从合成牛胰岛素到基因重组人胰岛素

毒手药王邓智先

从合成牛胰岛素到基因重组人胰岛素


相对于基因重组人胰岛素，早在44年前，我国在人工合成牛胰岛素领域就已取得了骄人的成绩。
　　历史的告白：从零开始描绘的蓝图
　　小心翼翼地打开相册，北京大学化学与分子工程学院叶蕴华教授轻轻为记者取出一张张保存完好的老黑白照片，一边告诉记者关于照片的背景，一边感怀着那一场并未走远的记忆。
　　在上世纪60年代中期上海有机所的一个实验室里，北大青年教师叶蕴华和她的同事们正在进行一个有趣的实验：为了测试人工合成的牛胰岛素是否具有生物活性，她们将其注入小鼠体内，观察它能否出现预期中的惊厥反应。“跳了！跳了！小白鼠真的跳了！”看着小白鼠的反应，所有在场的研究人员都抑制不住内心的激动，无数次艰难尝试的努力这一刻都化作了初战告捷后的喜悦。
　　作为人工合成牛胰岛素课题组的研究人员之一，叶蕴华忘不了之前无数研究者所为之付出的努力。
　　蛋白质研究一直被喻为破解生命之谜的关节点。上世纪50年代，蛋白质是世界生物化学领域研究的热点。1958年，英国生物化学家桑格因为破译出由17种51个氨基酸组成的两条多肽链牛胰岛素的全部结构而荣获该年度的诺贝尔化学奖。这是人类第一次清楚一种重要蛋白质分子的全部结构。
　　既然牛胰岛素的全部结构已经清楚，那么能不能用化学方法合成它呢？我国科学家看到了新的研究方向。
　　“当时有许多科学家认为，蛋白质与核酸两类生物大分子体现生命的物质基础，蛋白质是生命活动的主要承担者，它调节生长、发育、繁殖代谢和行为等生命过程。人们如能解决人工合成的问题，乃至创造出不存于自然界的蛋白质‘变种’，不仅对深入了解生命现象与活动规律有重大意义，还可以为人类的生产实践开辟出新的天地，在生命科学研究的漫长道路上树立一块重要的里程碑。”采访中谈及人工合成牛胰岛素项目的提出背景和意义，作为该项目一个重要的研究人员，中国科学院上海生物化学研究所研究员、中国科学院院士龚岳亭这样告诉记者。
　　从1958年开始，中国科学院上海生物化学研究所、中国科学院上海有机化学研究所和北京大学化学系三个单位联合，以钮经义为首，由龚岳亭、邹承鲁、邢其毅、汪猷等人共同组成一个协作组，在前人对胰岛素结构和肽链合成方法研究的基础上，开始探索用化学方法合成胰岛素。而当时作为北京大学化学系的一名学生，叶蕴华有幸加入了这个研究队伍。
　　尽管在当时，胰岛素作为世界上最小的蛋白质分子，其氨基酸排列顺序的全部结构已被阐明，但作为一种蛋白质分子，它有特殊的空间构象，一旦特定构象遭到破坏，蛋白质就会变性，并随之丧失生物活性。  
　　“因此人工合成胰岛素不仅要完成氨基酸的正确排序，还要求正确排序后的肽链能够自然地折叠卷曲成与天然胰岛素同样构象的生物活性分子，形成同样的结晶，表现相同的活力。这在当时是一项难度很高的基础研究课题。”龚岳亭院士说。
　　相对于这项课题的“高难度”，研究小组的物质、人才和装备却显得“低水平”。“我们国家当时在科研的物质、人才和设备方面都相当落后，连合成蛋白质最基本的物质——氨基酸国内都没有。”如今已是北大博士生导师的叶蕴华教授很是感慨，“当时国内只有一两位科研人员具有初步合成仅含9个氨基酸的催产素经验，而其他方面连一整套蛋白质、多肽纯化和分析的技术都不完整，更别提氨基酸自动分析仪了。”七年攻坚：从无到有的协作开拓
　　困难并没有把这样一群立志在中国最早合成蛋白质的科学家吓倒。经过周密研究，他们确立了合成牛胰岛素的程序。第一步，先把天然胰岛素拆成A、B两条链，再把它们重新合成为胰岛素；第二步，用人工合成的Ｂ链同天然的A链相连接；第三步，把人工合成的Ａ链与人工合成的B链相结合。
　　研究的程序虽然确立了，但随之而来的困难却不小。经过还原、分离纯化之后的胰岛素A链和B链是否能重新组合形成天然的胰岛素分子？此前世界上其他国家的同行都认为这条路行不通。
　　经过科学论证，生化所采取“全面准备，多路探索，上下并举，重点突破”的方针，制定出五路进军的具体措施。以天然胰岛素的二硫键拆合和氨基酸生产为先行，多肽化学合成为主力，同时建立与改善肽的分离、纯化与分析技术，并探索肽的激活(磷酸化)与酶促转肽等生化途径。
　　1959年初，生化所由钮经义、沈昭义、龚岳亭几位科研骨干组织有关人员，在较短时间内结束了国内不能自制整套氨基酸的历史，保证了胰岛素合成工作的顺利进行，并创办了生化所东风厂，供应全国包括氨基酸在内的生化试剂。
　　叶蕴华教授说：“正是由于这项研究促成了东风厂的创办，这为我国以后的生化研究奠定了良好的物质基础。”
　　为了加快胰岛素工作的进度，北大化学系的领导让本该1960年7月才毕业的叶蕴华和其他十余个同学在4月份提前毕业。
　　但由于全国经济形势的原因，1960年底至1963年8月，胰岛素合成工作处于低谷，院所之间的合作也暂时结束。全国经济形势好转一些以后，1963年8月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，结果发现对方还在继续研究这一课题。于是，在国家科委领导撮合下，北京大学化学系考虑再次和上海有机所合作。
　　叶蕴华回忆说：“当时因为考虑到上海和北京之间还是有一定的距离，合作起来不是很方便，所以就决定让我们北大这边几个青年教师直接去上海，跟他们生化所的人一起搞研究。”
　　于是，1964年初，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。
　　合成成功：生命的奥秘已然打开
　　在上海的日子是枯燥而辛苦的。“到了上海以后没有周六、周日，每天都在夜以继日的工作。”但这样的辛苦对叶蕴华和她的同事们来说不算什么，最难受的是看不到工作的进展。
　　“人工合成（牛）胰岛素，最关键的就是合成路线的制定。但是由于当时的技术所限，加上国际上也没有成功的先例，完全要靠自己摸索，所以合成的过程中遇到了很多问题。”对当年的情形，叶蕴华记忆犹新。
　　不过，问题只是暂时的。经过大家的努力和协作，困难还是迎刃而解了。１９６５年９月１７日，研究小组完成了结晶牛胰岛素的全合成。经过严格鉴定，它的结构、生物活力、物理化学性质、结晶形状都和天然的牛胰岛素完全一样。
　　“这是世界上第一个人工合成的蛋白质，为人类认识生命、揭开生命奥秘迈出了可喜的一大步。”叶蕴华的语气中透露出一种难以遮掩的自豪。
　　龚岳亭院士说：“由于蛋白质和核酸两类生物大分子在生命现象中所起的主导作用，人工合成了第一个具有生物活力的蛋白质便突破了一般有机化合物领域到信息量集中的生物大分子领域之间的界限，在人类认识生命现象的漫长过程中迈进了重要的一步。”
　　“人工合成胰岛素是科学上的又一次飞跃，它标志着人工合成蛋白质时代的开始，是生命科学发展史上的一个重要的里程碑。胰岛素全合成工作第一次有效地完成了由两条肽链组合成硫硫键正确配对的蛋白质。这一实验强有力地证明：只要氨基酸排列正确，在很大程度上会自然形成α螺旋、β转角等结构以及盘曲折叠成具有生物活力的蛋白质。也就是说，蛋白质的一级结构在很大程度上可以决定其特定的空间结构，这一研究发现具有深远意义。”
　　1965年11月，这一重要科学研究成果首先以简报形式发表在《中国科学》杂志上，并于1966年4月全文发表。1966年12月27日，毛主席73岁生日的第二天，《人民日报》发表社论，宣布“我国在世界上第一次人工合成结晶胰岛素”，引起了世界的极大轰动。
　　尽管有人认为人工合成胰岛素在今天看来没有太多的现实意义，但通过胰岛素的人工合成工作，我国整个多肽领域都被带动发展了起来。与人工合成结晶牛胰岛素所承载的历史意义相比，44年后，具有非常“亲缘关系”的基因重组人胰岛素被赋予的则是更多的社会和经济效益。自主创新：让人胰岛素依赖进口的历史结束
　　资料显示，我国已有3000万以上的糖尿病患者，而且正以每年10%的速度增加。作为治疗糖尿病最重要的药物之一，人胰岛素因其结构和纯度有着比动物胰岛素更确切的疗效，成为糖尿病人的首选。而过去，世界上只有美国和丹麦可以生产人胰岛素，我国则一直依赖进口。
　　为了改变临床上使用动物胰岛素和进口人胰岛素的状况，我国的技术人员应用90年代最新的分子伴侣理论，历经三年的努力，于1998年成功研制、开发出具有自主知识产权的基因重组人胰岛素，使我国成为世界上第三个能够生产基因重组人胰岛素的国家。

开心陪你

谢谢楼主分享

ztldc

谢谢分享哈

zhuzhuwinner

谢谢分享哈谢谢分享哈

xiaobin2007

谢谢楼主的分享，辛苦了。

ZhAng_超_~

谢谢，

目前的中国糖尿病市场到达了1亿人得此病的程度。从好几年前，大家都在喊：不要瞎吃东西，注意防范得糖尿病，但是每年中国的得病增长率还是直线急剧上升。
赛洛菲，诺和诺德，礼来，都有新的工厂在最近落成，胰岛素灌装线在紧张的IQ、OQ、PQ后投入运行，甘李药业，通化东宝等等国内药企也立马加大生产。

希望国人能够都多多关注自己的健康。