纪念文章
熊卫民:人工全合成结晶牛胰岛素的历程

    熊卫民(1974),湖南南县人,理学博士,中国科学院自然科学史研究所副研究员。主要研究中国近现代科学社会史、生物学史、教育史。为中国科学技术史学会会员、自然辩证法研究会青年工作委员会委员、中华口述历史研究会理事、北京科学史与科学社会学学会常务理事、中国科学院青联委员( 第三届)。著有《合成一个蛋白质》、《从合成蛋白质到合成核酸》、《邹承鲁传》、《沈善炯传》等。

 

    1965917日,在历经69个月的艰辛之后,中国科学院上海生物化学研究所、上海有机化学研究所和北京大学化学系的科学家成功获得人工合成的牛胰岛素结晶。这是一项伟大的胜利,不仅开创了人工合成蛋白质的新纪元,对中国随后的人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸等生物大分子研究起了积极的推动作用,还证明中国可在尖端科研领域与西方发达国家一决高下,极大地增强了民族自豪感。

 

1、一个“革命的”基础研究课题

    这项课题是在“大跃进”运动中提出的。19585月,中国共产党八届二中全会提出“鼓足干劲,力争上游,多快好省地建设社会主义”的总路线,“大跃进”运动全面铺开。它不仅冲击了农业和工业生产,还对科研工作产生了巨大影响。科技人员也开始大放“科学卫星”,并把课题的完成时间一再提前。1958514日、16日,在中国科学院地学部、生物学部联合召开的京区各所跃进大会上,通过相互挑战和打擂台等方式,中国科学院京区一些研究机构的科技人员提出了诸如“人造小太阳”,“融化高山的冰雪灌溉荒漠”,“在三年内消灭稻虫”,“在一年至三年内解决小麦锈病、稻瘟病等十多种农作物严重病害”之类气魄宏伟的畅想。

    不久,在中国科学院上海办事处的鼓动下,中国科学院沪区一些研究机构的科技人员也提出了一些宏大的课题。如实验生物所决心集中力量攻克肿瘤,有机所表示要研究活性染料、氟化学,生理所提出要搞针灸、经络和生物上天,植物生理所提出要搞“稻草变油”,而药物所则喊出了“让高血压低头、肿瘤让路、血吸虫断子绝孙”的响亮口号。

    在各兄弟单位竞先放出了多颗“科学卫星”之后,中国科学院生物化学研究所该提出什么样的语惊四座的课题呢?这是摆在该所每一位科技人员面前的问题。19586月,在一个有王应睐、邹承鲁、曹天钦、沈昭文、钮经义、王德宝、周光宇、张友端、徐京华等9 人参加的高研组讨论会上,他们争先恐后地提出了一个一个的课题,然后那些题目往往又因为气魄不够“跃进等原因而一个一个被否定掉。突然,不知是谁[1] 喊出了这么一句话:“合成一个蛋白质!”七嘴八舌的声音一下子停了下来。这个目标确实够宏大!伟大革命导师恩格斯曾经说过:“生命是蛋白体的存在方式”,“如果某一时候化学能够人工地制造蛋白体,那么这蛋白体也必然会呈现出生命的现象,即使是最微弱的生命现象”[2]。如果能够完成这个伟大设想,让人工合成的第一个有生命活力的东西在中国诞生,那将是何等巨大的辉煌啊!就这样,他们把这颗“卫星”保留了下来。

    因为没把握,在那次会议上,他们只是简单地提了提要用化学方法合成一个蛋白质,至于完成的时间则被设定为20年之内。然后,它被摆到群众讨论会上。所里的年轻人也一下子就被它吸引住了。他们更加“敢想敢干”,而且“人多热情高干劲大”,在“一天等于二十年”的激动人心的年代,怎么能容忍一个题目做20年?完成时间立即被缩减为5年。

    会后,大家还马上查起了文献。资料表明,这个设想是有一定科学基础的:其一,1953年时,维格纳奥德(V. du Vigneaud) 完成了世界上首例有生物活性的多肽——催产素的合成,给人们提供了一套可行的多肽合成方法。运用这套办法,1958年,人们成功地合成了具有促黑激素活力的一段十三肽。其二,1955年时,桑格(FSanger) 完成了第一种蛋白质——胰岛素的一级结构测定工作,使它成了一种可能的合成对象。不过,面临的困难也非常大。毕竟蛋白质比多肽要高级,即使根据正确的一级结构合成了胰岛素的正确多肽链,能否将它们“折叠”到正确的三维结构,从而让它们变成有生物活性的蛋白质,还不得而知。而且,生化所,乃至全中国都还没有人从事过多肽合成工作,这方面的工作具体有多难,谁也不知道。甚至,中国连与合成蛋白质相关的原料也基本没有。蛋白质由氨基酸构成,可当时国内( 大陆地区) 只能生产纯度不高的甘、精、谷三种氨基酸,合成胰岛素需要的另外十几种氨基酸都得从香港转口进来,不但价格昂贵,而且远水解不了近渴。

    虽然课题尚未完全定下来,但作为大跃进“成果”,它还是被放到“上海市科学技术展览会”上去参加展览。负责画展板的徐罗马先生不是研究人员,不大懂相关知识。要展览合成蛋白质,他理解成了合成生命,就夸张地画了一个站在三角瓶里的小娃娃。更有戏剧性的是,19587月中旬,这幅漫画还吸引了前来参观的周恩来总理的注意。他在这幅画前停了下来,问讲解人员这项工作啥时能完成。讲解人员赶紧回答,生化所打算用5年的时间。“5年是不是太长了?”周恩来将了生化所一军。看到周恩来这个态度,同行的李富春、柯庆施也表示要鼓励、支持这项工作。而生化所则“经过热烈的讨论”,赶紧把完成的时间“减为4年”。

    这个事情看上去很偶然,其实也不尽然。众所周知,1957年苏联卫星上天以后,东西方冷战以高技术领域竞争为主要形式,所有大国的科学与技术无不服从于“弘扬国威”的最高政治需求。中国当时正秘密研制原子弹和导弹,如果在基础研究中拿出重要研究成果,也正与国家战略目标相一致。而周恩来是比较重视基础研究的。在他的关心下,1956年制订的《一九五六至一九六七年科学技术发展远景规划》中特意增设了一类“科学研究重点”:“自然科学中若干基本理论问题”。其中,就包括“蛋白质的结构、功能和合成的研究”[3]

    不管怎样,得到中央领导人关注之后,“合成一个蛋白质”就不再只是一个不经意的科学畅想或口号了,它很快就被列入全国1959年科研计划(草案),成为国家意志的一种体现。而国家下达的战略性研究计划,必须由科研人员落到实处。19589月,蛋白质专家钮经义受命率领黄维德、陈常庆、许根俊、王尔文等人,以合成催产素的方式练兵,体验一下多肽合成、分析、鉴定等工作的实践和难度。幸运的是,10月份他们就获得了具有生物活性的催产素粗制品。不久,北京大学生物系也开展了这方面的工作,并于当年1217日获得成功[4]

    初步掌握多肽合成的技术后,合成蛋白质工作进一步提上了日程。究竟合成什么蛋白质呢?当时已经确定了一级结构的蛋白质只有胰岛素一种,没有别的选择。通过生化所全所人员的查资料、大讨论,并通过邀集国内多家科研机构的知名专家一道进行胰岛素文献报告学习会,19581221日,生化所最终确定了人工合成胰岛素的课题。不但如此,完成的时间“指标也一再提前,由最初的五年改为四年、三年、二年,最后大家鼓足干劲,决定把这项工作作为1959 年国庆十周年的献礼”。相关人员还规定了第一、二、三、四、五次“战役”的

    重点以及“三八”、“五一”、“七一”、“十一”等节日的献礼内容。顺便指出,这项工作后来(19596) 还获得了国家级机密研究计划所特有的标志:它的代号为“601”,也即“1960年第一项重点研究项目”。

    为了提供合成的原材料,生化所于1958年下半年组织了技术小组,从无到有,制作出了十几种氨基酸。并在这个技术小组的基础上,于1958年底组建了东风生化试剂厂。东风厂后来由小到大,共可生产700余种生化试剂、药物、培养基和分离分析材料,供全国科研之需。文革前夕,它每年可向科学院院部上交利润200~300万元,效益一度非常好。

 

2、积极探索和初步成果

    19591月,胰岛素人工合成工作正式启动。生化所建立了以副所长曹天钦为组长的五人领导小组来领导胰岛素合成工作。为了达到符合大跃进要求的速度,他们决定采用“五路进军”、“智取胰岛”的方案,即:“(1) 有机合成——钮经义负责;(2)天然胰岛素拆合——邹承鲁负责;(3) 肽库——曹天钦负责;(4) 酶激活——沈昭文负责;(5) 转肽——沈昭文负责”[5]

    经过钮经义等人在合成催产素上的摸索——虽然只是遵照比较完善的文献重复维格纳奥德的工作,他们也已花了几个月的时间[6]——甚至在此之前,大家就已经清楚,胰岛素的人工合成会是一个工作量极大的科研工作,而且工作量的一个非常大的部分将是对肽链的有机合成或酶促合成。生化所既缺乏有机合成方面的经验,人手又不够,于是想找别的研究有机化学的单位合作。

    他们找了中国科学院有机化学研究所和北京大学。有机所的负责人汪猷不愿意参加这项工作,但北京大学校党委给予了积极的回应,他们安排化学系有机化学教研室、生物系生物化学教研室和生化所合作,并委派自然科学处处长、生物系教授张龙翔主管此事。195812月,北京大学有机及生化教研室派人赴上海参加了“(第一次) 胰岛素文献报告学习讨论会”,和生化所草拟了一个分工方案。为了进一步明确分工,195939日至12日,曹天钦和邹承鲁、王芷涯、钮经义、鲁子贤等五人到了北大。在做了几场与胰岛素相关的学术报告之后,他们代表生化所和北京大学拟订了正式的合作协议。决定由北大有机教研室负责胰岛素A 链的合成;生化所负责胰岛素B链合成以及AB链的拆合,北大生化教研室参与生化所负责的部分工作,等等。北大有机教研室的相关工作由张滂教授负责——他任研究组组长,教研室主任邢其毅教授和副系主任文重也管此事。

    195946日之后,在邢其毅、张滂指挥下,研究生季爱雪、周淑贤、单书香、陆得漳,青年教师徐端秋、伍少兰、陆德培及一位进修教师分成四个小组,带领有机专业的一些应届毕业生以毕业论文的方式开展合成研究。

刚刚于1958年由生化所协助建立的复旦大学生化教研室也想参加胰岛素合成工作。大概由于该教研室缺乏化学专家,生化所不太愿意,在195812月拟订的初步分工上,只同意让他们参与做一点天然胰岛素制备工作;在19593月拟订的正式协议上,则没有把复旦大学列为协作单位。

    虽然生化所没能在计划的时间完成第一次协作会议时所预定的任何一个目标,但酶学专家邹承鲁所领导的拆合小组——成员有杜雨苍、张友尚、许根俊、鲁子贤等——还是很快即发现了一个重要“苗头”。

    工作一开始就困难重重,曾经用过七种方法都没能完全拆开胰岛素的三个二硫键,最后他们根据当时文献上新出现的拆开二硫键的方法,将天然胰岛素与亚硫酸钠及四硫硫酸钠共同保温,终于将胰岛素完全拆开成了A 链及B链,并且所得到的S-磺酸型A链及B链非常稳定,经得起反复纯化。这是一项有意义的成果,但因为有保密要求,邹承鲁、杜雨苍等人没有立即把它发表出来。

    二硫键拆开之后,AB两链能否重新组合成为胰岛素?据已有的知识看,如果说不是绝非可能,那么也是万分困难的。在已经过去的大约三十年中,不少人曾多次进行过重新组合实验,每次得到的都是否定的结果。于是胰岛素的研究者普遍认为,一旦胰岛素的二硫键被拆开,就不可能让其重新恢复生物活性。

   面对文献所给出的这种结论,邹承鲁“顾虑”多多,1958年刚从北大毕业分配到生化所工作的杜雨苍也心怀“恐惧”。但在大跃进形势的激励下,他们并不死心。邹承鲁认为,过去的失败在于采用强氧化剂迅速氧化,太急于求成了。他们就采用较温和的做法。历经艰辛,经过多次试验,他们在1959319日初步得到了一个肯定的结果——接合产物居然表现出了0.7%~1%的生物活性!他们继续摸索更好的条件,以进一步巩固成果。又经过多次失败,在克服了许多技术障碍以后,终于在1959年国庆献礼前摸索出了不使用氧化剂,而使氧化反应在较温和的低温、较强碱性( 最适pH值为10.6) 的水溶液中由空气缓慢完成的方法,使天然胰岛素拆开后再重合的活力稳定地恢复到原活力的5%~10%

    这是一个重大成果,不仅指导和解决了胰岛素合成的路线问题——在这之前,大家一直在想,究竟是先合成两个各通过一个胱氨酸残基结合的“工”字形肽,然后再延长、连接它们,还是先分别合成胰岛素的AB两条链,然后再结合二硫键呢——还在一定意义上提前试验了胰岛素合成的最后一步工作。为了吸取拆开工作未及时发表的教训,生化所于19591116日向中国科学院党组上书,要求尽快发表重合成成果:“目前在胰岛素再合成问题上,我们已经抢先。若等待AB链完全合成后,胰岛素全合成成功时,再一并发表,则很可能在再合成的发表上落后于国外”。然而,基于保密考虑,为了避免“帝国主义”的同行——那个时候,他们已经知道美国和联邦德国各有一个实验室也在进行胰岛素的人工合成工作——利用该发现而首先完成胰岛素的合成,科学院领导没有批复“同意”。一年之后,加拿大科学家迪克松(G.H.Dixon) 和沃德洛(A.C.Wardlaw) Nature 杂志上发表了类似的结果[7]。虽然他们只恢复了1%~2%的活力,成绩远没有邹承鲁等人的好,但在发表时间上却抢到了我国科学家的前面。当然,国内同行还是比较早就知道了生化所的这项成果,因为杜雨苍、邹承鲁于19601月在“第一次全国生化学术会议”上对此成果作了报告。而且,后来国际同行也还是欣赏这项成果的,生化所拆合小组所摸索出来的这套重组方法曾被国际蛋白质技术界称为杜-邹法。由于产率较高(经过多次努力,他们最终把产率提高到30%以上),在最早用基因工程方法生产胰岛素,连接分别生产的AB链时,所用的也是杜-邹法。

    1959年夏天,生化所还把正在漕河泾农场下放劳动的张友尚召了回来,让他分离纯化重合成胰岛素。通过反复实践,张友尚等找到了一个合适的提纯方法:先利用分子量的不同,通过柱层析和超速离心法将接了好几条链、分子量较大的产物和仅含一个A链接一个B链的产物分开;然后用酸性正丁醇溶剂将重组合胰岛素从后者中抽提了出来;再对抽提出来的纯度相当高的重组合胰岛素进行结晶。1959年底,他们得到了和天然胰岛素晶型一致的重合成胰岛素的结晶。

    由两条变性的链可以得到较高产率的、有生物活力的重合成胰岛素的结晶,这就从实践上进一步证明:“天然胰岛素结构是AB 多肽链所能形成的所有异构体中最稳定的”[8] ;推广一点说,也即蛋白质的空间结构信息包含在其一级结构之中。这个结果解决了令人望而生畏的“折叠”问题——根本就不需要另加人力去做,AB两链能够按天然结构自动折叠成胰岛素——具有非常重大的理论意义。但又是基于上述保密要求,邹承鲁、张友尚等没能及时发表此成果。19615月,美国科学家安芬森(C.B. Anfinsen) Journal of Biological Chemistry《生物化学杂志》上发表了一项类似的、相对而言较为简单的工作——拆开单链的核糖核酸酶的四个二硫键,发现它们可以重新连接并以很高的水平恢复酶活性。安芬森由此断言:“蛋白质的一级结构决定高级结构”[9]。虽然邹承鲁等人的论文只比安芬森的发表得略晚一点——于19618月用中文正式发表在新创刊的《生物化学与生物物理学报》上(学报于196129日收到此稿),并于同年10月用英文发表在刚刚复刊的国内唯一的西文科学期刊Scientia Sinina《中国科学》上——可由于《中国科学》在国际上的知名度远不如国外刊物,加以他们当时集中关心合成问题,没有对结论作进一步的推广,他们的工作的价值没有得到充分的承认,只被当成了安芬森原创性工作的一个佐证。1972年的诺贝尔化学奖只授予了安芬森,而没有让邹承鲁等人分享。

    与拆合工作的快速前进相比,合成方面的工作进展要慢得多。经过几个月的探索,尤其是拆合工作有“苗头”之后,大家决定放弃“五路进军”中的后三路,把力量集中在拆合与有机合成上。虽然已经有比较经典的方法,而且经过合成催产素的洗礼,相关科学家已经初步掌握了这些方法,有机合成仍然非常困难。没选择好合适的溶剂、保护基、缩合剂,没选择好合适的肽段大小,没选择好接头,等等,都可能使合成工作功亏一篑。这些方案都需要摸索;而且,一般说来,每接一个氨基酸都需要三四步反应,都需要极为繁复的分离纯化、分析鉴定工作,不但工作量大,而且一环紧扣一环,只要一步不合要求,就有可能前功尽弃。虽然困难很大,1959年底时,钮经义所领导的合成小组还是取得了不少成就:不但掌握了多肽合成各种技术,还将B链的所有30个氨基酸都联成了小肽(其中只个别二肽有文献记载),最长的已达到了8肽。北京大学化学系因为起步较迟,教学及其他任务繁重,进展慢多了。到1959年底时,主要只做了氨基酸的分离、特殊试剂的合成、分析分离方法的建立等工作,另外也合成了一些2 肽。

    生化所对北大的进展有所不满,在向领导报告、要求放宽时间指标时,曾数次提到过这点。但总的说来,双方的协作关系还是不错的。除了经常派人互访外,大概每两周总结工作一次,写成简报,分送各协作单位。在准备和探索阶段,各协作单位的工作人员比较稳定,分布情况大致是:生化所23( 1),北京大学生化教研室26人,北京大学有机教研室25人,复旦大学生化教研室2人。

 中排:右4,沈昭文;右5,曹天钦;右6,邹承鲁;右7,钮经义

后排:右1,许根俊;右2,张友尚;右4,戚正武;右5,龚岳亭;右9,杜雨苍

图1 1959年部分生化所胰岛素工作参加者合影

虽然存在一些明显的弊端——譬如指标、计划定得过细、过于明确,给参加工作的科学家增添了许多不必要的限制和压力,使他们精神过于紧张,难以保持平常心态,难以发挥出最佳的创造力;保密方面要求过于严厉,只追求最终结果的完成,而忽视了更重要的中间成就的发表,结果背离了科学研究的基本精神,严重阻碍了国际同行对我国科学家所取得的成就的承认,并从而不可避免地挫伤了我国科学家的工作积极性——但在1959年间,各相关单位总的工作气氛还算是比较好的,所取得的成就也是比较重大的。

 

3、“大兵团作战”

    就在这个时候,“反右倾”运动迎面扑了过来。就像“大跃进”运动导致了胰岛素人工合成课题的提出一样,1959 78 月的庐山会议以及它所带来的反右倾、鼓干劲运动也影响了胰岛素工作的研究方式。它作为直接的导火索,给胰岛素工作带来了一种富有中国特点的科研方式——“大兵团作战”。

    很多年以来,北京大学一直处于时代的漩涡中心。这一次,在几个相关单位中又是她率先响应了党的号召,最早开展了轰轰烈烈的群众运动。1959年底,在系党总支书记王孝庭的领导下,化学系的学生对自己的老师展开了猛烈的批判,批判他们在科学研究方面搞神秘论、把科研工作进行得“沉沉闷闷”、“冷冷清清”,等等。

    批判的结果之一是胰岛素合成工作的领导班子被彻底改组:原来的几个负责人,副系主任文重被打成右倾机会主义分子,胰岛素研究组组长张滂教授被开除出胰岛素的合成队伍,唯一留了下来的有机教研室主任邢其毅教授也因为“对合成胰岛素不积极”而不再对这项工作具备发言权[10]。新班子中,总负责人是王孝庭,业务负责人起先只有机化学教研室副主任、1958 年毕业留校的青年科技工作者施溥涛一人,1960 4 月后又增添了叶蕴华、花文廷等人——他们本该于1960 7 月才毕业,就是为了加快胰岛素合成工作的速度,才在北大党委的安排下,提前3个月毕业,作为“新鲜的血液”和“革命的动力”而充当胰岛素合成工作的领导[10]。在施溥涛、叶蕴华、花文廷等人之下则是由大学生、青年教师等充当的大组长、组长、小组长等。

    在这些缺乏科研经验的新班子的领导下,北大化学系及少量生物系“革命师生”共约三百人“参加了这场科研大战”,一大批“连氨基酸符号还不认识的”青年教员和三、四、五年级学生成了胰岛素研究的“尖兵”,成了“科研的主力军”。在他们看来,合成多肽是一件非常简单的事:“把两段多肽倒到一起,就叫合成了一个新的多肽——也没问是否发生了反应,具体产物是什么东西 [11]。”邢其毅等“老”科学家和一些比较“右”的青年教师当然不太认同那些做法,但他们不敢说,只能根据组长、小组长等人的指示执行属于自己的那份操作。

    于是,北京大学的进展奇快,“仅用两个星期就完成了4755 四个肽段”;再花两个星期,到1960217日时,就“用两种方法同时合成了胰岛素A链上的十二肽”;随后,于“三月底拿到了十七肽”;于“四月廿二日合成了A链”。

    受北大化学系群众运动的激发,再加上那个时代没有任何单位能免受政治运动的冲击,1960 1月下旬,“在整风反右倾的基础上”,生化所开始大量抽调工作人员支援原有的两个研究小组。先增加到50人,后又增加到80人,经过几轮“日夜苦战十昼夜”,他们终于在420日前“合成了B30肽,并把人工合成的B链和天然的A链连接成具有活力的胰岛素。”

    正当北大化学系和生化所的科研“竞赛”进行得如火如荼的时候,复旦大学生物系横空杀了进来。196013 日,在上海市委、上海市科委和复旦大学党委的支持下,复旦大学生物系党支部委员李致勋组织了六、七十位师生( 其中三分之二是一至三年级的学生)“从事准备工作和进行干部培训”,开始单独筹划胰岛素人工合成工作。“最初开始这项工作的时候以合成B链中某一个肽段为目的……后来……‘行情’愈来愈高,从要求合成八肽、二十肽、B链到整个胰岛素”。325日,“为了迎接市工业会议的召开”,他们“进一步大搞群众运动”,组织了120 名师生“边干边学”,热火朝天、不分昼夜地进行胰岛素合成[12]。其方法和北京大学化学系的学生所做的类似,都不对中间产物做分离和鉴定,只是拼命往更大的肽段赶。当时的生物系生化教研室主任沈仁权副教授比较内行,但她被搁到了一边,对这项工作没有发言权。于是,复旦大学所报出来的进度也非常快,“在422日完成了B30肽”。

    196041926日,以稳定基础研究工作为重要主题的中国科学院第三次学部会议在上海举行。在这个会议上,由中国科学院上海生化所、北京大学化学系、复旦大学生物系三个单位所主演的胰岛素合成戏剧达到了高潮:他们先后向学部大会献了礼,分别宣布自己初步合成了人工胰岛素B链,A链以及BA两条链!北京大学化学系的代表还乘飞机把他们合成的A链带了过来。听到这些振奋人心的消息,聂荣臻、郭沫若等领导兴奋异常,不但发表了热情洋溢的讲话,还于当天晚上在中苏友好大厦为全体相关人员举行了盛大的庆功宴,只留了杜雨苍和张友尚在实验室里进行最后的人工胰岛素A链和人工胰岛素B链的全合成工作。但直到那顿在大饥荒时期极其难得的宴会结束,垂涎欲滴的杜雨苍和张友尚也没有离开实验室。

    4天之后,生化所仍没能证明合成了人工胰岛素。可这个时候,复旦大学又爆出喜讯:他们首次得到了具有生物活性的人工胰岛素!这个消息刺激了北京市委,他们给北大发指示,说:咱们搞北京牌的胰岛素;中国那么大,搞两个胰岛素也不算多,可以互相验证。要求北大也进行B链合成,也单独合成胰岛素。于是,北京大学只好于196051日“又开辟了第二个战场”,成立了新的B链组,大搞B链的合成。

    上海市委和北京市委的竞争也给中国科学院党组带来了很大压力。为了在竞赛中胜过高等教育部,在院党组正、副书记张劲夫、杜润生的亲自督促下,196054日,中国科学院上海分院党委书记王仲良决定亲自挂帅,指挥生物化学所、有机化学所、药物所、实验生物所、生理所等五个研究所进行“大兵团作战”。在当晚举行的“第一次司令部会议”上,生化所党支部提出,“要以20天时间完成人工全合成”。王仲良要求抢时间,在“半个月内完成全合成”。汪猷接着表态:“既然分院党委决定,我们立即上马……半个月太长,要在一个星期内完成。”

    就这样,在有关领导“这是一个重大的政治任务”、“拿不下来就摘牌子”的严厉要求下,科学院上海分院开始了风风火火的“特大兵团作战”。汪猷及其所领导的有机所原本是不想参战的,在形势的逼迫下,不但参加了进来,还喊出了最高的调子——“一个星期内完成”。

    55日,相关研究所共派出344(后来还增加过新人,譬如510日增加了中专校实习学生17) 参加这项工作。他们打破了原有的所、室、组的正常建制,组成了混合编队,下属多个“战斗组”,统一安排。战斗组的组长一律由青年人担任,原来担任组长的研究员们改当组员;生化所一个肽组的组长甚至是一位连多肽都未见过、新近从中国科学院山西分院过去的进修生。他们“采取了一日二班制的办法”,建立了工作流水线。虽然有很多人并不愿意放下自己手头原有的研究转到这项工作中来,但既然党的领导干部在亲自指挥这项工作,他们也普遍表现得很积极。很多人“每天除了几小时的睡眠,其他的时间都在试验台旁度过”[13] ;“有人甚至把铺盖搬进实验室”[14],根本不怕有毒的药品,根本不顾及自己的身体健康。还有些工作骨干“甚至两天不睡”,以至于领导下命令:“必须……安排骨干分子的休息睡眠”。

    相关负责人每天午夜过后都举行会议,以报告进度、数据、结果等。可胰岛素人工合成毕竟是基础科学研究,和军事斗争、工农业生产还是有区别的。在这里,“一个人卅天的工作等于卅个人一天的工作”的假想并不成立[15]。这么多人忙了7天、15天、20天、一个月,依然没有实现最初的目标。50天后,人工合成的AB 链终于“正式进行会师”,可非常令人遗憾,“总的情况是人AB全合成没有出现活力”。不但如此,在随后的20天内,“合成A链进行三次人AB测定,结果均无活力”。

    1960628日至71日,为了“充分交流经验以及商谈今后协作”,“上海市科委召集了北京大学、复旦大学及科学院等三个单位的有关研究人员、教师和学生66人讨论了人工合成胰岛素的工作。”在这次会议上,复旦大学生物系的代表终于说出了他们的鉴定依据——他们基本不对中间产物做鉴定,主要根据对最后产物的两项生物测试——小白鼠惊厥实验和兔血糖实验——来确定自己是否合成了人工胰岛素。从会上获得这个消息之后,邹承鲁、杜雨苍、张友尚三人马上动手,经过整整一通宵的时间,先按复旦大学的方法与条件做了几个实验,然后又做了一些必要的对照实验,结果发现,复旦的两类测试法都非常不规范。邹承鲁对此回忆说:

      他们最后的产物是用冰醋酸溶解直接注射到小老鼠的腹腔里的,而胰岛素的要点是要用水溶液注射。用冰醋酸溶液代替水溶液会出现什么现象?我们当天晚上连夜赶着做这个实验。发现单纯注射冰醋酸就可以得到一些与注射胰岛素类似但又不相同的现象,那种现象不是胰岛素引起的,而是冰醋酸引起的。[16]

    省去了必需的、数以千项计的对中间产物的分离纯化和鉴定,只对最后产物进行两项生物测试,而这两项测试操作均违背了《中华人民共和国药典》所提出的要求,这就是复旦大学生物系“成功”合成胰岛素的要诀!实际上他们从来都没有完成过A链、B链和整个胰岛素的合成!

    所以备受竞争压力的科学院是虚惊一场!

    王应睐一直心怀整个国家的生化事业,面对这种实际上是费钱、费力而不见实效的研究方式,急在心上,早就想将其停下来。现在事实证明,复旦大学从来没有成功过,于是理由就更充分了。19607月底,他作为中国科学院代表团的成员之一赴英国参加英国皇家学会成立300 周年纪念活动。途经北京时,他鼓起勇气向中国科学院党组的领导反映了自己的想法,强调人太多没有好处,专业不对口的在里面起不到什么作用,还是应该减少一些人,让队伍精干一点,只留下熟悉业务的,这样进展会更快。张劲夫和杜润生与科学工作者是比较贴心的,发动大兵团作战一段时间后,见效果不明显,就认真考虑并最后同意了王应睐的建议。

    于是,“19607月,杜润生同志指示说,大兵团作战,搞长了不行,应精干队伍[17]。”随后,“经过三天大会,总结辩论,生理、实生、药物三个所下马,留下生化、有机两个所”[5]。“研究所之间,由协作组协调。科学院指定王应睐为协作组组长,汪猷为副组长。”两所的参与人数也逐渐减少,10月份时总人数下降到了“80人左右”。年底时,生化所只剩了精干队伍近20人,有机所只剩下7人。

    在交了上百万元的昂贵学费后[18],科学院的大兵团作战就这样偃旗息鼓。

    1960年,北京大学化学系、生物系参加胰岛素工作的学生没有正常的暑假,直到10月份他们还在继续工作[14]。终于又合成了三批人工合成A链,自己测试又有活力,于是把它们送到生化所。但到那儿之后,它们又没有活性了! 10月下旬,生化所决定派杜雨苍和张友尚过去“学习”。果然不出所料,北京大学所用的鉴定方法又是不规范的!谁也不知道他们“合成”的究竟是什么,唯一可以肯定的是那不是胰岛素A链! 60万元的巨额经费已经用尽[19],结果又如此不如人意,而且人员伤病还相当严重[19],工作当然无法进行下去了。连总结都没做,北京大学化学系的大兵团作战就这样鸣金收了兵。

    复旦大学生物系的大兵团作战也持续了很长的时间。1960712日、13日、19日、26日,复旦大学生物系还派了张曾生、郭杰炎等人到生化所,和生化所交流甘氨酸、DL- 苏氨酸的生产经验,并向生化所介绍了复旦大学的工作组织情况:“分离分析组刚刚成立,也有氨基酸、多肽层析、旋光等组,只有消旋[] 尚未成立。”据黄祥云的研究,他们的“大兵团作战”也是因为经费等问题而于1960年下半年停止 [14]

    “大兵团作战”阶段所获得的产物,除了有机所还留了一点用于继续提纯和分析,后来还陆续整理出了几篇论文之外,其他单位的都事实上被当成垃圾倒掉了。也就是说,七八百位科技工作者和学生轰轰烈烈、辛辛苦苦忙了好几个月,所收获的几乎完全是一场空。

    作为一种为毛泽东时代的中国所独有的科研方式,“大兵团作战”本身是很值得关注的。轻视原本就非常少的专家,而由不懂行的群众来充当主角,用搞运动和人海战术的方式来做研究,这是中国人在科研方式上的独特创造,也确实实践了当时一些领导干部所设想的“无产阶级的科学道路”。但遗憾的是,在胰岛素工作中,这种研究方式、这条研究道路彻底失败了。

 

4、复旧、完成及鉴定

    “大兵团夹击胰岛素”遭遇惨败之后,国家也已进入调整时期。在“调整、充实、巩固、提高”八字方针的指导下,变得开始允许科研人员和教师做自己感兴趣的工作。于是,有机所的一些研究人员表示要再次“敲锣打鼓”把这个课题“送还生化所”,而生化所的绝大部分参与者也心灰意懒,希望下马这个课题。北京大学化学系的情况也类似。

    但聂荣臻坚决不同意这样做。1961年春天,他到生化所视察,明确表示:人工合成胰岛素100年我们也要搞下去。他说:我们这么大的国家,几亿人口,就那么几个人,就那么一点钱,为什么就不行?你们做,再大的责任我们承担,不打你们的屁股[20]。聂荣臻表态之后,王仲良、张龙翔、王应睐、汪猷等多级领导人也分别表示支持。在他们的要求和命令下,人工合成胰岛素工作最终持续了下来,不过也做了一些调整。

    中国科学院上海分院方面,生化所将工作安排得大体回复到了1959年下半年时的状态。也即只留下了:(1) 钮经义所领导的B链组:主要由最初就参与了这项工作的钮经义、龚岳亭、陈常庆、黄惟德、葛麟俊、汪克臻、张申碚等人构成,快完成时还补充进了胡世全等新的力量。(2) 邹承鲁所领导的拆、合组:只剩下了邹承鲁、杜雨苍这两位旧人和蒋荣庆这位新人还在为继续提高重组活性而努力(活性最后达到90%以上)。有机所由汪猷领导着徐杰诚、张伟君等人打扫战场,“对过去合成的小肽进行分离、鉴定”[21]

   北大化学系方面,应张龙翔的要求安排了六位教师做相关工作。后来因为调动工作、病休、生孩子等原因,实际只有李崇熙和陆德培参与,而陆德培“1/3的时间得花在行政工作上,另外还得花一些时间用于教学”[11],所以后来北大总结说:最困难的时候只有“一个半人”坚持了下来。

    与北京大学化学系、中科院上海分院不一样,大兵团作战之后,虽然上海市的某些领导、复旦大学生物系党总支书记和此工作的具体负责人李致勋均无心让胰岛素工作下马,而且他们完全有能力压制住校内的反对声音,但终于未能像科学院上海分院和北京大学一样把此工作坚持下去。为什么会这样?有可能是科学院对复旦大学施加了压力,不让她继续进行下去了。生化所的档案显示,1963年下半年,复旦大学一度还想卷土重来,结果激起了生化所的强烈反对,最后未能坚持下去。

    1961719日,中央批准了《关于自然科学研究机构当前工作的十四条意见(草案)(简称《科研工作十四条》) 和聂荣臻的《关于自然科学工作中若干政策问题的请示报告》;915 日,中央又批准试行《高教六十条》。这几份文件在总结过去工作弊端的基础之上,提出了一些切实可行的工作策略,进一步落实了“调整、巩固、充实、提高”的方针,给科学研究提供了一个较为安定的环境。

    随后的这几年,在较为安定的环境里,生化所、有机所、北京大学化学系这三个单位剩下的这二三十名精干力量以坚韧的意志缓慢而又踏实地工作,默默而又奋勇地耕耘,做出了一系列成果,在《中国科学》、《生物化学与生物物理学报》等期刊上分别发表了一些论文。

    “大兵团作战”中的恶性竞争使北京、上海的胰岛素工作组心存芥蒂,他们不再通信,不再了解对方具体在做什么工作。19638月,全国经济形势好转一些后,中科院在青岛举行了一次全国性的天然有机化学学术会议。在这个会议上,北大化学系的代表和上海有机所、生化所的代表各自汇报了自己在胰岛素合成方面的研究成果,惊奇地发现对方还在继续工作,同时还发现北京大学和科学院的奋斗目标不尽相同——科学院一直在合成牛胰岛素,而北京大学则一直在合成羊胰岛素。国家科委九局的赵石英等人也参加了会议,听到这些情况后,认为既然大家都还在干,就应该协作起来,一道研究胰岛素的人工合成。他们还向北大代表邢其毅、张滂、施溥涛传达了聂荣臻在胰岛素工作方面的坚定决心。在赵石英的撮合下,北大的代表和科学院的代表初谈了一下合作协议。196310月,有机所所长汪猷去北京参加人大会议,邢其毅请他到北大做学术报告,进一步商谈了协作事宜,决定由北大合成A链的前9肽;有机所合成A链的后12肽;生化所仍合成B链,并负责连接A链和B链。与此同时,他们还吸取以前的教训,约法三章:

    不搞“上海”的胰岛素,不搞“北京”的胰岛素,不搞这个单位的胰岛素,不搞那个单位的胰岛素,不搞“你的”胰岛素,不搞“我的”胰岛素,联合起来,一心一意搞出“中国的”胰岛素。

    为了更有利于工作的开展,北大化学系提出把研究人员集中到一处工作。有机所说他们不能来北京,于是北大化学系表示可以派五名教师去有机所。这样做是要克服不少生活,尤其是家庭方面的困难的,但是,为了早日完成胰岛素合成工作给祖国争光,北大化学系的相关老师愿意做出这样的牺牲。

    1964年初,在邢其毅和文重的带领下,北大化学系的陆德培、李崇熙、施溥涛、季爱雪和叶蕴华等五位教师开赴有机所,和有机所的研究小组一道工作。1964年夏天,邢其毅又把自己的研究生汤卡罗派到了有机所。1964年后,有机所的主要相关工作人员(2) 有:领导人汪猷;研究人员徐杰诚、张伟君、陈玲玲、钱瑞卿;实验辅助人员刘永复、王思清、姚月珍、李鸿绪。

 

 

后排右起:陆德培、徐杰诚、屠先生、李崇熙、施溥涛、钱瑞卿

前排右起:刘永福、陈玲玲、姚月珍、叶蕴华、张伟君、季爱雪

图2 胰岛素A链组(1964年摄于上海有机所)

    北大的这些研究人员并没有全都一直坚持下来。汤卡罗只在有机所工作了一年,19658月,在合成尚未最后完成的时候,她服从北大的安排,离开上海,参加了工作队搞“四清”去了。叶蕴华走得更早,1965年初就搞“四清”去了。由于邢其毅教学任务繁重,半年左右才能过去一次,所以他没有担任北大研究小组的组长——小组的负责人是施溥涛和叶蕴华。当然,他俩的资历是没法和有机所所长、学部委员汪猷相比的,所以整个A链合成组主要由汪猷负责。汪猷在工作上则非常严谨,每天都要查看有机所研究小组及北大研究小组的实验数据。

    生化所方面,钮经义、龚岳亭所领导有机合成小组在继续进行B链的合成——钮经义是组长,龚岳亭负责具体工作;后者“在肽段合成方案的制订和调整、人力的组织和安排方面,起了主导的作用”。除他们俩人外,这个小组的参与者还有陈常庆、黄惟德、葛麟俊、汪克臻、张申碚、胡世全等人。邹承鲁、杜雨苍领导的拆、合小组还在为继续提高重组活性而努力。此时邹承鲁已经把主要精力投向了酶学研究,拆、合工作主要是杜雨苍负责,有困难时才向邹承鲁咨询。和杜雨苍一道进行拆、合工作的还有蒋荣庆。

    生化所、有机所、北大这三个单位还组织了一个协作组,正、副组长分别为王应睐、汪猷。在协作组的领导下,三个单位的四个研究小组分工不分家,紧密协作。这时的研究人员的总数大约为三十人。

吸取了大兵团作战时的教训,这些精干力量对数据的要求是非常严格的,在有机所工作的两个小组尤其如此,徐杰诚后来回忆说:

      为了检定每步缩合产物的纯度,每一个中间体都要通过分析、层析、电泳、旋光测定、酶解及氨基酸组成分析,其中任何一项分析指标达不到,都要进一步提纯后再进行分析,力求全部通过。当时我们戏称这叫“过五关、斩六将”。[22]

    在这种严格要求下,胰岛素工作“一步一个脚印”,稳定地向前推进。19643月,B链小组合成了一个8肽和一个22肽。剩下的工作是把它们连接起来。但这一步很不好做,试了很多次,仍没能成功。怎么办?经过长时间的实验、讨论,龚岳亭、葛麟俊等人主张,应改变保护B链的最后一个氨基酸的常规方式。受他们启发,钮经义决定不保护B链的最后一个氨基酸,让其“赤脚”!方法确定后,问题迎刃而解[23]19648月下旬,在钮经义走上“北京科学讨论会”报告台,向亚洲、非洲、拉丁美洲、大洋洲各国代表宣读他与邹承鲁、汪猷、邢其毅合作的论文《从胰岛素AB链重合成胰岛素以及AB链肽段的合成》的前夕,他终于接到从生化所打来的电话:有4%天然胰岛素活性的人BA胰岛素( 人工B链与天然A链接合成的半合成胰岛素) 合成了!在随后的多次实验中,人BA胰岛素的最高活力达到了天然胰岛素的20%,并拿到了结晶。1965年,钮经义、龚岳亭等人在《中国科学》上正式发表了这项成果。

    经过几年的努力,胰岛素拆、合工作也有了较大的进展。天然胰岛素氧化后恢复活力百分比1960年仅为5%~10%19631964年时达到了30%~50%。杜雨苍、蒋荣庆、邹承鲁三人19631964年在《生物化学与生物物理学报》,1965 年在《中国科学》上发表了较新的相关成果。

    A链的合成也已经取得了阶段性的成果。到有机所才半年,北京大学化学系的研究小组就成功合成了A链的前9肽。此时有机所也已累计了一定量的后12肽——在1960年大兵团作战时,有机所就已初步合成了一些后12肽,随后几年,徐杰诚等人一直在对它们进行分析、提纯[11],并重新合成。但遗憾的是,这两段肽链很难合成A链,所得产物中A链的含量相当低。试了很多次都如此。怎么办?李崇熙等人提出应变换后12肽的保护基——合成A链共约有65步反应( 合成B链约有110步反应),其中与后12肽相关的有30余步,要改变它可不是一件简单的事,“等于重新设计,从头合成一个A链后12肽”! A链的负责人汪猷不同意这样做,他想以数量求质量,走提纯路线,认为只要把工作做得更细致些,就可能使A链获得较高的纯度。

    时间一天天过去,提纯之路一直没有明显进展。而1963年底,美国匹兹堡大学医学院生物化学系的卡佐亚尼斯(P. G. Katsoyannis) 副教授和亚琛工业学院德国羊毛研究所的查恩(H. Zahn1916-2004))教授先后发布消息,说自己已得到了具有胰岛素活力的产物。想到国外的竞争对手随时可能拿到胰岛素的结晶、完成最后的胰岛素合成工作,国内B链也一直在等A链,李崇熙、施溥涛等人非常着急。他们就去找有机所的党委书记丁公量。丁公量是从部队转业过来的干部,对科学研究基本是外行,但有民主作风。他认真听取了李崇熙、施溥涛等人的意见,并就此事咨询了生化所的龚岳亭、葛麟俊——他们在B链合成的最后一步中也遇到过类似的困难。龚岳亭、葛麟俊也认为要改变后12肽的合成路线。获得这些信息后,19653月,丁公量召开会议,“决定[提纯、重新合成] 两种方案同时付诸实践。改变设计方案后的合成工作由有机所陈玲玲同志和北大李崇熙同志负责执行。”[24] 两个月后,李崇熙等人完成了新A链的合成,它与天然胰岛素B链组合后,所得产物生物活力大幅度提高——“过去人工合成A链和天然胰岛素B链重组合( 以下简称人AB),最高活力为天然胰岛素活力的1%~2%,而到五月底止,人工合成A链纯度提高,与天然B链重组合,活力最高可达天然胰岛素活力的8%~10%。”6月初,人AB半合成胰岛素的结晶也已拿到,其活性达到了天然胰岛素活性的80%以上。

    A链积累到100多毫克(此时B链已积累到了5) 后,杜雨苍、张伟君、施溥涛开始用人A、人B做全合成试验——他们三人分别代表生化所、有机所、北大化学系三单位,主要操作者为杜雨苍[11]。第一次实验时,汪猷只给了他们20毫克A链。令人失望的是,这次实验基本没成功——将产物注射到小白鼠身上,小白鼠没跳。

    在巨大的精神压力之下,杜雨苍竭尽全力去探索更好的办法。经过多次模拟实验,他创造了两次抽提、两次冻干法。经多次天AB半合成实验,用这种方法能使最后抽提物的活性达到天然胰岛素的80%617日,他用此法抽提上次得到的活力仅相当于天然胰岛素活力0.7% 的人AB全合成胰岛素;其活力达到了天然胰岛素活力的10.7%。于是汪猷又给了他60毫克A链。73日,全合成再次成功。93日,杜雨苍等人又一次做了人工A链与人工B链的全合成试验,并把产物放在冰箱里冷冻了14天。

    1965917日清晨,杜雨苍从实验室走了出来,从他举着的细管中,人们逆光细看,看到了结晶的闪光!把它拿到显微镜下,出现的果然是和天然牛胰岛素一模一样、立方体形、闪闪发光、晶莹透明的全合成牛胰岛素结晶(3)。大家都欢呼起来

    马上进行生物测试:把天然胰岛素和人工合成的胰岛素分大、中、微三种剂量分别注射入6 组各24只小白鼠身上,做对比的活力测试。20 分钟后,全部的小白鼠都抽搐、惊跃了起来。

    “跳了!跳了!”又是一片欢腾! [25] (4)

 

 

图3 人工合成的牛胰岛素结晶

 

右2,杜雨苍;右3,龚岳亭;右4,施溥涛

图4 人工合成牛胰岛素动物试验获得成功的场面

    惊厥实验表明,人工胰岛素的生物活性达到了天然胰岛素活性的80%。在漫长的国际竞争中,中国科学家终于第一个取得了人工胰岛素结晶!

    196511月,在中科院副院长吴有训的主持下,国家科委为人工合成结晶牛胰岛素举行了严格的鉴定会。尽管大家都知道国外的竞争对手可能很快会拿到结晶,非常想抢先发表全合成论文,但以汪猷为首的一些有机化学家认为证据还不够充分,所以最后结论只是说“可以认为已经通过人工全合成获得了结晶牛胰岛素”,会后也只是发表了一份简报。

    杜雨苍、钮经义、汪猷等人接着又争分夺秒地合成了多批人工合成产物,并用电泳、层析、酶解图谱和免疫性等方法对其物理、化学、生物性质做了尽可能详尽的检测,所有的结果都表明人工物与天然物相同。

    在一切能获得的检测数据都齐备后,196641521 日,人工合成牛胰岛素鉴定委员会在北京举行了扩大的第二次会议,肯定“上述结果充分证明了人工全合成的结晶产物就是牛胰岛素。”他们还强调:“只有拿到高纯度的结晶,才能进行充分可靠的分析鉴定,才能证明胰岛素的人工合成真正成功。”很显然,说这句话是为了明确中国在胰岛素合成竞赛中的领先地位——此前,卡佐亚尼斯和查恩虽都宣称自己合成了具有微弱活力的人工胰岛素,但他们都未能拿出人工合成胰岛素晶体出来。

    19663月和4月份,钮经义等分别用中、英文在《科学通报》和《中国科学》上发表了详细的结果。当时,在《中国科学》发表论文一般要等近两年的时间,但此文的发表速度非常快,1966226日收稿,19664月即发表。

 

5、诺贝尔奖提名

    19664月上旬,邹承鲁和王应睐因为另外一项研究工作被邀请参加在华沙召开的欧洲生化学会联合会议第三次会议。他们把在胰岛素合成中担当重任的龚岳亭也带了过去,希望在这个国际会议上介绍关于胰岛素人工合成的情况,并准备公布自己的实验结果。可惜的是,尽管他们早就递交了摘要,他们的报告时间仍被严格限制在10 分钟之内。在邹承鲁报告完他们另一项成果后,留给龚岳亭的只剩了很短一点时间。尽管如此,龚岳亭的简要报告仍然引起了轰动,他回忆当时的情形说:

      Sanger 教授亲临会场,听罢我们的报告后,热烈祝贺我们所取得的成绩……会议期间,包括美、英、法、意、荷、比、挪威、瑞典、芬兰、奥地利等国的著名科学家都祝贺我们取得的伟大成果。[25]

    会议结束后,一些国际知名的科学家访问了中国。譬如,1966426日,法国巴黎科学院院士特里亚教授访问了上海生物化学研究所。他说:“这是很好的合作例子,可以得诺贝尔奖”。同年430日,瑞典皇家科学院诺贝尔奖评审委员会化学组的主席、乌普萨拉大学生化所所长、诺贝尔奖金得主蒂斯利尤斯(A. Tiselius) 也访问了上海生化所。他说:“你们第一次人工合成胰岛素十分令人振奋,向你们祝贺。美国、瑞士等在多肽合成方面有经验的科学家未能合成它,但你们在没有这方面专长人员和没有丰富经验的情况下第一次合成了它,使我很惊讶。”他在回国途中适逢中国爆炸第三颗原子弹,在被询问对此事的看法时,他说:“人们可以从书本中学到制造原子弹。但是人们不能从书本中学到制造胰岛素。”[26]“文革”爆发不久, 诺贝尔奖得主、英国剑桥大学的肯德鲁(J.C.Kendrew) 爵士也来中国访问。他告诉大家,中国人工合成胰岛素的消息被英国电视台安排在晚上的“黄金时间”播出,至少有几百万人观看了这条新闻。毫无疑问,这是最为英国人所知的中国科学成就。

    这些著名科学家的来访和言论很自然地让人们把人工合成胰岛素工作和诺贝尔奖联系了起来。但中国科学家确切地获得诺贝尔奖提名却是后来的事。19731116日,杨振宁致函中国科学院郭沫若院长,称自己准备提名生化所、有机所、北京大学代表各一人合得1974 年诺贝尔化学奖,请郭提供具体的人选。该信被迅速传达给有关部门。经过一段时间的考虑,中国科学院和外交部的有关领导提出:虽然如果我国科研人员获得了诺贝尔奖,对提高我国的国际威望会起某些积极作用,但考虑到该奖金系由资本主义国家颁发,且我国胰岛素研究成果是科研人员在党的领导下集体努力的结果,难以提出有突出代表性的人选,故我们倾向于婉言谢绝杨振宁的好意。经毛泽东、王洪文、周恩来、叶剑英、李德生、张春桥、江青、姚文元、李先念等人圈阅,报国务院批准之后,中国驻美联络处依此出面回复杨振宁[27]

    文革终于过去。19789月,杨振宁再次向中国领导人——这一次是对邓小平说的——表示,自己愿意为胰岛素合成工作提名诺贝尔奖。10月,他又向周培源提及此事。周培源回来后,向聂荣臻副总理汇报了此事,请他加以关怀。稍后,瑞典皇家科学院诺贝尔化学奖委员会写信给生化所所长王应睐,请他推荐诺贝尔化学奖金候选人名单。与此同时,另一位十分著名的美籍华裔逻辑学家王浩教授也主动提出要为我们的胰岛素工作提名诺贝尔奖。

    这一次,对于从不同地方涌来的相同建议,新的中央领导人非常重视。这种态度的改变是不难理解的:十年“文化大革命”刚过去不久,中国经济依然处于崩溃边缘,一切都还百废待新。如果能在社会生产力有决定性意义的科学领域获得一项世界大奖,对于激励士气、鼓舞人心、改良中国的国际形象必然有重大价值。

    在他们的指示下,从19781211日起,中国科学院在北京友谊宾馆召开了一次为期近十天的、盛大的“胰岛素人工全合成总结评选会议”(5)。会议由中国科学院副院长钱三强主持,生化所、有机所、北大数十名相关科学家、科研组织者参会,其主要目的是为了确定诺贝尔奖候选人。

 

 

前排(左起):杨钟健、黄家驷、周培源、华罗庚、杨石先、贝时璋、钱三强、汪猷、冯德培、王应睐、柳大纲

二排:左3,张伟君;左4,季爱雪;左5,陈玲玲;左6,叶蕴华;左10,张龙翔;左11,文重

三排:左2,钮经义;左3,龚岳亭

四排:左1,杜雨苍;左2,陆德培;左4,曹天钦

五排:左1,徐杰诚;左5,张友尚;左6,邹承鲁;左8,邢其毅

图5 胰岛素全合成总评会议

 

    会议的第一天是大会报告,由生化所、有机所、北大化学系三个单位分别报告了各自的胰岛素工作情况。从第二天起开始分小组讨论——从工作的角度看,拆合工作、B链合成工作各一个小组,A链合成工作则分为北大化学系、有机所两个小组;从单位的角度看,有机所、北大化学系各一个小组,生化所则分为拆合、B链两个小组。

胰岛素工作的参与者人数那么多,单骨干就有十余位,究竟哪些人的功劳更大呢?经过长时间的小组讨论和评选委员会无记名投票,“选出人工合成胰岛素研究成果突出者4人,分别是钮经义、邹承鲁、季爱雪、汪猷”[28]。很显然,他们各自代表一个小组。

    诺贝尔奖评选有个不成文的规则,每个单项的获奖人数不多于3人。选出4人可还没解决问题。又是进一步的磋商。虽然有人提出要让诺贝尔奖委员会迁就我们而不是我们去迁就它,并且“宁要大协作,也不要诺贝尔奖金”,但考虑到“联邦德国、美国在胰岛素人工合成方面也取得较好成绩,有可能此奖将由两国或三国科学家共同获得”[29],在分别征求贝时璋等几位评委的意见之后,钱三强决定[30] :“推荐钮经义同志代表我国参加人工全合成研究工作的全体人员申请诺贝尔奖金”[31]

    只剩一个候选人之后,杨振宁、王浩、王应睐分别向诺贝尔化学奖委员会推荐了人工合成胰岛素工作。但出乎国内人意料的是,这项工作没能获奖!

    对于未获奖的事实,国人是难以接受的。从1979年起,社会上开始流行多种版本的未能获奖原因分析。

    其一是歧视说。诺贝尔奖金评选委员会的委员都是西方人,因为意识形态的关系,他们对于中国人存在偏见,根本不愿意将这个奖项授予我们。而且他们的歧视还有感情上的理由,因为我们曾经有过不接受他们的奖金的说法。他们之所以还要做出考虑给胰岛素工作以诺贝尔奖金的姿态,为的就是羞辱我们一下,以报复我们对他们的羞辱。

    其二是时间过得太久说。如果胰岛素工作早点申报了诺贝尔奖,它是应当能拿到奖金的。可我们的工作是十几年过去后才被推荐,而十几年后相关领域的氛围已经大不相同了,曾经轰动世界的工作早已不再新鲜。

    其三是候选人太多说,这种说法流传最广。譬如,美国Lomalinda大学的周勇教授就在2001 18日的《北京青年报》中谈到:

      由于人工合成胰岛素是“集体”研究成果,参加的主要科学家有10 余人,最后平衡的结果,国内方面推荐了4 位获奖候选人,而诺贝尔科学奖评选规则上明确规定,每项奖一次最多只能推荐3人。诺贝尔科学奖再次与中国科学家擦肩而过。[32]

    上述原因中,候选人过多说显然是错误的。前面已经说过,有关部门最后只选定了钮经义一个候选人,即便安排他和查恩、卡佐亚尼斯共享一个奖项,人数也并不为多。时间过得太久说也经不起推敲:获诺贝尔奖的都是能经得起时间考验的工作,而且通常是获奖距离成果的完成有12年左右的时间。从1966年完成论文到1979年评奖,也只是13年的时间,这个时间间隔对诺贝尔奖评选而言是很正常的。而且即便间隔时间过长确为原因之一,那么这恰好意味着这项曾经轰动一时的工作是经不起时间考验的,它并没有最初以为的那么重要。关于瑞典的那些教授是不是对我们有歧视心理,这无从检验,因为他们并没有在任何文件上阐述自己有这种心理。而且,对于一个享誉世界百年,未曾出现明显歧视现象的大奖,最好还是不要以己之心度他人之腹。

    恐怕真正起决定性影响的不是上述原因,而是人们不愿意承认的理由:人工合成胰岛素工作未必达到了获诺贝尔奖的程度。

    可以先考察几项与胰岛素合成比较接近的获得了诺奖的工作。这样的工作至少有5项:

    1923年,班丁(F. G. Banting) 和麦克劳德(J. J. R.Macleod) 因为发现胰岛素和使用胰岛素治疗糖尿病而荣获诺贝尔生理学或医学奖;

    1955年,维格纳奥德(V. du Vigneaud) 因为合成多肽激素催产素而获得诺贝尔化学奖;

    1958年,桑格(F.Sanger) 因为分离和确定胰岛素的氨基酸组分的构成而荣获诺贝尔化学奖;

    1972年,安芬森(C.B.Anfinsen) 等人因为发现氧化被还原的核糖核酸酶肽链能得到活力恢复而获得诺贝尔化学奖;

    1984年,梅里菲尔德(R.B. Merrifield) 因为发明固相合成方法而获得诺贝尔化学奖。

    班丁和麦克劳德的研究导致了糖尿病治疗上的革命性进步,使这种昔日的不治之症一下子变得有药可医。它的实用价值是如此之大,以至于在完成(1922年完成) 后只经过一年就荣获了诺贝尔奖。

    显然,在经济和社会价值上我们的胰岛素合成工作研究无法与班丁、麦克劳德的工作相提并论:用化学方法合成胰岛素工序极为繁复,价格十分昂贵,从经济上考虑,远不如从天然产物中提炼合算。我们的成本太贵,在当时根本不具实用性,只是到了20世纪70代基因工程发展起来后,人们在连接用细菌合成的胰岛素时曾经在某个时间段用过我们发展出来的连接方法。但这很快又为别的方法所取代了。如果我们发明的是廉价的方法,那就真能造福亿万人,应该很快获得诺贝尔奖,但可惜的是我们没做到那点。

    维格纳奥德不但在多肽合成方法上有较大的改进,还毫无争议地合成了世界上第一个有生物活性的多肽。而且他的工作有相当大的经济效益,并直接引发了大量后继的多肽合成工作——我们的胰岛素合成应当算其中之一。从多个方面讲,他的工作都是划时代的,所以,他也是工作完成仅两年就拿到了诺贝尔奖。

    而我们的第一是存在一定的争议的——在胰岛素合成上,我们和美国、德国的实验室存在一定的优先权之争。从最后的全合成论文的发表来看,确实是我们第一个发表人工合成结晶胰岛素论文,但胰岛素工作并不等于一篇论文,它还有大量的中间工作要做——在发表最后的合成论文之前,我们共发表了24篇中间成果。这些中间成果也是很重要的,其重要性并不一定逊色于最后的成果,完成它们之后,最后的结果就基本上是水到渠成的了。而在中间成果发表方面,美国、德国的实验室并不总是比我们晚——实际上,他们在B链合成等重要项目上论文比我们发表得还早。而且,他们还比我们更早宣称得到具有胰岛素活性的物质。所以并不能说他们完全没有一点优先权。多年以来,卡佐亚尼斯、查恩均宣称自己才是最早的。

    另一方面,胰岛素的确切身份也存在一定的异议。它是蛋白质和多肽的分界物,有时候被称为蛋白质,有时候又被称为多肽激素。其实蛋白质和多肽之间并没有绝对的区别,它们之间最早的界限完全是人为的——我们把分子量超过5000道尔顿的多肽称为蛋白质(胰岛素的分子量为5733道尔顿)。后来的理由更高级一点:有高级结构是才是蛋白质,无高级结构的则为多肽。但更后面一些时候却又发现一些多肽也是有高级结构的,只不过蛋白质的高级结构更为完整。因此有人说,并没有一个令大家都信服的理由将胰岛素和催产素等多肽截然分开。催产素的合成是被授予了诺贝尔奖的,胰岛素主要只是比催产素长,比催产素分子量大,它的合成在某种程度上只是一个与催产素的合成类似的工作,这类工作似乎并没有重要到值得再次获诺贝尔奖的程度。

    桑格的蛋白质测序方法是整个蛋白质结构研究的基础(他后来又发明了一种DNA测序方法,该方法又被广泛利用,他因此于1980年几乎空前地再次获得了诺贝尔化学奖),想知道蛋白质的结构,就必须用上它。他的工作价值也是如此之大,以至于刚提出年就使他去了斯德哥尔摩。而我们的多肽合成方法和先前的方法比并没有新的较大的创建,对类似的合成工作启发不大,更不用说做它们的基础了。

    现在,在多肽合成方面,最常使用的方法是固相合成方法,它是美国的梅里菲尔德在1963年首创的,被誉为化学合成史上的一个里程碑。用这个方法,再加上后来的一些改进,研究者在合成仪中加进所需的氨基酸和其他试剂,按下按钮,几天之后就能收到所要的肽段。我们在多肽合成方法方面的创建当然没法和他比。

    对于安芬森的工作,我们倒似乎有超过之处。安芬森的贡献主要在于发现还原被氧化的核糖核酸酶可能使其恢复活力,并从中而得出了“蛋白质的一级结构决定高级结构”的结论,而我们通过对胰岛素的拆、合,也已从实践上提出了类似的结论,同时我们的工作比安芬森的要困难得多。但可惜的是我们太重视最后成果,太轻视中间成果,太注重保密,没能将这个实验结果及时发表出来。

    所以,与上述获得了诺贝尔奖的工作相比,我们的胰岛素工作确有很多不及之处。它既没在学术思想方面提出重大创新,又没有带来工具、方法的革命性进展,既没能引发一系列的后继研究(譬如掀起合成蛋白质的热潮),又没能产生任何的经济效益。它确曾领先于世界,但并没有领导世界的潮流。这样的工作未能获诺贝尔奖确有令人惋惜之处,却也并不值得愤愤不平、怨天尤人。

    虽然未能如愿获得诺贝尔奖,但人工合成胰岛素工作还是获得了其他多个重要奖项:

    19827月,国家自然科学奖在断评20多年后再度开评,人工合成胰岛素工作获“国家自然科学一等奖”。奖金为10000元人民币。证书上把钮经义、龚岳亭、邹承鲁、杜雨苍、季爱雪、邢其毅、汪猷、徐杰诚等八人列为主要完成人。

    19979月,香港求是基金会给人工合成胰岛素工作颁发了“杰出科技成就集体奖”。除上述八人外,陆德培也作为主要完成人被增补了进来。他们各被奖励了20 000美元(已去世了的由其家人代领)

    除集体奖外,相关研究、组织人员也部分因为胰岛素工作而获得过一些重要奖项。譬如:

    1988年,在美国迈阿密生物技术冬季讨论会上,王应睐被授予“特殊成就奖”。

    1994年,邹承鲁获香港何梁何利基金科学与技术进步奖(当时称何梁何利基金奖)。奖金为10万港币。

    1996年,王应睐获香港何梁何利基金科学与技术成就奖。奖金为100 万港币。

    除此之外,政府还以中国特有的方式对胰岛素合成工作和相关科学家进行了表彰。譬如:19661224日,也即在毛泽东生日之前两天,《人民日报》在头版头条刊登《我国在世界上第一次人工合成结晶胰岛素》一文,并发表社论《用毛泽东思想打开“生命之谜”的大门》,高度赞扬了人工合成胰岛素工作。

    19694月,作为自然科学工作者的代表未被打倒的相关人员中唯一的青年党员胡世全被指定进入中国共产党第九届全国代表大会主席团。

   

    致谢:笔者在查阅资料的过程中得到了北京大学档案馆王进老师、中国科学院档案处夏玉棉老师、中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所档案室吴雯英老师的帮助,在访谈过程中得到了中国科学院生物学部薛攀皋高级工程师,中国科学院上海分院丁公量先生、王芷涯先生,上海生物化学与细胞生物学所张友尚院士、戚正武院士、许根俊院士、杜雨苍研究员、施溥涛研究员、夏其昌研究员,生物物理研究所邹承鲁院士,环境化学研究所陆德培研究员,自然科学研究史所李佩珊先生,北京大学邢其毅院士、叶蕴华教授、汤卡罗教授、花文廷教授,中国工程院葛能全先生等人的帮助,在此一并致以衷心的感谢。

    本文未注明出处的直接引语均出自中国科学院、北京大学的有关档案。

 

[参 考 文 献]

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[29] 薛攀皋. 关于向诺贝尔奖委员会推荐我国人工合成牛胰岛素成果的历史真相. 科学时报, 2005-09-16

[30] 熊卫民. 葛能全先生访谈录. 收藏于中科院自然科学史所的中国近现代科学技术史资料中心

[31] 中国科学院. 关于向诺贝尔奖金委员会推荐我国人工合成胰岛素研究成果的请示报告[M]//葛能全. 钱三强年谱长编. 北京: 科学出版社, 2013: 455-8

[32] 周勇等. 新世纪里中国科学家离诺贝尔奖有多远. 北京青年报, 2001-01-08__