原创 朱石生 读库 收录于话题#苦口谈医4个

啥是鲎

熟读武侠小说的同学若是不小心杀死一只鲎，可能会认为这东西有剧毒，因为鲎的血是蓝色的。

鲎读“厚”，是生活在海洋里的节肢动物，长得跟屎壳郎有几分相似，只不过大得多，小号的大约有三十厘米，大号的差不多有八十厘米，另外还带一根细长黢黑的尾巴，状如侠客佐罗用的那种刺剑，所以被叫作剑尾目。

鲎，又名马蹄蟹、蟹兜、夫妻鱼。图片来源：维基百科

鲎血虽然是蓝色，但并不表示它们有毒，那只不过是铜离子的颜色。血液的重要功能是输送氧气，送氧对象是细胞。对于这么细小的客户，氧气罐不是理想的运输工具，血液用到的是分子技术，就是用分子来携带氧气。最适合做这种工作的是化学反应活跃的元素，比如金属。

至于用哪种金属，因为进化是个撞大运的操作，当初遇到什么就用什么。哺乳动物（包括人类）用的是铁，血红蛋白就是用铁离子来钩住氧分子。而许多节肢动物，包括鲎，是用铜离子来干这种事。铜离子吸收的光谱频率跟铁离子不一样，在人眼看来就呈现蓝色。

根据化石考证，鲎有大约四亿五千万年历史，曾经看着恐龙出现（恐龙大约在两亿五千万年前的三叠纪出现），又看着恐龙灭绝。倘若鲎群里有游吟歌手，应该能跟我们讲述许多有趣的故事。

鲎培育后代的方式略带集体主义色彩。繁殖季节它们来到潮汐起落的浅海区，雌鲎负责往沙滩里产卵，同时有一位个子比较小巧的雄鲎趴在雌鲎背上，给刚产出来的卵授精。如果这时候被人捉住，提起来肯定是一对，这应该就是“夫妻鱼”这个名字的由来。

但是授精的未必就只有这个“夫”，其他没找到对象的雄鲎会在这对夫妻身边逡巡，抽冷子也往那堆卵上撒一把精子。所以，新生代鲎的父亲不那么容易确认，除非做DNA检测。

在自然繁殖过程中，雄鲎会积极掺和。在饲养环境下它们却很挑剔，往往拒绝授精，必须回到它们熟悉的海滩才肯开展繁殖活动。海滩上有什么东西让它们这么坚守，目前还没找到原因。所以在饲养环境下，必须用人工促排卵和人工授精来替它们完成生儿育女的操作。养殖场图方便，有时候会直接到海滩上去收集受精卵，带回来养殖。

冻结的血液

邦戈（Fred Bang）是位生物学家，美国霍普金斯大学毕业。他的研究重点是海洋生物，其中一个课题是鲎的循环系统。

有一天，他正研究的一只鲎意外死亡，检查发现死亡原因是细菌感染。让邦戈诧异的是这只鲎体腔里发生的事：它全身的血液都凝结成了果冻状。

鲎被细菌感染不是什么很罕见的事，但以前的感染案例没看到有这种血液凝结现象。邦戈抓住线头展开研究，发现这跟感染细菌的种类有关。细菌分类有不同的方法，其中一种方法是根据染色效果分成革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌。能让鲎的血液凝结的，必定是革兰氏染色阴性的细菌。

更让邦戈惊奇的是，并不一定要活的细菌感染才有这种凝血反应。他把一批革兰氏染色阴性细菌煮沸加热十分钟，确保细菌都被杀死，再把这样的细菌尸体放进鲎的身体里，照样可以导致鲎的全身血液凝结。看来这跟一般的细菌感染不一样。鲎的血液凝结，不是活病菌繁殖产生的生物反应，而是细菌身体上的某种物质导致的化学反应。

成分很快就查明了，是革兰氏阴性细菌细胞壁上的脂多糖。

可是，脂多糖为什么会让鲎血凝结？

这其实是鲎的免疫反应，而它们有这么奇怪的免疫反应，是因为循环系统结构跟人类大不一样。

哺乳动物的循环系统有动脉，有静脉，有毛细血管网，整个构成一套循环网络。如果某个地方出现细菌感染，细菌想扩散到身体其他地方，并不是这么容易。它们必须沿着狭小的毛细血管往前移动，而沿途会有各种免疫细胞和抗体围追堵截，所以大多数时候，哺乳动物的感染能被限制在局部，然后在几天时间里自己痊愈。

鲎也有心脏，也有几对类似动脉和静脉的血管跟心脏连接，但没有毛细血管。血液沿着那些类动脉给泵出来，就进入开放的体腔空间，以后的循环基本就靠湍流效果了。

因为这样的开放性，倘若鲎的外壳出现裂缝，让病菌入侵，就很容易迅速播散到全身。

为解决这个问题，鲎进化出了它们自己的一套防御战术：既然不能在毛细血管里堵截细菌，那何不用胶水固定法？

人体的免疫细胞有巨噬细胞、树突细胞、淋巴细胞等等，鲎只有一种免疫细胞，叫作阿米巴样细胞。这种细胞内部有很多小颗粒，显微镜下看起来有点像芝麻饼，只不过那些芝麻粒不是在面上，而是包裹在肚子里。如果这种阿米巴样细胞发现身边有细菌，就开始施展它们的绝技：变形。

这种变形很夸张，细胞膜表面忽然出现大量尖刺，向四面八方伸出去，就像章鱼的触手，每个触手里都载满那些小颗粒。待到这些触手伸展得足够远，这颗阿米巴样细胞就炸裂，细胞主体和触手里的颗粒全部释放出来。这些颗粒跟细菌细胞壁上的脂多糖相遇，会让血液发生凝结反应。凝结成半固体的血液不能随湍流循环，于是把细菌感染给冻结在了局部。

因为这些颗粒是细胞溶解炸裂之后释放出来的东西，后来人们就把它叫作溶菌体。

阿米巴样细胞和它们内部的溶菌体。图片来源：www.ucsf.edu

激发这种凝结反应的是革兰氏阴性菌，革兰氏阳性菌的细胞壁没有脂多糖，不会有这种效果，但海洋里的细菌绝大部分是革兰氏阴性菌，所以鲎当年进化出凝结反应的时候，用革兰氏阴性菌的脂多糖做启动信号，还是能解决大部分细菌感染问题的。

鲎血的妙用

这个生物学现象很有趣，但邦戈没停留在“有趣”上，而是想到，这个反应或许对医学有帮助。因为，在医学领域，革兰氏阴性菌的脂多糖有个同义词：内毒素。

脂多糖跟蛋白质一样，有独特的三维结构。人体免疫系统看到这种三维结构，就能知道它不是主人体内的东西，而是外来异物。但凡外来异物，免疫系统都要清除。清除的操作叫作炎症反应。

炎症反应是一场战争，最低烈度的炎症反应也足以让人不舒服，比如发烧、疲倦、肌肉疼痛。有些脂多糖促发的免疫反应非常强烈，会导致许多人体细胞溶解死亡，甚至是毁灭性的细胞因子风暴，于是引起休克、死亡。

也就是说，革兰氏阴性菌细胞壁的天然成分脂多糖，因为三维结构特别，意外成为免疫系统的攻击对象，攻击的时候产生一系列强烈的生理反应，如同中毒，从效果上被等同于毒性反应，所以脂多糖也被定义为毒素。有些细菌，比如白喉杆菌，会主动分泌出毒素，但革兰氏阴性菌并不是主动分泌毒素，脂多糖藏在它们细胞壁内部，所以科学家就给脂多糖起了个别名叫“内”毒素。

人体对内毒素很敏感，零点零六毫克的内毒素就足以让一个成年人休克。所以医疗用品，尤其是直接接触人类血液或是脑脊液的东西，比如手术器械、静脉注射药品，以及这些药品制作过程中会接触到的器皿，都必须绝对清洁，不仅需要无菌，也必须保证没有任何内毒素，连痕量的内毒素都不能存在。

要鉴定这些医疗用品是不是无菌，相对比较容易，用光学显微镜看看就可以判断，也有许多化学试剂，可以检测各种细菌的抗原抗体反应。但检测内毒素就困难得多，内毒素是分子，别说光学显微镜，就算是电子显微镜也看不到。

在过去，解决这个问题的办法是用动物实验。把抽样送检的产品用无菌溶液冲洗，把冲洗液注射给兔子，看看它们会不发烧。这种做法可行，但效率不高。兔子注射之后，需要有专人每半个小时去给兔子量一次体温。兔子出现反应需要时间，快则半天，慢则两天。对于工业化生产，这速度能让厂长头发都急白了。而所有生产医疗用品的企业都必须维持一个饲养场，养殖几千只兔子，这代价也不小。

所有这些劳动，就是为了一件事：看看这些医疗用品上有没有沾着内毒素。

看到鲎血对内毒素有这样的反应，邦戈就有了想法：能不能把鲎血用来检测内毒素？

说干就干。他跟同事从鲎的血液里提取出溶菌体，用它做试剂。他们最早设计的检验方法，是用无菌溶液冲洗送检的医疗用品，把这种冲洗液滴进一根试管里，加入一点溶菌体干粉，放在三十七点五摄氏度温箱里，等待四十五分钟，然后拿出来，把试管底朝天倒过来看看，如果冲洗液形成果冻样物，沾在试管底部，说明出现了凝结反应，这意味着送检样品含有内毒素。如果冲洗液能顺着试管壁自然流淌，就不含内毒素。

鲎血检测法不到一个小时就可以看到结果，而且非常敏感，冲洗液里只要有十亿分之一容量的内毒素就足以激发凝结反应。所以在早期探索过程中，邦戈他们担心的不是有内毒素逃过检测，而是首先需要把实验用到的设备彻底清洁，否则任何早期残留的痕量内毒素都会造成假阳性。

这种检测方法，看到结果的速度比兔子接种法快得多，判断也更可靠。1977年，美国食品药物管理局批准把这个测试方法用于医疗系统。很快，全球各地的医疗用品厂家，只要产品有可能接触人体血液或是体液的，都纷纷采用这种鲎试剂测定法。这让鲎血采集成为一个大产业，药厂从海边捕捉鲎，从它们的心包采集蓝色的血液，制作试剂。

美国是鲎血采集产业最集中的地方。图片来源：preview.redd.it

基因工程试剂

这种采血从理论上说是可再生的。每只鲎每次提取大约20%至30%的血液，第二天放归海洋。但运输过程中难免会因为应激反应或意外事故导致一些死亡，各家研究报告的数字差异很大。学术界的报道，意外死亡率是3%至15%，而动物保护组织的报道是10%至30%。

在自然环境下，一只雌鲎一次产卵数千枚，一个繁殖季节产卵大约十万枚，虽然其中许多会被海鸟吃掉，但每年的增殖数量不算少。医药产业每年为采集血液捕捉大约五十万只鲎，其中大部分都可以生还海域。而且，鲎不仅能提供做医学检查需要的试剂，人类也因为其他各种原因对鲎感兴趣，比如许多钓鱼爱好者用鲎做鱼饵。仅在美国，每年就有一百万只鲎被捕来用作鱼饵。考虑到这一点，医药产业对鲎生态的冲击算不上是最大的。

但不管怎样，这个生产过程中确实会有一些鲎意外死亡。而1980年代，人们发现基因工程技术生产的胰岛素可以完全取代生物提取方法，就有人想到，为什么不用同样的技术来生产鲎血测试制剂？

要做到这一点，首先必须彻底弄清楚鲎血凝结的原理。那时候对于人类凝血机制已经相当了解，知道那是一连串逐级放大的链式反应，而要启动整套反应，只需要某种单纯的化学物质，比如组织因子。1986年，日本九州大学的研究人员根据这个原理去探索，发现鲎的凝血机制也很类似，是由一种叫作凝血因子C的物质启动。鲎血液阿米巴样细胞里的溶菌体颗粒，关键成分就是凝血因子C。

新加坡国立大学的丁玲（Jeak Ling Ding，音译）从这里出发，梳理鲎血阿米巴样细胞里的DNA，锁定了具体负责“打印”凝血因子C的那段遗传代码。起初她参照基因工程胰岛素的方法，把这段基因移植给酵母菌。这种基因编辑的酵母菌确实能“打印”鲎凝血因子C，但打印出来之后不会释放，全都憋在肚子里，这就让提纯很困难。

探索了好几年，最后丁玲在一次学术会议上看到美国一项研究进展，受到启发，改用病毒做载体，把这段基因嫁接给一种昆虫的肠道细胞。昆虫跟鲎都属于节肢动物，这么嫁接的基因运转良好，转基因昆虫能不停生产鲎凝血因子C。就这样，前后经过十五年探索，丁玲小组在2003年研发出基因工程生产凝血因子C的方法。

他们还对具体测试方法做了改进，不需要经历全套凝血链式反应，而是利用凝血因子跟另一种蛋白产生的反应，把这种蛋白做荧光染色。如果检测阳性，发生反应的荧光蛋白会变色，这样的变色可以用仪器精确测定强度，于是不仅能判断“有没有”内毒素，还能具体判断“有多少”。

可惜的是，药商的反应并不积极。丁玲积极奔走，却只能说服一家药厂生产这种基因工程凝血因子C。这让下线厂家有顾虑，担心货源不稳定。直到2013年，欧洲药物监管机构才认可这种产品跟鲎血天然产品等效，2016年《欧洲药典》正式收入凝血因子C。而美国食品药物管理局态度依然犹豫，虽然在一份公开发布的药物指南里承认基因工程产品效果可靠，但并没有把这种产品正式列入美国药典。在美国，这份药典就是法律，没写进药典的产品，没人敢做商业水平的应用。

让事情出现转机的，是最早生产基因工程胰岛素的礼来公司。二十一世纪初，礼来准备协助中国建立基因工程胰岛素生产线，因此派人到中国实地考察。考察本来是针对糖尿病，但他们意外注意到，鲎在亚洲不仅被作为鱼饵，老百姓也把它们的肉和卵作为食物。另外，一些正规或不正规的厂家仿制鲎血检测试剂，为了这个目的无节制捕捞鲎，他们把鲎血抽干之后不会放生，而是接着当作食物、原材料等等转手出售。所以亚洲区域的鲎种群数量在逐年减少。

这让礼来公司想到，动物保护组织关于鲎生态的呼吁，或许不是杞人忧天。目前，礼来公司正投入资源，将基因工程生产的凝血因子C和天然鲎血产品做对照研究，准备向美国食品药物管理局提交数据，争取让这个产品正式进入美国药典。

如果成功，这些给我们带来过重要启发的鲎，回归海滩产卵时就可以安享天伦之乐，无须担心有人把它们带回实验室扎针采血了。

原标题：《苦口谈医：蓝色的鲎血》