意難平！這位華裔泰斗發明的引物延伸法，直接催生兩大諾獎，本人卻終生無緣諾獎

在科學界，有這樣一位「無冕之王」：他雖然一生與諾貝爾獎擦肩而過，但 1980 年與 1993 年的兩項諾貝爾獎核心技術，都建立在他親手敲下的底層邏輯之上。他是國際學術界公認的生物科學泰斗 —— 吳瑞先生。

圖片來源：Ray Wu Fund [1]

一位頂級科學家的貢獻，一種在于他親手推開了多少扇真理的大門，另一種則在于他為后輩點亮了多少盞指路明燈。吳瑞先生不僅做到了前者，更把后半生的全部心血傾注在了后者。

01 解碼「DNA 天書」的第一行

1968 年，距離沃森和克里克發現 DNA 雙螺旋結構已過去 15 年，科學界早已明確 DNA 是遺傳信息的載體，由 A、T、C、G 四種堿基組成。早在 1955 年，桑格（Frederick Sanger）就已測定出胰島素的氨基酸序列，但面對 DNA，整個學術界卻陷入了困境，DNA 測序被視為無法突破的禁區。

當時的技術條件存在諸多局限：DNA 成分單一，只有 4 種堿基，化學性質極其相似，很難像氨基酸那樣逐一剝離。而且鏈條過長，動輒數萬個堿基，當時的提純技術無法獲得足夠純凈且長度適中的片段。當時限制性內切酶（Restriction Enzymes）尚未被廣泛發現和應用（直到 1970 年才首次發現），科學家無法精準地切割 DNA。

人類已經知道了 DNA 是遺傳信息的載體，卻對如何「讀取」它一籌莫展。

彼時，受桑格早期研究的影響，學術界的主流思維一直局限于如何通過化學或核酸酶將 DNA 鏈「降解」來分析。而吳瑞反其道而行之，首創了「邊合成邊測序」的方法 ——

他沒有去切割 DNA，而是以噬菌體 λ DNA 末端游離的 12 個單鏈堿基作為模板，其互補鏈內凹的 3'-羥基（3'-OH）則天然充當了聚合酶結合的起點。在反應體系中，吳瑞精確地交替加入帶有放射性同位素（如 32P）標記的脫氧核苷酸（dNTPs）。聚合酶每延伸補齊一個堿基，放射性信號便被錨定在新合成的鏈上。通過控制反應時間和逐一添加堿基的策略，他精確測量了被納入鏈中的堿基種類和數量。[2]

這一突破確立了「酶促合成測序法」的范式，標志著生命科學研究從「觀察分子形態」的宏觀時代，正式跨越到了「解碼遺傳代碼」的微觀時代，為后續 DNA 測序技術的發展奠定了基礎。

02 他奠定了兩項諾獎技術基礎

如果說 1968 年的突破是實現了對特定 DNA 片段的「首度解碼」，那么1971 年，吳瑞則為全人類發明了讀取 DNA 遺傳密碼的「通用指南」。

在那個生化反應尚顯粗糙的年代，吳瑞首次提出引物延伸（Primer Extension）原理——

通過人工合成一段短小的寡核苷酸（即引物），使其與模板 DNA 的特定位置雜交（Hybridization），就能引導聚合酶從精準的起始點開始定向合成 [3]。

這一發現，徹底重塑了現代生物科學。

1980 年諾獎得主 Sanger 的雙脫氧法，本質上就是在吳瑞的引物延伸體系里，巧妙地加入了一個終止堿基（ddNTP）。斬獲 1993 年諾獎的 PCR（聚合酶鏈式反應）技術，其核心動力學完全建立在雙引物介導的延伸之上。

可以說，今天我們做的每一次核酸檢測、每一項基因測序，都離不開吳瑞在 1971 年的這項偉大發明。

在重組 DNA 技術發展的初期，異源 DNA 片段的「末端不兼容」仍是該領域面臨的瓶頸。盡管限制性內切酶能夠對抗特定序列進行切割，但物理剪切或不同內切酶產生的平末端（Blunt ends）及非互補粘性末端，嚴重阻礙了連接酶的催化效率，導致基因片段無法實現通用的跨物種拼接。

1976 年，吳瑞實驗室打破了這一技術僵局。

他們率先將化學合成技術與酶學手段相結合，發明了DNA 聯接子（Linkers）[4] 與銜接子（Adaptors）[5]。這項技術通過在目的片段末端共價附加含有特定核酸內切酶識別序列的短雙鏈寡核苷酸，賦予了任意 DNA 片段人工定制的「粘性末端」。

后來我們熟知的利用大腸桿菌生產人胰島素、構建各類工程菌，均繞不開這套高效的 DNA 組裝方案，直接奠定了現代生物技術產業化的基礎。

03 老先生傳奇的一生

在 20 世紀 70 年代末，許多尖端實驗協議（Protocols）僅在少數頂尖實驗室口耳相傳，缺乏統一的標準，導致實驗的可重復性極低。

吳瑞先生承擔了科學界極其重要的一項基建工程：他主編了學術界「圣經」——《酶學方法》（Methods in Enzymology）中關于重組 DNA（Recombinant DNA）的關鍵卷次（如第 68、100、101 卷等）[6]。

這種標準化的推廣，使得即便是資源有限的發展中國家實驗室，也能開展復雜的分子克隆研究。吳瑞先生讓生物技術從少數科學家的領地，變成了全球共享的科學生產力。

如果說 1968 年和 1971 年的發現是吳瑞在分子層面上書寫傳奇，那么他后半生的重心，則轉向了更為宏大的命題 —— 科學知識的代際傳承與跨國界的人才播種。

在 80 年代初期，中國生命科學領域面臨嚴重的人才斷層。吳瑞敏銳地意識到，單純引進技術是不夠的，必須將中國最優秀的學生送往世界頂尖的實驗室。

1981 年，吳瑞用自己作為頂尖科學家的個人信譽作為擔保，給幾十所美國名校寫信游說，說服他們接受由他專門組織的一套「CUSBEA 專項考試」。[7]

他動用自己的人脈，每年邀請、甚至親自陪同美國頂尖大學的知名教授（如康奈爾大學的 Richard McCarty 教授等）飛到北京和廣州，去給中國學生做一對一的全英文面試。[8]

CUSBEA 的項目從 1981 年開始，到 1989 年結束，在這 8 年間，共選拔派出了 422 名優秀的中國學生赴美頂尖高校攻讀生命科學領域的博士學位 ——

袁鈞瑛（第一屆學者）： 現任哈佛大學醫學院終身教授、美國國家科學院院士。她發現了控制細胞凋亡的關鍵基因，隨后開創了細胞程序性壞死（Necroptosis）這一全新研究領域。

王曉東（第三屆學者）：41 歲即當選美國國家科學院院士，他在細胞凋亡的生化途徑解析上做出了諾獎級別的突破性貢獻，并于 2003 年回國創辦了深刻影響中國科研體制的北京生命科學研究所（NIBS）。

施揚（第一屆學者）： 現任牛津大學路德維希癌癥研究所主任，他在 2004 年發現了人類歷史上第一個組蛋白去甲基化酶（LSD1），推翻了學術界幾十年的教條，為癌癥靶向治療提供了大量全新靶點。

解密神經環路的駱利群、發現干細胞關鍵機制的林海帆、推動中國科研體制改革的王小凡 ……

這份熠熠生輝的名單很長。這 422 人，匯聚成了推動 21 世紀生命科學狂飆突進的中堅力量。

2007 年，饒毅和清華大學教授施一公、美國杜克大學教授王小凡共同給國務院起草了一份建議書，建議增加中國研究生的待遇，包括吳瑞在內的 50 多位學者在上面簽名。饒毅說「這應該是他生命中簽名的最后一份提議」[9]—— 吳瑞先生于 2008 年去世。

在吳瑞先生的追思會上，他實驗室的資深研究員阿杰 · 加格（Ajay Garg）說道：「吳教授是一位真正的遠見卓識者，他總是鼓勵實驗室成員去探索創新的想法，并始終致力于確保他的科研成果能夠造福全世界盡可能多的人。」[10]

吳瑞先生一生與諾貝爾獎擦身而過 ——盡管今天的測序技術已經跨越到了第三代，但吳瑞先生發明的「引物延伸法」作為其核心邏輯，至今仍未改變 [11]。許多諾獎得主（如 James Watson）都是他的摯友，而他在康奈爾大學親手帶出的博士生杰克 · 紹斯塔克（Jack Szostak），也憑借端粒酶的發現斬獲了2009 年的諾貝爾獎。

對于吳瑞先生未能摘取諾貝爾獎的遺憾，學術界常常為之惋惜。

2016 年，時任哈佛大學公共衛生學院教授的頂尖計算生物學家劉小樂（Xiaole Shirley Liu），曾對此作過一段極其深刻的評價：

「作為一名 50 年代初到美國的華裔移民，吳瑞當時所面臨的社會與種族挑戰無疑是極其巨大的。在缺乏社會背景和人脈支撐的情況下，他完全是憑借其卓越的科學天分與一顆純粹的向善之心，才登上了事業的頂峰。如果他是一位來自英美的白人科學家，哪怕只是身處當今這個時代，他的科學貢獻理應得到更高的贊譽與認可。但或許，我們有時不必過分執著于獎項或 H 指數（H-index），而應以一個人對科學界的整體影響，來客觀地評價他。」[11]

「功成不必在我，功成必定有我」或許就是他最無憾的注腳。

參考資料：

[1]https://raywufund.org

[2]Wu R, Kaiser AD. Structure and base sequence in the cohesive ends of bacteriophage lambda DNA. J Mol Biol. 1968 Aug 14;35(3):523-37. doi: 10.1016/0022-2836(68)80012-9. PMID: 4299833.

[3]Wu R. Nucleotide sequence analysis of DNA. I. Partial sequence of the cohesive ends of bacteriophage lambda and 186 DNA. J Mol Biol. 1970 Aug;51(3):501-21. doi: 10.1016/0022-2836(70)90004-5. PMID: 4321727.

[4]Bahl CP, Marians KJ, Wu R, Stawinsky J, Narang SA. A general method for inserting specific DNA sequences into cloning vehicles. Gene. 1976;1(1):81-92. doi: 10.1016/0378-1119(76)90008-1. PMID: 1052323.

[5]Roychoudhury R, Jay E, Wu R. Terminal labeling and addition of homopolymer tracts to duplex DNA fragments by terminal deoxynucleotidyl transferase. Nucleic Acids Res. 1976 Jan;3(1):101-16. doi: 10.1093/nar/3.1.101. PMID: 765970; PMCID: PMC342881.

[6]Wu R. Methods in Enzymology volume 68 recombinant DNA. Methods Enzymol. 1979;68:1-555. doi: 10.1016/0076-6879(79)68001-1. PMID: 94418.

[7]https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/200772694821625185420.html

[8]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/200794113332342188572.html

[9]https://www.bio.pku.edu.cn/homes/Index/news_cont/4/3805.html

[10]https://news.cornell.edu/stories/2008/06/friends-and-family-gather-kendal-remember-ray-wu

[11]Luo L, Wu R. Ray Wu, fifth business or father of DNA sequencing? Protein Cell. 2016 Jul;7(7):467-70. doi: 10.1007/s13238-016-0271-8. Epub 2016 Jun 6. PMID: 27271424; PMCID: PMC4930775.

題圖來源：圖蟲創意

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