0歲的植物學(xué)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(nóng)業(yè)部（USDA）在兩年前與美國國家癌癥研究所（NCI）合作，開展了一項(xiàng)雄心勃勃的計(jì)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圣海倫斯山區(qū)看似日常的植物采集。隨行的幾名研究生在多年之后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么。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(biāo)本，編號“B-1645”，接著又采集了大約6公斤樹皮，在袋子上編號“PR-4960”。
當(dāng)時沒有人能預(yù)料到，這些樹皮標(biāo)本會在日后掀起怎樣的波瀾。
他們在這一天所走過的圣海倫斯山是一座活火山，它最近一次噴發(fā)是在2008年，但更著名的一次是在1980年，造成了57人死亡。當(dāng)然，在故事開始的時候，這里還是平靜的。圖為1980年噴發(fā)前的圣海倫斯山。圖片：Harry Glicken, USGS
長在生態(tài)研究者的天堂
位于北緯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，使得這里成為美國本土降雨量最高的區(qū)域之一。
陽光照進(jìn)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，廣泛分布于北溫帶，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(jiān)果——香榧[fěi]，其它的則多是些只會讓植物學(xué)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(fā)于蔭蔽之地，生長緩慢，材質(zhì)堅(jiān)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么印象。和大部分松柏類的球果不一樣的是，進(jìn)入果期的紅豆杉雌樹，枝頭上會結(jié)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(shí)，那些紅色“小杯子”是由胚珠外的苞片發(fā)育而來的假種皮，種子就被埋在這“杯子”里。
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(jié)的果實(shí)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
貝克萊將采集到的標(biāo)本和樹皮進(jìn)行處理后寄給了NCI，這些樣品被送到當(dāng)時的國家癌癥化療服務(wù)中心（CCNSC），大約放置了兩年。1964年5月22日，有實(shí)驗(yàn)員發(fā)現(xiàn)，貝克萊采集的那一袋編號為“PR-4960”的樹皮初提產(chǎn)物顯示了明顯的細(xì)胞毒性。在當(dāng)時，這意味著很可能有潛在的抗癌物質(zhì)。
亞瑟·貝克萊的碩士和博士都畢業(yè)于哈佛大學(xué)，最初在美國農(nóng)業(yè)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采集植物，不久后又進(jìn)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(jīng)是個訓(xùn)練有素的植物學(xué)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(jīng)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于北卡羅來納州的三角研究園區(qū)（Research Triangle Institute），由門羅·沃爾（Monroe E. Wall）和曼蘇克·瓦尼（Mansukh C. Wani）兩位有機(jī)化學(xué)博士進(jìn)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(zhì)。在20世紀(jì)60年代分離技術(shù)非常有限的情況下，這是一項(xiàng)如登天般困難的工作。
1966年，他們終于提純到了活性物質(zhì)的晶體并確定了其分子式。他們根據(jù)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(zhì)命名為Paclitaxel（紫杉醇）。到了1971年，通過當(dāng)時新穎的X光晶體衍射技術(shù)和核磁共振，紫杉醇的結(jié)構(gòu)式被確定下來——這是一個有4個環(huán)的二萜[tiē]類化合物，有11個手性中心，結(jié)構(gòu)復(fù)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(chǎn)生這樣的分子。
紫杉醇的分子式為C47H51NO14，圖為其結(jié)構(gòu)式。圖片：Calvero / wikimedia
針對紫杉醇的生物活性作用機(jī)理研究隨即展開。1977年，NCI確定了紫杉醇對小鼠B16黑素瘤細(xì)胞的活性；1979年，紐約葉史學(xué)瓦大學(xué)（Yeshiva University）的蘇珊·霍沃茲博士（Susan Horwitz） 首次發(fā)現(xiàn)了紫杉醇的作用機(jī)理：抑制微管系統(tǒng)的降解。
小貼士
在此有必要解釋下抗癌藥機(jī)理：相比正常細(xì)胞，癌細(xì)胞處于脫分化狀態(tài)，進(jìn)入不停息的分裂和繁殖，因此，抗癌藥物的作用機(jī)理一般針對的是細(xì)胞的分裂過程；而細(xì)胞有絲分裂，需要微管蛋白系統(tǒng)的組裝和降解才能進(jìn)行。
在紫杉醇之前，已知的天然抗癌藥物主要阻止微管系統(tǒng)的組裝，而紫杉醇能夠抑制微管蛋白的解聚，這就使得癌細(xì)胞在有絲分裂形成紡錘體后，卡在中間步驟，無法進(jìn)一步分裂成兩個細(xì)胞，從而使細(xì)胞死亡。這是前所未有的發(fā)現(xiàn)。
1984年，NCI開始了紫杉醇的一期臨床試驗(yàn)；1992年，F(xiàn)DA終于批準(zhǔn)紫杉醇作為卵巢癌的治療用藥；1994年，批準(zhǔn)為乳腺癌治療用藥；然后是非小細(xì)胞肺癌、卡波濟(jì)氏肉瘤、膀胱癌、前列腺癌、惡性黑色素瘤……紫杉醇對越來越多癌癥顯示出了臨床有效性，被列入世衛(wèi)組織基本藥物清單，挽救了越來越多絕望的癌癥患者。
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(xiàng)目已經(jīng)結(jié)束?；赝@個項(xiàng)目我們可以發(fā)現(xiàn)，NCI和USDA在21年里耗費(fèi)巨資采集、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(xiàng)目結(jié)束，甚至還沒有一種藥物進(jìn)入臨床試驗(yàn)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(yán)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(nèi)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(fèi)的人工也是難以計(jì)數(shù)。這使得實(shí)驗(yàn)難以為繼，紫杉醇價格也絕非一般人所能承受。
因此，人工合成紫杉醇的研究迅速展開。1994年，佛羅里達(dá)州立大學(xué)的霍爾頓（Robert Holton）和斯克瑞普研究所的尼茨拉歐（Kyriacos Nicilaou）幾乎同時發(fā)表了不同的紫杉醇全合成路徑，但因?yàn)槿^程多達(dá)30多步，產(chǎn)率很低。
其實(shí)更有價值的方案在這之前就誕生了。1981年，法國天然產(chǎn)物化學(xué)研究所的化學(xué)家皮埃爾·波蒂埃（Pierre Potier）從歐洲紅豆杉（T. baccata）的枝葉中發(fā)現(xiàn)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(fā)表了從10-DAB出發(fā)合成紫杉醇的路徑；第二年，還是來自霍爾頓的實(shí)驗(yàn)室，發(fā)表了同樣從10-DAB出發(fā)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(fā)現(xiàn)，從10-DAB出發(fā)，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(tuán)隊(duì)。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?yàn)閬碓磸V泛，且可以從不停生長的紅豆杉枝葉甚至培養(yǎng)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平。
商業(yè)開發(fā)的犧牲品
事實(shí)上從紫杉醇被發(fā)現(xiàn)抗癌作用那一天起，短葉紅豆杉的日子就不再平靜。因?yàn)樯L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，這注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?yàn)榄h(huán)保運(yùn)動的傳統(tǒng)，保護(hù)短葉紅豆杉的聲浪很快涌動起來。20世紀(jì)80年代末，NCI不得不將紫杉醇的開發(fā)權(quán)轉(zhuǎn)讓給了百時美施貴寶制藥公司（Bristol-Myers Squibb），后者和豪瑟化學(xué)（Hauser Chemical Research Inc.）試圖推進(jìn)從短葉紅豆杉樹皮中大規(guī)模提取紫杉醇的事業(yè)，但很快遭到了環(huán)保人士的質(zhì)疑和攻擊。
另一方面如前所述，這條路徑獲得的紫杉醇實(shí)在是太過有限，代價又太過巨大。因此當(dāng)霍爾頓的半合成法問世之后，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于從磨刀霍霍的商業(yè)開發(fā)中幸存了下來。
1993年上市的紫杉醇藥劑——從樹皮標(biāo)本到商業(yè)化的救命藥，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么幸運(yùn)了。中國分布的6種紅豆杉中，喜馬拉雅紅豆杉（T. wallichiana）以及各個變種分布于華東至西南的廣袤區(qū)域，實(shí)驗(yàn)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。盡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，云南省石林縣法院判決的漢德生物紅豆杉制品走私案轟動一時，超過100千克提取的紫杉醇被走私到美國。這背后，是十年里超過百萬棵的野生云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后，盜伐并將紅豆杉制成水杯、用具，宣稱其抗癌保健功效——但凡對藥物化學(xué)略知一二，都能理解未經(jīng)醫(yī)囑使用紫杉醇制品不但對健康毫無助益，反而有害甚至足以致死；紫杉醇難溶于水，將紅豆杉制成水杯，可以算是無知了。
喜馬拉雅紅豆杉，已經(jīng)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?！?/span>（NT），而中國所有的紅豆杉屬植物都被列入國家一級保護(hù)植物名錄（第一批，具有法律效力），盜伐將面臨刑責(zé)。
斯人已去，愿紅豆杉長存
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(jìn)行著，更多提升紫杉醇進(jìn)入癌細(xì)胞、降低副作用的蛋白載體藥物不斷問世。
盡管所知不多，亞瑟·貝克萊博士的后半生非常平靜。在他掀起癌癥治療領(lǐng)域巨大波瀾的那次植物采集之后，他繼續(xù)受雇于USDA，后續(xù)參與過在智利、哥倫比亞以及其它美洲國家的植物調(diào)查和采集。但為疾病所困，他在49歲就提前從USDA退休，于1999年搬到了佛羅里達(dá)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(guān)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(dāng)我在太平洋的雨霧中走進(jìn)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(jì)前的那一次駐足。
本文是物種日歷第4年的第348篇文章，來自物種日歷作者@鐘蜀黍。