往事回眸
人工全合成结晶牛胰岛素的重要历程

一、提出并且确立人工全合成牛胰岛素项目

 

    1、生化所于1958年夏召开高级研究人员会议,提出了人工合成蛋白质的基础理论项目。

      胰岛素是当时唯一阐明化学结构的蛋白质。1955年英国化学家桑格(1980年曾访问生化所)完成了胰岛素的全部测序工作,并因此获得1958年诺贝尔化学奖。学术刊物《自然》当年发表评论文章说,“合成胰岛素将是遥远的事情”。

 

 

      (上排从左至右、自上而下起为当时参会人员:王应睐、曹天钦、邹承鲁、沈昭文、钮经义、王德宝、周光宇、张友端、徐京华)

       

        2、生化所在所内外学术交流等基础上,于1958年12月18日正式确定了人工合成胰岛素项目。

       1958年12月8-12日,生化所邀请北京大学等单位,在所内举行了胰岛素文献报告会,王应睐主持会议,详细分析了人工合成胰岛素的重要性、现实性,探讨了研究的方案。

       生化所正式确定人工合成胰岛素项目同时,摸索并建成了专门制备氨基酸等试剂的东风生化试剂厂,为人工合成胰岛素项目提供氨基酸来源。该厂也为我国的相关研究提供了大量试剂,是科技成果转化应用的早期典范。

     

      3、人工合成胰岛素项目被列入1959年国家科研计划,并获得国家机密研究计划代号“601”。

      国家机密研究计划代号“601”的内涵,是60年代第一大任务,党和国家领导人亲自关心过问。

 

 

二、天然胰岛素拆合突破进而确定合成策略 

    4、生化所以科学家们的专长领衔,进行人工合成胰岛素前期的兵分五路探索。

      五路为:有机合成、天然胰岛素拆合、肽库及分离分析、酶激活和转肽。

      5、人工合成胰岛素的关键科学问题之一是“三对二硫键能否正确连接形成有活性的蛋白质构象”?

      当时国际上天然胰岛素拆合中几乎观察不到重组胰岛素的活性,因此文献讨论对二硫键的正确连接率很悲观。

    6、生化所在1959年取得了天然胰岛素拆合成功,既回答了上述关键科学问题,又确定了全合成胰岛素的研究策略。

      天然胰岛素拆合早期设计了98次(有书面记录的)实验,包括胰岛素还原和A、B肽链的分离纯化、定量分析、重氧化等,表明胰岛素活性的出现正是由于拆开的A、B两条肽链的正确重组,而非少量残留的天然胰岛素。

      后来又进行了100多次胰岛素拆合条件及酸性仲丁醇抽提复性折叠的优化实验,可重复地获得了拆合后的高活性重组合胰岛素结晶,并且进行了一系列的生化鉴定,为研究策略和技术路线的确定等奠定了坚实的基础。

      全合成胰岛素的研究策略是分别有机合成A肽链和B肽链,再进行组合折叠,最后鉴定生物学活性和各种理化性质。

      天然胰岛素拆合取得成功后,胰岛素拆合工作仍在继续,且由天(然)A链/天(然)B链扩大至天A/人B、人A/天B与人A/人B,需要大量的优化和重复实验设计。

 

 

三、组织精干专业队伍探索胰岛素肽链合成

    7、人工合成胰岛素的另一关键科学问题是“能否有机合成长度达21个氨基酸的A肽链和长度达30个氨基酸的B肽链”?

      当时国际上最长只能合成13个氨基酸残基的多肽链。

    8、生化所在1959-1960年间已将胰岛素B链的所有30个氨基酸分别连接成了各种合成肽,最长已达到10个氨基酸的长度。

      部分领导和科技人员认为,“胰岛素合成的关键问题已经解决,只余下堆肽的技术活了”。再加上当时国家政治性因素的推波助澜,人工合成胰岛素在多个单位一哄而上。1960年5月上海分院也曾成立“601指挥部”组织协调生化所、有机所等多个研究单位共300多人进行人工合成胰岛素的“大兵团作战”。

 

 

    9.实际上有机合成胰岛素的A、B肽链涉及大量的实验设计,非简单堆肽可成。

      几个月“大兵团作战”的规模性探索,最终没能合成出胰岛素的A、B肽链。

    10、生化所王应睐所长于1960年向中科院建言,集中精干专业队伍推进人工合成胰岛素工作,得到国家和中科院领导的全力支持。

      中科院领导张劲夫、杜润生等接受建议,决定终止“大兵团作战”,留下生化所和有机所继续合作。其后,1961年中科院上海分院领导王仲良在科学总结经验教训中强调,要尊重科学规律,坚持不懈继续推进人工合成胰岛素工作。同年,聂荣臻副总理到生化所视察,表态“你们做,再大的责任我们承担,人工合成胰岛素100年也要搞下去”。

      11、生化所于1961年组织近20人的精干专业队伍,继续胰岛素的B肽链合成和提高胰岛素拆合水平。

      有机所汪猷和北京大学邢其毅等带领专业队伍,也在坚持胰岛素的肽链合成工作。

      在有机合成胰岛素肽链的实验中,从制备保护基和缩合剂及其性能分析、建立氨基酸和肽段的缩合方法,到不同氨基酸的特异性保护、不同肽段的缩合方式和缩合方向,同样涉及大量的实验设计。

      经过无数次的实验设计,经验不断累积,胰岛素A、B肽链有机合成技术路线更加趋向成熟,包括实现了不同层次的保护基既稳定又可全部去除、C端到N端的整肽链定向缩合、避免消旋的缩合等配套技术方法。

 

 

四、首次人工全合成结晶牛胰岛素获得成功

      12、生化所、有机所、北京大学于1963年8月再次协作,推进人工合成胰岛素工作。

      协作组由王应睐任组长、汪猷任副组长。有机所和北京大学共同合成21个氨基酸的A肽链,生化所合成30个氨基酸的B肽链并承担最后A、B肽链组合折叠获得活性胰岛素工作。

      北大工作小组赴有机所,与有机所工作小组在汪猷领导下共同开展A肽链合成工作。

 

 

    13、生化所于1964年8月成功合成了30个氨基酸的牛胰岛素B肽链,其后与天然胰岛素的A肽链重组折叠获得了活性胰岛素。

    1965年冬,生化所发表研究论文《胰岛素B链的合成及其与天然A链重组合成结晶胰岛素》。

    14、有机所与北京大学于1965年5月成功合成了21个氨基酸的牛胰岛素A肽链,由生化所将其与天然B肽链重组折叠获得活性胰岛素。

      1965年冬,有机所和北大合作发表研究论文《胰岛素A链的合成及其与天然B链重组合成结晶胰岛素》。

 

    15、1965年6月以后进行反复的人工合成牛胰岛素A、B肽链的组合与折叠,直至达到具有完整的生物活性。

      第一次证实了二硫键形成具有高选择性、且肽链趋向于折叠成与天然胰岛素相同的特殊构型,亦是第一次以实验结果证明了蛋白质高级结构取决于一级结构。

      16、1965年9月17日,观察到人工全合成牛胰岛素的结晶。

      表明世界上第一次人工全合成了与天然胰岛素分子相同化学结构并具有完整生物活性的蛋白质。

 

    17、国家科学技术委员会组织了两次人工全合成结晶牛胰岛素鉴定会。

 

      1965年10月14日至11月18日和1966年4月15日至21日,两次鉴定会得出一致结论,“终于在1965年9月首次人工全合成了结晶牛胰岛素”。

1966年4月17日中国科学院院长郭沫若接见人工全合成结晶牛胰岛素的全体工作人员并合影。

 

五、揭示生命本质征途中的里程碑式新飞跃 

   18、人工全合成结晶牛胰岛素是生命科学前沿的里程碑式成果。

      1) 国内授奖等情况

      [1]1978年,中科院向生化所颁发了“人工全合成结晶牛胰岛素”重大科技成果奖。

      [2]1978年3月,全国科学大会向生化所第一研究室人工全合成结晶牛胰岛素工作组颁发先进集体奖。

      [3]1978年12月,杨振宁、王浩、王应睐分别向诺贝尔奖金委员会推荐人工全合成结晶牛胰岛素研究成果,钮经义为代表。1979年1月18日中国科学院为此编发“简报”(配图)。

      [4]1979年12月,国务院向人工全合成结晶牛胰岛素研究组颁发嘉奖令。

 

     

       [5]1982年7月,人工全合成结晶牛胰岛素项目获国家自然科学一等奖。

 

     

      [6]1988年2月,第20届迈阿密生物技术冬季讨论会授予王应睐“特殊成就奖”。

 

      [7]1996年10月,王应睐获何梁何利基金“科学与技术成就奖”。

 

      [8]1997年9月17日,香港求是基金会将“杰出科技成就集体奖”授予人工全合成结晶牛胰岛素。

      [9]1999年9月20日,“人工全合成结晶牛胰岛素研究”被指定参加“建国50周年成就展”,送展的胰岛素空间结构模型为中国革命博物馆收藏(实物陈列)。其后生化所将部分档案捐赠中国革命博物馆。

      [10] 2009年建国60周年大阅兵,“人工全合成结晶牛胰岛素”作为惟一生命科学成果接受检阅。

      2) 国外学术界的重点关注

      [1]1966年4月4日,王应睐、邹承鲁和龚岳亭应邀出席在华沙召开的欧洲生化联合会第三次会议,龚岳亭代表我国在会上作了结晶牛胰岛素全合成的学术报告。与会美、英、法、意、荷、比利时、挪威、瑞典、芬兰、奥地利等国的著名科学家热烈祝贺我国科学家取得的重大成果。会后数年间来生化所参观的科学家络绎不绝。

      [2]1966年,诺贝尔奖金委员会主席蒂斯尤利斯专程来华到生化所参观,他说“你们第一次人工合成胰岛素令人兴奋,向你们祝贺……”瑞典日报引用他的话说,“人们可以从书本中学到制造原子弹,但不能从书本中学到制造胰岛素”。

      [3]1982年9月25日,英国首相撒切尔夫人一行来生化所参观访问。

 

      [4]学术刊物《科学》登载了数页的长评,还详细介绍了从欧美学成归国的各位学术带头人。

      3) 科学传播

      [1]1966年5月29日,《参考消息》刊登“瑞典科学家蒂斯尤利斯访华后说中国正迅速走上科学大国的道路”文章。

      [2]1966年9月14日,《参考消息》刊登“美国科学家承认我国在制造牛胰岛素方面领先”文章。

      [3]1966年10月19日,《参考消息》刊登“美国科学家承认 我合成牛胰岛素是一个科学伟绩”文章。

      [4]1966年10月20日,《参考消息》刊登“美对我合成牛胰岛素感到震惊”文章。

      [5]1966年12月24日,《人民日报》发表头版头条新闻及社论,对人工全合成结晶牛胰岛素进行报道。中央广播电台也播发了相关新闻 

     

     4) 转化应用
      人工全合成结晶牛胰岛素使我国的多肽合成达到国际领先水平,生化所龚岳亭等走产学研一体化之路,用液相合成催产素,1969年在上海生化药厂产业化,开拓了我国第一个合成多肽药物。这是基础科学创新同国家、人民、市场需求结合,完成科研、开发、推广三级跳,真正实现了理论到实践的创新价值。