作者：鍾蜀黍
30歲的植物學家亞瑟·貝克萊博士（Arthur S. Barclay），在一棵短葉紅豆杉（Taxus brevifolia）樹下停下了腳步。
今日主角——短葉紅豆杉。圖片：Robert Winslow / Animals Animals
這是1962年夏天，他所受雇的美國農業部（USDA）在兩年前與美國國家癌症研究所（NCI）合作，開展了一項雄心勃勃的計劃——每年從超過1000種植物中篩選出那些有潛在抗癌作用的天然藥物。
8月21日，這是一次在美國西北部華盛頓州聖海倫斯山區看似日常的植物採集。隨行的幾名研究生在多年之後幾乎都忘記了那一天的事，沒有人知道貝克萊博士那天思索了什麼。他從那棵約6米高的短葉紅豆杉植株上，取了一些枝條、樹葉和種子，部分做成標本，
編號「B-1645」，接著又採集了大約6公斤樹皮，在袋子上編號「PR-4960」。
當時沒有人能預料到，這些樹皮標本會在日後掀起怎樣的波瀾。
他們在這一天所走過的聖海倫斯山是一座活火山，它最近一次噴發是在2008年，但更著名的一次是在1980年，造成了57人死亡。當然，在故事開始的時候，這裡還是平靜的。圖為1980年噴發前的聖海倫斯山。圖片：Harry Glicken, USGS
長在生態研究者的天堂
位於北緯45°左右的北美大陸西岸正對著北太平洋暖流，來自海洋的氣流被崛起的海岸山脈阻擋，使得這裡成為美國本土降雨量最高的區域之一。
白雪皚皚的山頂倒映在湖面上，瀑布和溪流穿過遮天蔽日的溫帶雨林，綠色的苔蘚和蕨類彷彿無窮地蔓延在每一個角落。溫帶雨林的平均氣溫不高，有機物質降解緩慢，雨林地面因此堆積了極厚的腐殖質層。平均每年超過3000毫米的降雨量也使這裡誕生了世界上最高大的一群植物，除了能生長到115米高的北美紅杉（Sequoia sempervirens），最大高度超過80米的裸子植物還有花旗松、西加雲杉、巨杉、糖松、異葉鐵杉、美西黃松、北美喬柏——令人驚嘆的裸子植物巨樹群都棲身於此。這裡是生態學研究者的天堂。<戳這裡進一步了解北美紅杉>
陽光照進北美紅杉林。圖片：wikimedia
雖然和松、杉、柏等同為裸子植物，相比美國西北海岸動輒超過60米的巨樹群，短葉紅豆杉顯得毫不起眼，其高度只有大約10～15米。它所在的紅豆杉屬（Taxus）一共有約30種植物，廣泛分布於北溫帶，中國能見到的有6種。紅豆杉屬所在的紅豆杉科還包括我們熟悉的一種南方堅果——香榧[fěi]，其它的則多是些只會讓植物學家興奮的名字。
相較之下略顯矮小的短葉紅豆杉。圖片：centralcoastbiodiversity.org
紅「果子」與紅樹皮
整個紅豆杉科的植物都是雌雄異株，這意味著需要同時同地存在兩棵以上不同性別的植株才能夠繁殖。溫帶雨林下光照微弱，短葉紅豆杉多萌發於蔭蔽之地，生長緩慢，材質堅硬。
如果你沒能在果期見到一棵紅豆杉，它甚至可能無法給你留下什麼印象。和大部分松柏類的球果不一樣的是，進入果期的紅豆杉雌樹，枝頭上會結滿鮮亮的紅色「杯子」——作為裸子植物，短葉紅豆杉沒有真正的花和果實，那些紅色「小杯子」是由胚珠外的苞片發育而來的假種皮，種子就被埋在這「杯子」裡。
掛著水珠的紅色「小杯子」。圖片：meanderingwa / blogspot
成熟的假種皮紅艷欲滴，多汁而甜，和有花植物所結的果實類似，可以吸引林鳥食用、傳播種子。另外，短葉紅豆杉的樹皮外層容易剝落，泛著暗紫紅色的光澤。
短葉紅豆杉的樹皮。圖片：Walter Siegmund & Justin15w / wikimedia
抗癌藥物紫杉醇的誕生
貝克萊將採集到的標本和樹皮進行處理後寄給了NCI，這些樣品被送到當時的國家癌症化療服務中心（CCNSC），大約放置了兩年。1964年5月22日，有實驗員發現，貝克萊採集的那一袋編號為「PR-4960」的樹皮初提產物顯示了明顯的細胞毒性。在當時，這意味著很可能有潛在的抗癌物質。
亞瑟·貝克萊的碩士和博士都畢業於哈佛大學，最初在美國農業部的「新作物」研究分支從事植物研究工作。工作第一年他就被派去南非採集植物，不久後又進入美國西南部至墨西哥搜集新型油料作物的種子。到1962年，貝克萊已經是個訓練有素的植物學家，他隨即被派往美國西北海岸參加合作尋找天然藥物的工作。圖片：whale.to
他們對此非常驚訝，在此之前他們經測試過了成千上萬的植物樣品，所獲甚少。同年，得到消息的貝克萊再次回到華盛頓州的群山，這一次他帶回了約14公斤的短葉紅豆杉樹皮，這些樹皮被交給了位於北卡羅來納州的三角研究園區（Research Triangle Institute），由門羅·沃爾（Monroe E. Wall）和曼蘇克·瓦尼（Mansukh C. Wani）兩位有機化學博士進行研究。
獲得樹皮的沃爾和瓦尼對這些樣品不敢怠慢，他們絞盡腦汁，試圖分離提純其中的活性物質。在20世紀60年代分離技術非常有限的情況下，這是一項如登天般困難的工作。
1966年，他們終於提純到了活性物質的晶體並確定了其分子式。他們根據短葉紅豆杉的英文名「Pacific yew（太平洋紅豆杉）」和拉丁屬名Taxus，將活性物質命名為Paclitaxel（紫杉醇）。到了1971年，通過當時新穎的X光晶體衍射技術和核磁共振，紫杉醇的結構式被確定下來——這是一個有4個環的二萜[tiē]類化合物，有11個手性中心，結構複雜，在人類開始有目的地合成之前，只有自然界的演化才會產生這樣的分子。
紫杉醇的分子式為C47H51NO14，圖為其結構式。圖片：Calvero / wikimedia
針對紫杉醇的生物活性作用機理研究隨即展開。1977年，NCI確定了紫杉醇對小鼠B16黑素瘤細胞的活性；1979年，紐約葉史學瓦大學（Yeshiva University）的蘇珊·霍沃茲博士（Susan Horwitz） 首次發現了紫杉醇的作用機理：抑製微管系統的降解。
小貼士
在此有必要解釋下抗癌藥機理：相比正常細胞，癌細胞處於脫分化狀態，進入不停息的分裂和繁殖，因此，抗癌藥物的作用機理一般針對的是細胞的分裂過程；而細胞有絲分裂，需要微管蛋白系統的組裝和降解才能進行。
在紫杉醇之前，已知的天然抗癌藥物主要阻止微管系統的組裝，而紫杉醇能夠抑製微管蛋白的解聚，這就使得癌細胞在有絲分裂形成紡錘體後，卡在中間步驟，無法進一步分裂成兩個細胞，從而使細胞死亡。這是前所未有的發現。
1984年，NCI開始了紫杉醇的一期臨床試驗；1992年，FDA終於批準紫杉醇作為卵巢癌的治療用藥；1994年，批準為乳腺癌治療用藥；然後是非小細胞肺癌、卡波濟氏肉瘤、膀胱癌、攝護腺癌、惡性黑色素瘤……紫杉醇對越來越多癌症顯示出了臨床有效性，被列入世衛組織基本藥物清單，挽救了越來越多絕望的癌症患者。
人工合成，勢在必行
在此前的1981年，轟轟烈烈的植物天然藥物篩選項目已經結束。回望這個項目我們可以發現，NCI和USDA在21年裡耗費巨資採集、測試了超過11萬4000份植物提取物——涉及35000份樣品、約15000種植物，這大約是全世界所有高等植物的6%——找到的天然抗癌藥物卻寥寥無幾，到項目結束，甚至還沒有一種藥物進入臨床試驗階段。
紫杉醇是僅存的幾個碩果之一，但在它大放異彩之前，就遇到了一個嚴重的問題：天然來源不足。短葉紅豆杉生長緩慢，含有紫杉醇的內層樹皮只有薄薄一層，提純1千克的紫杉醇需要砍伐2000～4000棵生長超過50年的植株，耗費的人工也是難以計數。這使得實驗難以為繼，紫杉醇價格也絕非一般人所能承受。
人們劈開短葉紅豆杉的樹皮，以採集提取活性物質的樣本。圖片：visualsonline.cancer.gov
因此，人工合成紫杉醇的研究迅速展開。1994年，佛羅裡達州立大學的霍爾頓（Robert Holton）和斯克瑞普研究所的尼古勞 （Kyriacos Nicolaou）幾乎同時發表了不同的紫杉醇全合成路徑，但因為全過程多達30多步，產率很低。
其實更有價值的方案在這之前就誕生了。1981年，法國天然產物化學研究所的化學家皮埃爾·波蒂埃（Pierre Potier）從歐洲紅豆杉（T. baccata）的枝葉中發現了大量存在的紫杉醇類似物10-Deacetyl Baccatin Ⅲ（簡稱10-DAB），1988年他們發表了從10-DAB出發合成紫杉醇的路徑；第二年，還是來自霍爾頓的實驗室，發表了同樣從10-DAB出發但又不同的半合成路徑。更有意思的是，波蒂埃在探索紫杉醇半合成路徑時發現，從10-DAB出發，可以合成另一種紫杉醇類似物，它阻止微管蛋白解聚的活性比紫杉醇更高。
霍爾頓（前排右一）和他的團隊。圖片：whale.to
10-DAB大多從歐洲紅豆杉的枝葉中提取，因此這種類似物被命名為Docetaxel（歐洲紫杉醇）。因為來源廣泛，且可以從不停生長的紅豆杉枝葉甚至培養的組織中提取，10-DAB半合成法成為目前紫杉醇類藥物的主要來源。最重要的是，藥物的價格下降到了更多人能夠承受得起的水準。
商業開發的犧牲品
事實上從紫杉醇被發現抗癌作用那一天起，短葉紅豆杉的日子就不再平靜。因為生長極為緩慢，紫杉醇在短葉紅豆杉的樹皮中含量極少，但需求量極大，這註定了短葉紅豆杉和它所生存的溫帶雨林將受到威脅。
在美國，因為環保運動的傳統，保護短葉紅豆杉的聲浪很快湧動起來。20世紀80年代末，NCI不得不將紫杉醇的開發權轉讓給了百時美施貴寶製藥公司（Bristol-Myers Squibb），後者和豪瑟化學（Hauser Chemical Research Inc.）試圖推進從短葉紅豆杉樹皮中大規模提取紫杉醇的事業，但很快遭到了環保人士的質疑和攻擊。
另一方面如前所述，這條路徑獲得的紫杉醇實在是太過有限，代價又太過巨大。因此當霍爾頓的半合成法問世之後，百時美施貴寶在1992年把霍爾頓半合成方法的專利買下。這也意味著短葉紅豆杉終於從磨刀霍霍的商業開發中倖存了下來。
1993年上市的紫杉醇藥劑——從樹皮標本到商業化的救命葯，人們足足等待了31年。圖片：圖片：whale.to
然而在其它國家，同為紅豆杉屬的植物就沒那麼幸運了。中國分布的6種紅豆杉中，喜馬拉雅紅豆杉（T. wallichiana）以及各個變種分布於華東至西南的廣袤區域，實驗顯示這些紅豆杉的樹皮與枝葉同樣含有紫杉醇及其類似物。儘管有了更廉價的半合成法，但資本不會輕易放過中國山林深處的紅豆杉。
2002年9月，雲南省石林縣法院判決的漢德生物紅豆杉製品走私案轟動一時，超過100千克提取的紫杉醇被走私到美國。這背後，是十年裡超過百萬棵的野生雲南紅豆杉被盜伐或剝皮。更荒唐的是，人們知道了紫杉醇的抗癌作用後，盜伐並將紅豆杉製成水杯、用具，宣稱其抗癌保健功效——但凡對藥物化學略知一二，都能理解未經醫囑使用紫杉醇製品不但對健康毫無助益，反而有害甚至足以致死；紫杉醇難溶於水，將紅豆杉製成水杯，可以算是無知了。
喜馬拉雅紅豆杉，已經瀕危。圖片：botanypictures.com / Antonie van den Bos
目前，短葉紅豆杉依然被IUCN評價為「近危」（NT），而中國所有的紅豆杉屬植物都被列入國家一級保護植物名錄（第一批，具有法律效力），盜伐將面臨刑責。
斯人已去，願紅豆杉長存
直到今天，人類對紫杉醇——這一找到的最著名的植物天然成分抗癌藥物——的研究依然在如火如荼進行著，更多提升紫杉醇進入癌細胞、降低副作用的蛋白載體藥物不斷問世。
1993年的一項研究發現，短葉紅豆杉的一種內生真菌Taxomyces andreanae也能製造紫杉醇，隨後有了由多種內生真菌合成紫杉醇的報導。這意味著紫杉醇可能是——也一定是——紅豆杉演化和生存鬥爭的產物，它可能是紅豆杉從真菌那裡獲得而來，對抗入侵者的毒藥，而人類巧妙地借用了它為自己治癒疾病，就像弗萊明博士發現青黴素那樣。<戳這裡了解青黴素的發現史>
儘管所知不多，亞瑟·貝克萊博士的後半生非常平靜。在他掀起癌症治療領域巨大波瀾的那次植物採集之後，他繼續受雇於USDA，後續參與過在智利、哥倫比亞以及其它美洲國家的植物調查和採集。但為疾病所困，他在49歲就提前從USDA退休，於1999年搬到了佛羅裡達度過晚年。2003年，71歲，他在奧蘭多去世。
短葉紅豆杉和它親屬的生存狀況，需要更多人的關注。圖為有記錄的北美最大的一株短葉紅豆杉。圖片：americanforests.org
2014年，當我在太平洋的雨霧中走進溫帶雨林時，相比所有其他掛滿了石松和苔蘚的大樹，短葉紅豆杉斑駁紫紅的樹皮第一時間吸引了我。
它足夠美，值得半個多世紀前的那一次駐足。
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