說說那名噪一時的“人工合成牛胰島素”

   但凡說起新中國的科技發展，人們總會提到中國在世界上首次完成的人工合成牛胰島素的項目。在六七十年代的中國它是與原子彈，氫彈和人造地球衛星相提並論的裏程碑式的重大科學成就。該項目起始於1958年，當時由中國科學院的上海生物化學研究所，有機化學研究所和北京大學三家聯合組成協作組，開始探索用化學合成的方法合成牛胰島素的方案。直到在1965年9月17日最終僅製得毫克量級的胰島素結晶體。前後耗時七年。

   牛胰島素由51個氨基酸，兩條肽鏈組成，其中A鏈有21個氨基酸，B鏈有30個氨基酸；兩條鏈之間由兩對硫原子相連；A鏈中還有一對自連硫原子。雖然牛胰島素在已知蛋白質中分子量最小，三維結構也較簡單，但要使用有機合成的方法嚴格按照一定的氨基酸排列順序合成出來也是極其困難的。整個研製過程要經過200個化學合成步驟，稍有閃失就會前功盡棄。1978年國家科委和中科院決定提名紐徑義為諾貝爾化學獎候選人，由楊振寧，王應睞和王浩三教授將此成果向諾貝爾獎委員會推薦。出乎國人的意料，這項工作最終沒能獲獎。那麽這項成果是否值得被受於諾貝爾獎？它對科學發展的貢獻到底有多大？對大多數非生物化學工作者來說很難搞得清楚。

   1963年美國洛克菲勒大學的 Robert Bruce Merrifield 首次提出固相多肽合成法。此法方便簡潔，為多肽的有機合成帶來了一次革命。為此他在1984年獲諾貝爾獎。簡而言之，此法先將第一個它的氨基被封閉基團保護的氨基酸以共價鍵方式與固相載體相連，後在三氟乙酸的作用下脫去氨基的保護基。第二步，將氨基被封閉的第二個氨基酸的羥基活化（用DDC），使之與連在載體上的第一氨基酸的氨基反應形成肽鍵，生成一個帶有氨基保護基的二肽。周而複始重複上述肽鍵反應，直到合成所需肽鏈長度，最後氨基的保護基，由HF水解肽鏈與載體的脂鍵，得到所需多肽。看起來此法簡單易行，但此法也有不少缺點，僅適用於小規模的合成。有機合成的通病是合成效率不高，通常能達到70-80%就很好了。拿胰島素合成的最後一步A,B鏈的重組來說，在1963年，通過反複的摸索，將天然的A，B鏈重組成胰島素的產率僅由原來的5-10%提高到50%左右。胰島素合成主要沿用了固相多肽合成法，假如平均每一步合成反應要損失20-30%反應物，胰島素合成共有200步，可想而知其最終的產率將是何等的低。產率的低下決定了最終產物的天價，並限定了該合成法隻能在實驗室裏小規模使用，不適用於大規模的工業化生產。有機合成的另一大缺點是副反應多。每一步反應後都要伴隨著大量的分離，鑒定，提純和富集等工作才能繼續下一步的反應，難怪合成一個小小的胰島素折騰了中科院眾多的科學家們7年時間才得到了那一丁點。

   明知這一科研項目毫無實用價值而且又費錢費時，中科院為何還要上這一項目呢？我想這是和六十年代中國的政治環境密切相關的。當時各行各業都急於放衛星，趕超世界科技先進水平，苦於找不到合適的科研項目。於是乎選上人工合成胰島素這一課題，不計成本不計經濟效益，隻要是世界第一就可上。還可舉的另一類似例子是中科院批準的人工合成大豆根瘤菌中的固氮酶的研究，當時是由中科院物質結構研究所的盧嘉錫（後來官至中國科學院的院長）和廈門大學的蔡啟瑞教授領頭。但固氮酶的分子結構和酶活性中心與胰島素比較都更為複雜，其活性中心組成結構至今都沒搞清楚。在知識條件完全不具備的情況下強行上馬，等於是去碰碰運氣，忙了幾年無果而終，浪費了大量人力物力，最終草草收場。這類事當時還真不少，隻會發生在象中國這種體製的國家。至於說到合成胰島素的成果是否值得受於諾貝爾獎的問題。諾貝爾獎的評選重視兩個因素，一是要有革命性的創新；二是對以後的工作要能產生重大影響。顯然，胰島素在合成過程中在合成法上雖有些小的改革，但基本是沿用了他人的合成法，無重大創新可言。此外，胰島素合成是一項空前絕後的費錢費時的浩大工程，其後再無人敢於嚐試，不可能對以後的工作產生重大影響。因此這種缺乏原創性的工作是不可能獲得諾貝爾獎的。

   胰島素人工合成法無法為社會提供有效的工業化產品，那現在糖尿病人使用的胰島素又是如何生產的呢？現在廣泛采用的是一種叫做“基因重組蛋白合成法”。1973年研究細菌內切酶的美國斯坦福大學生物化學學家 Stanley Norman Cohen 和研究細菌質粒DNA的加州大學舊金山分校的Herbert Wayne Boyer合作，成功地將一段青蛙的基因重組成一新的質粒，放入細菌中繁殖。利用細菌的蛋白合成機製合成了這段青蛙蛋白，開創了利用基因重組的方法在細菌中合成外源蛋白質的新紀元。1976年他們成立了第一家公司叫 GENETECH，主要從事將外源基因放入細菌中，利用細菌驚人的繁殖速度，生產大量人類所需的蛋白質。1978年該公司首先利用細菌生產出胰島素，並於1982年獲得美國食品藥物管理局批準上市。近年來，此法不斷完善，日趨成熟。我國是從1995年開始進行基因重組人胰島素的研發，到1998年研製成功第一個基因重組人胰島素產品，再到如今的大規模產業化生產，走過了艱難的曆程。2008年10月23日，通化東寶藥業經過6年建設、累計投資7億元、擴建了年產3000公斤的重組人胰島素凍幹粉生產線二期工程，實現一次試車成功並通過國家GMP認證。使通化東寶藥業已成為亞洲最大的基因重組人胰島素生產基地，同時也標誌著我國成為了世界上三大重組人胰島素生產基地之一。今天“基因重組”的研究成果不僅徹底改變了我們合成蛋白質的方法，它的影響已深入到生命科學的各個領域。我們作為獲益者不要忘記那些真正為此作出巨大貢獻的科學家們。