尿液裡的隱形防護網:Igor Tamm & L. Horsfall Jr.


二月下旬的台中,正值初春,空氣中還透著些許料峭的微寒。看著窗外連綿的春雨,在加護病房值班的夜晚,總讓人特別關注病人尿袋裡那點滴匯聚的液體。對重症醫師來說,尿液的顏色與尿量是生命的晴雨表。但在多數人眼中,尿液不過是人體的廢棄物。然而,這看似無用的黃色液體中,卻藏著人體含量最豐富大神祕蛋白質。

這個蛋白質的名字聽起來非常像某種高級訂製服的品牌,叫做 Tamm-Horsfall protein (塔姆-霍斯福爾蛋白)。

故事要回到一九五〇年的紐約。在那個小兒麻痺與流行性感冒仍然讓醫界聞之色變的年代,洛克斐勒研究所裡有兩位滿腔熱血的醫師,伊戈爾.塔姆 (Igor Tamm) 與法蘭克.霍斯福爾 (Frank L. Horsfall Jr.)。

這裡有一個在醫學史上非常幽默的冷知識。雖然這個蛋白質後來成為了腎臟醫學界的超級巨星,但這兩位發現者根本不是腎臟科醫師,他們是道道地地的病毒學家。當時,他們正沒日沒夜地尋找能夠抑制流感病毒感染細胞的物質。他們突發奇想,猜測人體的某種分泌物裡或許藏著天然的抗病毒配方,於是他們把腦筋動到了最容易取得的體液上,也就是人類的尿液 (1)。

這兩位學者收集了大量健康的尿液,經過反覆的沉澱與分離,他們並沒有找到仙丹,卻意外分離出了一種極度黏稠、呈現膠狀的神祕醣蛋白。他們發現,這個黏呼呼的東西竟然能夠神奇地阻止流感病毒讓紅血球產生凝集反應。因為這項無心插柳的發現,醫學界便將這個蛋白質冠上了他們兩人的姓氏。

直到許多年後,腎臟科醫師們在顯微鏡下觀察尿液沉渣時,才恍然大悟。原來那些在尿液中偶爾會出現、像透明圓柱體一樣的「透明尿柱」(hyaline casts),其主要骨架成分正是塔姆與霍斯福爾當年找到的那個黏稠蛋白質 (2)。

隨著分子生物學的進步,我們終於解開了這個蛋白質的身世之謎。它後來有了一個更正式的名字,叫做尿調蛋白 (Uromodulin)。它是由我們腎臟裡一個名為「亨利氏環粗糙上升段」的精細結構所獨家製造分泌的。

你可能會好奇,腎臟每天辛辛苦苦過濾血液,為什麼還要浪費寶貴的能量,刻意往即將排出身體的廢水裡傾倒這麼大量的蛋白質?大自然的設計總是充滿著不為人知的溫柔。這種具有高度黏性的蛋白質,就像是泌尿道裡的一層隱形防護網。它能夠緊緊黏住那些企圖攀附在膀胱壁上的大腸桿菌,讓細菌隨著尿液被沖刷出體外,保護我們免於泌尿道感染。不僅如此,它還能巧妙地抓住尿液中的鈣離子,防止它們結塊,這可是人體預防腎結石的一大功臣。

對於在重症加護單位對抗急性腎損傷 (Acute kidney injury) 的醫師來說,這個蛋白質更像是一把雙面刃。當腎臟遭遇嚴重缺血或毒素打擊時,脫落的腎小管上皮細胞會與 Tamm-Horsfall protein 緊緊糾纏,形成如同泥土般的棕色顆粒性尿柱 (muddy brown casts)。這時候,原本的守護者反而變成了阻塞下水道的淤泥,加重了腎臟的衰竭。

Tamm-Horsfall protein 的故事告訴我們,科學的突破往往發生在最意想不到的角落。兩位為了解決呼吸道病毒的專家,卻在尿液中撈出了守護腎臟的無名英雄。在這個春寒料峭的季節裡,每當我們在顯微鏡下看見那些清澈透明的尿柱,或許都能體會到生命那份精緻而靜謐的守護。那些我們以為的廢棄物中,其實一直流淌著人體最深情的防禦機制。

參考文獻:

  1. Tamm I, Horsfall FL Jr. Characterization and separation of an inhibitor of viral hemagglutination present in urine. Proc Soc Exp Biol Med. 1950;74(1):108-114.

  2. Serafini-Cessi F, Malagolini N, Cavallone D. Tamm-Horsfall glycoprotein: biology and clinical relevance. Am J Kidney Dis. 2003;42(4):658-676.

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