首批獲得的牛胰島素結(jié)晶
1965年9月17日，中國(guó)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(biāo)志著人類在認(rèn)識(shí)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(shí)代。
我國(guó)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(guó)際同行紛紛來信來電，祝賀中國(guó)做出一項(xiàng)“可以得諾貝爾獎(jiǎng)”的工作。
在人工全合成結(jié)晶牛胰島素50周年之際，國(guó)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(qǐng)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(xiàng)目有關(guān)的文章和史料。本刊選編其中珍貴而生動(dòng)的故事，讓讀者從不同維度，了解當(dāng)時(shí)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(gè)氨基酸，B鏈有30個(gè)氨基酸。A、B兩條鏈之間，有兩個(gè)硫硫鍵，A鏈上另外還有一個(gè)硫硫鍵。
天然胰島素是動(dòng)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(dòng)物的胰島素有種屬差異性。
1965年中國(guó)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(dá)到87%。這些數(shù)據(jù)證明，我國(guó)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(shí)候，英國(guó)《自然》雜志預(yù)言：“合成胰島素將是遙遠(yuǎn)的事情”。說實(shí)在的，他們的預(yù)言并不很保守。但是誰(shuí)能想到，僅僅3年的時(shí)間，中國(guó)人就做出了敢于跨越這個(gè)“遙遠(yuǎn)”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(wú)到有地生產(chǎn)出十幾種氨基酸，結(jié)束了國(guó)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(guó)只有合成8肽的基礎(chǔ)，國(guó)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(duì)于天然胰島素的拆合工作，雖然國(guó)際上早有嘗試，但我們著手解決這個(gè)問題的時(shí)候，國(guó)際上并沒有成功的經(jīng)驗(yàn)。
此外，在幾百步的合成工作中，還有大量的保護(hù)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(zhǎng)、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者和諾貝爾評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)主席蒂斯利尤斯1966年3月到生化所參觀胰島素工作時(shí)說：“美國(guó)、瑞士等在多肽合成方面有經(jīng)驗(yàn)的國(guó)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(zhǎng)和經(jīng)驗(yàn)，但你們合成了，這讓我很驚訝?！彼跉w國(guó)途中，適逢我國(guó)第三次核試驗(yàn)成功，他就此事答《瑞典日?qǐng)?bào)》記者時(shí)說：“核能力說明了新中國(guó)的進(jìn)展，但更有說服力的是胰島素；因?yàn)槿藗兛梢詮臅局袑W(xué)習(xí)制造原子彈，但不能從書本上學(xué)習(xí)制造胰島素。”
功不可沒的無(wú)名英雄
葉蘊(yùn)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(xiàng)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(guó)人和美國(guó)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(gè)人困難，離開自己的家人到上海工作。
為了爭(zhēng)取早日合成A鏈，我們沒有周末，沒有節(jié)假日，整天泡在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)或到圖書室查閱文獻(xiàn)。
當(dāng)全合成論文在《中國(guó)科學(xué)》上發(fā)表時(shí)，沒有人去計(jì)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(guó)科學(xué)》雜志上發(fā)表的全合成的文章上署名共21人。事實(shí)上，北大化學(xué)系、上海有機(jī)所和上海生化所3個(gè)合作單位里在前期涉及該項(xiàng)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(yàn)。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(wú)名英雄。
科研輔助人員的貢獻(xiàn)
張申碚（1937-）
曾中國(guó)科學(xué)院上海分院副院長(zhǎng)、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(shí)，為上海生化所研究實(shí)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(jī)化學(xué)研究所和北京大學(xué)合作的項(xiàng)目，由我國(guó)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(guó)生物化學(xué)界和有機(jī)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(xiàn)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(wú)水的有機(jī)溶劑。由于化學(xué)試劑商店能買到的產(chǎn)品均不能達(dá)到這一要求，課題組必須建立自己的溶劑處理隊(duì)伍。
在研制過程中，科研技術(shù)人員克服了許多困難。中國(guó)科學(xué)院的實(shí)驗(yàn)條件，在當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)應(yīng)該說是不錯(cuò)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(gè)人在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(hù)劑，合成這一試劑時(shí)，要用光氣作為原料。光氣能窒息人的呼吸系統(tǒng)，在戰(zhàn)爭(zhēng)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(qǐng)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(jìn)少量的毒氣。
在實(shí)驗(yàn)規(guī)模較小時(shí)，我們也在實(shí)驗(yàn)大樓的屋頂平臺(tái)上做實(shí)驗(yàn)，利用大氣來稀釋毒氣。除了光氣實(shí)驗(yàn)外，其他有毒氣體的實(shí)驗(yàn)也常在屋頂進(jìn)行。還有，多肽合成常用的縮合劑（簡(jiǎn)稱DCCI）對(duì)有些人會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)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(xiǎn)
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(xì)胞生物學(xué)研究所研究員。
二十世紀(jì)五六十年代，我國(guó)科學(xué)家人工合成胰島素成功。這項(xiàng)工作是在特定的歷史條件下提出來的。在那時(shí)，要在實(shí)驗(yàn)室人工合成以胰島素為代表的蛋白質(zhì)，的確是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，有很大的風(fēng)險(xiǎn)。值得慶幸的是，通過許多人的共同努力，這項(xiàng)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(shí)驗(yàn)終于得到了有活力的重合成粗產(chǎn)物，活力水平達(dá)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(chǎng)勞動(dòng)一個(gè)月。勞動(dòng)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(duì)我而言，這是一個(gè)挑戰(zhàn)，也是一個(gè)機(jī)遇。當(dāng)時(shí)分離純化蛋白質(zhì)的方法和條件遠(yuǎn)不如現(xiàn)在這樣先進(jìn)，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(gè)任務(wù)對(duì)我而言是十分艱巨的。
能不能完成只有通過反復(fù)實(shí)踐。在實(shí)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(gè)簡(jiǎn)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(duì)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(shí)，心中無(wú)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(gè)懸而未決的問題，即人工合成的胰島素會(huì)不會(huì)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(gè)原理：只要分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)正確，就能形成天然胰島素所特有的高級(jí)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(jī)會(huì)作為一顆鋪路石子，是十分幸運(yùn)的。
中國(guó)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(xiàn)。
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(dòng)世界，因?yàn)檫@些成就每個(gè)都堪稱分子生物學(xué)發(fā)展的里程碑和人們?cè)谡J(rèn)識(shí)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(jiǎng)。不管人們對(duì)合成蛋白質(zhì)的科學(xué)重要性的認(rèn)識(shí)有何等差異，在生化科學(xué)發(fā)展的長(zhǎng)河里，胰島素注定要在20世紀(jì)60年代被人們化學(xué)合成，因?yàn)樗幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)在1955年已被一個(gè)名叫桑格的英國(guó)科學(xué)家闡明。雖然《自然》雜志在報(bào)導(dǎo)桑格獲得諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)說過“要合成胰島素，還不是近期所能”，但后來的事實(shí)證明，許多科學(xué)家私下都在躍躍欲試了。
在當(dāng)時(shí)我國(guó)實(shí)驗(yàn)條件相對(duì)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(guó)的榮譽(yù)，老科學(xué)家和中青年科研人員發(fā)揚(yáng)百折不撓和日夜奮戰(zhàn)的精神，相互理解和精誠(chéng)團(tuán)結(jié)，為求得科學(xué)真理可爭(zhēng)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(guó)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(hào)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(guó)作貢獻(xiàn)。當(dāng)年的青年的確這樣做了。
胰島素工作時(shí)沒有市場(chǎng)大潮沖擊，人們只知道沒有國(guó)家的絕對(duì)支持，純理論研究就無(wú)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(duì)科學(xué)執(zhí)著甚至顯得頑固的人。真理有時(shí)掌握在少數(shù)人手里。誰(shuí)也無(wú)法預(yù)先挑選出這個(gè)正確的“少數(shù)”。
科學(xué)上也不存在只有理論意義沒有實(shí)際應(yīng)用前途的理論，只是實(shí)現(xiàn)的時(shí)機(jī)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(guó)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(duì)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(shì)還未被充分認(rèn)識(shí)，有待各方面的努力。
合成胰島素的后勤部
陳遠(yuǎn)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(fù)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(gè)氨基酸組成，約有17種不同的氨基酸。當(dāng)時(shí)國(guó)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(jìn)口。由于封鎖和禁運(yùn)，當(dāng)時(shí)生化試劑需從香港轉(zhuǎn)運(yùn)，不但要花費(fèi)昂貴的外匯，周轉(zhuǎn)時(shí)間也很長(zhǎng)。
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(qiáng)的道路。所以科學(xué)院決定組建東風(fēng)廠，由當(dāng)時(shí)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(jià)格昂貴。
自己生產(chǎn)氨基酸為國(guó)家節(jié)約了大量外匯，辦廠一年來，我們?yōu)閲?guó)家節(jié)省了數(shù)十萬(wàn)元的開支。
《文匯報(bào)》 2015年9月13日 第7版