首批獲得的牛胰島素結(jié)晶
1965年9月17日，中國科學(xué)家在世界上第一次用人工方法，合成了與天然胰島素分子化學(xué)結(jié)構(gòu)相同，并具有完整生物活性的蛋白質(zhì)——結(jié)晶牛胰島素，標志著人類在認識生命、探索生命奧秘的征途中邁出了里程碑式的步伐。這一原創(chuàng)性的工作，開辟了人工合成蛋白質(zhì)的時代。
我國科學(xué)家在非常困難的條件下率先獲得這一成果，令世界震撼。相關(guān)論文公布后，許多國際同行紛紛來信來電，祝賀中國做出一項“可以得諾貝爾獎”的工作。
在人工全合成結(jié)晶牛胰島素50周年之際，國家自然科學(xué)基金委和中科院聯(lián)合主辦的《生命科學(xué)》雜志刊發(fā)專輯，約請當(dāng)年參與人工全合成結(jié)晶牛胰島素工作的老科學(xué)家撰寫回憶文章，還搜集整理了其他與此項目有關(guān)的文章和史料。本刊選編其中珍貴而生動的故事，讓讀者從不同維度，了解當(dāng)時人工合成結(jié)晶牛胰島素工作的全貌。
胰島素的分子結(jié)構(gòu)
胰島素是由A、B兩條肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì)，A鏈有21個氨基酸，B鏈有30個氨基酸。A、B兩條鏈之間，有兩個硫硫鍵，A鏈上另外還有一個硫硫鍵。
天然胰島素是動物胰腺的分泌物，有調(diào)節(jié)糖代謝、降低血糖的功用。不同動物的胰島素有種屬差異性。
1965年中國科學(xué)家首次在世界上用人工方法合成的胰島素是牛胰島素，其結(jié)晶形狀、層析、電泳、酶解圖譜均與天然的一致，活性達到87%。這些數(shù)據(jù)證明，我國科學(xué)家的工作非常出色，在世界該領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先。
我們完成了“不可能”的任務(wù)
王應(yīng)睞（1907-2001）
生物化學(xué)家。在人工合成結(jié)晶牛胰島素工作中擔(dān)任首席領(lǐng)導(dǎo)。
1955年，當(dāng)桑格第一次闡明胰島素化學(xué)結(jié)構(gòu)的時候，英國《自然》雜志預(yù)言：“合成胰島素將是遙遠的事情”。說實在的，他們的預(yù)言并不很保守。但是誰能想到，僅僅3年的時間，中國人就做出了敢于跨越這個“遙遠”的決定。
我們闖過了許多異乎尋常的難關(guān)，做了前人所沒有做的事情。首先是氨基酸的大量供應(yīng)問題。我們從無到有地生產(chǎn)出十幾種氨基酸，結(jié)束了國內(nèi)不能自制整套氨基酸的歷史。
其次是多肽的合成問題。50年代末，我國只有合成8肽的基礎(chǔ)，國際上也只能合成13肽；而我們要合成的肽鏈，一條是21肽，一條是30肽。
第三，對于天然胰島素的拆合工作，雖然國際上早有嘗試，但我們著手解決這個問題的時候，國際上并沒有成功的經(jīng)驗。
此外，在幾百步的合成工作中，還有大量的保護基及其他試劑的制作和使用條件的摸索，合成工作中所需的一整套蛋白質(zhì)分離和分析技術(shù)，也需要建立和提高。
總之，要我們攀登的“珠峰”不止一座。瑞典烏普薩拉大學(xué)生化研究所所長、諾貝爾獎獲得者和諾貝爾評獎委員會主席蒂斯利尤斯1966年3月到生化所參觀胰島素工作時說：“美國、瑞士等在多肽合成方面有經(jīng)驗的國家未能合成胰島素，也不敢去合成它。你們沒有這方面的專長和經(jīng)驗，但你們合成了，這讓我很驚訝?！彼跉w國途中，適逢我國第三次核試驗成功，他就此事答《瑞典日報》記者時說：“核能力說明了新中國的進展，但更有說服力的是胰島素；因為人們可以從書本中學(xué)習(xí)制造原子彈，但不能從書本上學(xué)習(xí)制造胰島素?！?/span>
功不可沒的無名英雄
葉蘊華（1936-）
1960年畢業(yè)于北大化學(xué)系。1964年作為北大科研組成員之一到上海，從事胰島素合成的研究。
當(dāng)年參加該項研究任務(wù)的大多數(shù)是年輕人，熱情非常高，決心要趕在德國人和美國人之前完成胰島素的合成。大家深知責(zé)任重大，必須全身心地投入工作。1964年初，季愛雪、李崇熙和我都有1歲上下的孩子需要人照顧。為了工作需要，我們克服個人困難，離開自己的家人到上海工作。
為了爭取早日合成A鏈，我們沒有周末，沒有節(jié)假日，整天泡在實驗室做實驗或到圖書室查閱文獻。
當(dāng)全合成論文在《中國科學(xué)》上發(fā)表時，沒有人去計較作者的排列次序。北大化學(xué)系副系主任文重老師建議，根據(jù)大學(xué)畢業(yè)年限依次排列，即最早畢業(yè)的排在前面，畢業(yè)晚的排在后面。大家都沒有提出異議。
1965年在《中國科學(xué)》雜志上發(fā)表的全合成的文章上署名共21人。事實上，北大化學(xué)系、上海有機所和上海生化所3個合作單位里在前期涉及該項研究的少說也有上百人。有些同事曾參加過一些胰島素A鏈或B鏈中片段的合成，并發(fā)表了文章，為后來的研究提供了經(jīng)驗。但是最后的文章上卻沒有他們的名字，他們是功不可沒的無名英雄。
科研輔助人員的貢獻
張申碚（1937-）
曾中國科學(xué)院上海分院副院長、中科院上海生命科學(xué)研究中心副主任等。在人工合成結(jié)晶牛胰島素工作時，為上海生化所研究實習(xí)員。
人工合成胰島素的工作是由中科院上海生物化學(xué)研究所、上海有機化學(xué)研究所和北京大學(xué)合作的項目，由我國著名科學(xué)家鈕經(jīng)義、鄒承魯、汪猷、邢其毅院士領(lǐng)銜擔(dān)綱的，他們都是我國生物化學(xué)界和有機化學(xué)界的泰斗，在他們帶領(lǐng)下，一批中青年科學(xué)家成為科研攻關(guān)的主力。還有一批更為年輕的輔助人員承擔(dān)了繁重的技術(shù)支持工作，在最后發(fā)表的論文中雖然未署上他們的名字，但他們的貢獻仍是這一復(fù)雜工程中不可缺少的部分。
人工合成多肽的工作，要求提供高度純凈無水的有機溶劑。由于化學(xué)試劑商店能買到的產(chǎn)品均不能達到這一要求，課題組必須建立自己的溶劑處理隊伍。
在研制過程中，科研技術(shù)人員克服了許多困難。中國科學(xué)院的實驗條件，在當(dāng)時國內(nèi)應(yīng)該說是不錯的了，但也有許多不盡如人意的地方。生化所的毒氣櫥排風(fēng)力都太小，一個人在實驗中使用有毒有刺激性的化學(xué)藥品，不僅同一房間的人要“有難同當(dāng)”，就是附近的實驗室，也得受“隔壁氣”。
多肽合成中常需要用一種稱為Cbz.Cl的氨基保護劑，合成這一試劑時，要用光氣作為原料。光氣能窒息人的呼吸系統(tǒng)，在戰(zhàn)爭中曾作為化學(xué)武器使用。為了合成這一重要的原料，研究所請求兄弟單位和化工廠的支持，提供必要的工作條件，即使如此，還免不了要吸進少量的毒氣。
在實驗規(guī)模較小時，我們也在實驗大樓的屋頂平臺上做實驗，利用大氣來稀釋毒氣。除了光氣實驗外，其他有毒氣體的實驗也常在屋頂進行。還有，多肽合成常用的縮合劑（簡稱DCCI）對有些人會產(chǎn)生嚴重的過敏反應(yīng)，出現(xiàn)臉部水腫。但這些困難都被我們克服了。
敢冒風(fēng)險
張友尚（1925-）
作為研究生參與了人工合成結(jié)晶牛胰島素工作。2001年當(dāng)選中科院院士，現(xiàn)為中科院上海生科院生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所研究員。
二十世紀五六十年代，我國科學(xué)家人工合成胰島素成功。這項工作是在特定的歷史條件下提出來的。在那時，要在實驗室人工合成以胰島素為代表的蛋白質(zhì)，的確是一個很大的挑戰(zhàn)，有很大的風(fēng)險。值得慶幸的是，通過許多人的共同努力，這項工作并沒有半途而廢，而是勝利地完成了。
胰島素的重合成前人已作過許多嘗試，結(jié)果都沒有成功。但是杜雨蒼等經(jīng)過多次實驗終于得到了有活力的重合成粗產(chǎn)物，活力水平達到天然胰島素的5%~10%。這是重合成工作中的一次重要突破。下一步亟待解決的就是從粗產(chǎn)物中分離純化重合成胰島素。
1959年夏，我到漕河涇農(nóng)場勞動一個月。勞動還沒有結(jié)束就提前回所了，給我的任務(wù)是分離純化重合成胰島素。對我而言，這是一個挑戰(zhàn)，也是一個機遇。當(dāng)時分離純化蛋白質(zhì)的方法和條件遠不如現(xiàn)在這樣先進，更何況在重合成反應(yīng)中可能產(chǎn)生的副產(chǎn)物又十分復(fù)雜，因此這個任務(wù)對我而言是十分艱巨的。
能不能完成只有通過反復(fù)實踐。在實踐中我們發(fā)現(xiàn)一種酸性仲丁醇溶劑，能從粗產(chǎn)物中選擇性地抽提出重合成胰島素。這是一個簡單而有效的純化方法，而且將抽提液調(diào)到中性，可以方便地將純化的重合成胰島素再轉(zhuǎn)移到水溶液中，再將溶液對一種適于胰島素結(jié)晶的溶液透析就可以得到重合成胰島素的結(jié)晶。
當(dāng)我在顯微鏡下第一次看到閃亮而美麗的重合成胰島素結(jié)晶時，心中無比興奮。通過結(jié)晶，重合成胰島素的純度又有大幅度的提高，活力已接近天然胰島素的水平。更加重要的是，重合成胰島素的結(jié)晶回答了一個懸而未決的問題，即人工合成的胰島素會不會是沒有天然胰島素空間結(jié)構(gòu)的變性蛋白質(zhì)。從兩條變性的鏈可以得到重合成胰島素的結(jié)晶，充分證明了這樣一個原理：只要分子的一級結(jié)構(gòu)正確，就能形成天然胰島素所特有的高級結(jié)構(gòu)或折疊。
天然胰島素的重合成為胰島素人工合成鋪下了一條通向成功的道路。在胰島素人工合成中，我能有機會作為一顆鋪路石子，是十分幸運的。
中國為何能超前
杜雨蒼（1932-2006）
中科院上海生物化學(xué)研究所研究員。主要從事蛋白質(zhì)化學(xué)和多肽生物學(xué)研究，在人工合成結(jié)晶牛胰島素中作出重要貢獻。
胰島素一直是人類探索生命奧秘的敲門磚。它的發(fā)現(xiàn)、醫(yī)療作用、生理功能、結(jié)構(gòu)研究直到它被用于基因工程生產(chǎn)（現(xiàn)在被稱為“生物工程”），每次都震動世界，因為這些成就每個都堪稱分子生物學(xué)發(fā)展的里程碑和人們在認識生命本質(zhì)過程中的重大事件?？茖W(xué)家們圍繞胰島素的研究，多次獲得諾貝爾獎。不管人們對合成蛋白質(zhì)的科學(xué)重要性的認識有何等差異，在生化科學(xué)發(fā)展的長河里，胰島素注定要在20世紀60年代被人們化學(xué)合成，因為它的化學(xué)結(jié)構(gòu)在1955年已被一個名叫桑格的英國科學(xué)家闡明。雖然《自然》雜志在報導(dǎo)桑格獲得諾貝爾獎時說過“要合成胰島素，還不是近期所能”，但后來的事實證明，許多科學(xué)家私下都在躍躍欲試了。
在當(dāng)時我國實驗條件相對較差的情況下，要想攀登或最先登上這一高峰而沒有人們積極性的最大發(fā)揮，也是不能想象的。為了祖國的榮譽，老科學(xué)家和中青年科研人員發(fā)揚百折不撓和日夜奮戰(zhàn)的精神，相互理解和精誠團結(jié)，為求得科學(xué)真理可爭得面紅耳赤，關(guān)鍵問題上相信黨的英明決策等等，這些都構(gòu)成了1965年我國在世界上首先合成胰島素成功的主觀和精神因素。
回顧這一艱巨歷程，應(yīng)該能從中發(fā)現(xiàn)一些該摒棄和該繼承的東西。當(dāng)年，張勁夫代表科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)號召科學(xué)界的青年要“安、鉆、迷”，虛心向老科學(xué)家學(xué)習(xí)，掌握才能為國作貢獻。當(dāng)年的青年的確這樣做了。
胰島素工作時沒有市場大潮沖擊，人們只知道沒有國家的絕對支持，純理論研究就無法完成。科學(xué)不存在未卜先知，一旦能“先知”，就不成為重大發(fā)現(xiàn)。偉大的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)似乎常常眷顧那些對科學(xué)執(zhí)著甚至顯得頑固的人。真理有時掌握在少數(shù)人手里。誰也無法預(yù)先挑選出這個正確的“少數(shù)”。
科學(xué)上也不存在只有理論意義沒有實際應(yīng)用前途的理論，只是實現(xiàn)的時機是否成熟。自從胰島素被人工合成以來，先后有催產(chǎn)素、抗利尿素、促性腺激素釋放素和降血鈣素等一系列多肽藥物在我國的應(yīng)用?，F(xiàn)在，經(jīng)過化學(xué)改造的合成肽類物質(zhì)已顯現(xiàn)出對某些癌癥、不孕癥、骨質(zhì)疏松癥以及腦神經(jīng)退化病變有極良好的應(yīng)用前景。
當(dāng)然，理論成果轉(zhuǎn)化和成果的推廣應(yīng)用也并非都能那么順利。至今多肽在臨床上的應(yīng)用優(yōu)勢還未被充分認識，有待各方面的努力。
合成胰島素的后勤部
陳遠聰（1928-）
1950年代初在中科院上海生理生化研究所從事生化試劑合成工作，后受命與同事合作組建東風(fēng)生化試劑廠，為合成胰島素提供了關(guān)鍵的氨基酸原料。
1959年1月，我奉生化所王芷涯同志之命從北京大學(xué)返回生化所，和譚佩幸一道負責(zé)東風(fēng)廠的組建工作。東風(fēng)廠建于1958年底，主要為人工合成胰島素生產(chǎn)氨基酸。
胰島素有A和B鏈，共由51個氨基酸組成，約有17種不同的氨基酸。當(dāng)時國內(nèi)只能生產(chǎn)純度不高的甘、精、谷3種氨基酸，其余14種需要進口。由于封鎖和禁運，當(dāng)時生化試劑需從香港轉(zhuǎn)運，不但要花費昂貴的外匯，周轉(zhuǎn)時間也很長。
合成胰島素必需有源源不斷的氨基酸供應(yīng)，因此，只能走自力更生、奮發(fā)圖強的道路。所以科學(xué)院決定組建東風(fēng)廠，由當(dāng)時的生化所各研究組抽調(diào)一部分科技人員作為生產(chǎn)骨干；招收10多名中學(xué)畢業(yè)生和復(fù)員轉(zhuǎn)業(yè)軍人做生產(chǎn)工人，共約30人；撥出大樓的幾間實驗室和科學(xué)院16樓的兩間辦公室做生產(chǎn)車間，生產(chǎn)小組有分離、提取、合成、分析4個小組。作為專家下廠指導(dǎo)的鈕經(jīng)義和沈昭文，幫助建立離子交換層析法純化氨基酸和紙層析法鑒定氨基酸純度。
人工合成胰島素需要有高純度的氨基酸原料，不能含有雜質(zhì)。50年代的氨基酸生產(chǎn)，除谷氨酸是用微生物發(fā)酵大規(guī)模生產(chǎn)外，其余都是從天然生物材料中提取的，如從蛋白質(zhì)水解液中18種氨基酸混合物純化出高純度單一的氨基酸，難度大，成本高，因而價格昂貴。
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《文匯報》 2015年9月13日 第7版