数千年来,人类一直借助自然疗愈疾病、缓解不适。现代科学以这些古老知识为基础,制药公司开展的“天然产物发现”计划为我们带来了能够治疗癌症、感染等疾病的药物。
然而,发现自然界中的药物绝非易事。要收集足够数量的有用生物已经很困难,无论它是树根还是毒蛇;要分离出确切的药用化合物,再大量生产,就更加困难。
有了这些重重障碍,制药公司将重点从自然界转向实验室、开始从头设计化合物,也就不足为奇了。随后,他们可以对大量化合物进行筛选,以寻找有前景的活性。从20世纪90年代起,制药公司也相继终止了天然产物发现计划,并出售或解散了积累的大量筛选提取物。
不过,遗传学的最新进展促使人们重新关注天然产物。如今,科学家可以分析生物体的全部DNA,寻找有用的化合物;越来越多的证据表明,自然界的分子多样性经过30多亿年的反复试错不断优化,我们对它的了解仍只是冰山一角。植物、动物、真菌和细菌中,还有许多尚未发现的药物。这一认识,以及抗生素耐药性上升等迫在眉睫的健康危机,重新激发了人们对在自然界中寻找有用化合物的兴趣,这一做法称为生物勘探。
如今,大多数源自自然界的药物取自植物、真菌和细菌。动物提取药物的来源则主要只有少数几种:有毒脊椎动物,例如希拉毒蜥或矛头蝮蛇;水蛭唾液;或是生物(如海绵)或软体动物的毒液和分泌物。然而,动物的多样性极为丰富,而对于所有动物中种类最丰富的类群——昆虫——在制药方面的潜力,我们几乎还未加以发掘。
昆虫蕴含许多有用化合物
昆虫占据着地球上所有可以想象到的陆地和淡水生态位。因此,它们与其他生物之间有着种类繁多、令人眼花缭乱的互动,也由此进化出种类极其丰富的化合物,用于自我防护或捕食其他生物。
在已受研究的少数昆虫中,科学家发现了几种有趣的化合物。例如,抗菌化合物阿洛非隆由蝇蛆产生,在韩国和俄罗斯被用作抗病毒和抗肿瘤药物。少数其他昆虫物种的幼虫也正在接受研究,以寻找强效抗菌物质。除了蝇类之外,一种从黄蜂Polybia paulista毒液中提取的化合物能够杀死癌细胞而不损伤正常细胞。
那么,为什么生物勘探者对昆虫关注相对较少?原因之一是昆虫种类实在太多:数百万种昆虫亟待筛查,寻找有用昆虫就像大海捞针。虽然我们觉得昆虫无处不在,但这种普遍存在的表象,实际上是由少数极常见物种的大量个体造成的。大多数昆虫难以找到,也很难在圈养环境中繁殖。
即使找到有用的物种并成功繁殖,要获得足量的相关材料仍然极其困难。昆虫通常非常小,它们体内分泌有趣且可能有用的化合物的腺体则更小。
寻找友善昆虫
好消息是,我们可以借助自然史知识,有针对性地开展工作,从而克服其中一些困难。我与戴维·威尔科克森(阿伯里斯特威斯大学)将这种方法称为“生态学引导的药物发现”。
许多昆虫的生活方式和栖息地,都透露出它们可能会产生有用化合物。有些昆虫会产生强效而复杂的毒液,用来制服猎物,并让猎物保持新鲜,以供后代食用。另一些昆虫善于利用粪便、尸体等肮脏的微生境,经常受到无数微生物的挑战。这两类昆虫都拥有一系列抗菌化合物,用以对付致病细菌和真菌;这些化合物可能直接成为人类的新抗生素,或为新抗生素研发提供灵感。
自然史知识虽然能为我们指明方向,却无法解决昆虫体型小、所产有趣化合物数量少的问题。所幸,如今我们能够识别并剪切出昆虫DNA中包含这些化合物编码的片段,再将其插入细胞系,以便生产更多化合物。
尽管我非常希望能助力开发一种轰动一时的昆虫源药物,但我以这种方式研究昆虫的主要动机是保护自然——我希望虫类药物能为基础性探索、物种发现和自然史研究提供资金。所有物种,无论多么微小、看似多么无足轻重,都有权为自身而存在;但仅凭这种理念,缺乏争取紧急保护自然所需的政治影响力。我们需要更具体、与人们切身相关的理由,而很难找到比健康更受珍视的事物。
如果我们能照亮自然药房中那些幽暗的角落,探索地球上种类最多的动物所蕴含的有用化学物质,我相信我们就能让人们以不同的眼光看待自然的价值。



