导 读

 

生长激素是历史上第一个由生物技术公司独立开发、申报并销售的生物药。本文讲述了美国基因泰克公司开发这个蛋白药的艰难历程：不利的政策环境、内部资源的分散、白热化的竞争、令人啼笑皆非的一期临床试验、FDA的拖延、无休无止的专利官司……跌跌撞撞、起起伏伏，一个项目的成败和世界首家生物技术公司的命运紧紧地捆绑在一起。基因泰克披荆斩棘，终于使产品获批上市，在科学和商业上取得双重成功，成长为独立的整合型制药企业。然而，基因泰克的生长激素产品虽然比诺和诺德的产品早10多年进入美国市场，但诺和诺德后来居上，用完全不同的创新方式在商战中获胜。基因泰克又是如何面对这一新的挑战？跨越四十多年的传奇历史由金淘沙拣娓娓叙来，其中既有科研的艰辛和快乐，又有法庭上的刀光剑影。全文共三万字，《知识分子》获作者授权分三次连载。参考资料将在最后一期文末列出。

图1. 加州大学旧金山分校（UCSF）的Parnassus校园。（Photo by Ronan Furuta on Unsplash）

 

撰文 | 金淘沙拣

 

午夜劫案

 

1978年12月31日晚，美国旧金山市。城市中迎接新年的庆祝活动还在进行，街道上到处散落着旧日历的碎纸片，空气中弥漫着香槟酒的味道。在满城的喧嚣中，离金门公园不远的加州大学旧金山分校（UCSF）的校园在寒风凛冽中却显得寂静萧瑟。两个30多岁的年轻人走进了空无一人的实验楼。过了半晌，在午夜的钟声还没有敲响时，两个人一人抱着一个纸箱子从楼里走出来。他们来到了停车库，把箱子放进了一辆破旧的雪佛兰马里布的后备箱，然后坐进车里。打了几次火之后，发动机终于启动。他们开着车，哐哐当当地驶出了校园，消失在城市的夜色中。远处，焰火在半岛的东北角砰然而起，璀璨的烟花在天幕上接连绽放，照亮了渔人码头，晕染了金门大桥。在人们的欢呼声中，新的一年到来了。

 

谁也没有想到，这起“午夜劫案”成为世界上第一家生物技术公司基因泰克（Genentech）的关键事件。它最终帮助基因泰克成功地推出了公司历史上的第三个产品：重组人源生长激素（rhGH）。但它也使基因泰克在之后长达20年的时间里官司缠身，累计损失超过两亿美元。

 

基因泰克和其早期企业文化

 

基因泰克于1976年由曾做过VC、正在找工作的28岁的 Robert （Bob）Swanson 和40岁的 UCSF 教授 Herbert （Herb）Boyer 创立，致力于开发重组 DNA 技术的商业潜力。重组 DNA 技术打破了遗传信息的物种界限。人的一个基因，可以被裁剪，重新拼接，放到小鼠细胞、酵母细胞、甚至细菌细胞里，跨界表达人蛋白。这一技术的巨大潜力在于，人们可以把细菌或细胞株改造成蛋白生产工厂，让它们源源不断地制造出人类急需的工业酶、细胞因子或蛋白药。而实现这一愿景的是以基因泰克为首的第一批生物技术公司。它们的诞生推动了重组DNA技术的产业化。

图2. 1976年1月的一个星期五下午，Boyer和Swanson第一次见面。原本预计10分钟的寒暄变成了3个小时的畅谈。谈话地点也从Boyer的办公室切换到附近的小酒馆。这次见面孕育了未来的基因泰克。雕塑家Larry Anderson再现了当年的场景。该作品坐落在基因泰克校园里。后面是Swanson（左）和Boyer（右）本人。图片来源: 参考资料17

 

其实，基因泰克的英文名字中并没有 “基因”。Genentech 来自 Genetic Engineering Technology，按字面翻译是 “遗传工程科技公司”。当然，这种译法不如基因泰克响亮、上口。

 

基因泰克早期的生存和后来的成功离不开两位创始人的远见卓识。用一句话来概括基因泰克的企业理念就是：吸引最好的人才，建立最好的文化，开发最好的产品。早期的基因泰克以科学为主导，是年轻科学家大放异彩的地方。

 

吸引最好的人才和建立最好的文化二者密不可分。基因泰克在建立初期大力任用以博士后为主的年轻科学家。他们正处于事业上升期，渴望大展拳脚。他们无所畏惧，对重组DNA技术的应用充满了信心和激情。他们废寝忘食，心无旁骛，屡屡在表达重组蛋白的竞赛中拔得头筹。当时学术界普遍看不起工业界，最优秀的科学家不愿意到公司工作。为了改变这一成见，在Boyer的极力倡导下，基因泰克打破制药公司的传统，鼓励科研人员发表成果。高质量论文的不断推出提高了基因泰克的学术声誉，又进一步吸引了更多的优秀人才。他们的论文作者的排序跟学术界也不同。在基因泰克, 不论资历，谁的贡献大，谁就会成为该论文的第一作者。而在学术界，导师或实验室的老板通常被列为最重要的作者。

 

然而，基因泰克宽松的发表制度也给自己带来了不少麻烦。他们许多项目的技术细节都可以从其发表的论文中找到，这就给了竞争对手“尾随”的机会。他们会研读基因泰克的论文，改变几个细节，继而绕开基因泰克的专利，开发类似的产品。纵观基因泰克的历史，往往是它前脚推出一个创新产品，两三年后竞争产品就接踵而来。作为“拓荒者”，基因泰克在无意间拉动了整个行业。

 

坦诚、求实、平等、自我驱动是基因泰克早期文化的另一个特点。公司的组织结构扁平，没有明显的等级之分。Swanson 经常满楼道逛荡，逮到谁就跟谁聊。科学家们拼命地工作，也尽情地玩乐。基因泰克招聘的第一位科学家 Dave Goeddel，就是这种文化的典型代表。他曾在实验室里连续工作六周，有时一天做实验超过20小时，困了就钻进睡袋里睡一觉。他想放松的时候就去优胜美地（Yosemite）攀岩。他经常和新来的同事打赌，用单手手指抠住上端门框让身体悬空，看谁坚持的时间更长。每次他都能赢几块钱。后来同事们都意识到这个比赛是多么的不公平——这是攀岩者的基本技能训练之一。

 

Goeddel 和几个年轻科学家更是以擅于搞恶作剧而出名。公司每周五下午是法定开心（ho-ho）时刻。5点一过，大伙儿都停下手中的活儿，聚在一起喝啤酒，吃玉米片。80年代初，公司的员工已增加到数百人。有一次， Goeddel伙同几个同事，自愿为周五聚会提供食物。他们准备了碎肉辣豆汤（chili soup），然后坐在一旁，看大伙儿边吃边赞不绝口，不禁露出欣慰的笑容。等到了周一，消息才传开，碎肉辣豆汤是用狗食做的！当然，这种恶作剧在今天不可能再上演了，否则将会官司满天飞。

图3. 基因泰克联合创始人Herb Boyer (左) 和Bob Swanson（右）在开心时刻（ho-ho）。TweedleDee和TweedleDum是《爱丽丝漫游仙境》中的一对儿孪生兄弟。图片来源：http://www.gene.com/stories/costume-culture?topic=defining-moments

 

基因泰克早期企业文化的形成离不开两位创始人的推动，同时也要归功于几个关键员工对科研的热情。公司还受到硅谷高科技公司的影响，逐渐形成了朝气蓬勃、求实创新、学术气氛浓厚等特有的企业文化。

图4. 基因泰克早期的几个年轻科学家。从左到右依次为：Dennis Kleid, Dave Goeddel（负责生长激素项目）, Art Levinson（基因泰克第三任CEO）, Herb Heyneker（来自荷兰，参与生长激素项目）, Peter Seeburg（来自德国，午夜劫案主角之一）, Dick Lawn和Axel Ullrich（来自德国，午夜劫案主角之一）。照片拍于1982年9月。图片来源：参考资料17

 

基因泰克的第三个产品

 

基因泰克的第一个产品是生长抑素。与其说是产品，不如说是项目。它虽然没有什么商业价值，却在科学上证明了用DNA重组技术生产蛋白的可行性。人的蛋白第一次用融合蛋白的形式在细菌中表达——人们想象中的真核生物与原核生物之间的不可逾越的壁垒并不存在。这消除了科学界的种种顾虑和质疑。这一项目的成功为下一个项目奠定了技术基础，同时也增加了投资人和合作方的信心。

 

基因泰克的第二个产品是胰岛素。胰岛素的商业价值毋庸置疑，所以这一项目的成功又建立了基因泰克作为第一家生物技术公司在商业上的可行性。基因泰克知道自己还不具备将胰岛素的生产工业化以及将其推向市场的能力。于是，它把这个项目转让给礼来，以此换来了第一桶金，用于支持后续的科研和下一个产品的开发。

 

基因泰克的第三个产品就是重组生长激素，也是我认为其历史上最重要的产品。没有生长激素产品的成功，就没有基因泰克的今天。Swanson 的愿景一直是把基因泰克打造成一个独立的、完整的制药公司（fully integrated pharmaceutical company, 或FIPCO），具备科研、生产、申报和营销的所有能力。生长激素帮助基因泰克初步实现了这一目标。前两个项目基因泰克主要依赖位于南加州的希望之城（City of Hope）的 Art Riggs 和Keiichi Itakura 实验室，而在攻克生长激素项目时他们已经开始建立自己的科研团队。

 

基因泰克生长激素的开发历史迄今已成为初创公司设计、执行战略的经典案例。在人们的眼里，它的战略路线简单、清晰、可执行性强：整个公司集中资源，高度专注，开发单一产品。一旦研发成功，同市场上的传统产品相比，重组人生长激素具有无可比拟的成本优势和安全优势；在申报上基因泰克先从小众市场入手，并申请美国FDA孤儿药认证，从而获得7年的市场独销权，再把该产品扩展到其它适应症；在销售方面，公司只需雇佣为数不多的销售代表，就可以覆盖全美国的儿科内分泌医生。整个公司与这一产品一起成长，直到有能力推出下一个产品。

 

可惜，实际情况却并不是这样的。至少不完全是。

 

真实的历史永远不会像后人总结的那样脉络清晰、黑白分明。现实中，生长激素的开发也一样，跌跌撞撞、见招拆招、拖泥带水。在一片泥泞中，基因泰克经历了同时上马太多项目的干扰、不利的政策环境、白热化的竞争、令人啼笑皆非的一期临床试验、FDA的拖延、没完没了的专利官司。当然，基因泰克也碰到了一些运气。但直到今天，我们还无法判断，那场“午夜劫案“对基因泰克来说是幸运还是麻烦。

 

两位来自德国的博士后

 

午夜劫案中的两位主角是 Axel Ullrich 和 Peter Seeburg。两人都是德国人，从德国同一所大学获得了博士学位，在1974-1975期间前后脚来到UCSF做博士后, 都在 Howard Goodman 实验室里工作。Ullrich 的科研课题为克隆人胰岛素基因，而 Seeburg 的主攻项目是克隆人生长激素基因。这两个项目都由礼来出资支持。

 

基因泰克一直在招揽 Ullrich 和 Seeburg。实际上，基因泰克也有意招聘他们的导师 Goodman 和 UCSF 生化系系主任 William Rutter，想把两个实验室连锅儿端走。但两个教授因为待遇问题，以及与礼来合作的利益冲突，没能和基因泰克谈拢，只好作罢。基因泰克看重的是 Ullrich 和Seeburg 在 cDNA 克隆技术方面上的特长，想通过招聘他们加强这一技术。基因泰克已经掌握的合成DNA技术在表达小的蛋白时还够用，但用来表达稍微大一些的蛋白就会过于繁琐——生长抑素只有14个氨基酸，胰岛素的A链有21个氨基酸， B链有30个氨基酸， 而生长激素则有191个氨基酸。

 

Ullrich 和 Seeburg 对加入基因泰克一直很犹豫——从学术界转到工业界在当时还没有被普遍接受，而且基因泰克是一个初创公司，前途未卜。Ullrich 于1977年在《科学》期刊上发表了一篇克隆大鼠胰岛素cDNA 的论文。从那以后，Swanson 就一直想把 Ullrich 挖到基因泰克。1977年年底的一天，Swanson 和 Ullrich 一起在饭店里吃晚饭。晚饭过后，Swanson 突然提出要和 Ullrich 打一个赌——他们俩在酒吧里来一场名字叫 Pong 的电子游戏比赛，如果Swanson 赢了，Ullrich 就加入基因泰克；如果 Ullrich 赢了，Ullrich 就有自由选择的权力。30岁的 Swanson 和34岁的 Ullrich 撸起袖子，转动旋钮，努力控制着屏幕上自己的球拍，不断把球挡向对方的场地。一场厮杀过后，Swanson 赢了。但 Ullrich 当时并没有兑现赌约，还是拒绝了加盟基因泰克。

 

酒吧里的这一幕只是历史长河中的一丝涟漪。很少有人会意识到它所隐藏的时代意义：在一片人声嘈杂、烟雾缭绕中，世界上第一家生物技术公司的第一位CEO，想通过玩儿一场历史上第一个热销的电子游戏，来招揽旗下的第一位科学家员工。

 

使事情出现转机的是UCSF在申请专利时做出的一个错误决定。UCSF把胰岛素克隆和生长激素克隆放到了同一个专利申请中，却没有把这两个项目的执行人 Ullrich 和 Seeburg 列为发明人，这引起了他们的极大不满（后来这个申请被放弃，UC又递交了两个新的申请，Ullrich 和 Seeburg这时才被列为发明人）。无论是在专利申请，还是在论文署名上，Ullrich、Seeburg和其他博士后都感觉到他们辛辛苦苦做出的成果没有得到足够的认可，甚至被 Goodman 据为己有。另外，Ullrich 和 Seeburg的具体情况还有些不同。1978年，Seeburg 在个人生活上出现了一些问题，情绪时常不稳定。他每天早上要喝几杯爱尔兰咖啡（含酒精）才到实验室上班，会经常和老板Goodman吵架。9月份他和 Goodman 彻底闹翻了，随后 Seeburg 就离开UCSF去了基因泰克。在那段时间，Goodman 禁止 Seeburg 返回UCSF的实验室，并把存有 Seeburg 的实验材料的冰柜上了锁，以防止被他带走。

 

Ullrich倒一直和Goodman保持着友好的关系，至少在表面上是这样的。在做了3年的博士后，他请求Goodman给他提供一个稳定的科研工作，但得到的职称和薪水却令他很失望。在两次反复后，加上Seeburg的劝说，他终于也下定决心加入基因泰克。1978年12月31日是他在UCSF的最后一天。之前在向Goodman请辞时，Ullrich和Goodman达成协议，他到基因泰克之后，还会抽出时间完成他在UCSF没有完成的工作，直至论文的发表。

 

12月31日晚上，Ullrich准备回实验室把他的个人物品、实验记录、试剂和一些实验材料取走。在那个年代，科研人员跳槽后带走与项目有关的物品是常规，并不像今天这样罕见。当然，他们需要经过老板的同意才行。在那天晚上，Seeburg 要求和 Ullrich 一起回UCSF——他有一些物品没来得及取走。Ullrich 开着他在汽车垃圾场里买的68年的旧车，和Seeburg 回到了实验室。由于此时Seeburg离开学校已超过了3个月，Goodman 的防备意识减弱，那个冰柜已不再上锁。两人拿走了想要的东西，其中 Seeburg 带走的物品中最重要的是人生长激素的mRNA和克隆好的编码从第24个到第191氨基酸一段的cDNA。　

 

在离开校园时，两人提心吊胆，生怕碰到学校里的警察。幸运或者不幸的是，他们没有受到任何盘查。他们一路南下，穿过狂欢的城市，直接来到位于南旧金山市的基因泰克，把实验材料放进了公司的冰柜里。

 

多年以后，当 Ullrich 回忆起那场午夜劫案时，他仍感概万千。Seeburg 因之而发财，UCSF 获得了巨额赔偿，基因泰克走上了商业成功之路，继而成为最伟大的生物技术公司之一。而 Ullrich 作为主角之一和司机，竟没有从中直接受益。在加州大学（UC）和基因泰克之后断断续续跨越20年的官司纠缠中，他甚至连证人都不是。主角沦为注脚，难免让人唏嘘。

图5. 下丘脑-垂体-生长轴是调节人体身高和生长的主要系统。下丘脑神经细胞分泌的GHRH随着血液下达垂体前页，引起生长激素在细胞外释放。生长激素在进入循环系统，结合肝脏和软骨组织中的细胞表面受体后，引起IGF-1的水平上升。IGF-1 蛋白又进一步通过内分泌和旁分泌/自分泌机制刺激骨的纵向生长。GH还作用于生长板（骨骺），促进软骨前细胞分化和成骨细胞扩增。hGH也作用于肌肉以增加氨基酸转运。 图片来源：http://www.uclahealth.org/endocrine-center/pituitary-tumor；http://en.wikipedia.org/wiki/Growth_hormone

 

生长激素

 

在继续我们的故事之前，让我们先回顾一下生长激素的科学基础和医用史。

 

在人的脑干中，有一个蚕豆大小的器官——垂体。它直径约一厘米， 重0.5-1克。别看它小，它是连接神经系统和内分泌系统的重要枢纽，对人的生长、代谢、发育起着至关重要的作用。生长激素（Somatropin, growth hormone, 或简称GH）就是由垂体前页中的生长激素细胞产生，平时储存在细胞内的分泌颗粒中。

 

下丘脑-垂体-生长轴是调节人体身高和生长的主要系统。下丘脑神经细胞分泌的生长激素释放激素（GHRH）随着血液下达垂体前页，引起生长激素在细胞外释放。生长激素在进入循环系统，结合肝脏和软骨组织中的细胞表面受体后，引起胰岛素样生长因子-1（IGF-1）的水平上升。IGF-1 蛋白又进一步通过内分泌和旁分泌/自分泌机制刺激骨的纵向生长。GH还作用于生长板（骨骺），促进软骨前细胞分化和成骨细胞扩增。下丘脑分泌的另一种激素生长抑素（Somtostatin ，即基因泰克的第一个项目）则会抑制垂体GH的分泌。

 

1956年美国加州大学（伯克利）的李卓皓与 Harold Papkoff，和塔夫茨大学的 Maurice Raben 首次从人的垂体中提出生长激素。1972年李卓皓实验室（这时李已转到了UCSF）解密了生长激素的化学结构。天然的生长激素蛋白由191个氨基酸构成，其N端第一个氨基酸为苯丙氨酸。不过这不是该蛋白刚被表达时的最初版本。其mRNA在细胞里翻译出的蛋白是前生长激素，有217个氨基酸。多出的26个氨基酸是信号肽——它帮助蛋白在细胞内被准确地运送到指定地址。在生长激素被送到细胞表面并被释放到细胞外时，它的信号肽已被切除。在血液中飘着的是由191个氨基酸连成的成熟蛋白，也只有这个版本才能真正发挥其生理功能。在生物医学产业中，对基础科学的理解往往决定了项目的成败、产品的命运。基因泰克、UCSF和礼来在生长激素项目上的早期竞争中，这第一个氨基酸和信号肽竟然成为主要焦点。

图6. hGH蛋白的一级结构。天然的生长激素蛋白由191个氨基酸构成，其N端第一个氨基酸为苯丙氨酸。蛋白的三级结构中包含两个二硫键。 图片来源：参考资料5

 

生长激素的主要生理功能是调节儿童、青少年的身高增长。将近万分之一的儿童由于生长激素分泌缺陷（Growth Hormone Deficiency, 或简称GHD）而身高低于同龄人。GHD 的原因包括先天性的（遗传缺陷或生理结构异常）和后天性的（比如肿瘤、炎症、中枢神经系统感染、头部创伤, 甚至心理压抑）。1958年，Raben发现，对这些儿童补充生长激素，可以帮助他们恢复正常身高。这一发现提供了使用外源生长激素作为医疗手段的理论依据。

 

但把生长激素变成药有很多障碍。首先，不同于胰岛素类蛋白药，动物的生长激素（比如牛生长激素或猪生长激素）注射到人体里不起作用。所以，治疗性的生长激素只能是人源的hGH。从1963年起，生长激素蛋白药的唯一来源是人的垂体，或通过解剖尸体，或通过给病人做手术摘除得到。每个人的垂体只有蚕豆大小，再从中提取生长激素，获得的量更是微乎其微。从200个捐献垂体中制备的生长激素，仅能满足一名儿童的一年的治疗需要。为了合理分配有限的捐献垂体，并满足科研和治疗的需要，美国在1960年建立了国家垂体机构（NPA）。在之后的20多年里，美国的几乎所有生长激素治疗都是在NPA的管理下进行的。在欧洲，一个叫Kabi的公司成为提供捐献胰岛素的主要供应商。从1963至1985期间，世界上共2.7万名GHD儿童（包括美国的7700名）接受了捐献生长激素的治疗。GH对儿童疗效显著，又没有什么副作用。

 

除了增加身高，生长激素也刺激脂肪分解，促进蛋白合成，调节糖类代谢和电解质平衡，增加骨骼质量，并作用于肌肉组织以增加氨基酸转运。这些调节身高之外的功能同样也适用于成人。它们为后来制药公司把hGH扩展到其它适应症（和民间流行的非医疗使用）奠定了理论基础。

 

两种技术流派

 

上个世纪70代末，重组DNA技术主要有两大流派，一是以希望之城、基因泰克为代表的合成DNA流派，一是以UCSF为代表的cDNA流派。

 

合成DNA技术是在知道了靶基因的DNA序列的基础上，将一段一段的化学合成的寡核苷酸拼接、配对，形成短的双链DNA片段，再把这些片段依次连接起来。这个方法出错率高、效率低、耗时长，但优势是可控性强，不会带上多余的序列。目标基因可以齐齐整整地插在启动子下游，蛋白的表达水到渠成。在遇到长的基因时使用合成DNA技术则需要一些策略，比如可以在基因内部找几个内切酶酶切位点。每两个酶切位点之间的DNA片段先分别被合成，然后在酶切位点处两两联结，最后连成完整的基因。如果基因太长或其内部找不到酶切位点时，用合成DNA的方法就比较麻烦。

图7. 基因泰克利用合成DNA技术克隆了编码蛋氨酸和hGH前24个氨基酸的基因片段。每段寡核苷酸含有11-15个碱基。正链的寡核苷酸系列和反链的系列错开一半长度，这样便于连接。 图片来源：参考资料15

 

cDNA技术则是从自然中取材，在生物提取物中找宝。科研人员先提取某个器官或某类细胞的RNA，然后把所有mRNA反转录成互补DNA（cDNA），建立cDNA文库，再用探针去文库中钓鱼，希望找到靶基因的cDNA。靶cDNA找到后，再通过酶切、连接，克隆到质粒中，最后转染到大肠杆菌中表达。cDNA技术的优势是获得完整的基因比较容易，但缺点是，由于内切酶位点分布的限制，拿到的基因总是多一段儿或少一块儿，插到启动子下游经常被“读错”，表达错的或没有功能的蛋白。Ullrich 和 Seeburg 在 UCSF 做的胰岛素和生长激素基因的克隆工作中采用的是cDNA技术。

图8. 用cDNA技术克隆基因和建立基因库。从垂体或其它组织中提取的mRNA，经过反转录后变成千千万万个cDNA。这些cDNA再被克隆到细菌质粒或噬菌体中，建立cDNA文库。目标基因，比如生长激素的基因，最后需要从cDNA文库中筛选出来。 图片来源：https://www.hormone.org/your-health-and-hormones/glands-and-hormones-a-to-z/glands/pituitary-gland；https://www.britannica.com/science/cDNA-library

 

两种技术相对优缺点是在当时的历史背景而言的。经过40年的发展，今天这两个技术早已远超过去。合成DNA技术已经产业化，成本大大降低，几千碱基对的大基因也可以轻易合成，过去耗时几个月的项目现在一周就可以完成。而cDNA技术的缺陷用PCR可以轻易解决——任何一段DNA都可以精准复制，并在其两端添加想要的酶切位点。

 

但当时PCR技术还没有被发明，所以cDNA技术的缺陷也无法轻易克服。可以说，希望之城、基因泰克率先在生长抑素和胰岛素两个项目上取得成功，得益于它们的合成DNA技术。

 

在两个项目取得成功后，基因泰克开始建立自己的科学团队和实验室，并引进合成DNA技术。但合成DNA技术适用于短基因。面对比生长抑素（14个氨基酸）、胰岛素（51个氨基酸）大得多的生长激素基因（191个氨基酸），基因泰克将如何攻克这一难关？

 

生长激素项目的缘起

 

基因泰克在1978年启动生长激素项目时只是把它当作练兵的机会，证明他们可以攻克比胰岛素更有挑战性的项目。生长激素的商业前景并不乐观，他们预估整个美国市场很小，每年最多只有2至3千万美元的销售额。基因泰克当时内部流传的一个笑话是，将来从生长激素挣的钱，刚好够公司买每年消耗的厕纸。后来证明，他们的市场调研将hGH销售至少低估了几十倍。实际上10年之后基因泰克hGH产品的年销售额可以购买整个加州一年所需要的厕纸，甚至是那种纯天然、无污染、带花纹、有香味、可润肤的豪华厕纸。

 

促使他们开始这个项目还有两个原因，一是这个项目可以让他们成长，成为一个从科研到销售功能齐全的完整制药企业。按我们现在的说法，基因泰克的目标是做到“产学研相结合、科工贸一体化”。二是与联合创始人Boyer个人经历有关。在成立基因泰克之前，有一次他带着大儿子去看医生。由于Boyer儿子当时的身高在同龄人生长曲线的下端，儿科医生测试了他的生长激素水平，发现并没有问题。那名医生告诉Boyer, 生长激素水平低的儿童可以接受hGH治疗，但获得hGH太困难了。这件事在Boyer心中埋下了一粒种子。

 

但基因泰克在胰岛素项目之后并没有立刻专注这一项目。为数不多的几个科研人员分散在干扰素、乙肝疫苗等几个项目上。此外，公司还涉猎口蹄疫疫苗、尿激酶等项目，甚至计划进军动物保健和工业用酶等领域。像一个初进糖果店的儿童一样，还没有长大的基因泰克面对五颜六色的诱惑，什么都想往兜里揣。这种现象直到80年代初才有所改观。HP公司的联合创始人David Packard于1981年加入基因泰克的董事会。他成为基因泰克精简项目的主要推动力量之一。他有一句著名的话：“年轻的公司死于消化不良，而不是死于饥饿。“ (“Young companies die of indigestion, not starvation.”)

 

到1985年，基因泰克已卖掉了或剥离了所有与制药无关的资产，专注于几个管线项目。事实上，很多初创生物技术公司都经历过这一选择太多的困惑期。1980年成立的安进公司曾一度生产过牛仔裤的染料。

 

三方竞赛

 

来自遗体的生长激素满足不了市场的需要，有很多儿童因此没法被医治。如果通过DNA重组技术能够在大肠杆菌中大量生产人源生长激素，这一医疗需要就可以被解决。1978年前后，在美国主要有三家在攻关这一方向：由礼来资助的UCSF的 Howard Goodman 和 John Baxter 团队，由罗氏资助的、在UCSF旗下由 William Rutter 和李卓皓领衔的激素研究所，和基因泰克。前文提到，李博士是首次提取hGH并破译其氨基酸序列的领军人物。他还于1960年建立了美国第一个垂体库。尽管有国际制药公司支持，UCSF的两个团队的目的更侧重于学术方面——一个真核生物的完整蛋白在原核生物中表达将是科学上的一个重要里程碑。生长激素能否成药并不是他们的关注重点。

 

当时DNA重组技术刚建立不久。同今天的干细胞技术、基因编辑技术一样，人们无法预测其深远影响，对其持慎重甚至是畏惧的态度。细菌表达人的基因！？如果产生一个无法控制的庞然怪物或生化武器怎么办？美国政府和专业协会，包括美国国立卫生院（NIH），出台了一系列政策和指南，限制了其自由使用。比如NIH的重组DNA咨询委员会（RAC）规定，任何重组生物的每次培养量不能超过10升。虽然基因泰克没有从NIH获取经费，可以不必遵守这些规定，但公司自愿接受RAC的约束，并制订了一套相应的制度和程序。

 

礼来和UCSF的团队在生长激素项目上有两个优势：一是由于Baxter是临床医生，他们可以拿到高质量的垂体组织和RNA；二是他们可以去其它国家完成克隆，绕开联邦或NIH的限制。UCSF团队提取了垂体mRNA后 ，把它们反转录成cDNA，再通过冷链运输把cDNA送到礼来在法国的一个实验室中，完成人源生长激素基因的克隆。

 

基因泰克的生长激素项目由 Herbert Heyneker（来自荷兰，第4位加入基因泰克的科学家）和Dave Goeddel 负责。Goeddel也就是前文提到设计恶作剧让大家吃狗粮的那位。但Goeddel在1978、1979年还以干扰素项目为主，只有一部分时间花在hGH项目上。

 

由于生长激素的蛋白远大于生长抑素和胰岛素，基因泰克科研团队决定采取“半合成”的方法来克隆其基因，即前一部分基因用合成DNA技术得到，这样可以保证蛋白被正确表达，而后一部分基因通过cDNA技术得到，这样可以提高效率。最后再把两部分DNA在一个内切酶位点处拼接在一起，形成完整的hGH基因。希望之城的Itakura实验室负责合成寡核苷酸，Heyneker和刚离开希望之城加入基因泰克的Roberto Crea负责将寡核苷酸组装成前半段DNA，Goeddel负责克隆后半段的cDNA。基因泰克希望Seeburg的加盟能够加强公司的cDNA技术，加速生长激素项目的进展。但事情的最初发展并不如想象中的顺利。

图9. 基因泰克用来克隆人源生长激素的半合成法。编码hGH的前24个氨基酸（+蛋氨酸）的基因片段是通过DNA合成技术得到，而编码氨基酸24-191的基因片段则来自cDNA技术。两个基因片段再在HaeIII（一个内切酶）位点处被平端相连，最后被克隆到表达质粒中。 图片来源：参考资料15

 

首先，在加入了基因泰克后，Seeburg的个人生活的麻烦仍在继续，婚外恋、离婚、酗酒、吸毒让他进入了人生低谷。Seeburg 不能有效工作，更别说在科研上独挡一面。而 Swanson 对 Seeburg 竟显示了超常的宽容。他容忍了 Seeburg 的各种缺陷和不作为，相信Seeburg一定会为公司做出贡献的。

 

从1978年9月立项后到1979年初，基因泰克的生长激素项目基本没有任何进展。直到在Swanson的督促下，Goeddel把主要精力转向生长激素后，该项目才开始起飞。

 

基因泰克与Kabi的合作

 

在开始hGH项目时，基因泰克在没有产品销售额的条件下需要有足够的资金维持公司运转。VC的投资毕竟有限。而那时基因泰克还在和礼来就胰岛素项目协商，来自礼来的资金还没有到位。Swanson一直在琢磨，为什么不把hGH的部分未来销售权益转让给另一家公司来换一些资金呢?

 

他们首选的合作伙伴是瑞典的Kabi。Kabi一直在欧洲销售人体提取的生长激素。1977年，Swanson 和 Kabi 的研发总监Bertil Aberg联系。Aberg对重组生长激素很感兴趣，邀请 Swanson 和 Boyer 去 Kabi 的总部斯德哥尔摩见面谈。Swanson 当时囊中羞涩，连去欧洲的机票都买不起。于是他厚着脸皮，打电话给Aberg，问Kabi可不可以替他们出机票钱。Aberg答应了。

 

一开始，Kabi有些犹豫，基因泰克的生长激素项目刚刚开始，失败的风险很大。Kabi支付一大笔钱后，如果项目失败了怎么办？为了消除Kabi的顾虑， Swanson提出，Kabi并不需要付出一大笔首付，而是双方列出项目的一系列阶段目标。完成一个目标，Kabi就付一笔钱，这样风险以时间为轴被平摊。这种里程碑 （benchmark or milestone）式的付款结构后来成为公司间项目交易合同的常规做法。1978年8月，基因泰克和Kabi达成协议，生长激素未来在欧洲的权益将转让给 Kabi。这是第一例生物技术公司与制药公司之间的合作。（基因泰克和礼来在胰岛素项目上的合作在3周之后签署）。他们也首创了首付+里程碑+销售提成的项目转让模式。

 

基因泰克的早期成长离不开几个合作伙伴：希望之城、加州大学、礼来和Kabi。但让基因泰克想不到的是，数年后它与这几个伙伴竟无一例外都陷入了法律纠纷。爱恨交织竟成为贯穿每一场合作的主旋律。

 

基因泰克在表达生长激素上的胜出

 

1979年是生长激素竞赛揭晓的一年，也是充满戏剧性的一年。

 

1979年上半年的一天。基因泰克的技术员Liz McCloud用放射免疫方法检查大肠杆菌是否表达他们用半合成方法克隆的hGH，结果让她大吃一惊，hGH蛋白的表达量远超预期。Geoddel看到放射计数器的读数后，大喊起来，“超标了！超标了！” 当 Goeddel，Heyneker 和 Dennis Kleid（基因泰克的第二位科学家）把这一结果展示给 Swanson 后，Swanson 激动地从椅子上跳起来，在屋里走来走去。公司其他同事闻讯赶来，和他们击掌庆贺。哇，他们做出来了！他们是世界上第一家用大肠杆菌表达人源的、纯的、独立的完整蛋白的团队！（他们以前得到的生长抑素和胰岛素都是先通过融合蛋白的形式在大肠杆菌中表达，再酶切加工而成。）

 

7月11日，Goeddel 在一个学术会议上做报告，介绍了在大肠杆菌中表达了rhGH（r代表重组，h代表人源）的工作。几天前，基因泰克的专利律师 Tom Kiley 刚加班加点、紧赶慢赶地递交了生长激素的专利申请。在7月11日同一天，基因泰克发布了相应的新闻。第二天，UCSF也宣布取得同样的成果，并称论文已递交、将要发表。8月10日，UCSF的生长激素论文抢先在《科学》期刊上发表。两个月后，10月18日，基因泰克和希望之城在《自然》期刊上也发表了在大肠杆菌中表达人生长激素的论文。文章的第一作者是 Goeddel，Seeburg 为最后作者。

 

虽然UCSF的论文比基因泰克的论文发表的早，但基因泰克的成果更为突出。双方的生长激素有两点区别： 1）基因泰克表达的是纯的生长激素，而UCSF表达的是生长激素融合蛋白，其前30%的区域是一个细菌蛋白，中间还有一段hGH信号肽； ２）基因泰克的hGH有生物活性，而UCSF的hGH（融合蛋白）没有功能。（截至2019年12月1日，UCSF的那篇论文累积引用次数为545，而基因泰克的那篇论文累积引用778次。）

 

基因泰克在这场竞赛中胜出的原因有很多。其中一条是基因泰克在两种技术流派上，尤其在合成DNA技术上的领先。UCSF只能依靠cDNA技术，在克隆基因时缺乏灵活性。他们在克隆hGH基因的时候把信号肽部分甚至上游的不需翻译的一部分DNA也保留下来。也就是说，他们表达的是融合hGH前体蛋白，除非先在体外切除信号肽及信号肽之前的部分，否则没有功能。而基因泰克的hGH基因前端是通过合成DNA而来的，直接把信号肽掐掉，干净利索。

 

在cDNA技术上，基因泰克也拥有一定优势。Goeddel不断钻研，最终把从RNA到cDNA库的转化效率提高了几百倍。

 

基因泰克和UCSF都使用了含有诱导性启动子的表达质粒。hGH基因被克隆到表达质粒中，其表达由tryp启动子控制。这样hGH蛋白在大肠杆菌中可以被诱导性地表达：转染了该质粒的大肠杆菌细胞刚开始并不表达hGH蛋白，在无负荷无干扰情况下进入对数生长期。当细胞数达到峰顶时，再往培养液里加入一种化学诱导物IAA，tryp启动子被激活。所有细胞的蛋白表达机器开始高速运转，hGH蛋白在细胞内积累起来。通过这一诱导系统可以高效表达蛋白，大肠杆菌才能真正成为重组蛋白的生产车间。(在1979年那篇《自然》论文中，hGH的表达是在lac启动子控制下，诱导物为IPTG。其实基因泰克很快就将lac启动子升级为更强大的tryp启动子。)

 

细菌包涵体——基因泰克的秘密武器

 

对大肠杆菌的一个 “怪癖” 的了解进一步巩固了基因泰克的优势。在大量表达同一种蛋白后，大肠杆菌细胞把这些蛋白压缩成一个或几个聚合蛋白球，搁放在细胞质中。由于其折射光率的不同，在光学显微镜下，我们能看到细胞里这种位于细胞一侧的小体。它也被称为折光体或包涵体。包涵体里几乎是纯的同种蛋白——95%是重组蛋白，但这些蛋白的三维空间结构全是错的，没有活性和功能。按着 Kleid 的说法，这些包涵体是细菌的 “粪球”，是细菌处理对它们无用的蛋白的一种方式。这些 “粪球” 在细菌细胞内越长越大，甚至可达到细菌重量的15%。要想获得有活性的蛋白，先把细菌细胞打碎，从中提纯包涵体，然后在高浓度的变性剂尿素或氯化胍里打散、溶解。溶解后的蛋白需要经过复杂的复性过程, 恢复到正常的结构，才会变成有功能的蛋白。

 

图10. 大肠杆菌中的包涵体。在大量表达同一种蛋白后，大肠杆菌细胞把这些蛋白压缩成一个或几个聚合蛋白球，搁放在细胞质中。包涵体（红圈内的黑球）里的蛋白并没有被正确地折叠，不具有天然构象，也没有活性，需要通过复性来变成有功能的蛋白。图中左下角的扫描电镜照片为提纯的hGH包涵体，每个直径为0.5-0.8微米。 图片来源：https://www.creativebiomart.net/resource/articles-recombinant-protein-and-its-expression-systems-365.htm；参考资料29

 

基因泰克是第一个观察到并利用包涵体的团队。一直到今天，从包涵体中复性出有功能的蛋白是困扰科学家的永久难题。与其称之为科学，不如说是艺术。每个蛋白的复性过程和条件都不一样，需要大量的试错和经验才能摸索出来。在这里，基因泰克团队遇到了一些运气。包涵体中的hGH蛋白在溶解后，被置换到缓冲液中，竟然自动地完美复性，正确形成两个二硫键，变成有功能的蛋白，不需要额外的程序。

 

基因泰克的科学家们在以后接触到其它蛋白时才意识到他们在生长激素项目上是多么的幸运。其它蛋白的表达或有或无，复性费时费力。如果一开始他们研发的不是生长激素，而是另一种重组蛋白，他们也许根本看不到其表达，或在蛋白复性这关就卡住了。也许基因泰克会得出不同的结论——原核生物与真核生物之间在蛋白表达上确实存在着不可逾越的鸿沟。也许最伟大的生物技术公司刚踏上征途就夭折了。也许重组DNA技术的腾飞要被推迟数年。从这点上来说，生长激素项目是基因泰克，甚至是整个社会的幸运。

 

基因泰克是最早观察到包涵体的，并随着各个项目的开展又积累了很多蛋白复性的经验。他们在1982年递交了一个关于包涵体的专利申请。但在很长的一段时间里，关于包涵体和蛋白复性的一手知识作为他们的商业机密保留。这也成为他们的护城河之一。几年以后，一位教授发表了论文描述了包涵体现象。基因泰克的科学团队对此一笑置之。

 

关于午夜劫案的第一次和解

 

基因泰克的另一部分运气来自午夜劫案。在 Seeburg 到来之前，Goeddel和 Kleid就已经着手克隆生长激素的cDNA。但他们获得的原始材料——由Kabi提供的捐献垂体组织——来自欧洲。这些组织保存方法不对，在被剥离后没有快速冷冻，也没有加RNA水解酶的抑制剂，导致大部分RNA已经被降解。我们的周围环境中——空气中、手上、试验台上、试管里——到处都是RNA水解酶，所以RNA是最容易被破坏的试验材料。从这些质量不高的RNA中很难拿到满意的cDNA。但Seburg从UCSF带来的人垂体RNA则不同。UCSF的垂体组织来自John Baxter，一个临床医生。他能直接接触到垂体瘤患者。在手术后，病人捐献的、切下来的垂体瘤立刻用液氮速冻，不经耽搁直接送到实验室再被处理。由此而提取的mRNA质量很高。也就是以这批来自UC的mRNA为基础，Goeddel和Seeburg完成了高质量的hGH cDNA的克隆。

 

但那场午夜劫案也给基因泰克带来了很大麻烦。1979年UC得知这一事件后，非常愤慨，给基因泰克的信一封接一封，措辞越来越严厉，要求退还带走的所有实验材料。基因泰克也意识到这件事的严重性，和UC谈判。基因泰克当时正筹划IPO， 希望在上市之前把这事了结。经过几个月的交涉，双方于1980年达成协议，Ullrich和Seeburg带走的实验材料不用归还，由基因泰克出价35万美金购买。这样，Seeburg带来的mRNA 属于基因泰克购买的。基因泰克在1979年那篇《自然》论文中也明确表示，他们用的RNA来自UCSF。但这个协议只涵盖实验材料，不包括知识产权。当时UC和基因泰克都不久前刚各自递交了生长激素专利申请，还没有公开。这为数年后的法律纠纷埋下了伏笔。火表面上被扑灭了，但隐患还在，一旦条件成熟，残存的火星有可能变成熊熊大火。

 

基因泰克当时已有专门“灭火“的人员——全职专利律师 Tom Kiley。Kiley 担心 Seeburg 带来的所有物品中的hGH cDNA会涉及到UC的专利，有可能“污染”到基因泰克的内部hGH项目。他告诫Seeburg不要使用任何UC的cDNA，并建议他干脆把它放在自己家里，不要带到公司里，以免将来解释不清。没想到20年后，这事儿真的再也解释不清了。

 

下期预告

 

“屡受打击的基因泰克万般无奈下雇了一名心理医生，专门建立了那名审查员的心理资料档案。他人生的意义是什么？他的所作所为的动机是什么？他有没有在童年受过心理创伤？”