1965年9月17日清晨，杜雨蒼從實(shí)驗(yàn)室走了出來，即將宣布一項(xiàng)極重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在此之前，他剛剛完成了最后一個(gè)關(guān)鍵步驟，成敗在此一舉。
這位中國(guó)科學(xué)院生物化學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱生化所，中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心前身之一）的研究員高高舉起一支試管，逆光細(xì)看，那是人工合成牛胰島素結(jié)晶的閃光。把產(chǎn)物放在顯微鏡下，只見相互獨(dú)立的六面體晶體如鉆石般閃閃發(fā)光、晶瑩透明——和天然牛胰島素結(jié)晶一模一樣。
“我看到了，完美的結(jié)晶，我們成功了！”隨著杜雨蒼的這聲歡呼，狹小的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外一時(shí)沸騰起來。
接著，需要測(cè)試這些結(jié)晶能否像天然胰島素那樣引起動(dòng)物的降血糖反應(yīng)。在人們緊張的注視下，小白鼠跳了起來——這是體內(nèi)胰島素過量導(dǎo)致血糖過低而引發(fā)的驚厥反應(yīng)，證明人工合成牛胰島素具備與天然牛胰島素同樣的生物活性。這意味著，歷時(shí)近7年的牛胰島素人工合成研究工作終于獲得成功。在漫長(zhǎng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中，中國(guó)終于走在了人工合成蛋白質(zhì)的最前列。
這一次的歡呼，比看到結(jié)晶時(shí)更加熱烈、更加盡興，經(jīng)久不息……
“合成一個(gè)蛋白質(zhì)”
1958年夏天，在生化所的一次高級(jí)研究人員會(huì)議上，時(shí)任生化所所長(zhǎng)王應(yīng)睞等科學(xué)家正就下一階段工作提案展開熱烈討論。
每位科學(xué)家都想為祖國(guó)作出大貢獻(xiàn)，但究竟什么樣的貢獻(xiàn)才算大呢？攻克腫瘤、放射生物學(xué)、生物結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)理論研究方面的課題一項(xiàng)項(xiàng)被否決了，現(xiàn)場(chǎng)一時(shí)陷入僵局。
直到一個(gè)聲音響起——“合成一個(gè)蛋白質(zhì)”。
會(huì)議室驟然安靜，每個(gè)人都明白這7個(gè)字背后的分量。在那個(gè)年代，世界上還沒有任何國(guó)家成功合成過蛋白質(zhì)。如果能人工合成一個(gè)有生物活性的蛋白質(zhì)，就會(huì)向著人工合成生物大分子進(jìn)而重組出生命細(xì)胞的宏偉目標(biāo)邁進(jìn)一步。
早在生化所成立之初，王應(yīng)睞就已搭建了一個(gè)生化領(lǐng)域的頂尖科研團(tuán)隊(duì)，先后爭(zhēng)取到鄒承魯、曹天欽、張友端、王德寶、鈕經(jīng)義、沈昭文及周光宇等一大批生化領(lǐng)域?qū)＜业闹С帧?qiáng)大的人才體系為人工合成牛胰島素提供了重要條件。
王應(yīng)睞的學(xué)生王恩多回憶：“王先生擁有非常好的眼光，爭(zhēng)取到的科學(xué)家都是能夠開創(chuàng)一個(gè)學(xué)科新領(lǐng)域的領(lǐng)軍人才，就是帥才。光有帥才還不行，王先生又在國(guó)內(nèi)培養(yǎng)了一批將才，組成一個(gè)個(gè)科研團(tuán)隊(duì)開展工作。”
高級(jí)研究人員會(huì)議后，“合成一個(gè)蛋白質(zhì)”的設(shè)想轉(zhuǎn)到全體科研人員的討論會(huì)上，振奮了在場(chǎng)的所有年輕人。
隨后，在中央領(lǐng)導(dǎo)的支持下，“人工合成蛋白質(zhì)”被列入全國(guó)1959年科研計(jì)劃（草案），代號(hào)“601”，意為“六十年代第一大任務(wù)”。
由此，中國(guó)的人工合成蛋白質(zhì)項(xiàng)目拉開了序幕。
從零開始，“五路進(jìn)軍”
毫無懸念，科學(xué)家們首先選中的合成蛋白質(zhì)目標(biāo)是胰島素。
不同動(dòng)物來源的胰島素，化學(xué)結(jié)構(gòu)也存在差異。牛胰島素是當(dāng)時(shí)唯一被闡明化學(xué)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，也是分子量最小的具有生物功能的蛋白質(zhì)。1955年，英國(guó)化學(xué)家弗雷德里克·桑格完成了牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)序工作，并因此獲得1958年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
可以把牛胰島素想象為一串珍珠項(xiàng)鏈，它由17種、51個(gè)氨基酸構(gòu)成。這些氨基酸通過形成肽鍵按一定順序連接成A、B兩條鏈，其中A鏈有21個(gè)氨基酸、B鏈有30個(gè)氨基酸，而兩條鏈之間通過兩個(gè)二硫鍵相連，A鏈內(nèi)部還有一個(gè)二硫鍵。?
它不大，也不算復(fù)雜，但國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)文斷言：“合成胰島素將是遙遠(yuǎn)的事情?！?/span>
這是因?yàn)橐葝u素分子的全合成涉及200多步化學(xué)反應(yīng)，還需要先制備氨基酸和相關(guān)試劑，再按照一定順序把氨基酸連接起來，合成為具有生物活性的整體。任何一步反應(yīng)產(chǎn)物不純，都會(huì)影響下一步的合成與最終的結(jié)果。
王應(yīng)睞盤點(diǎn)了自己手里的“兵馬”和“糧草”，發(fā)現(xiàn)所里找不到幾個(gè)有多肽合成經(jīng)驗(yàn)的人才，儀器設(shè)備幾乎完全空白，就連合成胰島素所需的原料——氨基酸也非常匱乏。
上世紀(jì)50年代，國(guó)內(nèi)只能生產(chǎn)純度不高的甘氨酸、精氨酸、谷氨酸3種氨基酸，其余14種均需進(jìn)口。而貴重品種的氨基酸每克數(shù)十元，比黃金還貴。
在此背景下，生化所在中國(guó)科學(xué)院的指導(dǎo)下于1958年底組建東風(fēng)生化試劑廠。這是我國(guó)第一個(gè)專門生產(chǎn)氨基酸的工廠，結(jié)束了國(guó)內(nèi)不能自制整套氨基酸的歷史。
次年1月，胰島素人工合成工作正式啟動(dòng)。
生化所組建了以副所長(zhǎng)曹天欽為組長(zhǎng)的五人領(lǐng)導(dǎo)小組，采取“五路進(jìn)軍”“智取胰島”的方案，即有機(jī)合成、天然胰島素拆合、肽庫(kù)、酶激活和轉(zhuǎn)肽分別由相關(guān)專家主導(dǎo)。北京大學(xué)有機(jī)教研室負(fù)責(zé)胰島素A鏈合成，生化所負(fù)責(zé)胰島素B鏈合成和A、B鏈拆合。
沒過多久，生化所天然牛胰島素拆合小組通過多次拆合天然胰島素二硫鍵試驗(yàn)，將拆合產(chǎn)物的生物活性提高到0.7%至1%。該結(jié)果匯報(bào)給王應(yīng)睞后，他的第一反應(yīng)是確認(rèn)數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定、是否存在偶然性，并一再叮囑組員，要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上多加驗(yàn)證，進(jìn)一步鞏固試驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)過反復(fù)摸索，當(dāng)年10月前拆合后的生物活性進(jìn)一步穩(wěn)定恢復(fù)到原有活力的5%至10%。
此前學(xué)界普遍認(rèn)為，天然胰島素的二硫鍵被拆開、重新組合后，無法重現(xiàn)生物活性。而生化所天然牛胰島素拆合小組組長(zhǎng)、研究員鄒承魯和組員杜雨蒼等人創(chuàng)建的重組方法實(shí)現(xiàn)了零的突破，被國(guó)際科研界譽(yù)為“杜-鄒法”。
與此同時(shí)，生化所研究員鈕經(jīng)義、龔岳亭所在的合成小組也取得了進(jìn)展，不但掌握了多肽合成的多種技術(shù)，還能將8個(gè)氨基酸連成8肽。
然而，更大的困難還在前方等著他們。
“人工合成胰島素?100年我們也要搞下去”
人工合成牛胰島素項(xiàng)目從1960年5月開始實(shí)行“大兵團(tuán)作戰(zhàn)”，僅在中國(guó)科學(xué)院上海分院就集中了5家研究所300多人的科研隊(duì)伍。
參與過胰島素項(xiàng)目“大兵團(tuán)作戰(zhàn)”的張永蓮回憶，那是一段難忘的歲月。當(dāng)時(shí)她任小組長(zhǎng)，每天除了睡眠時(shí)間，幾乎都在實(shí)驗(yàn)室。然而，人海戰(zhàn)術(shù)并未取得理想的效果，也導(dǎo)致不少參與者心灰意冷。
對(duì)此局面，王應(yīng)睞憂心忡忡。當(dāng)年夏天，他向中國(guó)科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)建言，希望以精干的研究隊(duì)伍推進(jìn)人工合成胰島素研究。院領(lǐng)導(dǎo)聽取建議后停止了“大兵團(tuán)作戰(zhàn)”。到年底時(shí)，生化所只剩精干隊(duì)伍近20人，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱上海有機(jī)所）剩下7人。
直到1961年春，時(shí)任國(guó)務(wù)院副總理聶榮臻到生化所視察，并與生化所的胰島素合成團(tuán)隊(duì)展開了一場(chǎng)對(duì)話。
“你們有多少人？”
“幾十個(gè)。”
“用掉了多少錢？”
“100萬?！?/span>
聶榮臻當(dāng)場(chǎng)表態(tài)：“我們這么大的國(guó)家，幾億人口，就那么幾個(gè)人，就那么一點(diǎn)錢，為什么就不行？你們做，再大的責(zé)任我們承擔(dān)。”“人工合成胰島素100年我們也要搞下去。”?
此話一出，大家仿佛吃下一顆定心丸。自此，研究人員便在較為安定的環(huán)境里，繼續(xù)開展人工合成牛胰島素工作。
曾參與牛胰島素合成工作的上海有機(jī)所研究員徐杰誠(chéng)回憶，當(dāng)時(shí)上海有機(jī)所所長(zhǎng)汪猷要求每個(gè)化合物要“過五關(guān)、斬六將”，也就是完成元素分析、層析、電泳、旋光測(cè)定、酶解及氨基酸組成分析，才能進(jìn)行下一個(gè)步驟。這種嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的作風(fēng)，影響了許多科研人員的一生。
在原國(guó)家科委和中國(guó)科學(xué)院的協(xié)調(diào)下，生化所、上海有機(jī)所和北京大學(xué)化學(xué)系達(dá)成協(xié)作，王應(yīng)睞、汪猷分別任協(xié)作組正、副組長(zhǎng)。大家一起討論并明確了分工：北京大學(xué)合成牛胰島素A鏈的前9肽，上海有機(jī)所合成A鏈的后12肽，兩家單位一起完成A鏈21肽的合成；生化所合成B鏈的30肽并連接A鏈和B鏈組合成整體。
正式協(xié)作兩年之后，終于迎來勝利的曙光。
生化所原所長(zhǎng)李伯良回憶：“當(dāng)時(shí)國(guó)家和中國(guó)科學(xué)院各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)保障了項(xiàng)目穩(wěn)步運(yùn)行，確保專家們帶領(lǐng)年輕人熱情奮進(jìn)。”生化所高級(jí)工程師張申碚則表示：“人工合成牛胰島素能堅(jiān)持6年零9個(gè)月，從不擔(dān)心缺少經(jīng)費(fèi)，如果沒有國(guó)家、中國(guó)科學(xué)院和研究所的支持，是無法想象的?！?/span>
親手劃掉自己的名字
1965年9月17日，人工合成牛胰島素在一片歡呼聲中問世。國(guó)家科委先后兩次組織科學(xué)家進(jìn)行鑒定，證實(shí)人工合成牛胰島素的結(jié)構(gòu)、生物活性、物理化學(xué)性質(zhì)、結(jié)晶形狀和天然牛胰島素完全相同。
兩個(gè)月后，人工合成牛胰島素的論文首次以中英文簡(jiǎn)報(bào)形式分別在《科學(xué)通報(bào)》和《中國(guó)科學(xué)》上公開發(fā)表。這是世界上第一次人工合成與天然牛胰島素分子化學(xué)結(jié)構(gòu)相同并具有相同生物活性的蛋白質(zhì)，標(biāo)志著人類在探索生命奧秘的征途中邁出了人工合成蛋白質(zhì)里程碑式的一步。1966年3月，論文中文版本在《科學(xué)通報(bào)》上正式發(fā)表，4月，其英文版本在《中國(guó)科學(xué)》上正式發(fā)表。
然而，為世界首次人工合成蛋白質(zhì)——牛胰島素工作作出巨大貢獻(xiàn)的協(xié)作組組長(zhǎng)王應(yīng)睞堅(jiān)持不在任何一篇論文上署名，他認(rèn)為自己只是組織者，而不是研究者。在胰島素成果的報(bào)獎(jiǎng)材料中，他親手劃掉了自己的名字。
人工合成牛胰島素工作發(fā)表后，在國(guó)際上引起轟動(dòng)。胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)的闡明者桑格獲知中國(guó)的喜訊，興奮之情溢于言表：“你們合成了胰島素，也解除了我思想上的一個(gè)負(fù)擔(dān)?！蹦菚r(shí)，有人對(duì)他提出的胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)的部分順序表示懷疑，而中國(guó)人人工合成牛胰島素的事實(shí)，證明了桑格測(cè)定的世界上首個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)——胰島素結(jié)構(gòu)的正確性。
當(dāng)時(shí)，瑞典皇家科學(xué)院諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)化學(xué)組主席、諾貝爾獎(jiǎng)得主阿爾內(nèi)·蒂塞利烏斯來華參觀訪問，留下了一句廣為人知的話：“人們可以從書本中學(xué)到如何制造原子彈，但不能從書本中學(xué)到如何制造胰島素。”
值得一提的是，人工合成胰島素項(xiàng)目自討論之初，便鼓勵(lì)年輕科研人員參與，最終使他們成為日后中國(guó)生命科學(xué)的中流砥柱。上世紀(jì)80年代，張永蓮到英國(guó)帝國(guó)腫瘤研究基金會(huì)分子內(nèi)分泌實(shí)驗(yàn)室進(jìn)修，同事得知她來自大名鼎鼎的生化所，立即對(duì)她生出幾分信任。
參與過胰島素合成工作的朱尚權(quán)則回憶，自己大學(xué)畢業(yè)一入所，就被委以高純度天然胰島素A鏈和B鏈制備的重任，這為他后來的生命科學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
這項(xiàng)前后歷時(shí)近7年的工作，被譽(yù)為“前沿研究的典范”，并于1982年榮獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。1997年，中國(guó)香港求是科技基金會(huì)給人工合成胰島素工作頒發(fā)了“杰出科技成就集體獎(jiǎng)”。時(shí)至今日，它仍是我國(guó)科學(xué)家最重要的標(biāo)志性科學(xué)成就之一。
何為紀(jì)念，何為傳承
如今，人工合成牛胰島素即將迎來60周年。關(guān)于何為“胰島素精神”、如何傳承“胰島素精神”的問題再度進(jìn)入人們視野。
實(shí)際上，這是一個(gè)被討論過無數(shù)次的議題。
2015年4月10日，由生化所與中國(guó)科學(xué)院原上海細(xì)胞生物學(xué)研究所整合而成的中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱生化細(xì)胞所），邀請(qǐng)陳遠(yuǎn)聰、崔桂芳、林其誰(shuí)、李載平等專家相聚一堂，追憶參與胰島素合成工作的情景。在場(chǎng)科學(xué)家無不感慨，人工合成胰島素是集體智慧的結(jié)晶，背后的“胰島素精神”已經(jīng)成為幾代人永恒的記憶。在當(dāng)時(shí)一窮二白的條件下，敢于“啃”硬骨頭，方能成就大學(xué)問。
在張永蓮看來，“胰島素精神”的重要體現(xiàn)，是沒有條件創(chuàng)造條件也要上的優(yōu)良傳統(tǒng)，是克服困難的決心與勇氣，是集中優(yōu)勢(shì)、集體攻關(guān)的科研組織經(jīng)驗(yàn)。
對(duì)此，現(xiàn)在的中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（依托生化細(xì)胞所建設(shè)）主任劉小龍深有同感。他介紹，該中心在傳承“胰島素精神”方面的一大探索，就是在攻克重大科學(xué)問題時(shí)開展更多建制化協(xié)作，大膽創(chuàng)新科研組織模式。
劉小龍介紹，目前該中心致力于生命科學(xué)前沿基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究，尤其關(guān)注與國(guó)計(jì)民生相關(guān)的重大研究方向。然而，分散的科研組織形式在集中力量組織大型項(xiàng)目和研究重大科學(xué)問題時(shí)，存在一定局限性。
2022年至今，中心在研究組長(zhǎng)制的基礎(chǔ)上，增加并強(qiáng)化了“研究組群”和“科學(xué)家工作室”兩種科研組織模式，旨在結(jié)合中心作為國(guó)家戰(zhàn)略科技力量的使命擔(dān)當(dāng)，進(jìn)一步加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)攻關(guān)。
“這正是‘胰島素精神’給我們的啟示之一?！眲⑿↓埍硎荆环N精神的價(jià)值在于激勵(lì)一代代科研工作者繼承和力行。
為紀(jì)念王應(yīng)睞卓越的學(xué)術(shù)成就，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)于2021年批準(zhǔn)將編號(hào)為355704號(hào)的小行星正式命名為“王應(yīng)睞星”。
抬望眼，“王應(yīng)睞星”正在浩瀚星河中以每秒16.9公里、每日146萬公里的速度前進(jìn)。那個(gè)當(dāng)年在人工合成蛋白質(zhì)——牛胰島素論文中空缺的署名、在報(bào)獎(jiǎng)中主動(dòng)劃去的名字，如今在長(zhǎng)空中熠熠生輝。
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2024年8月15日 第4版
作者：孟凌霄、李晨陽(yáng)