1998年诺贝尔医学或生理学奖 NO是体内重要的信号分子 遗传学 左璇

1998 Nobel M&P 获奖人简介 佛契哥特 伊格纳罗 慕拉德 Robert F.Furchgott Louis J. Ignarro 美国布鲁克林南方卫生科学中心 伊格纳罗 Louis J. Ignarro 美国加利福尼亚大 学洛杉矶分校医学院 慕拉德 Ferid Murad 美国得克萨斯大学卫生科学中心

NO简介 一氧化氮 　　化学式NO，分子量30，氮的化合价为+2。无色气体，难溶于水。NO分子中有一未配对电子,可形成自由基,和其它分子如氧分子、超氧自由基,或过渡金属反应。在体内极不稳定,是一短寿分子,半衰期仅为3～5 s。NO具有脂溶性,可以快速透过生物膜扩散,在体内迅速被血红蛋白、氧自由基或氢醌等灭活。

以前的认识: NO是一种大气污染物,是吸烟,汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体,可破坏臭氧层导致酸雨,甚至致癌,它还曾作为化学毒剂应用于战争. 前人的发现 1846年意大利化学家 Sobrebro发明了硝酸甘油,该物质是一种极不稳定的能够引起爆炸的液体; 1867年Brunton发现亚硝酸戊酯的物质,它可以缓解心绞痛,同时可以降低血压; 1867年诺贝尔发明了安全使用硝酸甘油的方法:他将硝酸甘油同二氧化硅混合在一起,这样液态的硝酸甘油就变成了半固体状硝酸甘油炸药; 1879年英国伦敦Westminster医院的William Murrell提出将硝酸甘油稀释后就可以转变成一种无爆炸性的物质,该物质可作为心绞痛的长效治疗药.

NO是体内重要信号分子的发现过程 穆拉德（Ferid Murad）的发现 穆拉德研究cGMP。设法从cGMP产物中分离出一种与之类似的蛋白质——可溶性鸟苷酸环化酶 （GC）。意外证实 NO可活化 GC和松弛平滑肌。 操作发现： 1、为检测这种分离出来的GC，加入一些化学物质，除去某些可能影响cGMP产物的杂蛋白，发现有些物质能活化GC，使GC生产出更多cGMP。 2、把这些物质加入到气管、肠等不同组织，发现不但能活化GC，还使这些组织的平滑肌松弛。 纵上发现，包括硝化甘油在内的一些已知血管松弛剂也能活化GC。活化GC是这些物质的共性，而且它们都通过反应形成NO。 由此他认为一氧化氮可能是一种对血流具有调节作用的信使分子,但当时这一推测缺乏直接的实验证据。

弗奇戈特（Robert F.Furchgott）的发现 纽约州立大学的弗奇戈特教授在研究乙酰胆碱等物质对血管的影响时发现,在相近的实验条件下,同一种物质有时使血管扩张,有时对血管没有明显的作用,有时甚至使血管收缩。弗奇戈特及合作者对这一现象作了深入的研究,他们在1980 年发现乙酰胆碱对血管的作用与血管内皮细胞是否完整有关:乙酰胆碱仅能引起内皮细胞完整的血管扩张。由此弗奇戈特推测内皮细胞在乙酰胆碱的作用下产生了一种新的信使分子,这种信使分子作用于平滑肌细胞,使血管平滑肌细胞舒张,从而扩张血管。弗奇戈特将这种未知的信使分子命名为内皮细胞松弛因子(EDRF)。这篇论文在学术界引起了广泛关注,吸引了包括加州大学洛杉矶分校的伊格纳罗(Louis J.knarro)教授在内的许多科学工作者从事有关EDRF的研究。

NO的发现经过了三个关键环节 (1)NO发现的诱因，David改进了Furchgott的实验步骤。 研究血管松弛的分子机制,其出发点：血管松弛剂乙酰胆碱（ACh） 　1953年Furchgott博士：发表了首篇Ach致免离体血管收缩的论点，随后又提出了解释这一现象的假说——史称“Furchgott悖论”。现在看来这一观点显然是错误的，然而当时这一观点——直被当作权威而认可。1962年Jell医生报道了与Furchgott不一致的结论，但未引起人们的重视，直到1978年，还是在Furchgott的实验室，一次偶然的事件才使这一错误得以纠正，并导致NO的发现。　 David没有按照Furchgott为他写好的实验步骤操作,结果发现拟用于收缩血管的胆碱cch（Ach类似物）不仅没有使兔离体主动脉血管收缩，反而使其舒张。 David把这一现象如实地告诉Furchgott 。 Furchgott来到实验室，认真的检查了实验，发现确实是cch，总是引起收缩的血管舒张 ，经认真分析实验，他们注意到．血管内膜的磨损可能导致血管对cch失去舒张反应而收缩。于是他们改进了实验方法，立即制作了不损坏血管内皮的标本进行实验，结果发现这样的标本对cch则呈现良好的舒张反应，并于1979年将此结论发表于《血管》(Blood VesseI)上。

(2) .Furchgott发明了“三明治”血管灌流模型解释了刺激内皮细胞可引起血管平滑肌舒张的原因 实验步骤： （1）正常血管及与内膜摩擦处理后的比较； （2）正常血管环与胶原酶处理（化学损伤内皮）后相比较 （3）a、横血管条（与管壁平滑肌走向一致）并去内皮，b、纵血管条（与平滑肌垂直）含内皮，c、a与b并列挂在同一个浴槽，内膜面相近且相对，d、c实验完后立即移除b（ sandwich preparation的“三明治”血管灌流模型）；

（3）NO发现前期的关键时刻，新技术员革新了组 织切片制作和染色的方法 为了证明血管内皮细胞与血管反应性有关这一观点，Furcllgott把做完实验的标本送给一位组织学家做切片标本来观察，但遗憾的是这位技术人员经切片、固定、染色送回的切片都不含内皮细胞(加工中被破坏)，也就是说这一组织学结果排除了内皮细胞在舒缩反应中的重要性。但庆幸的是，半年后该实验室来了一名新技术员，他改进了组织切片染色的方法，而终于发现内皮的有无是舒张的关键，于1979年Furchgott公开明确提出血管内皮细胞与血管反应性有关。

伊格纳罗(Louis J. Ignarro)的发现 首先，一系列研究结果提示EDRF和NO的生物学性质相似。EDRF能够激活鸟苷酸环化酶（GC），引起血管平滑肌中环磷酸鸟苷（cGMP）水平的升高，产生内皮依赖性血管舒张效应。该过程可以被亚甲基蓝（MB），氧基血红蛋白和氧基肌红蛋白抑制，这些特点与NO引起血管舒张的过程相同。

其次，利用灌流-生物鉴定法，证明EDRF和NO的化学性质十分相似，如EDRF性质不稳定，半衰期约是3-5秒，可以被超氧阴离子灭活，超氧化物歧化酶能使EDRF的半衰期延长到30秒。最后证明，EDRF 和NO 激活GC 的过程都具有亚铁血红素依赖性。 和血红蛋白（Hb）相互作用前，Hb的最大吸收峰在433nm， EDRF和血红蛋白（Hb）相互作用后， Hb的最大吸收峰移动到406nm。NO和Hb反应时也同样具有上述变化。 以上结果从不同侧面证明，EDRF就是NO 。1986年夏季，在美国明尼苏达州的Rochester举行研讨会，Ignario和Furchgott独立报告了他们各自的结果，都证明EDRF的化学结构就是NO。

NO的作用机理 NO是一种可进入细胞内部的信号分子，能快速透过细胞膜，作用于邻近细胞。血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞，NO的生成由一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）催化，以L精氨酸为底物，以还原型辅酶Ⅱ（NADPH）作为电子供体，生成NO和L瓜氨酸。NO没有专门的储存及释放调节机制，靶细胞上NO的多少直接与NO的合成有关。 血管内皮细胞接受乙酰胆碱，引起胞内Ca2+浓度升高，激活一氧化氮合酶，细胞释放NO，NO扩散进入平滑肌细胞，与胞质鸟苷酸环化酶（GTP-cyclase，GC）活性中心的Fe2＋结合，改变酶的构象（图8-32），导致酶活性的增强和cGMP合成增多（图8-33）。cGMP可降低血管平滑肌中的Ca2+离子浓度。引起血管平滑肌的舒张，血管扩张、血流通畅。 硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理是在体内转化为NO，可舒张血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量 。

L-精氨酸+NADPH (还原型辅酶Ⅱ) +O2 →瓜氨酸+NO +NADP + (辅酶)

NO的生理学作用 　NO参与维持循环系统的稳态平衡。NOS催化合成NO,通过cGMP介导的内皮依赖性血管舒张作用,调节血管张力。血管张力的变化可以有效地调节组织的血流。另外,NO能清除细胞内的氧自由基, 发挥细胞保护作用 ,并且通过抑制血管平滑肌增殖,抑制血小板的聚集,抑制粘附分子和内皮素的表达等途径来维持血管的稳态平衡。 在中枢神经系统, NO 作为神经递质参与记忆的形成;在外周神经系统,部分神经通过NO依赖的机制调节呼吸系统、消化系统和泌尿生殖系统的血管扩张。 在免疫系统, NO 通过影响白细胞的游走和聚集,间接调控炎症反应。巨噬细胞可以产生大量NO,利用其细胞毒效应,参与人体的非特异性免疫反应。

由NO的发现研发的药品及保健品 伊格纳罗博士研发的心血管新产Niteworks（夜宁新）已在美国康宝莱成功上市。它能保持维护心脏的冠状动脉的畅通。防止过多的凝血块阻塞造成心脏病和中风。松弛动脉（维持正常血压需）。促进脑部血液流通以增进长期记忆力。 夜宁新（Niteworks）是一项心血管革命性的营养食品 独特的配方包括：L-精氨酸专利配方，能促进一氧化氮的产生。 维持维他命C和维持维他命E能帮助提升一氧化氮的含量。 叶酸 & 蜜里萨香草能够发挥舒缓放松的效果。

正是他们发现氧化氮可以令血管扩张，帮助血液流通；美国Pfizer药厂利用这个发现，生产医治阳痿的伟哥(Viagra)。

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