说说那名噪一时的“人工合成牛胰岛素”

   但凡说起新中国的科技发展，人们总会提到中国在世界上首次完成的人工合成牛胰岛素的项目。在六七十年代的中国它是与原子弹，氢弹和人造地球卫星相提并论的里程碑式的重大科学成就。该项目起始于1958年，当时由中国科学院的上海生物化学研究所，有机化学研究所和北京大学三家联合组成协作组，开始探索用化学合成的方法合成牛胰岛素的方案。直到在1965年9月17日最终仅制得毫克量级的胰岛素结晶体。前后耗时七年。

   牛胰岛素由51个氨基酸，两条肽链组成，其中A链有21个氨基酸，B链有30个氨基酸；两条链之间由两对硫原子相连；A链中还有一对自连硫原子。虽然牛胰岛素在已知蛋白质中分子量最小，三维结构也较简单，但要使用有机合成的方法严格按照一定的氨基酸排列顺序合成出来也是极其困难的。整个研制过程要经过200个化学合成步骤，稍有闪失就会前功尽弃。1978年国家科委和中科院决定提名纽徑义为诺贝尔化学奖候选人，由杨振宁，王应睐和王浩三教授将此成果向诺贝尔奖委员会推荐。出乎国人的意料，这项工作最终没能获奖。那么这项成果是否值得被受于诺贝尔奖？它对科学发展的贡献到底有多大？对大多数非生物化学工作者来说很难搞得清楚。

   1963年美国洛克菲勒大学的 Robert Bruce Merrifield 首次提出固相多肽合成法。此法方便简洁，为多肽的有机合成带来了一次革命。为此他在1984年获诺贝尔奖。简而言之，此法先将第一个它的氨基被封闭基团保护的氨基酸以共价键方式与固相载体相连，后在三氟乙酸的作用下脱去氨基的保护基。第二步，将氨基被封闭的第二个氨基酸的羟基活化（用DDC），使之与连在载体上的第一氨基酸的氨基反应形成肽键，生成一个带有氨基保护基的二肽。周而复始重复上述肽键反应，直到合成所需肽链长度，最后氨基的保护基，由HF水解肽链与载体的脂键，得到所需多肽。看起来此法简单易行，但此法也有不少缺点，仅适用于小规模的合成。有机合成的通病是合成效率不高，通常能达到70-80%就很好了。拿胰岛素合成的最后一步A,B链的重组来说，在1963年，通过反复的摸索，将天然的A，B链重组成胰岛素的产率仅由原来的5-10%提高到50%左右。胰岛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应要损失20-30%反应物，胰岛素合成共有200步，可想而知其最终的产率将是何等的低。产率的低下决定了最终产物的天价，并限定了该合成法只能在实验室里小规模使用，不适用于大规模的工业化生产。有机合成的另一大缺点是副反应多。每一步反应后都要伴随着大量的分离，鉴定，提纯和富集等工作才能继续下一步的反应，难怪合成一个小小的胰岛素折腾了中科院众多的科学家们7年时间才得到了那一丁点。

   明知这一科研项目毫无实用价值而且又费钱费时，中科院为何还要上这一项目呢？我想这是和六十年代中国的政治环境密切相关的。当时各行各业都急于放卫星，赶超世界科技先进水平，苦于找不到合适的科研项目。于是乎选上人工合成胰岛素这一课题，不计成本不计经济效益，只要是世界第一就可上。还可举的另一类似例子是中科院批准的人工合成大豆根瘤菌中的固氮酶的研究，当时是由中科院物质结构研究所的卢嘉锡（后来官至中国科学院的院长）和厦门大学的蔡启瑞教授领头。但固氮酶的分子结构和酶活性中心与胰岛素比较都更为复杂，其活性中心组成结构至今都没搞清楚。在知识条件完全不具备的情况下强行上马，等于是去碰碰运气，忙了几年无果而终，浪费了大量人力物力，最终草草收场。这类事当时还真不少，只会发生在象中国这种体制的国家。至于说到合成胰岛素的成果是否值得受于诺贝尔奖的问题。诺贝尔奖的评选重视两个因素，一是要有革命性的创新；二是对以后的工作要能产生重大影响。显然，胰岛素在合成过程中在合成法上虽有些小的改革，但基本是沿用了他人的合成法，无重大创新可言。此外，胰岛素合成是一项空前绝后的费钱费时的浩大工程，其后再无人敢于尝试，不可能对以后的工作产生重大影响。因此这种缺乏原创性的工作是不可能获得诺贝尔奖的。

   胰岛素人工合成法无法为社会提供有效的工业化产品，那现在糖尿病人使用的胰岛素又是如何生产的呢？现在广泛采用的是一种叫做“基因重组蛋白合成法”。1973年研究细菌内切酶的美国斯坦福大学生物化学学家 Stanley Norman Cohen 和研究细菌质粒DNA的加州大学旧金山分校的Herbert Wayne Boyer合作，成功地将一段青蛙的基因重组成一新的质粒，放入细菌中繁殖。利用细菌的蛋白合成机制合成了这段青蛙蛋白，开创了利用基因重组的方法在细菌中合成外源蛋白质的新纪元。1976年他们成立了第一家公司叫 GENETECH，主要从事将外源基因放入细菌中，利用细菌惊人的繁殖速度，生产大量人类所需的蛋白质。1978年该公司首先利用细菌生产出胰岛素，并于1982年获得美国食品药物管理局批准上市。近年来，此法不断完善，日趋成熟。我国是从1995年开始进行基因重组人胰岛素的研发，到1998年研制成功第一个基因重组人胰岛素产品，再到如今的大规模产业化生产，走过了艰难的历程。2008年10月23日，通化东宝药业经过6年建设、累计投资7亿元、扩建了年产3000公斤的重组人胰岛素冻干粉生产线二期工程，实现一次试车成功并通过国家GMP认证。使通化东宝药业已成为亚洲最大的基因重组人胰岛素生产基地，同时也标志着我国成为了世界上三大重组人胰岛素生产基地之一。今天“基因重组”的研究成果不仅彻底改变了我们合成蛋白质的方法，它的影响已深入到生命科学的各个领域。我们作为获益者不要忘记那些真正为此作出巨大贡献的科学家们。