האם ניצוץ גאוני או שמא מחקר מפרך, מביאים לתגליות גדולות ברפואה: אינסולין ולפטין כדוגמאות

פרופ' בן-עמי סלע, מנהל המכון לכימיה פתולוגית, מרכז רפואי שיבא, תל-השומר; החוג לגנטיקה מולקולארית וביוכימיה, פקולטה לרפואה, אוניברסיטת תל-אביב.

לעתים אנו שואלים את עצמנו כיצד נולדו התגליות הגדולות ברפואה. בפיזיקה, הדברים היו לכאורה פשוטים בהרבה. שם פעלו גאונים מסוגו של ארכימדס, שטבל ערב אחד באמבט ולפתע הגיח ממנו בשאגות "אאוריקה!", או ניוטון שהתרווח לנוח בגינת ביתו עד שתפוח עץ נפל על ראשו, וההמשך ידוע.

אך ברפואה הדברים מעט מורכבים יותר, שהרי מסתרי גופנו הם הסבוכים ביותר מכל סוד אחר של הבריאה, ולכן הבנתם קשה יותר.

כך אנו תמהים כיצד לדוגמה עלה בידם של חבורת חוקרים קנדיים צנועים, לגלות בשנת 1922 את ההורמון האנאבולי החשוב ביותר אינסולין, או כיצד גילה Jeff  Friedman הצעיר מאוניברסיטת רוקפלר בניו-יורק בשנת 1995 את הלֶפּטין, הורמון מטבולי אחר שחשיבותו עצומה.

נתחיל עם הבכיר והוותיק מבין השניים, אינסולין. לפני בידוד וזיהוי הורמון זה, האבחון של סוכרת בעיקר בקרב ילדים, היה במקרים רבים שווה-ערך לגזר-דין מוות. הטיפול היחיד שהיה זמין עד לפני כמאה שנה הייתה דיאטת הרעבה, עליה המליץ רופא אחר ממכון רוקפלר של אז, פרדריק אלן, מומחה לסוכרת.

אלן היה הראשון שהבין שסוכרת היא מחלה מטבולית, הגורמת למוות דרך שלב חריף של חֲמֶצֶת (acidosis). הוא סבר אם כן שרעב, או הגבלה קלורית, תקל על החמצת, אך הפיתרון היה זמני ביותר, ולא היה בו כדי למנוע את המוות.

הגילוי של אינסולין על ידי Banting, Best, Collip ו-Macleod בטורונטו, שינה בן-לילה את הטיפול בסוכרת, והורמון חלבוני קטן יחסית, המופרש באופן נורמאלי מבלוטת הלבלב, החזיר לחיים את אלה שהלבלב שלהם כשל בייצורו.

אך הקבוצה הקנדית שזכתה לתהילת עולם, לא הגיעה למה שהגיעה תוך טבילה באמבט או ישיבה תחת עץ תפוח. העולם הרפואי של אז כבר רחש ובחש בנושא הסוכרת, ורעיונות ומושגים חדשים ריחפו באוויר.

כך אנו מגיעים לביוכימאי היהודי שדווקא שמו אינו זכור כיום,Israel Kleiner , שעבד אף הוא, מעשה שטן, במכון רוקפלר בניו-יורק בין השנים 1910-1919.

קליינר היה מהראשונים שבחנו את היכולת הטמונה בתמצית של בלוטת הלבלב להקל על חולי סוכרת. במאמר שהוא פרסם ב-1919, שנתיים לפני מאמרם הראשון של Banting ו-Best, הוא הדגים שתמצית מהלבלב אך לא מרקמות אחרות, הייתה מסוגלת להפחית את רמת הסוכר גלוקוזה בכלבים סוכרתיים.

מאמרו זה שהתפרסם ב-Journal of Biological Chemistry, היה מופת של מחקר, כאשר המערך הניסויי כולל הביקורות היו מדויקים ומשכנעים להפליא. אלא שבאותה נקודת זמן-1919, חדל לפתע Kleiner  את מחקריו ואת פרסומיו המדעיים בנושא, ולא חזר אליהם מסיבה פרוזאית, וכך החמיץ את תהילת העולם שהפכה נחלתם של אחרים.

אך גם Kleiner  לא היה הראשון בתחום זה. שני החוקרים הגרמנים, von Mering ו-Minkowski פרסמו עוד בשנת 1890 את ממצאם שהרחקה של בלוטת הלבלב מכלבים, גרמה להם להשתנה מרובה, לצימאון ולסוכרת.

הרופא האמריקני הצעיר Eugene Opie מ-John Hopkins, פרסם אף הוא כבר ב-1900את הממצא שבאנשים עם סוכרת יש נזק ניכר דווקא לתאי Langerhans בבלוטת הלבלב, וכבר באותו מאמר העלה Opie את השאלה "מה תפקידם של איים אלה במניעת סוכרת?" אפשרות אחת שהעלה Opie הייתה שאכן איי לנגרהנס בלבלב מפרישים פקטור המשפיע על רמת סוכר בדם.

הגרמני Zuelzer פרסם ב-1908 שייתכן שהלבלב מייצר הורמון המווסת רמת סוכר בדם, והיה זה Pratt Joseph ב-1910 שהציע שאם אכן חומר המיוצר על ידי הלבלב חסר בחולי סוכרת, שמא ניתן לטפל בהם בתמצית של בלוטה זו. בשנת 1913 דווקאFrederick Allen , אותו מומחה לסוכרת מרוקפלר, ביטל בזלזול את האפשרות שהזרקת תמצית לבלב לחולי סוכרת תעזור להם, אך 42 שנה לאחר מכן, במכתב אישי שכתב Allen ב-1955 ל-Israel Kleiner, הוא התנצל בפני האחרון על קוצר הראות שלו, ונתן לו את מלוא הקרדיט על ממצאיו החלוציים שסללו את הדרך לגילוי אינסולין.    

חילוקי הדעות סביב השאלה האם סוכרת נובעת מחסר של הורמון מסוים המיוצר בלבלב, נבעו בעיקר כיוון שהכלים המחקריים לברר את הדבר היו מאוד מוגבלים לפני 100 שנה, בגלל שתי בעיות עיקריות: ראשית, באותם ימים ניתן היה למדוד בחיות עם סוכרת את רמת הגלוקוזה בשתן אך לא בפלסמה, ואף המדידה בשתן הייתה לא מדויקת באופן שהקשה על החוקרים לקבוע האם הטיפול בתמצית הלבלב אמנם הפחית את רמת הסוכר בדם.

שנית, תמצית הלבלב הייתה מאוד גסה והיו לשימוש בה תופעות לוואי, כולל חום ודלקת, כך שהשימוש בתמציות אלה לטיפול בבני אדם היה מוגבל.

תרומתה של הקבוצה הקנדית הייתה כמובן בבידוד של ההורמון אינסולין, באופן שלא הצריך טיפול בתמצית מלאה של הלבלב.

הבה נחזור שוב ל-Israel Kleiner, מאבות רעיון האינסולין. כאשר הוא התקבל לעבודה כחוקר צעיר במעבדתו של הפיסיולוג המפורסם אז, Samuel Meltzer ברוקפלר, החל Kleiner בניסויים בתחום המטבוליזם של סוכר בכלבים, על ידי עירויי לווריד של גלוקוזה, לכלבים בריאים ולכאלה מהם הוסרה בלוטת הלבלב, והפכו לסוכרתיים.

ב-1914 דיווחו השניים ששעה וחצי אחרי עירוי תוך-ורידי של כמות גלוקוזה גדולה, רמת הסוכר בפלסמה של הכלבים הסוכרתיים עלתה יותר מאשר פי-3 מהרמה שנמצאה בכלבים בריאים שהוזרקו באותו אופן לווריד עם אותה כמות גלוקוזה.

במחקר אחר של השניים, הם הראו שבאותם כלבים סוכרתיים שהורקו עם גלוקוזה לווריד, הזרקה לשריר של תמצית לבלב, מנעה את העלייה התלולה ברמת הסוכר בדם, וזה היה למעשה המחקר הראשון שהראה שתמצית לבלב יכולה לתקן את אי הסבילות לסוכר בחיות סוכרתיות.

מסקנת קליינר ומלצר מניסויים אלה הייתה שהסרת הלבלב אינה גורמת לרמת-יתר של סוכר בשל ייצור עודף שלו, אלא כתוצאה מהפחתה בצריכת סוכר על ידי הרקמות. החשיבות ההיסטורית של מחקרי קליינר ומלצר הייתה בכך שהם סתרו במידה מסוימת את הדוֹגמה ששלטה אז, שהייתה מבוססת על מחקריו המבריקים של הפיזיולוג הצרפתי הגדול Claude Bernard, שהיה הראשון שגילה שהכבד מסוגל לייצר בעצמו גלוקוזה, מה שהזין אז את התיאוריה המוטעית שסוכרת נגרמת אך ורק מיצירת יתר של גלוקוזה בכבד. 

אך הידע של קליינר ומלצר שהתפרסם כבר ב-1915, לא הביא באופן מיידי למציאת הפיתרון הטיפולי בבני אדם חולי סוכרת. העולם היה אז בעיצומה של מלחמת העולם ה-I, וגם סיום המלחמה ב-1918 לא החיש את מחקריו של קליינר. הסתבר שמלצר עצמו היה חולה סוכרת, וכשמחלתו החריפה הוא פרש מהמעבדה אותה ניהל, וזו התפרקה.

כל אנשי המעבדה כולל קליינר נאלצו לחפש לעצמם מקומות עבודה חלופיים, מה שהביא לפרישתו המוחלטת של קליינר מעבודת מחקר.

אך הדינאמיקה של חקר הלבלב והפרשותיו כבר נוצרה, ואכן Banting ו-Best במעבדתו שלMacleod  בטורונטו, החלו בשנת 1921 בניסוייהם על השפעת תמצית לבלב בכלבים סוכרתיים. במאמרם הראשון בנושא שפורסם בפברואר 1922, הם דיווחו על "71 הזרקות של תמצית לבלב לתוך 6 כלבים" עם תוצאות מבטיחות.

בנקודה זו, הציע ראש המעבדה Macleod לגייס למאמץ המחקרי את הביוכימאי James Collip, כדי שיסייע לנקות ולבודד את אותו "פקטור" מסתורי בתמצית הלבלב, לו ייחסו את הפעילות המסייעת להפחית רמת סוכר בדם.

תוך 10 חודשים הצליח האחרון, תוך שימוש בשיטות שהיו מקובלות אז כמו השקעה באלכוהול ו-isoelectric focusing, להפיק את החומר שבדיעבד נודע כהורמון אינסולין, אשר הוזרק לאדם חולה סוכרת, והתוצאות אכן היו דרמטיות.

תוך שנתיים, אינסולין הפך לשיטת הטיפול המקובלת בסוכרת, וכבר בשנת 1923 (שנה אחת בלבד לאחר פרסום המאמר הראשון שלהם המדווח על הצלחת הטיפול באינסולין) קבלוBanting  ו-Macleod את פרס נובל ברפואה על ההישג הקולוסאלי הזה.

כשאנו עוקבים אחרי רצף התצפיות המוקדמות ומסקנות הביניים עד לתגלית הסופית והמרשימה של אינסולין כהורמון המפקח בין השאר על רמת הסוכר בדמנו, אנו נזכרים באמירות של שתי דמויות היסטוריות שתרמו לעיצוב המחשבה והמחקר המדעי.

אחד מאבות הבקטריולוגיה, לואי פסטר הצרפתי, התבטא ש"בתחומי התצפיות המדעיות המזל פוקד רק את המוחות המבריקים"! במלים אחרות, לא תמיד תצפית מקורית ונכונה  מספקת, שכן צריך מוח מדעי מבריק להבינה, ולפרשה ולהסיק את המסקנה הנכונה.

עוד במאה ה-16 כתב הפילוסוף פרנסיס בייקון האנגלי, ש"ברגע שמושג מדעי נכון ניטע במוחותיהם של מדענים הפועלים באותה תקופה, אין ספק שהוא יוליד תגלית חשובה בבוא הזמן".

גילוי האינסולין ממחיש רעיונות אלה: תצפית המפתח הייתה של Minkowski  הגרמני ב-1889 שהרחקת הלבלב גורמת לסוכרת בכלבים, והיא נחתה על מוח בשל של מדען קפדן זה שמיהר לדווח על השערתו זו. אז הגיע Kleiner והרעיון שהלבלב מפריש "פקטור" הנחוץ לוויסות רמת הסוכר בדם .

יסוד חיוני נוסף שהביא לגילוי אינסולין היה פיתוח שיטה אמינה למדידה של סוכר (שיטת בנדיקט שפורסמה ב-1911), ומאוחר יותר כישרונו של Collip הקנדי בבידוד חלבון קטן מתוך שפע חלבונים אחרים בלבלב.

גורם נוסף בשרשרת הגורמים המביאים להבשלתה של תגלית מדעית חשובה, הוא כמובן המזל הטוב, להיות האדם הנכון, במעבדה הנכונה, בזמן הנכון. האם לא סביר להניח ש-Kleiner היה כפסע לפני בידוד האינסולין בעצמו, לולא מחלתו של מנהל המעבדה שלו , סגירת המעבדה וחסימת דרכו להמשך המחקר האמור באותן שנים? אין כמעט ספק בכך!

ומאינסולין ללפטין. עוד הורמון חשוב שנולד במעבדתו של Jeffrey Friedman אוניברסיטת רוקפלר בניו-יורק, באמצע שנות ה-90 אך הרקע והמחשבות שקדמו לגילויו ריחפו באוויר שנים רבות קודם לכן.

כבר ב-1955 היה זה Gordon Kennedy שהציע שכמות המסה של רקמה שומנית מווסתת על ידי המערכת האנדוקרינית. אך גם את Kennedy הזינו תצפיות שעשה Stephen Ranson עוד בשנות ה-30, לפיהם פגיעה בהיפותלמוס במוח, יכולים לגרום להשמנת-יתר (obesity) בחולדות, ו-Harvey פרסם בשנת 1959 שגורם אנדוקריני מסוים, פועל ומשפיע על ההיפותלמוס וזה מגיב בחזרה על רקמת השומן באופן שהוא מווסת את פעילותה.

בתחילת שנות ה-50 התפרסמה גם התצפית החשובה של George Snell על זן העכברים השמנים שהוא הגדירם כהומוזיגוטיים לגן הקשור להשמנה (ob/ob) מה שתמך בהשערה שמשקל הגוף נמצא בבקרה פיסיולוגית/אנדוקרינית, והוא אינו תוצאה בלעדית של כמות האוכל שאדם צורך.

אכן Snell הראה שמוטציה בכרומוזום 6 בעכבר גורמת לעכברים אלה לאכילה פרועה ולהשמנת-יתר. ב-1978 פרסם Doug Colemann השערה שעכברים מזן (ob/ob) חסרים גורם בדמם, המווסת את משקל הגוף, או שהם חסרים את הקולטן לגורם זה.

אז החלו מתפרסמים מחקרים משפע של מעבדות, שהורמון מסוים המופרש מרקמת השומן, נקשר לקולטן  בהיפותלמוס, וכן הוצע שהאתר (locus) על פני ה-DNA המקודד להורמון זה מוגדר כאתר db. קשירת הורמון לקולטן שלו מווסת את משקל הגוף.

אך הייתה גם ספקנות רבה בקרב מדענים האם הרעיון על אתרי ob המקודד להורמון מווסת משקל, או אתר db המקודד לקולטן של הורמון זה בעכברים שמנים, האם רעיון זה תקף גם באנשים שמנים? הבעיה המחקרית העיקרית שהיוותה אבן נגף בדרך לבידוד והבנת פעולת לפטין בבני-אדם, נבעה מכך שריכוזי הלפטין בדם הם כה זעירים עד כי לא ניתן היה לבודדו בשיטות ביוכימיות מקובלות, ובנוסף היום כבר ידוע שלפטין אינו פועל מיידית לדיכוי התיאבון, לכן החוקרים נזקקים לפרקי זמן ארוכים יותר לניטור פעילותו של הורמון זה ואולי אף למספר הזרקות של לפטין לזהות את פעילותו.

כמו שמקובל יותר ויותר במחקר הרפואי כיום, במקומות שחלבון/הורמון מסוים מצוי בכמויות כה זעירות שקשה לבודדו, משתמשים בשיטות מולקולאריות.

לרשותם של Friedman ואנשיו, עמדה השיטה שפותחה באמצע שנות ה-80 בחקר מחלות כמו Cystic fibrosis, שיטה שאפשרה גילוי גן פגום בהתבסס על מיקומו של גן זה ברצף הגנטי. שיטה זו של שיבוט הגן הפגום, הידועה כ-positional cloning, נוצלה על ידי Friedman ב-1986 כשניסה לשבט את הגן ob, ואמנם 8 שנים לאחר מכן הוא פרסם ב-Nature  את השיבוט של ob בעכברים ובבני-אדם.

אם כן, הגן ob מקודד להורמון לפטין המופרש מרקמת השמן כאשר זו עולה על גדותיה, ומשוגר לקולטניו בהיפותלמוס וכך יש וויסות אנדוקריני של התיאבון, המדוכא באופן שיפחית את מסת רמת השומן, מה שיחליש את הפרשת לפטין וחוזר חלילה. זיהוי לפטין אישר שמשקל הגוף מווסת על ידי מערכת פיסיולוגית ולא על ידי "כוח רצונו" או "תאוות אכילה" של האדם.

תגליתו של Friedman אחרי 8 שנים של מחקר מתיש לאורכו של כרומוזום כדי להגיע לאותו גן בבחינת מציאת "גיזת הזהב", הוכיח למעשה את השערותיו המוקדמות של Coleman, שני עשורים קודם לכן.

המשותף ל-Banting  הקנדי ב-1920 ול-Friedman האמריקאי לקראת סופה של המאה ה-20 הוא כוח שכנוע, רצון ומוטיבציה אדירים. על פי עדות הסובבים אותם, שניהם הגיעו למחקריהם עטורי התהילה כשהיו צעירים מאוד, ואף חסרים ידע וניסיון בעצם המחקר בו עסקו. Banting הגיע למעבדה של Macleod כרופא בן 27 שקיבל את תוארו כרופא רק שנה קודם לכן,

אחרי ששירת שנים אחדות כחייל במלחמת העולם הראשונה באירופה. לא היה לו כל ידע בטכנולוגיה מעבדתית ביוכימית, לא היה לו אף מאמר מחקרי שהתפרסם עד אז. אך הוא היה חדור ביטחון ומוטיבציה שאכן יש חומר המופרש על ידי הלבלב החיוני לסוכרת, ושאת החומר הזה חובה לזהות ולבודד. כך הוא הדביק בכוח השכנוע שלו את מנהל המעבדה Macleod ואת הביוכימאי המנוסה Collip שסייעו בידו.

בדומה גם Friedman למד רפואה, וסיים את התזה לקבלת תואר PhD ממש בשנת 1986, השנה בה הגיע לרוקפלר בניו-יורק לפתוח מעבדה חדשה, וזו גם השנה בה החליט שבידוד גורם מסתורי שהתברר בהמשך כלפטין, יהיה נושא המחקר שלו.

נראה שנחישות ושכנוע עצמי הן תכונות המפתח בדרך לתגליות גדולות, ותמיד כמובן לא יפריע מעט מזל: להיות במוסד המדעי הנכון, בזמן הנכון, עם האנשים הנכונים סביבך. זה בערך כמו לשבת באמבט הנכון או מתחת לעץ התפוח הנכון.   

בברכה, פרופ' בן-עמי סלע