發(fā)現(xiàn)健康信使
健康信使發(fā)現(xiàn)的艱難歷程
1980年,，一位科學(xué)家完成了一個(gè)精巧設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),，并據(jù)此發(fā)表了一篇論文,。這不是一件多么重大的事情,，但對(duì)于一氧化氮來(lái)說(shuō)卻是個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),，雖然這一年科學(xué)界并不知道那種特別的物質(zhì)就是一氧化氮,。
這位美國(guó)藥理學(xué)家的名字叫做羅伯特·F,。佛契哥特,，他在著名的《自然》(Nature)雜志上發(fā)表論文，指出乙酰膽堿(ACh)的舒張血管作用依賴于血管內(nèi)皮釋放的某種可擴(kuò)散物質(zhì),。隨后他們又發(fā)現(xiàn)緩激肽(BK)等多種物質(zhì)擴(kuò)張血管的作用也是遵循類似的機(jī)理,，并將該物質(zhì)命名為血管內(nèi)皮舒張因子(EDRF)。
英國(guó)著名雜志《自然》周刊與美國(guó)的《科學(xué)》(Science)并列為世界最權(quán)威,、最著名的科學(xué)雜志,，是自然出版集團(tuán)(Nature Publishing Group，NPG)的標(biāo)志性出版物,。自1869年創(chuàng)刊以來(lái),，始終如一地報(bào)道和評(píng)論全球科技領(lǐng)域里最重要的突破。其辦刊宗旨是“將科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要結(jié)果介紹給公眾,，讓公眾盡早知道全世界自然知識(shí)的每一分支中取得的所有進(jìn)展”,?！蹲匀弧冯s志每星期在全世界發(fā)行6萬(wàn)份，大約1/4發(fā)行到圖書(shū)館和研究機(jī)構(gòu),。
佛契哥特發(fā)現(xiàn)有一種物質(zhì)可以舒張血管,，這并不是他的獨(dú)到之處，早在19世紀(jì)70年代,，人們就發(fā)現(xiàn)有機(jī)硝酸酯對(duì)缺血性心臟病有良好的治療作用,，但當(dāng)時(shí)并不了解其作用機(jī)理。19世紀(jì)末,，在諾貝爾以研制高性能炸藥(TNT)聞名和發(fā)跡的同時(shí),，人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，用于治療缺血性心臟病的硝酸甘油(GTN)竟是高性能炸藥的主要活性成分,，人們對(duì)此困惑不已,。
既然這種舒張血管的發(fā)現(xiàn)并不特別，那么佛契哥特的論文為什么會(huì)引起科學(xué)界的關(guān)注呢,？原因就在于他用精巧設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)證明了這種物質(zhì)的存在,。
表面上看來(lái)，佛契哥特的研究與一氧化氮并無(wú)直接關(guān)聯(lián),，而是關(guān)于乙酰膽堿等血管活性物質(zhì)的作用機(jī)理,。1953年他發(fā)表了首篇關(guān)于乙酰膽堿和組胺致兔離體血管條收縮的論文，這與當(dāng)時(shí)公認(rèn)的對(duì)整體動(dòng)物靜注乙酰膽堿或組胺會(huì)引起血管舒張的觀點(diǎn)恰恰相反,。但他堅(jiān)持自己的實(shí)驗(yàn)重復(fù)性良好,，且觀察無(wú)誤，并在1955年發(fā)表的《血管平滑肌藥理學(xué)》綜述中提出假設(shè),，認(rèn)為猶如腎上腺素能有α和β兩種受體,，血管平滑肌上也同時(shí)含有運(yùn)動(dòng)性和抑制性兩種膽堿能受體——現(xiàn)在看來(lái)這一結(jié)論是錯(cuò)誤的，然而在當(dāng)時(shí)這一觀點(diǎn)一直被當(dāng)做權(quán)威而被認(rèn)可,。
接下來(lái)的問(wèn)題是,，為什么刺激內(nèi)皮細(xì)胞可引起血管平滑肌舒張？這次似乎是單刀直入,，他們首先想到的是血管內(nèi)皮細(xì)胞受刺激后會(huì)釋放某種物質(zhì),，該種物質(zhì)擴(kuò)散至平滑肌并導(dǎo)致其收縮。佛契哥特像是受到某種特殊的啟示,，他回憶道：“那天早晨我剛醒來(lái),，一個(gè)漂亮的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)突然闖入我的腦海。于是我來(lái)到實(shí)驗(yàn)室,，立即按照這一方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),。”實(shí)驗(yàn)結(jié)果被撰寫(xiě)成論文發(fā)表于1980年的《自然》雜志上，論文的名字是《內(nèi)皮細(xì)胞是乙酰膽堿誘發(fā)動(dòng)脈平滑肌舒張的必需因素》,。
值得一提的是,，在《自然》雜志上的這篇文章當(dāng)時(shí)還沒(méi)有明確提出內(nèi)皮舒張因子,，直到1982年，他們發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上的關(guān)于緩激肽內(nèi)皮依賴性舒張血管作用的論文中,，才正式提出內(nèi)皮舒張因子這一名詞,。
這篇論文在學(xué)術(shù)界引起了廣泛關(guān)注，吸引了包括加州大學(xué)洛杉磯分校的伊格納羅(Louis J. Ignarro)教授在內(nèi)的許多科學(xué)工作者從事有關(guān)內(nèi)皮舒張因子的研究,。內(nèi)皮舒張因子是一種不穩(wěn)定的化合物,，能被血紅蛋白及超氧陰離子自由基滅活。長(zhǎng)期研究亞硝基化合物的藥理作用的伊格納羅與佛契哥特合作,，針對(duì)內(nèi)皮舒張因子的藥理作用以及化學(xué)本質(zhì)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn),，發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮舒張因子與一氧化氮及許多亞硝基化合物一樣能夠激活可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶(Soluble Guanylate Cyclase，sGC),，一氧化氮主要通過(guò)環(huán)磷鳥(niǎo)苷(cGMP)途徑擴(kuò)張血管,。
穆拉德博士的發(fā)現(xiàn)
20世紀(jì)50年代，環(huán)磷鳥(niǎo)苷作為一種天然產(chǎn)物標(biāo)志在尿中發(fā)現(xiàn),，相關(guān)酶類包括作用于環(huán)磷鳥(niǎo)苷的合成的鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶(Guanylate Cyclase,，GC),、水解環(huán)磷鳥(niǎo)苷的磷酸二酯酶和選擇性地被環(huán)磷鳥(niǎo)苷激活的蛋白激酶,。
穆拉德博士于1970年結(jié)束了在美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)的訓(xùn)練后，決定將更多的研究精力從環(huán)化腺核苷一磷酸(cAMP)轉(zhuǎn)移到環(huán)磷鳥(niǎo)苷,，并著力解決兩個(gè)問(wèn)題：第一,，激素類配基如何與它們的受體結(jié)合來(lái)調(diào)控鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶？第二,，其分子偶合事件是什么,？對(duì)受體鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶偶聯(lián)的了解，有助于使用制劑或藥物來(lái)增強(qiáng)或抑制激素在某些臨床疾病中的影響,。
在得州大學(xué)醫(yī)學(xué)院,，多年來(lái)一直獨(dú)立從事硝酸甘油擴(kuò)張血管作用研究的藥理學(xué)家穆拉德博士早在1977年就發(fā)現(xiàn)硝基酯類藥物及外源性一氧化氮均可使環(huán)磷鳥(niǎo)苷的含量增高，他們甚至提出硝基酯類藥物可能是通過(guò)形成一氧化氮或某種活性物質(zhì)來(lái)增加細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷鳥(niǎo)苷的含量,，進(jìn)而使血管擴(kuò)張和抑制血小板,。至此，眾多研究匯聚到一個(gè)焦點(diǎn)——硝基類活性物質(zhì),。
早在20世紀(jì)70年代,，穆拉德博士與合作者就系統(tǒng)地研究了硝酸甘油及其他具有增強(qiáng)血管活性的作用的有機(jī)硝基化合物的藥理作用，發(fā)現(xiàn)這些化合物都能使組織內(nèi)環(huán)鳥(niǎo)苷酸,、環(huán)化腺核苷一磷酸等第二信使的濃度升高,。這類化合物有一個(gè)共同的性質(zhì)，可以在體內(nèi)代謝產(chǎn)生一氧化氮,。1977年,，穆拉德博士發(fā)現(xiàn)硝酸甘油等必須代謝為一氧化氮才能發(fā)揮擴(kuò)張血管的作用,，由此他認(rèn)為一氧化氮可能是一種對(duì)血液流通具有調(diào)節(jié)作用的信使分子，但當(dāng)時(shí)這一推斷還缺少實(shí)驗(yàn)證據(jù),。
穆拉德博士在前期工作中發(fā)現(xiàn),，在不同組織勻漿中(包括高速離心上清液和勻漿顆粒部分)都能檢測(cè)到鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶的活性。但在這兩種組織制備中,，酶活性的動(dòng)力學(xué)特征是不同的,，最顯著的特征就是勻漿顆粒部分對(duì)基質(zhì)三磷酸鳥(niǎo)苷(GTP)就活性呈現(xiàn)協(xié)同催化動(dòng)力學(xué)，而可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶的活性被證實(shí)為典型的米曼氏動(dòng)力學(xué),，這個(gè)發(fā)現(xiàn)提示可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶的活性代表一個(gè)三磷酸鳥(niǎo)苷的催化位點(diǎn),。盡管推測(cè)鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶有不同的亞型，但由于粗制備物也含有競(jìng)爭(zhēng)底物或產(chǎn)物的核苷酸酶,、磷酸酶和磷酸二酯酶而無(wú)法剔除不可靠的虛假數(shù)據(jù),，穆拉德花費(fèi)了整整12年的時(shí)間純化、驗(yàn)證,、克隆,、表達(dá)和再驗(yàn)證這個(gè)酶，才徹底解決了這個(gè)問(wèn)題,。
通過(guò)實(shí)驗(yàn),，穆拉德博士發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)包括疊氮鈉、亞硝酸鹽和羥胺,，能激活鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶,。在不同組織包括氣管平滑肌制備物中，疊氮鈉,、亞硝酸鹽和羥胺也能提高環(huán)磷鳥(niǎo)苷的水平,。這些環(huán)磷鳥(niǎo)苷水平的提高與平滑肌舒張有關(guān)，顯示為直線的劑量應(yīng)答關(guān)系,。硝酸甘油,，一種從18世紀(jì)70年代起應(yīng)用于臨床心絞痛的藥物，也可活化可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶,，在不同的組織包括氣管平滑肌中提高環(huán)磷鳥(niǎo)苷的水平,，引起平滑肌舒張。
穆拉德博士稱這些不斷增長(zhǎng)的可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶激活劑名單中氣管,、腸胃和血管平滑肌的弛緩劑為“硝基血管舒張劑”,，確信它們能被轉(zhuǎn)化為一氧化氮，因?yàn)橛没瘜W(xué)法產(chǎn)生的一氧化氮能激活所有測(cè)試中的可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶制備物,。這些一氧化氮前藥物質(zhì)的作用機(jī)制因此確定,。
穆拉德博士提出了一氧化氮能起到調(diào)控激素和藥物的細(xì)胞內(nèi)信使的作用的假說(shuō)，即一個(gè)自由基激活一個(gè)酶,，且這個(gè)自由基是一個(gè)內(nèi)源信使分子,。由于被純化的可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶的激活作用發(fā)生在納摩爾濃度下,，并且由于一氧化氮及其氧化產(chǎn)物亞硝酸鹽和硝酸鹽的測(cè)定法不敏感，在一氧化氮分析測(cè)定的新技術(shù)發(fā)展后的七八年,，這個(gè)當(dāng)年遭到學(xué)術(shù)界懷疑的假說(shuō)才被決定性地證實(shí)和接受,。
穆拉德博士表示，人體內(nèi)的一氧化氮有兩個(gè)來(lái)源：一為非酶生,，來(lái)自體表或者攝入的無(wú)機(jī)氮的化學(xué)降解與轉(zhuǎn)化,；一為酶生，由一氧化氮合酶催化L-精氨酸脫胍基所產(chǎn)生,。非酶生性的一氧化氮,，大部分來(lái)自硝基血管舒張劑家族，包括硝普鹽,、有機(jī)或無(wú)機(jī)亞硝酸鹽和硝酸鹽,、亞硝胺、氮芥,、聯(lián)氨等,。比如有名的硝酸甘油和硝普鈉的擴(kuò)張血管、治療心臟病的功能都是通過(guò)非酶生性產(chǎn)生的一氧化氮起作用的,。酶生性的一氧化氮,，來(lái)自于一氧化氮的前體物質(zhì)，例如精氨酸,。攝入人體的富含精氨酸的食物,，在體內(nèi)通過(guò)酶生性產(chǎn)生一氧化氮并發(fā)揮其生理功能,。
酶生性一氧化氮產(chǎn)生機(jī)理(L-精氨酸在內(nèi)皮型一氧化氮合酶的作用下生成L-瓜氨酸并釋放一氧化氮)
穆拉德博士的研究集中于由非酶生性產(chǎn)生的一氧化氮的化合物對(duì)于一氧化氮合酶的影響,，這不僅闡明了一氧化氮在體內(nèi)擴(kuò)張血管的作用機(jī)制，而且也為新型的藥物和化妝品研發(fā)開(kāi)辟了道路,。穆拉德博士所參與的生物科技公司所應(yīng)用的技術(shù)是一種能夠產(chǎn)生一氧化氮的組合,，分別為氮?jiǎng)┖退釀渲械獎(jiǎng)閬喯跛猁}或富含亞硝酸鹽的植物提取物,，酸劑為維生素C,、檸檬酸等足夠強(qiáng)度的有機(jī)或者無(wú)機(jī)酸。使用時(shí),，先清潔皮膚,，涂抹適量的氮?jiǎng)┗瘖y品，再涂抹酸劑化妝品,，兩者緩慢反應(yīng)釋放出一氧化氮,，滲入皮膚，提高毛細(xì)血管血流量,，促進(jìn)膠原蛋白的合成,，從而改善膚質(zhì),。
值得一提的是，早在19世紀(jì)末,，德國(guó)學(xué)者格里斯(Griess)就研究和發(fā)表了亞硝酸鹽的檢測(cè)方法,，但當(dāng)時(shí)對(duì)其與一氧化氮的關(guān)系并不了解。由于亞硝酸鹽是一氧化氮在水溶液中進(jìn)行氧化代謝的終產(chǎn)物而相對(duì)穩(wěn)定,，改良后的格里斯法至今仍是實(shí)驗(yàn)室間接檢測(cè)一氧化氮含量最簡(jiǎn)單,、最常用的方法之一。
獲得諾貝爾獎(jiǎng)
1992年一氧化氮被著名的《科學(xué)》雜志評(píng)選為“年度分子”,，同時(shí)以“Just Say NO”為封面,、以“NO News is Good News”為題發(fā)表專論，高度評(píng)價(jià)了一氧化氮的發(fā)現(xiàn)及其生物學(xué)意義,。穆拉德和佛契哥特在1996年共同獲得被譽(yù)為“諾貝爾獎(jiǎng)風(fēng)向標(biāo)”的美國(guó)醫(yī)學(xué)業(yè)內(nèi)的大獎(jiǎng)拉斯克醫(yī)學(xué)獎(jiǎng),。國(guó)際上拉斯克獎(jiǎng)的獲得者幾乎都能成為諾貝爾獎(jiǎng)的獲得者。
1998年10月12日,，在諾貝爾本人出生的這個(gè)月,，瑞典羅林斯卡醫(yī)學(xué)院決定把1998年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予穆拉德、佛契哥特及伊格納羅這三名美國(guó)科學(xué)家,。他們發(fā)現(xiàn)一氧化氮是心血管調(diào)節(jié)血壓和血流的信號(hào)分子,，并提出了一個(gè)全新的可以通過(guò)細(xì)胞膜信號(hào)傳導(dǎo)氣體信號(hào)的系統(tǒng)。
獲獎(jiǎng)時(shí)穆拉德博士表示,，瑞典的諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)很樂(lè)意把這個(gè)獎(jiǎng)?lì)C給一氧化氮對(duì)心血管的作用這個(gè)研究領(lǐng)域,。因?yàn)榇蠹叶贾喇?dāng)年諾貝爾拒絕服用硝酸甘油而心臟病發(fā)作去世，如果諾貝爾本人預(yù)知他們的獎(jiǎng)項(xiàng),，也許會(huì)服用硝酸甘油進(jìn)而延長(zhǎng)壽命,。
值得一提的是，科學(xué)界中的很多人為另一位英國(guó)科學(xué)家鳴不平,。薩爾瓦多·蒙卡達(dá)(Salvador Moncada)是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員,，美國(guó)科學(xué)院外籍院士。與伊格納羅一樣,，蒙卡達(dá)在1987年用一個(gè)很巧妙的實(shí)驗(yàn)直接證明了內(nèi)皮舒張因子就是一氧化氮,。這樣一位很早就從事一氧化氮領(lǐng)域的研究，而且成就及貢獻(xiàn)和伊格納羅相當(dāng)?shù)目茖W(xué)家,，卻與諾貝爾獎(jiǎng)無(wú)緣,，這不能不說(shuō)是一件非常遺憾的事情。
諾貝爾之死
阿爾弗雷德·伯納德·諾貝爾(Alfred Bernhard Nobel,，1833.10.21—1896.12.10)是瑞典化學(xué)家,、工程師、發(fā)明家、軍工裝備制造商和炸藥的發(fā)明者,。他曾擁有Bofors軍工廠,，主要生產(chǎn)軍火，還曾擁有一座鋼鐵廠,。在他的遺囑中,，他利用他的巨大財(cái)富創(chuàng)立了諾貝爾獎(jiǎng)，各種諾貝爾獎(jiǎng)項(xiàng)均以他的名字命名,。人造元素锘(Nobelium)就是以諾貝爾的名字命名的,。
諾貝爾的一生有很多發(fā)明創(chuàng)造，他為科學(xué)技術(shù)作出了舉世矚目的貢獻(xiàn),，給人類帶來(lái)了巨大財(cái)富,。其中，有一個(gè)具有戲劇性的發(fā)明與一氧化氮有關(guān),。1864年,，諾貝爾發(fā)現(xiàn)極易揮發(fā)、爆炸性極強(qiáng)的硝酸甘油經(jīng)硅藻土吸附后其穩(wěn)定性大大增加,，他根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)成功研制出了安全炸藥,。安全炸藥的工業(yè)化生產(chǎn)給諾貝爾帶來(lái)了巨大的榮譽(yù)和財(cái)富，使他得以創(chuàng)立世界科學(xué)界的最高獎(jiǎng)項(xiàng)——諾貝爾獎(jiǎng),。諾貝爾晚年患有嚴(yán)重的心臟病,，醫(yī)生建議他服用硝酸甘油，但被諾貝爾拒絕了,，因?yàn)樵缭谘兄普ㄋ幍倪^(guò)程中,，諾貝爾就發(fā)現(xiàn)吸入過(guò)量的硝酸甘油蒸氣會(huì)引起劇烈的血管性頭痛。1896年,，諾貝爾心臟病發(fā)作逝世,。如果他當(dāng)時(shí)聽(tīng)從醫(yī)生的建議，及時(shí)服用硝酸甘油,，他也許可以活更長(zhǎng)時(shí)間,，為人類創(chuàng)造更多財(cái)富,。硝酸甘油可以有效地緩解心絞痛,，但它的作用機(jī)理困擾了醫(yī)學(xué)家、藥理學(xué)家百余年,，直到20世紀(jì)80年代才因?yàn)槟吕?、佛契哥特及伊格納羅這三位美國(guó)藥理學(xué)家出色的工作而得以解決：硝酸甘油及其他有機(jī)硝酸酯通過(guò)釋放一氧化氮?dú)怏w而舒張血管平滑肌，從而擴(kuò)張血管,。
人體中的健康信使
現(xiàn)在,，廣為人知的是，一氧化氮在人體內(nèi)起著信使分子的作用，人體內(nèi)生成的一氧化氮小分子,，可以穿透任何細(xì)胞,，到達(dá)任何組織，使信息從人體某一部分傳到其他部分,，行使著傳輸信號(hào)的功能,。一氧化氮幫助控制血液流向人體的各個(gè)部位，使血管擴(kuò)張,，避免血管內(nèi)出現(xiàn)血流速度變緩的現(xiàn)象,，保持血管清潔、暢通,，維持正常血壓,，有效減輕心臟負(fù)擔(dān)。此外,，一氧化氮還是對(duì)付細(xì)菌,、病毒以及血液垃圾的有效武器，能夠殺死多種病原體,，從而很好地保護(hù)人體健康,。因此，一氧化氮是人體內(nèi)不可缺少的“健康信使”,，是人體健康的重要元素,。
血管內(nèi)皮舒張因子
一氧化氮在體內(nèi)的合成，是精氨酸在一氧化氮合酶的作用下合成一氧化氮,，同時(shí)產(chǎn)生瓜氨酸,。一氧化氮合酶大致分為三類：內(nèi)皮型、神經(jīng)型和誘導(dǎo)型,。內(nèi)皮型和神經(jīng)型一氧化氮合酶為組成酶,，在正常生理?xiàng)l件下存在；誘導(dǎo)型一氧化氮合酶為誘導(dǎo)酶,，在特殊條件下經(jīng)誘導(dǎo)才會(huì)產(chǎn)生,。
在內(nèi)皮中產(chǎn)生的一氧化氮，作為一個(gè)內(nèi)皮舒張因子,，其主要作用是使血管舒張,、降低血管阻力、降血壓,、抑制血小板黏附和凝聚,、抑制白細(xì)胞黏附和游走、降低平滑肌增殖,、防止動(dòng)脈粥樣硬化和血栓形成,。
在外周神經(jīng)和大腦中產(chǎn)生的一氧化氮,，作為腎上腺素和膽堿以外的神經(jīng)遞質(zhì)，在血管,、海綿體,、胃腸道、泌尿道,、氣管肌,、肛尾肌等外周輸出神經(jīng)抑制反應(yīng)中起到非常重要的作用。
由誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)合成的一氧化氮,，通過(guò)多條途徑調(diào)節(jié)炎癥,，在調(diào)控免疫反應(yīng)中起到很重要的作用。一氧化氮對(duì)細(xì)菌,、真菌,、寄生蟲(chóng)、腫瘤細(xì)胞有殺傷作用,。同時(shí),，感染和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎后的很多病理過(guò)程，包括休克,、組織損傷,、細(xì)胞凋亡等都與一氧化氮的過(guò)量表達(dá)有關(guān)。
