陸德培(1935—)，現(xiàn)為中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員，博士生導(dǎo)師。1956年畢業(yè)于北京大學(xué)化學(xué)系，留校任教，從事有機化學(xué)教學(xué)和研究工作。1959—1968年從事人工合成結(jié)晶胰島素工作，1964—1968年在上海與中國科學(xué)院有機化學(xué)研究所、生物化學(xué)研究所合作，作為主要工作者之一，在世界上首次完成人工合成結(jié)晶牛胰島素。1978年后一直從事糖化學(xué)研究和糖生物化學(xué)研究。
陸德培
今年是我國人工合成結(jié)晶胰島素發(fā)表50周年。1959年初，新中國剛成立10年之際，在國民經(jīng)濟基礎(chǔ)和科研條件還十分薄弱的條件下，我國的科學(xué)工作者敢于大膽設(shè)想，提出合成一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有生物功能的蛋白質(zhì)——胰島素。在黨和國家的大力支持下，組織國內(nèi)不同學(xué)科、不同單位的研究人員進行社會主義大協(xié)作，經(jīng)過六年九個月堅持不懈的努力工作，終于在1965年9月17日誕生了世界上第一個人工合成全活力的結(jié)晶胰島素。
回首五十多年前的往事，記憶猶新，取得該項研究成果所走過的道路是曲折的，許多寶貴的經(jīng)驗和教訓(xùn)值得實事求是地總結(jié)和汲取，為新時期實現(xiàn)科技強國的中國夢，在基礎(chǔ)科學(xué)研究方面再創(chuàng)輝煌。
本文簡要回顧我作為北京大學(xué)參加該項工作一員的經(jīng)歷和見聞。
1959年3月，我剛結(jié)束農(nóng)村下放勞動回校，有幸參加在北京大學(xué)地學(xué)樓召開的人工合成胰島素的研討會，中國科學(xué)院上海生化所在副所長曹天欽教授和黨總支書記王芷涯率領(lǐng)下，由鈕經(jīng)義、鄒承魯、魯子賢教授組成的代表團參加會議，會上，生化所和北大化學(xué)系、生物系先后分別介紹了對合成胰島素工作的設(shè)想和近期工作安排，并達成了北大參加該項工作協(xié)作事項，北大化學(xué)系由有機化學(xué)教研室主任邢其毅教授和張滂教授(科研組長) 負(fù)責(zé)化學(xué)合成胰島素A 鏈，北大生物系生化教研室張龍翔教授負(fù)責(zé)酶促合成和轉(zhuǎn)肽方面工作，上海和北京兩地的研究工作的經(jīng)驗和進展情況定期通過通信方式相互交流和通報。
會后，北大化學(xué)系在邢、張兩位教授帶領(lǐng)下，青年教師(4人) 和研究生(6人) 從文獻調(diào)研到制定A鏈的合成路線和具體的合成方案。A 鏈(21肽)分成四個片段(四個合成小組)，邢其毅教授負(fù)責(zé)頭尾兩段，張滂教授負(fù)責(zé)中間兩段，并分頭準(zhǔn)備多肽合成中的保護基、特殊縮合試劑和各種氨基酸原料。當(dāng)時，基本原料氨基酸國內(nèi)除極少數(shù)品種如谷氨酸(味精) 能生產(chǎn)外，大部分依靠進口，價格昂貴，因此，必須自力更生自己生產(chǎn)氨基酸。教研室安排我?guī)ьI(lǐng)三位復(fù)員轉(zhuǎn)業(yè)軍人到上海生化所學(xué)習(xí)分離制備氨基酸。當(dāng)時生化所在岳陽路320號大樓三層的走廊里安裝了一套簡易的裝置，在鈕經(jīng)義教授和林南琴熱情幫助下，我們很快掌握了氨基酸的分離技術(shù)。鈕先生還帶我觀摩了汪靜英教授從魚精蛋白中分離精氨酸的工作。雖然A鏈中沒有精氨酸，但給我很大啟示，如何從天然蛋白質(zhì)中分離提取A鏈中所需要而價格昂貴的氨基酸? 如絲氨酸(時價150元/克) 和其他氨基酸。于是，我在上海市場上買了一點很便宜的絲廠下腳料絲棉頭帶回北京，準(zhǔn)備分離提取絲氨酸。我們回北大后，在校辦化工廠建立了試劑車間，進行氨基酸生產(chǎn)。剛開始正常運轉(zhuǎn)，又遇上1959年下半年國民經(jīng)濟調(diào)整，國家要加強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)第一線，北大的復(fù)轉(zhuǎn)軍人全部要返鄉(xiāng)務(wù)農(nóng)，氨基酸生產(chǎn)不得不下馬。而上海生化所的氨基酸的研發(fā)工作，由實驗室逐步發(fā)展壯大，建成了國內(nèi)著名的東風(fēng)生化試劑廠，不僅滿足胰島素合成的部分需要，而且為國內(nèi)生化研究提供多種生化試劑，推動了我國生化研究的開展。
北大的A鏈合成方面，在張滂教授主持下，各項工作穩(wěn)步開展，每兩周全組人員有一次工作匯報會，檢查各小組工作情況，相互交流工作經(jīng)驗，青年教師和研究生輪流作與多肽合成相關(guān)的文獻報告，互幫互學(xué)，共同提高。新參加的教師也要先作相關(guān)的讀書報告后才進實驗室工作，這樣的學(xué)術(shù)氛圍在有機化學(xué)教研室是空前的(在過去，教授指導(dǎo)研究生和青年教師都是單線指導(dǎo)，各自獨立，互不相通)。開始時，邢、張兩位教授考慮到胰島素結(jié)構(gòu)中有三對硫一硫鍵都與A鏈相關(guān)，從有機合成的角度考慮，為了便于與B鏈定向、有序地連接，A鏈中四個半胱氨酸(其中兩個半胱氨酸在A鏈中互相連接，其余兩個半胱氨酸分別與B鏈的相關(guān)位置連接) 硫的保護基除芐基外，還需要有兩個(至少一個) 活性層次不同的保護基。并安排一名研究生做半胱氨酸保護基工作。
當(dāng)時，北大化學(xué)系與上海生化所協(xié)作關(guān)系非常密切，學(xué)術(shù)交流頻繁，生化所每月都有1~2次書面通報，報告胰島素的拆合和B鏈合成方面的進展。鄒承魯、杜雨蒼教授等對天然胰島素拆合成功，尤其是芐基化的天然胰島素A、B鏈重組合成功，并獲得較為理想的活力，給A鏈的合成工作很大的鼓舞，不必再考慮A鏈中半胱氨酸多套保護基的問題，只要集中精力合成芐基保護半胱氨酸的A鏈，就有可能最終合成胰島素。
1959年下半年，北大化學(xué)系又增加了15位有機化學(xué)專業(yè)五年級學(xué)生生力軍，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，以做畢業(yè)論文的方式投入到A鏈的合成工作，至1959年底，四個小組都分別完成若干個二肽和三肽片段，合成工作按步就班，穩(wěn)步推進。
1959年底，在反右傾鼓干勁的形勢下，北大化學(xué)系胰島素合成組受到批判：走的是“資產(chǎn)階級”專家路線，工作慢慢吞吞，死氣沉沉，不符合時代的要求。在化學(xué)系黨總支書記王孝庭支持下，有機化學(xué)教研室黨支部全面接管胰島素合成工作。有機教研室是化學(xué)系師資力量較強的教研室之一，有三位在解放前后從歐美學(xué)成歸國的老教授(其中邢、張兩位教授先后遴選為中國科學(xué)院院士) 及他們培養(yǎng)的中、青年教師和研究生，由于領(lǐng)導(dǎo)在用人指導(dǎo)思想上的偏頗，放著有經(jīng)驗的教師不用，組織發(fā)動了三、四年級學(xué)生(包括有機化學(xué)專業(yè)15名五年級學(xué)生) 為主體，約200多人，打亂了教學(xué)計劃，停課參加胰島素的“大兵團作戰(zhàn)”。由支部書記葉蘊華掛帥，下設(shè)三個大組，支部委員施溥濤負(fù)責(zé)有機合成組，支部委員花文廷負(fù)責(zé)分析組和A、B鏈拆合組，三年級學(xué)生黨支部書記(政治輔導(dǎo)員) 潘佐華負(fù)責(zé)后勤保障組。三位老教授全部靠邊站，不讓他們進實驗室工作，由黨支部副書記劉廣鈞組織他們做點文獻翻譯工作，翻譯在Analytical Chemistry最新發(fā)表的論文“氨基酸自動分拆儀”，后來由于沒有人接手制作，只能作為資料封存。
有機合成組原封不動地接受當(dāng)初邢、張兩位教授制定的A鏈合成路線，也分成四個片段(四個小組)，青年教師和研究生在學(xué)生組長安排下，分別參加到四個小組中，日夜倒班(兩班倒)，限時限刻完成A鏈的合成任務(wù)，向1960年4月在上海召開的中國科學(xué)院學(xué)部大會獻禮。我最初參加分析組，在學(xué)生掌握了基本分析方法后，轉(zhuǎn)移到后勤保障組氨基酸生產(chǎn)組。后勤保障組是一支龐大的隊伍，主體是三年級學(xué)生，下設(shè)試劑組(包括用光氣制造保護基Cbz-Cl、縮合試劑等)、溶劑組( 大量的溶劑的提純、干燥)、氨基酸生產(chǎn)組、儀器藥品供應(yīng)組和外勤采購組。由于大批學(xué)生參加實驗工作，化學(xué)系原有的物資供應(yīng)體系不能適應(yīng)需要，必須要學(xué)生脫產(chǎn)參與，有四個學(xué)生干了將近一年與化學(xué)研究不沾邊的采購供應(yīng)工作。氨基酸生產(chǎn)組的職責(zé)為：由天然蛋白質(zhì)牛板筋、蠶絲水解分離氨基酸；由亷價的谷氨酸(味精) 轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺和從黃豆發(fā)芽提取天門冬酰胺等。1960年糧食供應(yīng)已十分緊張，黃豆是糧食中憑票特供物資，需要到上級主管部門北京市委大學(xué)部申請黃豆100 斤，獲批后才能供應(yīng)。溶劑組、試劑組接觸大量易燃、易爆和有毒、有害的化學(xué)品。由于實驗條件簡陋，防護措施不到位，燒傷事故頻發(fā)，學(xué)生的身心健康受到了傷害。不少學(xué)生得了肺結(jié)核病，這是令人十分痛心的。
北大興起的“大兵團作戰(zhàn)”也攪動了上海生化所的正常研究氛圍，中國科學(xué)院上海分院打破常規(guī)，也組織了與化學(xué)相關(guān)研究所的研究人員停下手頭的研究工作，參加分院組織的“大兵團作戰(zhàn)”，上海有機化學(xué)研究所承擔(dān)牛胰島素A鏈的合成任務(wù)，與北大不同，上海分院組織的都是有專業(yè)基礎(chǔ)的科研人員，經(jīng)過短期突擊，生化所和有機所都取得了階段成果，整理并發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文。由于王應(yīng)睞所長及時向科學(xué)院黨組反映情況，分院的“大兵團作戰(zhàn)”得以及時糾正。
學(xué)部大會后，1960年5月，北大化學(xué)系合成的A鏈盡管沒有得到預(yù)期的結(jié)果，但不氣餒，除繼續(xù)攻克A鏈外，還分出一部分人員在B鏈大組長施溥濤的帶領(lǐng)下進軍胰島素B鏈的合成工作和胰島素A、B鏈的拆合工作，達到了“大兵團作戰(zhàn)”的高潮。1960年北大化學(xué)系全年的經(jīng)費預(yù)算為100萬元(當(dāng)時是相當(dāng)大的一筆經(jīng)費，其中至少有70%~80 % 是胰島素項目使用)，到1960年8月，經(jīng)費已消耗殆盡，不得不向?qū)W校申請追加經(jīng)費。這樣的局面一直維持到1960年10月底，“大兵團作戰(zhàn)”草草結(jié)束，也沒有留下有價值的樣品和資料，學(xué)生全部撒回繼續(xù)上課，教師結(jié)合科研工作為高年級學(xué)生準(zhǔn)備有機化學(xué)專業(yè)課，胰島素合成工作停頓了半年多無人問津。
1961年，國民經(jīng)濟進入困難時期，領(lǐng)導(dǎo)關(guān)心教師的身體健康，提倡勞逸結(jié)合，休養(yǎng)生息，除了完成正常的教學(xué)任務(wù)外，研究工作基本上都停了，胰島素合成工作也不例外。為了貫徹中央提出的“調(diào)整、鞏固、充實、提高”八字方針和《高等教育工作條例60條》的精神，黨支部書記葉蘊華找我談話，提出胰島素研究工作應(yīng)由教研室負(fù)責(zé)，我時任有機教研室副主任，協(xié)助教研室主任邢其毅教授分管科研工作，臨難受命，深感責(zé)任重大。緊接著學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)張龍翔教授(時任北大理科負(fù)責(zé)人，后任北大校長) 緊急單獨召見我，布置任務(wù)，明確學(xué)校方面要繼續(xù)完成胰島素A鏈的合成工作，要求我在教研室至少安排六位教師繼續(xù)從事該項研究工作。經(jīng)過“大兵團作戰(zhàn)”的洗禮，工作又停頓了半年多，要再組織六位教師繼續(xù)從事該項研究又談何容易? 征求原先參加該項工作的教師意見時，老教授自不必說，“大兵團作戰(zhàn)”時被排斥在外，中青年教師己經(jīng)厭倦這項工作，都不想再繼續(xù)干下去，有的教師即使愿意做多肽方面的工作，也不愿與胰島素合成沾邊，唯有李崇熙教授(時任助教) 對胰島素研究工作非常執(zhí)著，愿意繼續(xù)從事A鏈的合成工作，于是我們倆人搭班(開始時還有張明哲教授我們?nèi)耍瑳]有多久他也不干了)，在十分困難、人手又少的情況下，只能選擇中間肽段，重新設(shè)計合成方案，兩人密切配合做深入細致的工作，待中段肽完成后再向兩端延伸，不到半年時間，完成了胰島素A鏈中小環(huán)六肽的合成和解決密集半胱氨酸肽段的合成難點，發(fā)表了兩篇論文，為到上海協(xié)作攻關(guān)在短期內(nèi)順利完成北大承擔(dān)的任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。期間李崇熙教授發(fā)明用簡便方法(土法) 制備一種羧基保護基(叔丁基)的方法，這個方法不僅在A鏈中使用，還推介到B鏈中使用。1963年8月在上海召開的天然有機化學(xué)學(xué)術(shù)會議上，上海生化所、有機所和北大化學(xué)系都報告了胰島素合成方面的工作，受到國家科委有關(guān)方面的關(guān)注，既然三個單位都還堅持胰島素的合成工作，何不更加緊密合作？盡快完成這項工作。北大和有機所經(jīng)過半年多的磋商，各自克服工作(主要是實驗室和集體宿舍的安排) 和生活方面的困難，最終達成北大小組集中到上海有機所共同完成胰島素A鏈合成工作。
1964年3月，北大五人工作小組(李崇熙、季愛雪、施溥濤、葉蘊華和我) 在邢其毅教授和化學(xué)系副主任文重教授帶領(lǐng)下，來到上海與有機所所長汪猷教授領(lǐng)導(dǎo)的多肽合成組，還有生化所龔岳亭教授一起討論胰島素A鏈(21 肽)合成方案和協(xié)作分工問題。會上確定比較合理的(9+12) 方案。有機所在“大兵團作戰(zhàn)”時對A鏈C-端十二肽(A10-A21)已經(jīng)積累了經(jīng)驗并保存有少量樣品，有機所負(fù)責(zé)C-端十二肽。北大負(fù)責(zé)N-端九肽。北大原先選擇合成羊胰島素A 鏈，有機所合成牛胰島素A鏈，兩者僅在A鏈第九位(A9)上有一個氨基酸的差別，羊胰島素A9是甘氨酸，牛胰島素A9是絲氨酸，兩者的B鏈都是相同的。北大小組雖然有合成羊胰島素A鏈小環(huán)六肽(A6-A11) 和(A1-A4) 的經(jīng)驗，愿意服從大局，暫時放棄羊胰島素A鏈的合成，接受合成一段全新牛胰島素A鏈N-端九肽(A1-A9)的任務(wù)。并明確北大邢、文兩位領(lǐng)導(dǎo)回北京期間，北大小組由有機所黨委統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，業(yè)務(wù)上，由汪猷所長代為照管。雖然任務(wù)重，但目標(biāo)明確，分配的任務(wù)各自負(fù)責(zé)，相互配合，常用試劑的制備和溶劑純化都分頭抽空處理，互通有無，根本不用專人來處理。由于遠離北大，大家以實驗室為家，全身心地投入研究工作。1964年夏天，上海的天氣十分炎熱，我們中午就在汪猷所長辦公室的桌、椅上稍事休息后，即投入下午的工作，晚上加班是常態(tài)，在短短五個月時間完成了協(xié)作組交給北大小組合成A鏈N-端九肽的任務(wù)。我和有機所徐杰誠教授立即著手與原有的C-端十二肽連接合成A鏈，并送生化所杜雨蒼實驗室進行半合成(人A+天B) 牛胰島素實驗，動物試驗結(jié)果有微弱活力。雖然活力水平很低，大家看到了希望，增強了信心。北大教師回北京短暫休整后回有機所繼續(xù)投入工作。汪猷所長表示: 北大小組與有機所合成組融為一體，不再分彼此，共同來提高A鏈的活力水平。雖然在提高A鏈活力的想法上有爭論，但彼此十分融洽，哪里可能存在問題，大家一起研究，動手解決。經(jīng)過多次合成A鏈，并初步純化后，發(fā)現(xiàn)活力上不去的原因是C-端十二肽皂化脫羧端甲基保護基時，肽段受到損傷，改進皂化條件(輕度皂化，提前皂化等措施)，活力水平雖有改變，但沒有明顯改進。于是，在1965年3月我們下決心重新設(shè)計一條合成A鏈C-端五肽(A17-A21) 的方案，即“赤腳”方案(C-端不加保護，避免皂化步驟)，安排有機所陳玲玲教授和北大李崇熙教授合作完成。為了確保“赤腳”方案的成功，另備一條避免皂化的方案，保駕護航。由于“赤腳”方案進展十分順利，護航方案沒有再繼續(xù)下去。期間我們順手合成了羊胰島素A鏈N-端九肽(A1-9)，并與C-端十二肽連結(jié)合成羊胰島素A鏈，送生化所杜雨蒼實驗室進行半合成(人A+天B) 羊胰島素，活力水平與半合成牛胰島素相當(dāng)，由于集中精力解決結(jié)晶牛胰島素問題，該項工作沒有進一步深入下去。此時，生化所已經(jīng)完成了B 鏈的半合成(天A+人B) 胰島素，獲得較高活力水平，這極大地鼓舞和促進了A鏈合成工作。在這關(guān)鍵時刻，1965年4月王應(yīng)睞教授及時召集協(xié)作組會議，會上，確定兩個實驗室的研究人員相互交換，生化所派葛麟俊教授到有機所參加A鏈關(guān)鍵步驟的實驗工作，有機所張偉君教授和北大施溥濤教授到生化所參加B鏈和拆合工作。這樣，一方面可以相互檢查和驗證工作，另一方面便于兩個實驗室之間的溝通，大大加快了研究工作的進程。
A鏈的“赤腳”新方案經(jīng)過三個月的努力，完成了新的A鏈C-端十二肽，并與N-端九肽連接，所得的牛胰島素A鏈，立即送生化所杜雨蒼實驗室進行半合成牛胰島素，活力水平大大提高(提高了一個數(shù)量級)，多次重復(fù)，結(jié)果十分穩(wěn)定，經(jīng)提純后，獲得了半合成牛胰島素結(jié)晶。人工合成的A鏈與B鏈都有相匹配的活力，全合成牛胰島素(人A+人B)就順理成章，水到渠成。經(jīng)過提純和結(jié)晶，終于在1965年9月17日獲得了世界上第一個人工合成的結(jié)晶牛胰島素，經(jīng)多次重復(fù)，得到相同的結(jié)果。經(jīng)1965年11月和1966年4月兩次國家鑒定會嚴(yán)格審查、鑒定，并獲得通過。幸運的是，該項工作在1966年“文革”前完成了研究、鑒定、出版等各項工作。
至1965年底胰島素合成工作基本結(jié)朿，有機所的器材部門宣布：有機所和北大在將近兩年的時間內(nèi)，完成A鏈合成的全部研究經(jīng)費開支總計5萬元，與“大兵團作戰(zhàn)”時北大化學(xué)系一家就消費了70萬~80萬元形成了鮮明的對比。
在紀(jì)念結(jié)晶胰島素全合成成功50周年之際，緬懷曾參加該項研究仙逝的前輩和同事，他們?yōu)榻Y(jié)晶胰島素全合成付出了辛勞和智慧。這里我要特別提及，懷念我的老同學(xué)、多年的合作伙伴，黙默無聞而做了很多工作的北大化學(xué)系李崇熙教授，他對A鏈活力水平的提升作出了貢獻，由于他對胰島素研究工作的執(zhí)著，使北大化學(xué)系在最困難時期胰島素研究工作能夠堅持下來，沒有半途而廢。
（本文原發(fā)表于《生命科學(xué)》2015年第27卷第6期）