人工合成牛胰島素：重新打開人的生命大門

在人體十二指腸旁邊，有一條長形的器官，那就是胰腺。胰腺中，散布著許許多多的細胞群，叫做胰島。當胰島中的β細胞受到比如葡萄糖、乳糖、胰高血糖素等刺激，就會分泌一種蛋白質(zhì)激素——胰島素。人的胰腺每天產(chǎn)生1到2毫克胰島素，一旦不足，就會引起代謝障礙，尤其是葡萄糖不能被有效地吸收，過多的糖隨尿排出——這就是糖尿病的由來。

事實上，胰島素的發(fā)現(xiàn)也是整個醫(yī)學史的里程碑。1889年，德國的敏柯斯基首次發(fā)現(xiàn)了胰臟和糖尿病的關(guān)聯(lián)后，就不斷有人嘗試分離胰臟的“神秘內(nèi)分泌物質(zhì)”，陸續(xù)有報道指出胰臟的萃取物具有降血糖的作用——但不是效果不夠好，就是副作用大，都沒有得到同行的認可。

盡管早早被人類發(fā)現(xiàn)，但胰島素的作用多樣，結(jié)構(gòu)復雜，遲遲不能完全為人類了解。真正的純化及結(jié)構(gòu)決定，到1955年，英國劍橋大學的弗雷德里克·桑格用生物降解和標記方法確定了第一個活性蛋白質(zhì)——牛胰島素分子的氨基酸連接順序(一級結(jié)構(gòu))。1958年，桑格也因此獲得了諾貝爾化學獎。

從1958年開始，中國科學院上海生物化學研究所、中國科學院上海有機化學研究所和北京大學生物系三個單位聯(lián)合，以鈕經(jīng)義為首，由龔岳亭、鄒承魯、杜雨花、季愛雪、邢其毅、汪猷、徐杰誠等人共同組成一個協(xié)作組，在前人對胰島素結(jié)構(gòu)和肽鏈合成方法研究的基礎(chǔ)上，開始探索用化學方法合成。經(jīng)過周密研究，他們確立了合成牛胰島素的程序。12月底，我國人工合成胰島素課題正式肩動。

當時的蛋白質(zhì)研究正是世界生物化學領(lǐng)域研究的熱點，甚至被視作“破解生命之謎的關(guān)節(jié)點”。作為蛋白質(zhì)的一種，胰島素由胰腺的胰島乙細胞分泌，由A、B兩條肽鏈，共26種51個氨基酸組成。

概括起來，研究過程可以分成三步：第一步，先把天然胰島素拆成兩條鏈，再把它們重新合成為胰島素，研究小組在1959年突破了這一關(guān)，重新合成的胰島素是同原來活力相同、形狀一樣的結(jié)晶：第二步，合成胰島素的兩條鏈后，用人工合成的B鏈同天然的A鏈相連接——這種牛胰島素的半合成在1964年獲得成功；第三步，經(jīng)過考驗的半合成的A鏈與B鏈相結(jié)合。

研究人員將重點放在了解決“如何使A鏈和B鏈通過氧化重新組合起來”上。這意味著要將胰島素分子還原、分離、純化。最后，通過小鼠驚厥實驗證明了純化的人工合成胰島素確實具有和天然胰島素相同的活性。

合成過程中，研究人員向人工合成的牛胰島素中攙入了放射性14C作為示蹤原子，與天然牛胰島素混合到一起，經(jīng)過多次重新結(jié)晶，得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素結(jié)晶，證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素完全融為一體，它們是同一種物質(zhì)。

1965年9月17日，研究人員完成了結(jié)晶牛胰島素的全合成。經(jīng)過嚴格鑒定，它的結(jié)構(gòu)、生物活力、物理化學性質(zhì)、結(jié)晶形狀都和天然的牛胰島素完全一樣。

這是世界上第一個人工合成的蛋白質(zhì)，為人類認識生命、揭開生命奧秘邁出了可喜的一大步。因而，這項成果獲1982年中國自然科學一等獎。