一氧化氮的發(fā)現(xiàn)

1、NO的發(fā)現(xiàn)1998年10月12日，羅伯特佛奇戈特等三名美國(guó)科學(xué) 家，被瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院授予1998年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī) 學(xué)獎(jiǎng)。這項(xiàng)生理學(xué)或醫(yī)學(xué)界最高榮譽(yù)之所以授予這三位科學(xué)家， 因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)了一氧化氮（NO）是心血管調(diào)節(jié)血壓和血流的信 號(hào)分子，并奠定了一個(gè)全新概念的生物系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)原理：一個(gè) 細(xì)胞產(chǎn)生的氣體信號(hào)可透過(guò)細(xì)胞膜調(diào)節(jié)另一個(gè)細(xì)胞的功能。1980 年佛奇戈特確立了血管擴(kuò)張是由于血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放一種能使 平滑肌松弛的未知分子。他的獨(dú)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)促使人們不斷研究和尋 覓這一分子。佛奇戈特等科學(xué)的研究證實(shí)，NO是心血管系統(tǒng)最 關(guān)鍵的信號(hào)分子。除此之外，它還是神經(jīng)系統(tǒng)的信號(hào)分子、抗感 染的武器、

2、血壓的調(diào)節(jié)因子和血流進(jìn)入各種器官的守門(mén)人。NO是什么？從前人們對(duì)此問(wèn)題的答案是：NO是一種大氣 污染物，是汽車尾氣及垃圾燃燒等釋放出的有害氣體，破可壞臭 氧層導(dǎo)致酸雨、至致癌，甚它還曾作為化學(xué)毒劑應(yīng)用于戰(zhàn)爭(zhēng)。N 。這種氮?dú)馊紵螽a(chǎn)生的最常見(jiàn)、簡(jiǎn)單的空氣污染物，怎么會(huì)在 哺乳動(dòng)物和高等動(dòng)物體內(nèi)起著如此重要的作用，簡(jiǎn)直讓普通人難 于理解。那么何以如此簡(jiǎn)單而又廣泛分布的NO長(zhǎng)期未被發(fā)現(xiàn)？ 其關(guān)鍵原因之一是NO生物半衰期很短（約35s），極易與 體內(nèi)其它自由基等反應(yīng)而被清除；再者，NO這一無(wú)機(jī)分子也許 太簡(jiǎn)單而被那些似乎總在尋找更為復(fù)雜的生物分子的科學(xué)家忽 略了。此外，N0性質(zhì)獨(dú)特，作用方式不同于經(jīng)典

3、生物其活性物 質(zhì)或神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)系統(tǒng)中N0既不儲(chǔ)存于末梢突觸囊泡中，也 不以胞吐方式釋放，是靠其脂溶性在細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間游離，通過(guò) 化學(xué)自由基反應(yīng)發(fā)揮作用并滅活。但NO的發(fā)現(xiàn)絕非偶然，其客 觀上被應(yīng)用和研究的歷史實(shí)際上已長(zhǎng)達(dá)一個(gè)多世紀(jì)。NO發(fā)現(xiàn)的經(jīng)歷1953年Furchgott士發(fā)表了首篇ACh和組胺致兔離體 血管條收縮的論文。這與當(dāng)時(shí)公認(rèn)的給整體動(dòng)物靜注ACh或組 胺引起血管舒張效應(yīng)的觀點(diǎn)恰恰相反。但他當(dāng)時(shí)堅(jiān)持自己的實(shí)驗(yàn) 重復(fù)性良好，且觀察無(wú)誤。在1962年，有一個(gè)叫Jell if e的 醫(yī)生曾發(fā)現(xiàn)并報(bào)道在血清素預(yù)收縮的血管環(huán)上。底濃度ACh通 常是導(dǎo)致其舒張，僅當(dāng)很高濃度ACh(l4molm

4、oL) 時(shí)才使血管收縮。直到2 0世紀(jì)7 0年代中后期，雖已有更多實(shí) 驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)并報(bào)道ACh對(duì)離體血管的舒張作用，但一方面由于對(duì) “權(quán)威”的崇拜，另一方面由于對(duì)此問(wèn)題報(bào)告結(jié)果尚不完全一致， 在長(zhǎng)達(dá)20年時(shí)間里卻一直無(wú)人深究這一問(wèn)題，并對(duì)Furchgott的 理論提出質(zhì)疑。直到1978年，還是在Furchgott的實(shí)驗(yàn)室，一次 偶然的事件才使這一矛盾得以澄清。當(dāng)時(shí)Furchgott實(shí)驗(yàn)室來(lái)了位新的名叫David的技術(shù)員，他未按 Furchgott的實(shí)驗(yàn)步驟操作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)擬用于收縮血管的膽堿能M 受體激動(dòng)劑carbachol(CCh，為ACh類似物)不使兔主動(dòng)脈環(huán)收縮， 相反總使其舒張。David如

5、實(shí)向Furchgott報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果，F(xiàn)urchgott 得知實(shí)驗(yàn)結(jié)果后來(lái)到實(shí)驗(yàn)室仔細(xì)觀察了實(shí)驗(yàn)過(guò)程。他首先注意到 David沒(méi)有按他的規(guī)定程序制備離體血管條，當(dāng)時(shí)他還發(fā)現(xiàn)CCh 確實(shí)總引起血管環(huán)的舒張。用重新配制的CCh仍使動(dòng)脈環(huán)舒張， 再用重新配制的ACh替代CCh，仍使動(dòng)脈環(huán)舒張。此時(shí)Furchgott 注意到，他以往的實(shí)驗(yàn)用的是血管條標(biāo)本，而David采用的是更 易制備的主動(dòng)脈環(huán)，他又注意到制備一次成功的血管條標(biāo)本往往 對(duì)ACh呈舒張反應(yīng)，而對(duì)ACh無(wú)舒張或舒張反應(yīng)弱的標(biāo)本是被 反復(fù)操作，使內(nèi)膜血受摩擦的血管條，因此，無(wú)意的內(nèi)膜損傷可 能是導(dǎo)致血管失去對(duì)ACh的舒張反應(yīng)的原因，而Furc

6、hgott實(shí)驗(yàn) 室25年來(lái)一直使用的常規(guī)血管條標(biāo)本制備法，在制備過(guò)程中， 血管內(nèi)膜面一直搭在手指尖上是為防止血管條卷曲，通常把剪下 的血管條內(nèi)膜向下平鋪在濕潤(rùn)的濾紙上?！叭髦巍毖芄嗔髂Ｐ凸硎股癫畹脑O(shè)計(jì)：為什么刺激內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)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， 釋放某種物質(zhì)擴(kuò)散至平滑肌并導(dǎo)致其收縮。Furchgott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，立即按這一方案 進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)一一得到的結(jié)果?！痹摮晒麅H用了離體血管灌流和光 鏡組織學(xué)檢查兩種非常簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，其令人嘆服之處

7、在于血 管條實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)分4步觀察不同情況下兔主動(dòng)脈對(duì)Ach的反應(yīng)：1.正 常血管及與內(nèi)膜摩擦處理后的比較；2正常血管環(huán)與膠原酶處理 （化學(xué)損傷內(nèi)皮）后相比較；3 .a橫血管條（與管壁平滑肌走向一致）并去內(nèi)皮.b .縱血管條（與平滑肌垂直）含內(nèi)皮，c. a 與 b并列掛在同一浴槽、內(nèi)膜血相近且相對(duì)，d .C實(shí)驗(yàn)完后 立即移除b；4 .正常血管環(huán)，浴槽內(nèi)通O2缺O(jiān)2 （通入N2） 的比較。其中第3步的精彩和第4的出人意料使人印象頗深。第 3步中所用方法即是后來(lái)被稱之為sandwich preparation的“三 明治”血管灌流模型。第4步中所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果直到數(shù)年后明確內(nèi) 皮細(xì)胞釋放的就是NO

8、、且NO生成需02時(shí)，人們才由衷地嘆 服Furchgott當(dāng)年實(shí)驗(yàn)的巧妙，真像“鬼使神差”！Furehgott通過(guò)改進(jìn)“常規(guī)方法”得出了關(guān)鍵性的結(jié)論：血 管內(nèi)皮細(xì)胞與血管反應(yīng)性有關(guān)，刺激內(nèi)皮細(xì)胞可引起平滑肌舒張。 1980年Furchgott在Nature上發(fā)表了著名的論文“內(nèi)皮細(xì)胞的作 用在誘發(fā)動(dòng)脈平滑肌舒張時(shí)是必需的”，該文僅用了離體血管條 灌流和光鏡組織學(xué)檢查兩種極為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。數(shù)年后實(shí)驗(yàn)證 明內(nèi)皮細(xì)胞釋放的是NO,至此，NO脫穎而出，一躍成為生物醫(yī) 學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。我們由衰地欽佩Furchgott等三位科學(xué)家的出色工作，使我 們認(rèn)識(shí)了 NO在信號(hào)傳導(dǎo)中的重要功能，尤其是Furchg

9、ott設(shè)計(jì) 的血管條灌流實(shí)驗(yàn)，是簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)、優(yōu)秀設(shè)計(jì)的典范，再次說(shuō)明在 研究方法的選擇上，不必一味追求高精的儀器，手段單純，但設(shè) 計(jì)巧妙有時(shí)能出奇制勝、說(shuō)明問(wèn)題。192Q年奧地利生理學(xué)家 Ix)ewi的心臟灌流實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了迷走遞質(zhì)ACh而獲諾貝爾獎(jiǎng)，70 年后Futchgott的血管條灌流實(shí)驗(yàn)確定了血管內(nèi)皮細(xì)胞在血管擴(kuò) 張反應(yīng)中的地位，繼而發(fā)現(xiàn)了NO的生物學(xué)功能，二者可謂異曲 同工。因此，立意明確，說(shuō)明問(wèn)題始終是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的首要原則。 在此我們更敬佩Furchgott的實(shí)事求是的工作作風(fēng)，1953年他堅(jiān) 持自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，敢于向當(dāng)時(shí)的權(quán)威觀點(diǎn)挑戰(zhàn)；25年后他尊 重一個(gè)普通技術(shù)員的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，敢于向自己的“常規(guī)方法”挑戰(zhàn)， 修正了自己的“不嚴(yán)格”的操作規(guī)程，修正了自己堅(jiān)持了 25年 的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，這是需要多么大的勇氣?。≌沁@一客觀的實(shí)事求 是的修正，促成了 NO生物學(xué)作用的發(fā)現(xiàn)，諾貝爾獎(jiǎng)是對(duì)這一重 大發(fā)現(xiàn)的表彰。然而，F(xiàn)urchgott不僅贏得了諾貝爾獎(jiǎng)，更贏得了 人們對(duì)這位學(xué)者尊重事實(shí)的優(yōu)良品格的崇高敬意。NO的研究，并未因1998年Furchgott等