百年清华

中国生物化学和营养学之父——吴宪

2019-09-17 | 来源 公号“科学春秋”2016-11-03 |

编者按:

吴宪先生于1920年来到北京协和医学院任教,担任生物化学系的首任系主任,任期长达18年。在领导生化系期间,他不仅在临床生物化学、气体与电解质的平衡、蛋白质化学、免疫化学和营养学等领域取得了蜚声国际的科研成果,更是为中国培养了大批的相关专业人才。他于1931年正式发表了关于蛋白质变性理论的论文,是首次在世界上提出了蛋白质变性机理。他不仅是中国的生物化学和营养学之父,更是第一位为诺贝尔科学奖提名的中国科学家。

吴宪。来源:Wiki

求学海外

吴宪(1893—1959)先生的故乡福州是中国最早发展造船业的地区,早在1886年就创办了马尾造船厂,还设有船政学堂(Foochow Naval Academy),中日甲午战争的失败对他的早年成长产生了极大的影响。1910年,吴宪通过了清政府组织的庚子赔款留美考试。作为中国第一批留美预备班的成员,于1911年赴美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)造船系学习,立志学习造船,以帮助中国重建海军。后来受到赫胥黎(T.H.Huxley)《生命的物质基础》一文的影响,开始关注生物化学问题。

1913年9月,吴宪改专业主修化学,副修生物学。1916年6月,他获得麻省理工学院学士学位。翌年秋,他被哈佛大学(Harvard University)研究生院录取,师从美国著名生物化学家奥托·福林(OttoFolin)研究血液化学,不到两年便获得博士学位。其博士论文《一种血液分析系统》被认为“引发了一场血液化学方面的革命”,是奠定吴宪在生物化学界地位的主要论著。随后在福林实验室的博士后研究期间,他独自完成了血糖定量分析的改进方法,此方法用血量少,操作简便,数据准确,大大优于当时常规的本尼迪克特(Benedict)法。后来学术界认为,如果没有吴宪改进的血糖测定法,胰岛素的发现会大受阻碍。

回国任教

1920年春,吴宪应聘回国,在由美国洛克菲勒基金会创办的北京协和医学院任教,参与创建生物化学系(以下简称生化系)。1924年,他越级晋升为襄教授(Associate Professor)并担任首届生化系主任,成为该校的第一位中国籍、且是最年轻的系主任,任期长达18年(1924-1942)。同年12月20日,他与本科助教严彩韵(1902-1993)女士结婚。婚后三天,吴宪便携新婚妻子赴美国洛氏医学研究所(Rockefeller Institute for Medical Research)与范斯莱克(Donald D.Van Slyke,美国著名生物化学家)合作,严彩韵则在哥伦比亚大学化学系做研究工作。翌年12月,他们回到协和。1928年,他晋升为教授,成为北京协和医学院最早的中国籍三教授之一(另外两位是林可胜、刘瑞恒)。

1928-1942年是吴宪科学生涯中的鼎盛时期,他不仅完成了许多重要研究,而且还领导着一个高水平、高效率的生化系,使之成为中国生物化学的重要基地,并且在国际学术界也颇有影响。他重视实验室建设和学生实验课的设置,刚到协和工作时就开设了实验课,编写实验讲义,并在多年实践的基础上与周启源(1903-1986)合著了《生物化学实验》一书(吴宪用英文写成,由周启源译成中文)。该书于1941年由中华医学会编辑委员会出版,向全国医校推广使用,以促进其他医学院校生化实验的进步。吴宪还重视师资力量和青年学生的培养,除了医学院的学生外,他还先后引进了十余位刚回国的青年化学家到实验室工作,并接受和培养进修生、研究生20余人。

在他的领导下,北京协和医学院生化系在1920年代至1940年代前期人才辈出、科研硕果蜚声国际。据他的学生估计,“1950年代中国的生化教师和研究人员有70%以上曾在协和医学院受过训练”,比如刘思职、张昌颖、陈同度、刘培楠、周启源、郑集、汪猷等。他们后来大都为我国生物化学或其他学科的发展做出了重要贡献。

1926年,吴宪在协和医学院协助林可胜成立了中国生理学会,并自其成立起就参与负责该会的具体工作,担任理事会委员(到1940年)、书记兼会计(1929-1931年)、会长(1931-1935年)、《中国生理学杂志》常务编委(1927-1941年),与林可胜等其他学者积极配合,把学会办得非常出色。中国生理科学在1930年代受到国内外科学界的瞩目,与中国生理学会的推动作用有相当大的关系。

1936年,吴宪教授(左8)参加协和医学院毕业典礼。1935-1937年吴宪是三人管理(行政)委员会成员,代行院长职能。

吴宪教授写的《怎样科学地生活》。书中说:“All of us can live ahealthier and happier life and the world can be a better place to live in……Wecan accomplish this through scientific living, that by living one’s lifeaccording to the physical, biological and sociological principles which can beformulated by applying scientific methods.”

科学贡献

吴宪一生发表研究论文163篇,专著3部。他的研究领域主要包括:临床生物化学、气体与电解质的平衡、蛋白质化学、免疫化学、营养学以及氨基酸代谢等方面,此外,还涉及性激素、避孕等方面。根据他1919年提出的“血液系统分析法”,能制备出无蛋白质的血液,使血液中重要成分,如氨基酸、肌酸、肌酸酐、尿素、非蛋白氮以及血糖、乳酸等得以测定出来。1929年在波士顿召开的第13届国际生理学会上,他提出蛋白质变性学说,认为天然蛋白质分子不是一条长的直链而是一个紧密的结构。这种结构是借肽键之外的其他键,将肽链的不同部分连接而形成的,所以容易被物理及化学的力所破坏,即从有序的折叠排列形式变成不规则及松散的形式。吴宪教授的蛋白质变性学说全文于1931年用英文正式发表于《中国生理学杂志》(Studies onDenaturation of Proteins. XⅢ.A Theory of Denaturation.Chinese journal of Physiology,1931,5(4):321~344)。这个学说对于研究蛋白质大分子的高级结构有重要价值。在1995出版的《Advances in Protein Chemistry》丛书第 47卷上发表了美国哈佛大学教授,著名生物化学家J.T. Eddsall教授的文章“吴宪与第一个蛋白质变性理论(1931)Hsien Wu and the First Theory ofProtein Denaturation(1931)”,对吴宪教授的学术成就给予了极高的评价。

1927年,他开始研究中国人的营养问题,着重阐明了素膳与荤膳的优缺点,并于1938年制定了《中国民众最低限度之营养需要》标准。他在临床化学、蛋白质化学、免疫化学以及营养学等领域都有许多创见和论述。他的血液系统分析法至今一直在临床诊断方面起着重要作用。

吴宪精力充沛、沉稳机智、兴趣广泛。他曾对同事说:“我的座右铭是三真:即真知、真实、真理。求学问要真知,做实验要真实,为人要始终追求真理。”他的一枚图章上刻有“博学、审问、慎思、试验、明辨、笃行”的字样,这既是他一生的追求,亦是他一生的真实写照。他的同事说:“无论是他发表论文,还是审阅别人的稿件,对文稿中每一句话,每一个数据,甚至每一个标点符号,他都仔细地推敲、修改,直到他认为满意为止。”

吴宪对国际生物化学和中国科学事业的贡献是卓著的,由之他也赢得了在国际学术界的声望和在中国科学界的地位。美国学者里尔顿·安德森(J. Reardon Anderson)将他誉为“中国化学的巨人”,并评价道:“毫无疑问,吴宪是20世纪前半叶中国最伟大的化学家,或者说是最伟大的科学家。当他1919年发表他的第一项研究时,在中国还没有任何一类的化学研究”。到1949年,“化学研究已发展到全国时,对这一事业,没有人比吴宪贡献得更多。”

根据诺贝尔基金会官方网站显示,1932年,吴宪向诺贝尔奖委员会提名了洛克菲勒医学研究所(RockefellerInstitute for Medical Research,现洛克菲勒大学)的约翰·诺斯罗普(John HNorthrop,分离出胃蛋白酶结晶)和康乃尔大学(Cornell University)的詹姆士·萨姆纳(James B Sumner,分离出尿素酶结晶)为诺贝尔生理学或医学奖候选人。不过他们当年并未获奖,而是共享了1946年的诺贝尔化学奖。不过当时写吴宪教授所在的大学可能有误,实际应为北京协和医学院而不是北京大学。

1956年吴宪教授(右前3)参加在纽约召开的中国台湾“中央研究院”会议(胡适在右前2)

热爱祖国

吴宪热爱祖国,以科学家的眼光关注国家前途和人民生活的疾苦。他研究营养问题就是为了解决中国人的营养不良问题,希望能帮助提高中国人的身体素质。除了研究论文,他还撰写了一些有关营养问题的通俗文章,发表于《独立评论》和《科学的民族复兴》等书刊。1938年,吴宪主持制定了国内第一个《中国民众最低限度之营养需要》标准。

1942年,北京协和医学院因被日军占领而被迫关闭后,吴宪不甘心在敌占区苟安,于1944年3月冒着极大的风险,离妻别子,只身悄悄离开了日军占领下的北平,经过长途艰苦跋涉抵达大后方重庆,在中央卫生实验院筹组和领导营养研究所。当时物质匮乏,条件艰苦,实验设备简陋,但他总是亲临实验室指导实验,有时直到深夜。同年7月,他被派往美国,作为营养学专家、联合国善后救济总署的中国代表,参加研究战后经济恢复与重建的会议。由于美日宣战,他奉命赴美的旅途也充满了危险,取道澳大利亚,经过64天才抵达洛杉矶。在美期间,他四处参观考察,奔走洽接,为战后重建中国积极工作。在一次分配战后救济物资会议上,美国卫生当局有人提议给中国儿童豆粉即可,无需提供奶粉,声称中国人的肠胃只适应于素食。吴宪闻之极为愤怒,当场予以驳斥。在他的据理力争下,后来联合国善后救济总署派遣到中国的运送救援物资的船上都载有奶粉。

抗战胜利后,吴宪开始筹建中央卫生实验院北平分院,并任院长,同时继续兼任营养研究所所长。在重重困难下,积极罗致人才、筹措经费、添置研究设备。1947年5月,他途经美国参加7月在英国牛津举行的第17届国际生理学大会,会后回到美国,与当时正在美国的老友侯德榜商谈由永利公司资助,在黄海化工研究所内建“人类生物学研究所”的计划。为实现这一计划,他一方面在美国四处奔走,筹款购置精密仪器运回国,与麻省理工学院商议培养一些中国学生,在哥伦比亚大学内外科医学院生化系学习质谱技术,将购置的书籍寄回国,以为日后建所做各方面准备。1948年,吴宪曾两次订好回国船票,均由于码头工人的罢工而未能成行。直到晚年,他仍未放弃这一打算,虽未能如愿,但终不肯加入美国籍。诚如吴宪的长子吴瑞所言:“发展中国科学事业是我父亲一生的愿望。”

家庭生活

吴宪热爱家庭生活、热爱妻子、热爱孩子。与他过从甚密的朋友们都知道“没有人比吴宪和他的妻子彩韵更能欣赏家庭的乐趣,兴趣盎然地分享家庭的温馨……没有人比他更能为自己的孩子们而骄傲、快乐”。严彩韵是中国最早从事生物化学研究的女学者。吴宪在工作中结识了严彩韵女士。在共同的教学和科学研究中,他们志同道合,建立了深厚的感情。

吴宪对子女的爱不是仅限于为他们提供舒适的生活环境,而是更注重于教育他们如何做人,自食其力,并贡献社会。长子吴瑞回忆说,有一次“父亲把我们五个子女叫到炉边,对我们讲英文‘investment’(投资)这个词的意义。他很兴奋地说:‘叫你们受到良好的教育是最好的投资,它在你们身上会存在一辈子,而且让你享用一辈子,所以我不给你们留下什么物质的东西,因为那对你们有害无益。’”吴宪先生去世后,为了继承他的遗愿,严彩韵女士与其子女先后共同赠款做了以下几件事:

(1)设立“吴宪生物化学教授基金”(1983年筹备,1987年实施),以资助继续为中国生物化学做出贡献的教授;

(2)在吴宪的母校——美国哈佛大学医学院设立“吴宪生物化学教授席”(Hsien Wu Professorship)(1993年);

(3)在中国医学科学院基础医学研究所成立“吴宪图书馆”,帮助该所购置生物化学最新书刊(1993年)。

吴瑞因在DNA研究领域做出的杰出贡献而成为国际知名的分子生物学家,曾任美国康乃尔大学生物化学与分子生物学系系主任。1980年以来多次回国进行学术演讲、合作研究,兼任中国科学院上海细胞生物研究所、北京大学及协和医科大学兼职教授。为了给中国培养国际一流的科技人才,他还于1981年发起组织“美中生物化学联合招生项目(CUSBEA)”,与国内主办单位北京大学合作(当时由张龙翔校长和顾孝诚教授等负责),选送国内生物化学和分子生物学的研究生赴美留学。

吴瑞在2007年的一次访谈中说:“我父母都是在美国读的研究生,这种训练对他们学术生涯的发展至关重要。我想,很有必要建立一种机制帮助国内生物学专业的学生到美国攻读研究生,这将对他们极有帮助。”他不仅在科学事业上秉承父业,做出成就,而且像父亲吴宪那样,成为美中科技文化交流的使者和桥梁。2008年,吴瑞去世后,CUSBEA的学生们自发地组建了吴瑞纪念基金(Ray Wu Memorial Fund),以纪念他在培养中国新一代生物学家方面所做出的杰出贡献和传承他未竟的事业。该基金会每年评选吴瑞奖学金获得者(Ray Wu Scholar),旨在鼓励中国大陆、香港、澳门、台湾及新加坡的中国博士研究生努力将自己塑造成未来生命科学领域的学术带头人。

人们欣慰地看到,吴宪当年所开创的事业如今正由他的后代以及他那些分布于中国及世界各地的学生们继承下去并发扬光大。一代大师,风范永存!

1949年12月,吴宪先生(前排右)与严彩韵女士(前排左)结婚25周年时照的全家福。后排依次为长女吴婉先(膳食师和中学数学教师)、长子吴瑞(生物化学与分子生物学教授)、次女吴婉莲(某公共图书馆文艺与音乐科主任)、次子吴应(化学专家,在谷类蛋白质方面有大量出色的工作)、三女吴婉明(医学博士,放射科专家)。他们都在各自不同的岗位上为社会做出了贡献。

为纪念奥托·福林和吴宪对血液学的贡献,哈佛医学院设有福林-吴宪(Folin-Wu)纪念室。图为1987年吴宪夫人严彩韵教授(左4)和家人在福林-吴宪纪念室内合影。严教授身后是吴瑞先生。

(本文根据吴瑞先生1993年“Hsien Wu:the father of Biochemistry in China”整理,略有修订。作者吴虹是CUSBEA第三届学生和吴瑞纪念基金会发起人之一,现为北京大学生命科学学院教授;AlbertW. Wu是吴宪先生之孙、吴瑞先生之子,现为美国约翰·霍普金斯大学布鲁姆伯格公共卫生学院健康政策与管理学教授,吴瑞纪念基金会理事)

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作者:

吴虹:北京大学生命科学学院教授

Albert W. Wu:美国约翰霍普金斯大学布鲁姆伯格公共卫生学院健康政策与管理学教授


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