邢先生 常说科研的创造性就是要有“想头”,要做别人想 不到的课题,用现在的话说就是要有创新思维。 1986~1995 年期间,邢先生先后主持国家自然 科学基金七五重大项目“我国独特的及丰产的天然 产物研究”与八五重点项目“我国边远地区和海洋 独特天然产物的研究”两大课题的研究,有10 所大学和研究所参加。我们承担的子课题是“参类水溶性化学成分的研究”。研究名贵中草药人参水 叶蕴华:我国成功合成结晶牛胰岛素的启示和收获 653溶性成分中的寡肽和非蛋白氨基酸。过去对于中草 药的研究主要利用极性不同的有机溶剂提取其化学 成分,而服用中草药却以水煎法为主。以前对于人 参化学成分的研究主要集中于皂苷成分的研究,而 有关其中的肽类化合物却几乎没有涉及。分离和纯 化水溶液中的寡肽有很大的困难。当时我们化学系 仅有一台分析型的高效液相色谱仪,不能用于人参 水提取液的制备分离。我们克服了重重困难,最终 首次从人参中分离纯化了一些具有生物活性的寡肽 和非编码氨基酸。该项成果获得了1995 年国家教 委科技进步奖一等奖。 在指导研究生的工作中,我们特别注意传承老 一代科学家对科学研究严谨求实的学风。例如从人 参水提取液中分离纯化了一个氧化型谷胱甘肽的异 构体时,我们发现其结构就是甘氨酸和胱氨酸调 换了位置,即C- 端不是甘氨酸而是胱氨酸。邢先 生认为1929 年发现的谷胱甘肽到现在有60 多年了, 要确认一下这期间是否已有人发现了这个异构体。 我和几位博士生、博士后反复查阅文献,的确未见 文献报道。后来又用化学法合成这个异构体再与从 人参水提取物对照,确认结构无误后才发表了这个 研究结果 [29-30] 。1987 年,我在为研究生开设“生物 有机化学”这门新选修课时,看到一篇文献报道猪 胰脂肪酶在有机溶剂中以及高温下仍保持活性,并 能在有机溶剂中进行转酯反应。这篇文章引起我极 大的兴趣。蛋白水解酶是水解肽键的,可否在有机 溶剂中用蛋白水解酶形成肽键?可否用分子筛固定 蛋白水解酶在有机溶剂中进行肽的合成反应?经由 研究生查阅文献,结果没有找到相关的报道,我认 为是好事,可以由此开拓创新的研究空间。经过十 多年的研究,我们终于在不同的有机溶剂中,成功 地用胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、木瓜酶、枯草杆菌 蛋白酶等合成了一系列生物活性肽,并研究了各种 因素对合成的影响。为了扩大蛋白水解酶的应用范 围,改变酶催化反应的底物过于专一的限制,我们 用非编码氨基酸,D- 氨基酸,甚至结构与氨基酸完 全不同的甾体化合物作为底物,在有机溶剂中,用 蛋白水解酶催化酰胺键的形成,最后得到了预期的 目标化合物 [31-32] 。我们还探索将不同的蛋白水解酶 固定在不同结构的分子筛上合成了一些小肽,在一 定条件下固定化酶可以重复使用,延长了酶的寿命。 此外,还研究了各种因素对固定化酶催化的影响。 我们的研究结果在Tetrahedron( 四面体) 杂志发表 [33],应美国Applied Biochemistry Biotechnology杂志主编之邀,撰写了一篇有关分子筛固定化酶的 综述 [34] 通过参加胰岛素的研究,使我深刻认识到对待科学研究必须坚持严肃、严格和严谨的科学作风。 在研究有机溶剂中用蛋白水解酶合成生物活性肽 时,我们常设计两条不同的合成路线,或用两种不 同的蛋白水解酶合成同一个目标肽,并用化学法合 成对照酶法的合成产物,以确认目标产物结构的正 确性。在指导学生作研究的过程中,有时学生认为 老师过于认真,要求太苛刻,心中产生不悦。但是 当他们工作后,就非常感激老师曾对他们的严格要 求。有些学生现在也当了老师,他们在研究中继续 传承严格和严谨的科学学风,使我感到十分高兴。 8 带动了相关产品的研发 胰岛素合成有力地推动了我国多肽产业的发 展。在合成胰岛素前,国内的多肽研究可以说是一 个空白。人工合成胰岛素课题开始时,国内买不到 合成胰岛素需要的氨基酸,生化所于1958 年在国 内首次创建了东风生化试剂厂生产氨基酸,解决了 合成胰岛素的原料问题。后来该厂扩大了生产品种, 除氨基酸外,还生产其他的生化试剂,成为国内提 供多种生化试剂的生产基地。 除东风生化试剂厂外,胰岛素合成也带动了我 国整个生化产业的发展,包括氨基酸、生物活性肽、 多肽药物、胰岛素等蛋白质激素及生化试剂的生产。 目前国内有几十家生产氨基酸和生化试剂的公司。 它们不仅生产氨基酸,还生产各种不同保护基的保 护氨基酸、缩合试剂、生物活性肽及各种生化试剂, 还有用于固相合成肽所需要的不同结构、不同型号 的树脂。这些产品无论从品种上,还是从质量上来 讲,均与国外品种相当。许多我国生产的氨基酸出 口国际市场,其中不少产品已登在国际知名公司 Sigma 和Aldrich 的目录上。 现在,我国不少多肽公司或制药公司均有 GMP (Good Manufacturing Practice 的缩写 车间。它们生产的肽类药物如催产素、LHRH 等均获得中 国药监局批准,已在临床使用。目前各大医院临床 所用的胸腺五肽、胸腺α1 二十八肽)等肽类药物 均可由我国多家公司提供。这些产品不仅质量有保 证,而且价格比进口的要便宜得多,经济上易为一 般患者所接受。目前在临床上应用的胰岛素大部分 已用人胰岛素代替了过去常用的动物胰岛素如猪胰 岛素、牛胰岛素等,重组人胰岛素的问世才可能为 生命科学 第27卷654 糖尿病患者提供人胰岛素。据报道,我国现在已成 功研制、开发出具有自主知识产权的基因重组人胰 岛素,改变了长期以来依赖进口的局面 [35] 9 结束语人工合成结晶牛胰岛素是世界上第一个合成的 蛋白质,是人类在探索生命奥秘的征途中向前迈进 的一大步。从学术理论和方法学上讲,我们的成功 有力地证明了蛋白质的一级结构决定其高级结构的 科学论断。这是蛋白质合成和蛋白质结构与功能关 系研究中的重大发现,从而也否定了Kauzmann 算胰岛素中-S-S-键正确配对的几率极小的推论。 人工合成结晶牛胰岛素的成功是我国在基础理论研 究中取得的重大成就,在国际上显示了我国科学家 的智慧和能力。有机化学家认为,合成固体有机化 合物是否获得结晶往往是化合物纯净的金指标。 Zahn 与Katsoyannis 仅得到具有微弱生物活力的产 始终未得到合成的胰岛素结晶。1965年《中国 科学》杂志上发表了全合成结晶牛胰岛素简报后, 德国Zahn 教授很快来信祝贺我国“第一次完成了 结晶牛胰岛素的半合成与第一次完成了结晶牛胰岛 素的全合成”。他还多次对我国有关科学家说,是 中国取得了这场国际竞赛的胜利 [15] 。1966 王应睐、邹承鲁和龚岳亭参加了在波兰华沙举行的欧洲生化学会联合会,龚岳亭向大会宣读了中国科 学家取得的这项成果后, 等国科学家纷纷祝贺我们取得的伟大成果。