在我们的日常生活中,上厕所是我们每天必不可少的一个动作。尿液人人避之不及,其实在医药领域大有用途呢!我们知道,人体的尿液含有尿素、氨、氮等成分,是植物肥料的重要来源。早期的尿素肥料,就是从尿液当中提取出来的。而且尿液是人体的代谢产物,医生也会利用尿液来检测身体有没有疾病。事实上,除了提取制作肥料、监测身体状况之外,人体的尿液还有很多其他的作用,制药就是其中一个重要的用途。听起来有点不可思议吧?事实上,人体尿液中能够提取出能够治病救人的活性成分,可以用于医药制造,被加工成治病救人的药物,所以说尿液是一种很宝贵的制药资源呢!那尿液里面到底蕴含什么宝物,这些宝物又是如何被提取出来的呢?接下来就让我们一起来看一看吧!
1、普通人的尿专治大病—尿激酶
我国心脑血管疾病高发,因心脑血管疾病发病死亡的人数远远超过所有癌症死亡人数的总和,是一个巨大的安全隐患。当患者突发脑卒中时,是最重要也是最有效的治疗方法就是溶栓。而由人体尿液提炼而来的注射用尿激酶,可以使血栓溶解,常用于血栓性疾病的治疗,如脑血栓、心肌梗死的治疗,正是一种可以救命的溶栓药[1]。尿激酶是由人体肾脏组织细胞产生的一种蛋白,经过代谢后存在于人尿中,通过对尿液进行收集提纯加工,就可以生产出药品注射用尿激酶[1]。
在2020年底,国家药物政策与基本药物制度司发布了《关于印发国家短缺药品清单的通知》[2],其中注射用尿激酶就被列为国家临床必需易短缺药品重点监测清单内。作为临床急救用药,注射用尿激酶为何会短缺?这是由于注射用尿激酶的原料尿激酶短缺造成的。人体尿液是尿激酶生产的唯一天然原料来源,但尿液中尿激酶的含量非常低,一吨尿液只能提取出几十克的尿激酶[3]。随着城市卫生标准的提高,公厕的设备改造和环境改善,能够进行尿液收集的场所越来越少,所以能够提取出来的尿激酶也就越来越少。
好在近年来,尿液收集企业在持续开发设计更加先进的收尿设备[4-6],采用一些小巧思或者更加先进的科技原理,不仅可以提高回收效率,同时还能降低尿垢的生成几率,减低细菌的滋生,改善卫生间的环境。使尿液收集的方式更加先进、卫生。有的装置甚至还有无线通信的功能,将数据信息上传远程终端,还可以通过远程终端进行实时操控,更好地保证尿液的质量。
1.1高“尿”一等的孕妇尿—HCG
在普通人的尿液当中普遍存在的尿激酶就已经有非常大的医学和经济价值了,而一些处于特定时期的人群的尿液,更是有巨大的价值。与普通尿相比,孕妇尿的收集的价格就更高。那孕妇尿到底有什么独特之处呢?难道孕妇尿含有更丰富的微量元素和人体代谢产物,是更加优质的肥料原料?那就太小瞧孕妇尿的作用了。孕妇尿之所以高“尿”一等,是因为孕妇的尿液里面有更多的制药宝物。原来,女性在怀孕后体内的激素分泌会产生巨大的变化,首当其冲就是人绒毛促性腺激素(HCG),临床上会通过测定孕妇血液里的HCG含量水平来了解胚胎早期发育情况。在整个孕期,孕妇体内的HCG含量都要比普通人高很多倍,而这种激素会随孕妇血液循环而代谢到尿液中,孕妇尿的回收价值就在于这高含量的HCG。
HCG对雌性能促使卵泡成熟及排卵,并使破裂卵泡转变为黄体,促使其分泌孕激素;对雄性有促间质细胞激素的作用,能促进产生雄激素,促使性器官和副性征发育及成熟,并促进精子生成,有助于加快恢复和提高受孕率。因此,HCG可用于保胎治疗、性功能障碍、无排卵性不孕症、隐睾症的治疗,具有很高的临床价值[7-9]。
此外,孕妇尿液中还含有其他有价值的物质,如雌三醇、孕酮等激素。这些物质在医药研究和生产中都有重要的应用。
1.2绝经期女性尿液的独家法宝—HMG
除了妊娠期,处于绝经期女性的尿液也有其独特的药用价值,这依然与绝经期妇女体内的激素变化水平有关。随着年龄的增长,妇女机体逐渐老化,卵巢功能衰退,不再分泌性激素,缺少雌孕激素的负反馈调节,垂体分泌的促性腺激素(HMG)就会维持在比普通人高很多的水平,HMG一样会被代谢到尿液当中。所以绝经期妇女的尿液是提取HMG的不二选择。
与孕妇尿中的HCG一样,HMG也有增加雌激素、刺激卵泡生长的作用,可用于治疗无排卵不孕、垂体性闭经和垂体促性腺激素与雌激素分泌减少导致的多囊卵巢综合征[10]。此外,HMG和HCG一样,在不孕不育的治疗领域“男女通吃”,同时还能治疗内分泌性(促性腺激素缺乏)的男性不育10。总之是给不孕不育的夫妇带来了福音。
1.3小小尿液如何“变现”?
小小尿液竟然蕴含着如此大的价值!那尿液是如何被收集,其中的有用成分又是如何被加工成药物,从而实现“变现”的呢?不查不知道,一查吓一跳,原来智慧的“打工人”早就已经掌握尿液回收这项工艺了。我国尿液回收已经形成了一套正规、完整的产业链,并且已经非常成熟。
尿液是由专门的公司来进行收集的。不同人群的尿液收集方法也会有差异。比如作为提取尿激酶的原料,普通人的尿液一般是由专业人员在学校这些公共厕所收集,有的男厕所里面放有一些塑料大桶,那就是专门收集尿液的,而基本不会在女厕所进行尿液收集。为什么只在男厕所收集尿液呢?这可不是因为男性尿液中的尿激酶等物质比女性多,实际上尿激酶在健康人,不管是男性和女性的尿液中含量都很低[6]。选择男性尿,就单纯因为男性的尿收集更方便。而提取HCG的孕妇尿的收集就要复杂一些,由收尿的公司与孕妇合作,工作人员会为孕妇提供专用收尿马桶和存尿小冰箱,并定期上门回收。
工作人员将尿液回收之后,会首先对尿液进行一个初步的检查,检验尿液是否含有病毒,气味、外观、酸碱度等项目是否合格。不合格的尿液是会被拒收退回的!初步确认合格后,会对尿液进行粗加工,然后会将粗加工后产品提供给专门的厂家,厂家进行进一步加工,将尿液中的目标成分提取纯化出来,再卖给制药公司,就可以制作出治病救人的药物啦!
可是尿液中的蛋白含量很低,那尿液是怎么加工的呢?尿液的提取大致有三个步骤:吸附、提取、纯化。首先厂家会用到一些多孔。吸附力强的物质,比如硅藻土,来把尿液当中的蛋白吸附出来。就像一个有很多孔的海绵,可以把水里面的面粉吸上去一样。吸附之后就要对目标蛋白进行提取。我们知道,尿液里面含有丰富的人体代谢产物,其中蛋白就有许多种,那要怎么把它们分开呢?我们可以想象,一个盆里有许多黄豆、绿豆、红豆,如果我们只需要黄豆,那我们要怎样快速地把黄豆提取出来呢?我们会发现,这三种豆子的大小不同,黄豆的颗粒最大,其次是红豆,绿豆的颗粒最小。既然如此,如果有一个筛子,它的孔径刚好比黄豆小一点,比红豆和绿豆的尺寸都要大,如果把全部的豆子都在筛子上筛一遍,那红豆和绿豆就全部被筛下去了,留在筛子上的就只有黄豆了。如果想要把绿豆和红豆分开,同样的道理,用一个尺寸刚好比红豆小,又比绿豆大的筛子筛一遍,就能把红豆和绿豆分开了。蛋白的种类很多,但是分子大小会有差异,我们尿液中用于制药的蛋白一般都是大尺寸的蛋白,用这种方法可以把一些不需要的小尺寸的蛋白去除掉。还有一些其他的分离方法,比如一堆大小差不多的铁和铝混在一起了,怎么把铁和铝分开?大家知道,铁是可以被磁铁吸住,而铝不会。所以,我们可以在金属堆当中放一块大磁铁,铁会被磁铁吸住,那剩下的不能被磁铁吸住就是铝了。有的蛋白质有自己的结构上的特色,与某些物质会有一些独特的吸附或结合能力,就类似铁与磁铁的吸附关系,我们就可以利用这样的原理来进行这些蛋白质的分离提纯。
提取之后的蛋白可能还会有一些杂质,而纯化就是进一步去除掉杂质,从而保证药品的质量,达到保证药品疗效并且减少不良反应的目的。纯化的步骤和提取基本类似,只不过要求更高。蛋白经过纯化后,杂质更少,有效成分含量更高,就可以作为原料药了。厂家将原料药卖给制药公司,制药公司就会把原料药进行加工,制作成可以使用的药品了。
其实,除了文中提到的溶栓药尿激酶、辅助生育药绒促性素HCG、促性腺激素HMG,尿液里面还有许多其他可以提取加工成药品的成分,比如治疗梗塞的尤瑞克林[11],[12]、治疗胰腺炎的乌司他丁[13],[14]、有助于伤口愈合的表皮生长因子[15]、抗肿瘤尿多酸肽[16]等药物。事实上,随着人工合成技术的发展,一些原本需要从尿液中提取的物质现在可以通过人工合成的方式获得[17],但是由于这种方式制备的药物价格昂贵,目前还是无法撼动尿液提取加工的地位。
总的来说,人体的尿液不仅只是代谢产物,还是蕴含着活性成分的“宝藏”。尿液回收这个看似不可思议的产业,在这个讲究资源节约、可持续发展的时代,正是变“废”为“宝”的绿色循环,是现代科技在传统领域的创新运用。放眼未来,随着科技的发展,尿液也将会为人类健康创造出更多奇迹!
参考文献:
[1] 国家 “九五” 攻关课题协作组. 急性脑梗死六小时以内的静脉溶栓治疗 [J]. 中华神经科杂志, 2002,35 (4):210-213
[2] 关于印发国家短缺药品清单的通知,药物政策与基本药物制度司,国卫办药政发〔2020〕25号
[3] 许珍.人尿激酶粗制品生产质量控制与提取工艺研究[D].扬州大学,2021.
[4] 郭文.一种尿液收集储存装置及尿液收集储存系统:CN202222568777.0[P].2023-06-06.
[5] 顾京.一种尿液收集处理装置及方法: CN202311093266.0[P].2023-09-29.
[6] 郭文.一种尿液回收系统:CN202211174380.1[P].2023-12-19.
[7] 何厚文.促性腺激素类药品的进展[J].中国生化药物杂志,1992,(01):63-65.
[8] 王安妮,冯欣.人绒毛膜促性腺激素治疗流产的研究进展[J].中国临床药理学杂志,2019,35(05).
[9] 潘萍,杨冬梓.低剂量绒促性素与控制性卵巢刺激[J].实用妇产科杂志,2016,32(01):19-22.
[10] 曾春英,顾美皎,黄宏英.促性腺激素释放激素激动剂与米非司酮治疗子宫肌瘤的临床对照研究[J].中华妇产科杂志,1998,(08):41-43.
龚浠平.尤瑞克林改善脑血管储备能力的研究[J].中国卒中杂志,2007,(06):545-548.
[11] 丁德云.新药临床研究之路——凯力康(注射用尤瑞克林)临床研究简介[J].中国处方药,2005,(11):64-66.
[12] 潘成,虞惠康,罗月娥.注射用乌司他丁[J].中国新药杂志,2000,(02):123-124.
[13] 上海乌司他丁临床试验协作组,王吉耀,刘厚钰,等.国产乌司他丁治疗急性胰腺炎的多中心临床研究[J].中华消化杂志,2001,(05):33-36.
[14] 王武康,陈屏,张亚男,等.从尿中分离制备人表皮生长因子[J].中国生化药物杂志,2003,(02):86-87.
[15] 王淑梅.尿多酸肽注射液的临床研究进展[J].河北医药,2015,37(18):2838-2840.
[16] 许骥,华琦,刘力松,等.重组人尿激酶原与尿激酶对急性心肌梗死患者纤溶系统影响的比较[J].首都医科大学学报,2005,(02):132-135.
来源: 李培武院士食品安全科普工作室