維生素,看似微不足道,只需幾毫克就能救命,卻默默改寫了人類歷史。它們不提供熱量,但卻是生命正常運作的關鍵—一個小小的缺口,就可能帶來疾病甚至死亡。今天,我們要回顧的,是這些微小物質如何從隱形英雄,變成拯救海員、孩童與現代人的奇蹟。
海員與壞血病的悲劇
在18世紀,長途航海可不是浪漫冒險,而是生死攸關的挑戰。船員們常常因為壞血病而喪命,牙齦出血、皮膚瘀青,最後全身無力倒下。壞血病(Scurvy)是一種因 維生素 C(抗壞血酸)缺乏 引起的疾病,連續一個月沒有攝取維生素 C 就可能罹患,在茫茫大海超過數月到數年,基本上跑不掉。
這個問題有多嚴重呢?舉個例子,18 世紀 40 年代,英國遠征隊突襲太平洋上的西班牙領地,原有 2,000 名士兵中,有 1,300 人因病去世。
古希臘與羅馬時代已有壞血病的描述,例如希波克拉底曾記錄船員口腔潰爛、牙齦出血的症狀。歷史上,它常與長途航海密切相關,是船員的噩夢:當時的醫生百思不得其解。18 世紀,蘇格蘭醫生詹姆士·林德(James Lind)發現,柑橘類水果能有效預防壞血病。1795 年,英國皇家海軍開始規定每天發給船員半個檸檬,壞血病大幅下降,船員健康顯著改善。

1747 年,詹姆斯‧林德 (James Lind) 在索爾茲伯里號 (HMS Salisbury) 上進行了醫學上有記錄的最早的臨床試驗之一。
精白米與腳氣病的啟示
19世紀末,荷蘭醫生克里斯蒂安·艾克曼(Christiaan Eijkman)在印尼研究雞腳氣病時意外發現,食用精白米的小雞會生病,換回全米就好轉。起初,他以為是感染病原,但仔細觀察後才發現是缺乏某種微量成分。這個小發現,最終揭開了維生素 B1(硫胺素)之謎,也讓腳氣病在亞洲廣泛控制。維生素 B1也是第一個被發現的 B 群。
1906年,英國生物化學家弗雷德里克·高蘭·霍普金斯(Frederick Gowland Hopkins,1861-1947)提出營養與腳氣病、壞血病等疾病之間存在關聯。他在1912年《生理學期刊》上發表了一篇題為《餵食實驗闡明正常飲食中輔助因素的重要性》的論文,實驗對動物進行餵食試驗,動物在飼餵由純蛋白質、脂肪、碳水化合物和鹽組成的合成飼料時無法生長。當霍普金斯在樣本動物的飼料中添加微量牛奶時,它們能夠利用合成飼料混合物促進生長。霍普金斯推斷,除了這些類別之外,一定還存在一些必需的營養物質,他稱之為「輔助食物因素」。
1911年在倫敦工作的波蘭生物化學家卡西米爾·芬克(Casimir Funk,1884-1967)從稻殼中分離出這種物質。1912年他發表了一篇極具關鍵性的論文《缺乏性疾病的病因》[1]。馮克認為某些物質對生命至關重要,由於這些物質攸關生命(vita),而根據他的研究,這些物質是屬於胺類(amine),所以他建議將此類物質統稱為Vitamine。至於其他個別物質,則根據它們的相關疾病而稱為Beri-Beri Vitamine(Beri-Beri是僧伽羅語,斯里蘭卡用語,意思是不能不能,指為病重得不能做任何事。現在叫做Vitamin B1),Scurvy Vitamine(現在叫做Vitamin C),以及其他尚未有疾病關聯性的XXX Vitamine。
大約同時,美國威斯康辛大學生物化學家埃爾默·麥卡勒姆(Elmer McCullum,1879-1967)和瑪格麗特·戴維斯對不同動物群體進行了飼料實驗,他們在1913年發現某些脂肪中存在的一種「輔助」物質對大鼠的生長至關重要,將其先稱作「因子A,Factor A」或脂溶性A。
1915年麥卡勒姆從當時盛行的腳氣病中發現「因子B,Factor B」或稱水溶性B的重要,腳氣病有多發性神經炎、體重下降、精神萎靡等症狀,從飲食缺乏中釐清可能導致的後果,從而發現「因子B」與抗神經發炎重要分子相同,自此解開當時腳氣病的病因之謎。由於在脂溶性因子中看不到胺的存在,因此他避免使用芬克提出的Vitamine這個詞。麥卡勒姆發現的就是後來的維生素A與維生素B1。
霍普金斯、芬克、麥科勒姆等人的發現引發了全世界對這一新研究領域的極大興趣。在營養與維生素缺乏症之間的關聯確立之後,掀起了維他命的研究風潮,發現維生素具體成分的任務便正式展開。
1926年,同樣在荷屬東印度群島工作的荷蘭化學家巴倫德·詹森(Barend Jansen,1884-1962)和威廉·多納特(Willem Donath,1889-1957)從米糠萃取物中分離出抗腳氣病因子晶體。艾克曼對該化合物進行了測試,發現它能夠治癒鳥類的腳氣病。這種抗腳氣病因子是第一個被分離出來的維生素,證實了霍普金斯和芬克的理論。它後來被命名為維生素B1或硫胺素(也寫作硫胺素)。
維他命命名之爭
維他命的發現才方興未艾,它的命名已經引起學術界的爭論。最早的命名來自於芬克,也就是大家習慣的Vitamine,中文音譯維他命或翻譯為維生素,但多了尾巴一個e。
麥科勒姆對芬克所提的命名法極力反對,可以說是到了水火不容的地步。
1916年麥科勒姆和他的研究生Cornella Kennedy在《Journal of Biological Chemistry》期刊發表的The dietary factors operating in the production of polynuritis[2]提出,「Vita-(生命)」形容過於浮誇,過度強調此類物質的重要性,不符合科學研究應當遵守的的嚴謹特質。結尾的「-amine(胺基)」又太偏頗,根據當時大多數人所做的研究,沒有證據顯示此類物質是amine(胺)。他建議直接用脂溶性(Fat-soluble)、水溶性(Water-soluble)是當時唯一可以區分此類物質的特性,而英文字母的使用可以讓未來新發現的此類物質繼續加入家族行列,因此認為應該命名為Fat-soluble A、Water-soluble B。
而1920年學者傑克·德拉蒙德(Jack Drummond)加入戰局,他提出了一個折中辦法[3],分子的命名規則有一種以字尾「-in」來概稱組成尚未明確的中性物質,基於此,建議將Vitamine具有化學特性的「胺」字尾(-ine)改成中性的「素」字尾(-in)。如此,Vitamine就改成Vitamin。然後採用McCollum的建議,在Vitamin之後用英文字母來表示不同維他命的發現順序。如此,這類物質就叫做Vitamin A、B、C等等。這種方式兼顧到Funk及McCollum兩個人原先的命名法,比Vitamine來得精確,比Scurvy Vitamine來得簡單,也比Fat-soluble A或Water-soluble B來得容易上口。
Vitamin很快就被大多數學者接受,原先反對Vitamine的McCollum也在兩年後的論文裡(1922)採用了Vitamin。可是,Funk就比較頑固。他一直到1926年發表的論文裡,都還是繼續用Vitamine這個字。而一直要到1936年在他發表的一本書裡,他才首度使用Vitamin這個字。
混亂的維他命命名
大家可能也注意到,維他命是音譯,維生素是意譯,而後頭跟著的ABCD原則上是依照研究者發表論文是的取名,從一開始麥科勒姆發現的A與B兩個未知物質,分別是後來的維生素A與維生素B1,但實際上後續的命名是一整個混亂的過程。維他命A到K的序列裡缺了F、G、H、I、J。而之所以會如此,是因為,在維他命研究的歷史過程中,原以為是新發現的維他命後來被證實是早已存在或根本就不是維他命。
最複雜也最混亂的,莫過於B這個大家族。科學家發現B1和B2後,又陸續發現了B3、B5、B6、B7……維他命是以功效而非結構命名的,非但在化學結構上不盡相同,能被稱為維他命的物質有胺、酸、醛,擁有不同的化學結構與性質,功能上有些也不大相干。
例如「維他命G」後來被證實是「維他命B2」,「維他命H」被證實是「維他命B7」,而「維他命J」則被證實是「維他命B2」。
維他命的陸續發現顯然改變了當時對疾病是由於傳染的看法,營養缺乏也可能致病,這解釋了腳氣病、夜盲症、壞血症等等疾病的原因,在醫學、生物領域上是重大的貢獻。因此諾貝爾因為維他命給予了一次獎項。
1929年艾克曼與霍普金斯獲頒諾貝爾醫學獎[1],前者獲獎理由是「他發現了抗神經炎維生素」,後者則是「發現促進生長的維生素」。
這兩位因為維他命獲得諾貝爾獎的研究者,顯然是因為他們是最早的發現者,因此被表彰。如今我們日常生活經常補充的維他命,或維生素,就是在這一連串的發現中陸續成為不同的維他命家族。
[1] Eijkman C. 抗神經炎維生素與腳氣病。 1922-1941年諾貝爾生理學或醫學獎講座。阿姆斯特丹:愛思唯爾出版公司;1929年。https://scholar.google.com/scholar_lookup?title=Antineuritic%20vitamin%20and%20beriberi.%20Nobel%20lectures,%20physiology%20or%20medicine%201922%E2%80%931941&author=C%20Eijkman&publication_year=1929&
[1] http://www.mv.helsinki.fi/home/hemila/history/Funk_1912.pdf The etiology of the deficiency diseases
[2] http://www.jbc.org/content/24/4/491.full.pdf
[3] 在1920年發表的The nomenclature of the so-called accessory food factors (vitamins)