會有生命危險。患者可能會有下肢紅腫與疼痛的症狀，但當血栓溶解後，症狀就會消失。不過假如栓子脫離了下肢的靜脈，那就糟糕透頂了。栓子會隨著血液循環走到肺部，阻塞肺動脈，引起可怕得多的肺栓塞。肺栓塞會影響的肺部組織的氣體交換，令患者出現呼吸困難、胸痛。更甚的是，嚴重的肺栓塞會影響血液回流至左心房，進而影響心臟泵血至全身，令患者血壓降低、休克，並可以在短時間內死亡。

吉蒂很有可能就是在乘坐帆船時雙腳的肌肉活動減少，令靜脈血液的流動減慢。血栓於是悄悄地在她的下肢形成。當她的雙腳重新活動時，血栓就被移開了，血栓脫離了下肢的靜脈，隨著靜脈的血流一直流到肺動脈，最後引起了這段悲劇。

那麼，如果時間可以重來，根據現今的血液學知識，吉蒂有沒有方法去預防旅行者血栓這個悲劇呢？

根據英國血液學學會（British Society for Haematology）的指引（指引集中討論客機相關的血栓，不過正如之前所講，所有長途交通工具的情況其實都是大同小異），以下的幾個方法都有助減低出現旅行者血栓的機會。首先，吉蒂當然應該盡量在交通工具上多活動，以改善靜脈的血液流動。其次，雖然沒有直接證據顯示補充水分可以預防旅遊相關血管栓塞，然而理論上多喝水可以降低血液的黏度，因此她在交通工具上不妨多喝水。最後，如果乖搭長途交通工具的旅客屬於血栓的高危人士，也就是曾經有過旅遊相關或者無明確成因的血管栓塞病歷、短期內進行過重大手術或是患有癌症的病人，就應使用壓力襪及抗凝血藥物去預防血栓。

 

中西大不同

最後值得一提的是，旅行血栓症這個情況在西方白種人中頗為常見，但在亞洲人中則較少出現。研究顯示，白種人深層靜脈栓塞的發病率是每年每十萬人口有103宗，亞洲人的發病率則是29宗，差不多只有白種人的四分之一。究竟為何如此呢？

原來亞洲人與西方白種人的凝血系統有所分別。正常人的體內會有天然的抗凝血物質去抑制凝血系統，防止血栓的形成。例如蛋白C（protein C）與蛋白S（protein S）會抑制凝血因子V及VIII，而抗凝血酶（antithrombin）則會抑制凝血酶與凝血因子X。但西方白種人常有一些特別的基因突變，令凝血物質不再被天然抗凝血物質所抑制。凝血物質於是就如脫韁野馬一樣，在沒有抗衡的情況下自行活動，因而較為容易形成血痊，這情況在臨床上被稱為易栓症（thrombophilia）。

西方常見的易栓症例子包括凝血因子V萊頓（Factor V Leiden）及凝血酶G20210A （Prothrombin G20210A）突變。這些突變令凝血因子V及凝血酶分別不再受到蛋白C （protein C）及抗凝血酶（antithrombin）等天然抗凝血劑所抑制，增加形成血栓的機會。這些基因突變在亞洲人中卻是絕無僅有的，這就可以解釋亞洲人與西方白種人的血栓症發病率的分別。

參考資料

1.      Watson HG, Baglin TP. Guidelines on travel-related venous thrombosis. British Journal of Haematology. 2011;152(1):31-34.

2.      Aryal KR, Al-Khaffaf H. Venous thromboembolic complications following air travel: what's the quantitative risk? A literature review. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 200;31(2):187-199.

3.      Cannegieter SC, Doggen CJ, van Houwelingen HC, Rosendaal FR. Travel-related venous thrombosis: results from a large population-based case control study (MEGA study). PLoS Med. 2006;3(8):e307.

「齒間出血如蚯蚓者無數」的蘇東坡

又到中秋佳節，大家難免會想起著名詞人蘇東坡（原名蘇軾）筆下《水調歌頭》中「明月幾時有，把酒問青天」及「但願人長久，千里共嬋娟」等佳句。但大家又知不知道原來蘇東坡之死原本也與血液學有關？

 

話說蘇東坡官場發展不如意，在黨爭中失利，在晚年被流放到遙遠的海南島。不知道為何，中國史上留下千古佳句的大文學家都是官場失意的，李白、杜甫、陶淵明、辛棄疾都是如此。幸好後來宋哲宗駕崩，宋徽宗即位，他隨即大赦天下。蘇東坡的流放生涯亦得以完結。

 

蘇東坡懷著興奮的心情回京。當時的交通沒有現在方便，回京的路途遙遠，連日的路程令蘇東坡疲憊不堪。再加上蘇東坡名滿天下，所到之處都有新交舊知為他設宴招待，詩詞唱和，又帶他四處欣賞湖光山色。他的仰慕者本是一番美意，奈何蘇東坡當時已是位花甲老人，體力實在不勝負荷，結果他勞累病倒。

 

他在遊太湖之時覺得酷暑難當，大量飲用冰水。到了半夜就急瀉不止。到了第二天，他全身軟弱乏力，疲憊不堪。蘇東坡略懂醫術，於是利用黃芪等藥熬粥服食。當時蘇東坡胃口不佳，食慾不振，卻依然硬著頭皮參加朋友所設的宴會。此後他的病情持續轉差，據記載，他「某一夜發熱不可言，齒間出血如蚯蚓者無數。」意思就是指他開始發燒與牙齦出血。蘇東坡之後再服用了人參等補藥。

 

到了常州之後，蘇東坡寫道自己「百病橫生，四肢腫滿，渴消唾血，全不能食者，二十餘日矣。自料必死。」他知道自己命不久矣，最後決定辭官在常州休養。他抵達常洲時，河岸邊有成千上萬的人夾道歡迎，但人們並不知道，蘇東坡此時已經病入膏肓。蘇東坡到了常州，病情每放愈下，最終在常州的藤花舊館逝世。

 

清代的士大夫陸以湉對醫學很有興趣，他研究蘇東坡的病歷，在《冷廬醫話》一書中寫道「病暑飲冷暴下，不宜服黃芪，殆誤服之。胸脹熱雍，牙血氾濫，又不宜服人蔘、麥門冬。噫，此非為補藥所誤耶？」大意是說，蘇東坡的病症是「暑毒」，不宜服用黃芪及人參等補藥。蘇東坡自行斷症，濫服補藥，反而令到病情惡化。

 

史丹福當然不懂傳統中國醫學的概念，亦對中草藥的認識相當有限，所以無法評論陸以湉先生的意見。不過根據現代醫學，蘇東坡先是腹瀉，之後發燒，病徵似乎與腸胃感染最為吻合。

 

而對血液學醫生來說，最感興趣的症狀自然是「齒間出血如蚯蚓者無數」。牙齦出血是止血系統異常的症狀。正常人體內有血小板與凝血因子等機制去預防出血。當這些系統出現異常，身體就會有不尋常的流血現象。一般來說，血小板的問題較易引起皮膚疼傷、流鼻血、牙齦出血及女士經血增多等。而凝血因子的問題則較常出現深層流血，例如肌肉內出血及關節出血等。

 

那麼假如蘇東坡真的患有感染，那又與出血症狀有何關係呢？合理的推斷是，蘇東坡腸胃中的細菌走到血液中，引起敗血症（sepsis）。某些細菌的細胞壁外層含有脂多醣（lipopolysaccharide），而細菌引起的免疫反應又會令免疫細胞釋放出細胞因子（cytokine），再加上不同的生化機制，令體內出現不受控的發炎反應。發炎反應會令血管的內皮組織產生大量的組織因子（tissue factor），凝血系統被大規模地激活，結果凝血因子及纖維蛋白原就被消耗得很快，血小板亦會同時消耗掉，結果令蘇東坡容易出血。

 

凝血系統被激活反而會引起流血症狀，這看似很違背直覺，但其實並不難理解。打個比喻，一個人在不適當的時候大量花錢，不單不會令他變得富有，反而會令他變得一貧如洗，正如俗語所講，「冇咁大個頭唔好帶咁大頂帽」。同樣道理，在不適當的時候激活凝血系統，只會令身體中的凝血因子及血小板在毫無意義的情況下被用掉，結果反而會容易流血。臨床上，這情況叫做瀰漫性血管內凝血（disseminated intravascular coagulation，簡稱DIC）。

 

不過嚴格來說，瀰漫性血管內凝血並不是一個疾病，它只是一個由疾病引起得現象，它背後的疾病才是始作俑者。可以導致瀰漫性血管內凝血的疾病有很多，除了敗血症之外，還包括某些惡性腫瘤、大規劃創傷、中毒、急性溶血及妊娠併發症（如羊水栓塞）等。

 

根據記載，除了牙齦出血之外，蘇東坡似乎未有其他嚴重的流血症狀。因此，雖然他可能有瀰漫性血管內凝血，但這並不是他的主要致命原因。他最終死亡的原因有可能是敗血症併發的多重器官衰竭。

 

除了感染之外，又人認為蘇東坡是死於中暑，不過蘇東坡的症狀持續多時，假如蘇東坡真的出現中暑，他理應在很短時間內就會過身。假如他只是出現較輕微的熱衰竭（heat exhaustion），他只需回到陰涼及空氣流通處休息，並且多喝水，應該很快就會復原。因此不論是中暑或是熱衰竭，都很難解釋到蘇東坡持續發燒的症狀。

摩納哥大親王、葡萄牙戰艦水母與過敏性反應

摩納哥是世上面積第二小的國家。摩納哥為君主立憲制國家，君主為摩納哥大親王。

摩納哥雖小，卻一樣有著很有趣的歷史。例如其前大親王阿爾貝一世（Albert I）就是一位很特別的君王，他是一位「被大親王耽誤的科學家」。他本身是一位海洋學專家。除此之前，他也對人類古生物學及礦物學很感興趣。摩納哥的外交人員甚至會在世界各國尋找科學論文寄給他。

阿爾貝一世親王對海洋學的興趣後來竟然引致了一個重要的科學發現。話說阿爾貝一世在他的遊艇上收藏了各式各樣的海洋生物。在1902年，阿爾貝一世在邀請了法國生理學家里歇 （Charles Richet）和醫生（Paul Portier）到其遊艇上研究僧帽水母（Physalia physalis）的毒液。這種水母有「葡萄牙戰艦」的稱號，其毒液毒性頗強，被這水母刺到的話，輕則劇痛，重則致命。

兩位科學家從水母觸鬚中提取毒物的試驗。他們試圖利用類似疫苗免疫的原理令狗隻獲得對毒素的抵抗力。他們先把小劑量的毒素注入狗體內，讓狗隻免疫。隔一段時間後為狗隻注射第二劑毒素。他們本來以為免疫會令狗隻對毒素的抵抗力提升，誰不知結果卻完全相反。狗隻出現了嚴重的反應，出現呼吸困難，並很快死亡。他們發現無論第二劑的毒素劑量有多小，都不影響結果，狗隻都會出現嚴重反應並死亡。最後他們得出結論，認為反應並不是單純由毒素引起，而是一個免疫現象。他們把現象命名為anaphylaxis，即過敏性反應。里歇其後繼續研究此現象，並於1913年獲得諾貝爾生理學及醫學獎。摩納哥之後亦曾經發行過郵票去紀念這件美事。

那麼過敏性反應又與血液學有沒有關係呢？答案是肯定的。過敏性反應是由肥大細胞（mast cell）所釋放的組織胺（histamine）所引起。肥大細胞是血液細胞系統的一部分。有一種名為系統性肥大細胞增多症（systemic mastocytosis）的血液癌症，其病因就是肥大細胞出現癌變而不受控地生長。患者有機會出現反覆的過敏性反應。而且系統性肥大細胞增多症非常特別，經常伴隨著另一些骨髓性的血液腫瘤同時出現。

資料來源：

Cohen SG, Zelaya-Quesada M. Portier, Richet, and the discovery of anaphylaxis: a centennial. J Allergy Clin Immunol. 2002;110(2):331-6.

以基因分析破解貝多芬的肝病之謎

貝多芬的健康狀況一直都是醫學界的未解之謎，這議題吸引了很多醫學學者的興趣。 

貝多芬是一位失聰患者，失聰影響了他的音樂創作能力，但他憑著其不屈不朽的毅力，克服重重困難，最終在完全失聰的情況下創作出千古傳頌的《第九交響樂》。這狀舉至今仍為人所津津樂道。

貝多芬的畫像（來源：Wikipedia）

除了耳朵的毛病外，貝多芬亦患有慢性肝病。貝多芬生前曾出現黃疸、腹部腫脹、下肢腫脹等症狀，這些都是肝硬化與肝衰竭的症狀。醫生曾在死後為貝多芬進行解剖，並發現的他肝臟已經萎縮到正常肝臟體積的四分之一。

貝多芬失聰與肝硬化的成因是甚麼？基因突變是否致病的因素之一？要解答這難題，最好的方法當然是抽取貝多芬的DNA樣本進行基因分析。奈何這項工作的技術需求極高，因此長期以來都未有科學團隊能夠進行這工作。直到近日，這個幻想終於成真，由劍橋大學的生物人類學家貝格（Tristan Begg）帶領的研究團隊成功對 8 組聲稱是貝多芬頭髮樣本中取得 DNA 進行基因分析。他們的結果在2023年4月被刊登在《當代生物學》（Current Biology）期刊中。

 

貝多芬的肝臟

史丹福在經常強調，無論醫學檢測技術多麼先進，醫學診斷都始終離不開細心地研究病人的病歷。醫生們不能本末倒置，因為擁有尖端檢測技術而忽略病人的病歷。

因此，我們也不妨先從貝多芬的病歷說起。史丹福在在其他文章中詳盡地分析過貝多芬聽力問題相關的病歷，並在本文中集中討論與其肝病相關的病歷。

貝多芬自1792年開始已經有反覆的腹痛與腹瀉。之後，他時不時都會有類似的腸胃症狀。貝多芬曾經表示這些腹痛有時候會嚴重到令他需要「增加喝酒量去減少疼痛」。不過到了晚年，他發現喝酒反而會增加他的腹痛。

貝多芬的父親嗜酒如命，而貝多芬同樣非常喜歡喝酒。據聞貝多芬生前至少每天喝一瓶葡萄酒，不過我們無從稽考這傳言是否屬實。 然而我們可以從以下的故事中側面地了解到貝多芬有多喜歡喝酒。貝多芬曾經愛上自己的學生特雷莎．馬爾法蒂（Therese Malfatti）。他原本計劃在特雷莎父親舉行的宴會上演奏自己為她而寫的作品並求婚，誰不知貝多芬在宴會上還未求婚就喝醉了，求婚的事於是就不了了之。他所寫的琴譜也遺留了在特雷莎的家裡，多年後才被找到。更有趣的是，貝多芬原本把作品命名為《給特雷莎》，不過他的字跡太潦，後人竟然把作品名稱錯讀為《給愛麗絲》（Für Elise）。貝多芬這部愛意綿綿的鋼琴小品從未被女主角所聽過，但之後卻成為了名頌千古的作品，真是不得不令人慨嘆天意弄人。

除了腸胃症狀外，貝多芬亦時不時有關節痛的問題。1821年，貝多芬出現黃疸、腹痛與嘔吐。黃疸足足維持了幾個月。1825年，貝多芬出現了另一次嚴重的黃疸，甚至有流鼻血與吐血的情況。翌年，他的健康情況急劇惡化，他出現發燒，肝臟腫大、腹漲。醫生多次為他進行腹腔穿刺術去抽取腹腔内的腹水，每次都抽到10升或以上的大量腹水。大家可以想像一下一個人的腹內如果有多達10升的液體，他的腹部會漲得多麼誇張。

最終，貝多芬在1827年3月26日過身，享年56歲。貝多芬在死前仍然不忘喝酒，據說當貝多芬病入膏盲，時日不多時，他收到了友人贈送的葡萄酒，貝多芬已經病到連酒都喝不到，他說：「可惜，可惜，為時已晚！」 這句話竟然成為了他最後的遺言。

概括貝多芬的病歷，有學者認為反覆貝多芬的腹痛與腹瀉與發炎性腸病（inflammatory bowel disease）相關，又有學者認為他的關節痛可能是系統性紅斑性狼瘡（systemic lupus erythematosus）的病徵。不過這些診斷的爭議較多，學界暫時並沒有共識。

然而根據病歷，貝多芬肯定患有肝硬化與肝衰竭，他的病徵與肝硬化及肝衰竭完全吻合。學界對這個診斷也是毫無異議的。

肝臟負責排出一種名為膽紅素（bilirubin）的色素。肝衰竭會令膽紅素積聚在體內。膽紅素雖然以「紅」命名，但其實它呈橙黃色。當過量的膽紅素積聚在體內，患者的皮膚與眼白會發黃，引起黃疸。

肝臟亦負責合成凝血因子，因此肝衰竭的患者缺少足夠的凝血因子，並容易有流血的問題。貝多芬曾有流鼻血的症狀，亦與肝衰竭吻合。

至於貝多芬吐血與腹水的症狀則相當有可能由肝硬化引起。肝硬化是指因肝臟長期受損而肝纖維組織增加的情況。肝硬化令血液相當難穿過肝臟內的血管，於是血液塞了在提供血液給肝贓的肝門靜脈，令該血管的壓力持久增高，引起肝門靜脈高壓（portal hypertension）。

大家可以把血管系統想像成水渠。當水渠被阻塞，污水排不走，就有機會產生「爆屎渠」這個災難性的現象，令排泄物如噴泉般從廁所湧出，這絕對是人生的其中一個大夢魘。同樣地，血液積聚在肝門靜脈中排不走，亦只好從其他的途徑排走。其中一個途徑是回流至胃食道靜脈。這會令該處的血管產生曲張，嚴重時甚至會破裂，令大量的血液從胃食道靜脈湧出。肝硬化的患者很容易因而死亡。貝多芬吐血的情況很有可能與肝門靜脈高壓引起胃食道靜脈曲張相關。

另一方面，肝門靜脈高壓亦會令血液中的水份被「擠壓」到腹腔內，形成腹水。肝衰竭亦影響肝臟合成一種名為白蛋白（albumin）的蛋白質，令血管內的滲透壓（oncotic pressure）下降，血液中的水份可以透過滲透作用（osmosis）離開血管，進一步加劇腹水的問題。貝多芬的腹上就是透過這些機制而形成的。

最後值得一提的是，肝病也可以影響紅血球的形態。在貝多芬的年代，血液病理學尚未有充足的發展，當年的醫生亦不懂得進行血液的形態分析。不過今天我們知道肝病會影響膽固醇代謝，令紅血球的膜出現異常，變成棘狀紅細胞（acanthocytes）。這種異常的紅血球像是「海膽」，三尖八角，它們的表面上有2至20個不規則的凸出。有些嚴重肝病的病人更會出現溶血性貧血，這個現象被稱為棘狀紅細胞溶血性貧血（spur cell haemolytic anaemia）。

慢性肝病患者的周邊血液抹片，紅色箭嘴指著的是棘狀紅細胞

單從病歷推斷，貝多芬的肝硬化與肝衰竭可能是來自喝酒引起的酒精性肝病，另一個可能性是由乙型肝炎病毒或者丙型肝炎病毒引起的病毒性肝炎。除此之外，有一些的遺傳性疾病也可以引起肝病，例如遺傳性血色素沉着症（hereditary haemochromatosis）、威爾遜氏症（Wilson’s disease）及α-1抗胰蛋白酶缺乏症（α-1 antitrypsin deficiency）等。因此文章最初提到的基因分析研究絕對有助我們了解貝多芬肝病的成因。

 

基因分析的結果

文章最初提到的研究團隊總共為8 組聲稱是貝多芬的頭髮樣本進行了基因分析，其中只有5組被斷定為確實來自貝多芬。

在介紹團隊所做的檢驗前，請先容史丹福簡短地介紹一下基因與疾病的關係。基因可以透過不同的模式引起疾病。有些遺傅性疾病屬於單基因疾病，也就是說疾病被一個或少數幾個基因變異組合所影響。在這些疾病中，基因的影響效應極強。如果一個人有致病的基因組合，就差不多必定會有疾病。單基因疾病的例子包括血友病、地中海貧血症與G6PD缺乏症等。但有也有疾病被多種基因變異所影響，它們被稱為多基因疾病。在多基因疾病中，單獨的一組基因影響效應較小，但多組基因可以互相影響，再加上環境因素一起影響增加患病的機會。常見的例子包括糖尿病、冠心病等。也就是說，有一些基因變異可以增加人患上糖尿病、冠心病的機會，但假如那人有健康的生活、充足的運動、均衡的飲食，他一樣有機會不會患病。

在基因檢測的領域來說，單基因疾病是比較容易分析的。團隊分析了55個與單基因失聰相關的基因與137個與罕見單基因系統性紅斑性狼瘡及發炎性腸道疾病等相關的基因。結果為陰性，也就是說貝多芬並沒有單基因性失聰及其他單基因的系統性疾病。

研究的另一個方向是探討貝多芬有否患上肝病及腸胃疾病。肝病及腸胃疾病大多屬於多基因疾病，因此基因分析較為複雜。研究的團隊於是採用了「多基因風險評分」的方法去分析。這方法綜合多個基因變異風險的總和去預計貝多芬患上這些疾病的機會率。結果發現貝多芬患有肝衰竭的風險很高，屬於第96百分位（percentile），亦即是表示貝多芬患有肝衰竭的機會比96%的人高。另外，團隊亦在樣本中發現了乙型肝炎病毒的基因，顯示貝多芬生前受到乙型肝炎病毒感染。乙型肝炎病毒感染與高風險的基因變異加起來，為貝多芬肝衰竭的成因提出了充分的解釋。

研究分析了眾多與肝衰竭相關的基因。由於史丹福並非肝科專家，所以對當中的大部分基因都談不上相當熟悉。但研究中談及到的其中一個結果卻相當能夠吸引史丹福的眼球，因為當中牽涉到的基因與血液學息息相關──貝多芬擁有HFE C282Y與H63D的基因變異。

 

HFE基因與遺傳性血色素沉着症

HFE基因負責製造出一種參與鐵質吸收調控的蛋白質。而鐵質是一種與血液學息息相關，密不可分的營養素。因為血紅蛋白是需要依靠鐵質去合成的，因此紅血球必須有足夠的鐵質才可健康成長。

鐵質作為一種如此重要的營養素，我們的身體當然有一個精密的機制去確保體內的鐵質保持在一個適當的水平。正所謂過猶不及，身體中的鐵質不宜過多，也不宜太少。太少鐵質會影響紅血球的成長，引起貧血，但過多的鐵質則會蓄積於體內，毒害肝臟、心臟及胰臟等器官，引起器官病變，造成肝硬化、心臟衰竭與糖尿病。

HFE基因突變正正會令身體不受控地吸引鐵質，破壞那個美妙的平衡，引起一種名為遺傳性血色素沉着症的疾病。醫生一般會用血清中的鐵蛋白（ferritin）濃度去推斷有病人體內儲存鐵質的情況。正常男性的血清鐵蛋白濃度為12 - 300ng/ml，女性12 - 150ng/ml。如果檢測者的血清鐵蛋白濃度高於1000 ng/ml，就可能患上了此病。

HFE的C282Y和H63D突變是最常見的兩種致病突變。其中C282Y突變的致病能力較高，與遺傳性血色素沉着症顯著相關，而H63D突變對遺傳性血色素沉着症的影響則較低。HFE的基因突變在歐美國家頗為常見，C282Y與H63D突變的頻率分別高達6.2%與14.0%。不過這些突變在亞洲人中非常罕見，因此香港的遺傳性血色素沉着症患者非常少。

正常人的細胞中有一對HFE基因，分別來自父親及母親。遺傳性血色素沉着症屬於一種體染色體隱性遺傳病（autosomal recessive disorder），也就是說單單一個HFE突變不足以致病，一個人需要同時有突變出現在一對HFE基因上，他才會有機會發病。根據統計，一個男士如果同時擁有兩條HFE C282Y突變基因，他的發病機會為28%。如果他時擁有一條HFE C282Y突變基因與一條H63D突變基因，發病機會則為13.5%。

貝多芬同時擁有HFE C282Y與H63D的基因變異，雖然這並不代表他必然會患上遺傳性血色素沉着症，不過他的身體有傾向吸收得較多鐵質，必然會增加肝臟的負荷。不幸的是，貝多芬除了HFE基因突變外，更同時擁有另一種高危基因PNPLA3的變異。PNPLA3的基因會增加貝多芬患上脂肪肝的風險。貝多芬的幾種基因突變，再加上他同時有乙型肝炎病毒感染，又喜歡喝酒。幾重打擊下，他的肝臟變得相當不堪一擊，他最終亦因為肝衰竭及肝硬化而過身。

那麼假如貝多芬活於現在，現代的醫學又能如何拯救他呢？

所謂預防勝於治療，幫助貝多芬的最好方法就是在肝臟尚健康的時候開始保護它。首先，貝多芬必須戒酒。抗乙型肝炎病毒的藥物可以抑制病毒，減低病毒對肝臟的傷害。至於鐵質過量的問題則可以透過放血治療（phlebotomy）的方式處理，這種療法可以移除患者體內的紅血球，而鐵質亦會隨同紅血球一起排出體外。不過如果貝多芬已經出現了嚴重的肝衰竭與肝硬化，以上的療法就不再有效，因為肝臟的傷害很大程度上是不能逆轉的，這時候就只有肝臟移植的方法才能拯救貝多芬。

資料來源：

Begg TJA, Schmidt A, Kocher A, Larmuseau MHD, Runfeldt G, Maier PA, et al. Genomic analyses of hair from Ludwig van Beethoven. Current Biology. 2023;33(8):1431-1447.e22.  

Oiseth SJ. Beethoven's autopsy revisited: A pathologist sounds a final note. Journal of Medical Biography. 2017;25(3):139-147.

Kubba AK, Young M. Ludwig van Beethoven: a medical biography. Lancet. 1996;347(8995):167-70.

Murphree CR, Nguyen NN, Raghunathan V, Olson SR, DeLoughery T, Shatzel JJ. Diagnosis and management of hereditary haemochromatosis. Vox Sang. 2020;115(4):255-262.

意大利前總理貝盧斯科尼所患的慢性白血病

有留意國際政壇的朋友肯定不會對貝盧斯科尼（Silvio Berlusconi）這位意大利前總理感到陌生。貝盧斯科尼大概是意大利近二十年來最具話題性的政治人物。

近日，貝盧斯科尼因為呼吸困難而送往米蘭聖拉斐爾醫院（San Raffaele Hospital）深切治療部。根據報道，貝盧斯科尼罹患了一種頗為罕見的白血病－－慢性骨髓性單核球性白血病（chronic myelomonocytic leukemia，簡稱CMML）。貝盧斯科尼已到經患上此病一段時間，但病情暫時仍屬慢性的階段，也就是說尚未演化成急性白血病。

CMML是一種罕見的白血病，大眾對他的應該應該不深。究竟這是一種怎樣的疾病？

貝盧斯科尼（Reuters: Remo Casilli）

貝盧斯科尼的政治生涯

不過在史丹福介紹CMML之前，也許我們也應該先回顧一下貝盧斯科尼的生平。

貝盧斯科尼生於1936年。在從政之前，他已經是位相當成功的商人。他透過投資商業電視台而成了億萬傳媒大亨。他又在1986年收購了AC米蘭足球會並成為主席， AC米蘭在他的領導下曾經取得非常卓越的成績。

1994年，貝盧斯科尼開始投身政治，並在同年首次出任意大利總理。他在其政治生涯中共三度擔任意大利總理，也是執政時間最長的意大利總理。即使後來離任總理，他仍在意大利政局有很大的影響力，並主宰著意大利政局的發展。

貝盧斯科尼在政治上非常成功，但他的私生活卻非常混亂，因而被受批評。例如他曾被揭發舉辦性愛派對，又曾被指控與未成年妓女有性交易、欺詐及逃稅。

貝盧斯科尼也因政治失態而著稱，經常失言。他曾稱美國的非裔前總統奧巴馬「年輕、英俊，而且還被曬黑了」，他以奧巴馬的種族來開玩笑，非常不合適。 此番言論一經當地媒體報導，立即引起一片譁然。 而他矚目的一次失言事件莫過於在一次公開場合中對一位下議院女議員說「假如我還未婚的話，我現在就會立刻娶妳」及「我會帶著妳浪跡天涯」，這些調情的言論引起他當時妻子（兩人現已離婚）的不滿，她甚至要求貝盧斯科尼在敵對的媒體la Repubblica新聞報上刊登一份道歉的公開信。

上年，他又因為與普京私交甚篤而被受爭議。貝盧斯科尼與普京一直關係友好，在俄鳥戰爭爆發後，貝盧斯科尼仍與普京保持私交。他表示自己生日時收到了來自普京的20瓶伏特加和一封「甜蜜信件」作為禮物，而他也以葡萄酒與「同樣甜蜜的信件」作為回禮。他亦在烏克蘭問題上再次失言。他把戰爭的爆發歸咎於烏克蘭總統澤連斯基，言論激起眾怒。他所在的意大利力量黨亦需要急忙澄清在對烏問題上的立場，為事件降溫。

貝盧斯科尼近年雖然仍活躍於政壇，但他的健康似乎欠佳，並出現多種健康問題。他曾在2016年接受心臟手術。他又曾患上前列腺癌。他在2020年確診2019冠狀病毒病（COVID-19）而需留院11日，之後傳出多次進出醫院的消息。近日，他又因呼吸困難而需要在醫院的深切治療部留醫。4月6日，醫生證實貝盧斯科尼患上慢性骨髓性單核球性白血病已有一段時間。

 

淺談慢性骨髓性單核球性白血病

慢性骨髓性單核球性白血病究竟是一種怎樣的白血病？

白血病的分類相當複雜。即使是醫生，假如並沒有於血液學受訓，相信亦一樣會被各式各樣的白血病名稱搞得頭昏腦脹。

但假如我們追本溯源，認真分析名稱的含意，相信亦可以對疾病的特徵有一定理解。

慢性骨髓性單核球性白血病是一種慢性白血病。慢性白血病的症狀較為溫和，甚至完全沒有病徵，病人就算不接受治療也可以存活一段長時間。至於急性白血病則會引起急性症狀。如果不接受治療，病人會在短時間內死亡。在傳統的理解上，慢性白血病與急性白血病的分野在於母細胞（blasts）的數量。母細胞是一種非常原始的血液細胞，如果母細胞在血液或骨髓中的比率少於20%，疾病就屬於慢性白血病，否則就屬於急性白血病。不過隨著分子遺傳學的發展，慢性白血病與急性白血病的分類方式已加入基因轉變的考慮，而非完全取決於母細胞的數量。

慢性骨髓性單核球性白血病又顧名思義是一種「骨髓性」與「單核球性」的白血病。也就是說，該病中的癌細胞是骨髓性細胞（myeloid cells）及單核球性（monocytic cells）。

患者的血液中常有單球球增多（monocytosis）的情況。這是疾病的必備條件。根據定義，如果患者血液中的單核球沒有增多，疾病就不能被歸類為慢性髓性單球性白血病。以下是慢性骨髓性單核球性白血病患者的周邊血液抹片，大家可以見到單核球（monocytes）的數量明顯增多。

在分類上，慢性髓性單球性白血病屬於骨髓異變/骨髓增殖性腫瘤（myeloproliferative/myelodysplastic neoplasm）。這些醫學術語看似嚇人，但其實完全是「鱷魚頭老襯底」，樣子嚇人，意思卻相當簡單。「異變」指長得醜，「增殖」指長得多。慢性髓性單球性白血病就是一種令髓性細胞及單球性細胞生得又多又醜的疾病。一般來說，患者的單核球增多，而骨髓性細胞、巨核細胞（megakaryocytes）或紅血球先驅細胞都有機會變醜（即異變）。這些特徵在骨髓性腫瘤來說算是相當獨特，因為大部分的腫瘤都會偏向骨髓異變或骨髓增殖的其中一邊，而慢性骨髓性單核球性白血病卻兩者併存，可稱得上是骨髓性腫瘤（myeloid neoplasms）中的異類。

慢性髓性單球性白血病的臨床病徵也可分為「增殖」（細胞變多）及「異變」（細胞變醜）這兩類病徵。如果血液細胞太多，它們會積存在肝臟與脾臟中，做成肝脾腫脹。過多的血液細胞會激發細胞因子，引起發燒、夜間盜汗、體重減輕等全身癥狀（constitutional symptoms ）。另一方面，如果血液細胞太「醜」，這就意味著他們的發育不良，因此紅血球、嗜中性白血球、血小板等正常的血液細胞會降少，病人就會有貧血、感染、流血等問題。

近年，分子遺傳學的技術發展迅速，醫學界對疾病的機制也有了較深的認識。科學家及現疾病的癌細胞中常帶有ASXL1、TET2、SRSF2基因等的突變。這些突變可以負責組蛋白修飾（histone modification）、DNA甲基化（DNA methylation）及RNA剪接（RNA splicing）等功能，它們的突變會影響血液細胞的正常生長，做成血液腫瘤。

不過一般大眾對這些複雜的血液腫瘤分類及分子遺傳學興趣不大。對大眾來說，大家最感興趣的可能是疾病會如何影響貝盧斯科尼？貝盧斯科尼的存活時間有多長？他有甚麼治療方案？因為貝盧斯科尼在意大利的政壇仍然有很大的影響力，他的健康對歐洲以至全世界的局勢都可以產生影響。

慢性髓性單球性白血病在慢性期時的病情一般較為穩定，但假以時日，疾病可以演化為急性期，患者的死亡率會大大提升。血液學家們透過數學分析，發明了一個名為CPSS-Mol的計分系統去判斷病人的預後（prognosis），並可以預測存活時間有多長。這個計分系統包括了患者是否需要依賴輸血、白血球數量、母細胞數量、細胞遺傳學與分子遺傳學的結果等。我們不知道貝盧斯科尼的這些血液學及遺傳學特徵，因此很難判斷其預後。不過根據貝盧斯科尼的醫生所解釋，貝盧斯科尼的疾病暫時仍處於慢性期，而未有演化成急性期。

至於治療方案，除了輸血等的舒緩性治療外，還有異體骨髓移植及低甲基化藥物（hypomethylating agent）等兩大方案。但貝盧斯科尼以年屆86歲，已經不適合進行異體骨髓移植這種極為高危的治療，所以相信會是最主要的治療方案是阿扎胞苷（azacitadine）等的低甲基化藥物。低甲基化藥物可以抑制幫助DNA甲基化的酶，引起「低甲基化」（hypomethylation）的現象，活化一些對抗癌症的基因，幫助異常細胞回復正常運作。