簡介
1965年我國首次人工合成了牛胰島素1965年9月，中國學者首先在世界上成功地實現了人工合成具有天然生物活力的蛋白質——結晶牛胰島素。這項成果表明，新中國學者使人類在認識生命、揭示生命奧秘的歷程中向前邁進了一步。
結晶牛胰島素的人工合成是新中國第一個居世界領先水平的基礎理論研究成果。該項目在1958年最初提出時，國內在開展這方面的研究上存在很大的困難。胰島素分子是由21肽的A鏈和30肽的B鏈這兩條肽鏈通過二硫鍵連線起來的，而肽鏈又是由多種胺基酸以肽鍵形式連線組成的，但當時在國內，除了谷氨酸外，還不能生產任何胺基酸，並且也沒有合成多肽經驗，一切都得從零做起。然而，來自中國科學院上海生物化學所、上海有機化學所、北京大學等單位的學者在王應睞、鄒承魯、鈕經義、汪猷、邢其毅等學科帶頭人的領導組織下，歷經8年的艱苦努力，終於攻克了胰島素A及B鏈的拆合關、A鏈和B鏈的合成關等一道道難關，最終完成了牛胰島素的全合成。
中國學者成功合成有生物活性牛胰島素的工作公布於世後，立即引起了國際科學界的高度重視。1982年，該成果榮獲中國國家自然科學一等獎。
歷程
1958年是中國歷史上一個令人難忘的年頭。在“大躍進”的聲浪中，千百萬急於擺脫幾個世紀以來貧窮落後帽子的中國人用豪言壯語設定了許多令人難以置信的雄偉目標。中國的科學家們也熱切希望做出舉世矚目的科學成就。在當時的中國科學院上海生物化學研究所，各種各樣的想法一個接一個地被提出來，經過激烈的討論，而又一個又一個地被否決掉。當時爭論極為熱烈，經常是兩三個人同時爭著發言，所以現在很難想起確切的是誰首先提出了人工合成蛋白質的想法。不過，這一主張一提出，馬上獲得一致的贊同。 這不僅因為大家都知道蛋白質對生命的重要性，它是所有生命活動的主要承擔者；還因為在那個時代談蛋白質的人工合成還有相當的神秘感，因此人工合成蛋白質無疑是一個驚人的科學壯舉。這個想法也贏得了領導的支持，並且得到此項目得以進行的充足的經費。這在很大程度上真應該歸功於恩格斯說過的一句話：“蛋白質是生命的存在形式”，因此合成了蛋白質就是在合成生命的道路上前進了一大步。
在“文革”的困難日子裡，幾乎所有嚴肅的基礎研究都被徹底禁止了。而正是因為胰島素合成的成功，使得測定胰島素晶體結構的工作得以啟動進行。現在北京生物大分子國家重點實驗室的一個優秀的X－射線晶體學研究小組的核心便是在那時形成的。
在熱火朝天的1958年，我把自己對酶的興趣暫且放在一邊，參加了上海生物化學研究所牛胰島素的人工全合成工作。選擇胰島素作為當時人工合成蛋白質的對象是有道理的，不僅僅因為胰島素只有51個胺基酸，分子小，還因為它是當時唯一已知一級序列的蛋白質。其一級序列的測定工作剛剛由英國的F．Sanger完成不久，為此他獲得了諾貝爾獎。
回首往事，今天的肽鏈合成技術和我們那個時候真有天壤之別。現在我們能用合成儀方便地合成一段合適長度的肽段，要做的只是設定程式，加進所需的胺基酸和其他試劑，按下按鈕，機器就自動工作，幾天之後我們就能收到所要的肽段。現在常用的固相合成方法則是美國的Merrifleld在1963年首創的，並使他獲得諾貝爾獎。可是在四十年前，蛋白質的合成，哪怕只是胰島素這樣一個小蛋白，都是件令人生畏的事。世界上首例多肽合成，是du Vigneaud在1953年合成的一個八肽，催產素。這項工作使他獲得了1955年的諾貝爾化學獎。到1958年，人工合成的最長的肽段是促腎上腺皮質激素的一個片段。更為困難的是，當時我國還沒有多肽合成的經驗，除了谷氨酸 鈉（味素）之外，我國甚至沒有製造過任何胺基酸。實際上，這一項目確實也耗資巨大，如一位執異議者後來所言，所用去的化學溶劑之多，足以灌滿一個游泳池。
A鏈和B鏈的組合胰島素是由兩對二硫鍵聯結的兩條肽鏈組成的。除鏈間二硫鍵外，在A鏈上還有一對鏈內二硫鍵。因此，在工作初期，曾考慮了三種合成方案以供選擇。其中最為現實可行的方案是分別合成A鏈和B鏈，然後通過巰基的氧化使兩條鏈正確組合。當時我的任務是摸索胰島素分子先經過還原、分離純化之後的A鏈和B鏈是否能通過氧化重新組合形成天然的胰島素分子。這一問題是胰島素人工全合成成功的關鍵。而我有幸能和幾位才華橫溢的年輕人在一起
工作。他們之中包括杜雨蒼、許根俊、魯子賢和張友尚等，現在他們都是卓有成就的科學家了。
因國外許多人都曾嘗試過把還原的胰島素肽鏈重新組合，以期獲得一定產率的天然胰島素，而這些探索都無一例外地失敗了，甚至有人報導說，對於部分還原的胰島素而言，氧化會導致活力的進一步降低。當時除了像催產素這樣的小肽以外，還沒有一個含二硫鍵的蛋白能在還原後通過氧化而成功地再生。等到使Anfinsen獲得諾貝爾獎的工作，即氧化被還原的核糖核酸酶肽鏈能得到活力恢復發表時，我們都已經由還原的胰島素肽鏈得到相當產率的胰島素了。Anfinsen的工作要容易得多，因為核糖核酸酶只有一條肽鏈；而胰島素則是由兩條肽鏈組成的，而兩條肽鏈可以以任何比例組合，這就大大增加了問題的複雜性。我們那時沒有被洋人的失敗嚇倒，反而迎難而上，著手分離A鏈和B鏈，然後試圖使它們正確組合以形成天然的胰島素。當年我才三十多歲，卻是小組中最年長也是顧慮最多的人，而我那些年輕的同事們則不像我那樣擔心別人的失敗，他們都有股“初生牛犢不畏虎”的勁頭。為了氧化被還原的肽段，我們歷經 艱辛，最終發現了不使用氧化劑而使氧化反應在低溫下由空氣緩慢完成的方法。這使我們在很短的時間內取得了鼓舞人心的結果，獲得10％的活力恢復！由於肽鏈能以不同比例組合，巰基間形成二硫鍵的可能性是數不勝數的，在理論上應該說是無窮的。因此我們所得的10％的產率大大超過了巰基間隨機配對可能得到的產率。我們的結果暗示著胰島素的天然結構是其所有可能結構中最穩定的一個。
我們所得到的粗產物經進一步純化和結晶，終於得到和天然胰島素具有相同活力和晶型的晶體，胰蛋白酶水解物雙向紙層析和電泳的結果進一步證實氧化後所得的胰島素與天然胰島素完全相同，上述這些重要的結果我們在1959年的秋天就得到了，但我們知道德國和英國的研究小組也在進行胰島素合成的研究，很自然我們必須對我們的結果保密。同時由於“大躍進”的緣故，中國所有的學術刊物都被迫停刊，包括當時國內唯一用西文出版的刊物《中國科學》。再說，那個時代當然是不可能在國外發表論文的。直到1960年Dixon和Wardlaw在《NATURE》上發表論文，報導氧化被還原的肽鏈得到1—2％的胰島素之後，我們才決定在《中國科學》發表我們的結果，第一篇論文發表在1961年10月《中國科學》恢復出版後的第一期上。同時我們一直在摸索進一步提高產率的條件。不久，我們把產率提高到了30—50％！
這些研究為胰島素的最終全合成掃清了道路。胰島素的合成是由三個單位協作完成的。上海生物化學研究所由鈕經義和龔岳亭領導的小組負責B鏈的合成；上海有機化學研究所由汪猷領導的小組以及北京大學由邢其毅領導的小組共同負責A鏈的合成，兩條鏈都是通過傳統的片段縮合法合成的；我的小組負責兩條肽鏈的組合。
儘管當時已有了一些保護基團和去除這些基團的方法，但每種蛋白都有其獨特的性質，具體問題需具體對待，因此肽鏈的合成遠非是一種成熟的常規的技術，對活潑的側鏈基團而言，必須小心地保護它們以防它們參與肽鏈的延伸反應而形成分叉的肽鏈。但在必要時，卻又要去掉這些保護基團，才能成功地合成所需的胰島素肽鏈。
合成
小鼠驚厥實驗證A鏈和B鏈的合成
B鏈的合成以及由人工合成的B鏈與天然的A鏈構建成胰島素首先獲得成功，其結果在1964年發表。而A鏈的合成卻遇到些麻煩，因此龔岳亭加入到上海有機化學研究所的小組中幫助解決問題。
當我們通過小鼠驚厥實驗證明純化的人工合成胰島素確實具有和天然胰島素相同的活性時，那一刻真是令人終身難忘。這個最後進行的實驗是在1965年的一個清晨進行的。只有與這個實驗直接有關的人員才允許觀察小鼠經受第一個人工合成蛋白質處理的反應，而其他關注此事的人只能在另一間屋子裡焦急地等待。當注射了合成胰島素的小鼠驚厥實驗宣布成功時，那實在是一個無法用語言形容的激動人心的時刻。
餘波
我們1965年在《中國科學》上發表了一篇簡報介紹我們的結果，而這一工作的全文則發表在次年《科學通報》的一期專刊上。當年春天，王應睞先生和我因為另外一項研究工作被邀請參加在華沙召開的一次歐洲生化會議，在胰島素的化學合成中擔當重任的龔岳亭和我們同去。當時我們想在這個國際會議上介紹關於胰島素人工合成的情況，並準備公布我們的實驗結果。我們的發言被安排在一間狹小的房間裡並限時為10分鐘。Sanger也在聽眾之中，由於我們早就遞交了摘要，我本以為會議會給我們更長一些時間發言，但就會議組織者而言，我是為別的工作被邀請作報告的，而胰島素又和會議的主題不甚符合，因此我們還是只有短短10分鐘時間。後來，我被邀請參加一個只有少數人參加的自助餐宴會。我的老朋友，後來是匈牙利總統的BrunoStraub教授告訴我，應邀出席宴會的都是向大會遞交了非常重要論文的人。 當時我們哪裡知道，回國兩個月後就迎來了“文化大革命”。
“文革”初期，諾貝爾獎獲得者Kendrew爵士來中國訪問，他告訴我們，胰島素人工合成的訊息在英國電視的“黃金時間”中播出，上百萬人觀看了這條新聞。無疑，這是最為英國人所知的中國科學成就，他在上海生物化學研究所作學術報告時，我被安排為他翻譯，卻又被告知不得透露自己的身份，我在劍橋時就認識他，當時他常來我所在的研究所看望我的導師。此次來中國，我已經離開劍橋15年了，變化之大使他已認不出我。我當時只是個微不足道的翻譯，穿著一身舊藍布制服，無疑和他所認識的那個劍橋年輕學生 的形象相去甚遠。儘管如此，他對我的英語大為驚訝，問我是否到過外國，我只好說沒有。他又問我是在哪裡學的英語，我就說是在學校學的。他說：“那你一定在一所非常好的學校上過學。”
1966年底，A．Tiselius訪問了中國，那時我的處境已經惡化到不允許見任何外國客人了。由於他當時是瑞典皇家科學院諾貝爾獎評審委員會化學組的主席，人們很自然地把他和物色合適的諾貝爾獎候選人聯繫起來。有些從未參與胰島素具體工作的人自己擠到前面，或被領導推至前台，遺憾的是仍然無法和諾貝爾獎聯在一起。後來我得知Tiselius對胰島素全序列人工合成的評價很高。當被問及對中國第一顆核子彈爆炸的看法時，他的回答卻是：“你們能從書上學到核子彈的知識，但學不到人工合成胰島素。”
“文革”期間，儘管真正的科學研究被壓制，但這並不妨礙當時的領導利用胰島素合成在西方的名氣大做文章。1973年，中國與美國的互訪成為可能。同年，一個生物化學家代表團訪美。當年的胰島素協作組長，此時在名義上仍是上海生物化學研究所所長的王應睞教授被任命為副團長，而一個在胰島素化學合成即將結束時才剛畢業參加工作的人，由於人所共知的原因，被指定擔任團長。
由A鏈和B鏈能成功地組合成胰島素，並得到相當可觀的產率，後來被國外其他從事胰島素合成的實驗室所證實，並套用到七十年代末由重組DNA技術得到的A鏈和B鏈組合成完整的胰島素分子的工業生產，所採用的基本上就是我們的方法。雖然胰島素合成成功已經過去三十多年了，但我今天仍想強調，在合成的最後一步，在含有大量其他的因錯誤連線而產生的非胰島素肽鏈的複雜混合物中，A鏈和B鏈能彼此識別並通過二硫鍵正確相連而組合成天然胰島素分子，說明這兩條肽鏈具有相互識別而正確配對的能力和專一性。可惜的是，在胰島素合成完成二十年後，我們才得以進行這個對蛋白質摺疊研究有著重要意義的理論問題的實驗證明。
意義
蛋白質研究一直被喻為破解生命之謎的關節點。胰島素是蛋白質的一種。由此，胰島素的人工合成，標誌著人類在揭開生命奧秘的道路上又邁出了一步。 和“兩彈一星”一樣，中國人在世界上第一次人工合成胰島素被負載了很多意義：科研的，民族榮譽感的。尤其讓人們津津樂道的是，這是中國科學家與諾貝爾獎幾乎是零距離的接觸。直到這么久過去了，這也是對中國在科學領域裡做出世界上第一流成績的一個最好證明。
此次牛胰島素結晶研製的成功，證明中國人站起來了，走上了中國共產黨領導下的富強的道路，能夠完成先進國家能完成的課題。
不解
在中國牛胰島素結晶研製成功後，越來越多的人開始質疑，為什麼如此重大的突破沒得諾貝爾獎？
其實，這次是中國與諾貝爾獎的零距離接觸，沒有得到諾貝爾獎也是正常的，因為諾貝爾獎有一個要求，那就是必須完全創新的成果。1958年，英國化學家桑格獲獎的原因是他的發現完全是新的，前無古人。此項技術很少需要改進的。胰島素在中國合成了，美國、德國都合成了。路線是大同小異，沒有什麼基本不同。有機合成的原理是，一旦合成一個有機化合物，真正的路線只有一個，可能會有一些小的差別。它的結構已經決定了它合成的方式，不可能跳出一個新的路線。
