一氧化氮：神秘的生命信使，挽救痙攣的心血管

2020-10-15 小侃大夫的話

霧霾的成因，與氮氧化物密切相關。作為氮氧化物的主要成員，一氧化氮難逃罪責。

一氧化氮，一個氮原子和一個氧原子結合而成。化學分子式「NO」，無色無味，有毒，化學性質活潑，很容易和氧氣反應形成二氧化氮，二氧化氮溶於水，可生成硝酸。在治理大氣汙染的時候，一氧化氮是重點盯防對象，恨不能被環保局打入地下十八層永世不得釋放。

但是就是這樣一個結構簡單、當過戰爭毒氣、混跡於汙濁大氣中的小分子，在人體內，卻被譽為「生命信使」，從1971年至2000年，至少有四個年度的諾貝爾醫學與生理學獎，頒發給了相關研究領域的科學家。

硝酸甘油、硝酸異山梨酯、硝普鈉等一眾藥物，也正是通過在體內釋放具有生理活性的一氧化氮，擴張了痙攣的血管，恢復了心臟的供血，拯救了無數患者的生命。

至關重要的「第二信使」：保證生命的信息不掉線

人體，是一臺高度精密複雜的超級工廠，維持著新陳代謝，延續著生命。

人們很早就發現，人體細胞與細胞之間的信息傳遞，類似於超級工廠各個車間、部門之間的協調運作，需要由「信使」來傳遞信息。

包括腎上腺素、甲狀腺素等激素類物質，生長因子、幹擾素、白介素等細胞因子類物質，5-羥色胺、前列腺素、白三烯等血管活性物質，以及乙醯膽鹼、多巴胺等神經遞質與神經肽等。它們被稱為「第一信使」。

關於第一信使的研究是如此的精彩紛呈，以至於有十數次的諾貝爾醫學與生理學獎，頒發給了與之相關領域的研究。

第一信使的任務，是將信息傳遞到的終端：細胞。嚴格一些來說，是傳遞給細胞上的受體。

這就好似超級工廠的總裁辦公室派人給第一車間下發一個通知：「這個周末辛苦了，集體加個班哈」。這個跑腿發通知的人，就是第一信使。

第一車間的門衛，接到了這個通知。這個門衛，就是細胞上的受體。

受體接到第一信使的信息之後，有兩種選擇：繼續傳達，告訴大傢伙兒周末要加班；或者，把第一信使的通知當成耳旁風給忘卻了。

扭頭就忘的情況可能有很多，例如受體今天的心情不好、看第一信使不順眼等。更多情況下，受體的職責就是要把信息給傳遞下去。這時，第二信使被請出了場。

受體拍拍第二信使的肩膀，對他說：「兄弟，我作為細胞的門衛，沒辦法脫崗，受累你跑個腿，告訴大家，這周末得加班哈」。

第二信使，就是負責在車間內傳遞信息的人。換成細胞層面，第二信使的任務，是負責在細胞內傳遞信息。

現在人們發現的第二信使，種類並不多，主要包括有環磷腺苷（cAMP）、環磷鳥苷(cGMP)、鈣離子（Ca2+）等，當然，還有一氧化氮。

人類用了四個諾貝爾獎，解密了決定生死的「第二信使」，抓住了神秘莫測的一氧化氮

一氧化氮被確定成為第二信使的時間並不長，發現它並證實它是第二信使的過程也是頗為漫長與曲折。先後有四項諾貝爾醫學與生理學獎的獲得與第二信使理論相關。

1971年的諾貝爾醫學與生理學獎，授予美國科學家E.W.薩瑟蘭，以表彰它發現激素的作用機理。

薩瑟蘭於1965年首次提出第二信使學說，並認為體內的各種激素通過激活細胞內的環磷腺苷（cAMP），繼而產生生理作用。激素是第一信使，cAMP是第二信使。自此，第二信使的理論開始搭建，雖然只是一個輪廓，尚未看見一氧化氮的身影。

1994年的諾貝爾醫學與生理學獎，授予美國科學家A.G.吉爾曼和M.羅德貝爾，以表彰他們發現的G蛋白及其在細胞中轉導信息的作用。

前輩薩瑟蘭雖然是提出了第二信使的概念，但是第二信使如何被觸發激活開始幹活，仍然撲朔迷離。吉爾曼和羅德貝爾詳解了其中的過程，使得第二信使從概念轉變成了理論，雖然在當時，這個理論還有待進一步完善。

1998年的諾貝爾醫學與生理學獎，授予科學家R.F.福爾荷格特、L.J.依格那羅和F.穆萊德，以表彰他們發現一氧化氮在心血管系統中作為信號分子的作用。

終於，深藏功名多年的一氧化氮，以主角的身份，登上了諾貝爾獎的領獎臺。通過設計了一套精巧的實驗，科學家們證明了正是一氧化氮，才是那個可以引起血管擴張的神秘物質。硝酸甘油等硝基脂類物質為什麼能夠具有擴血管和抑制血小板的作用？此刻終於真相大白。

一氧化氮作為第二信使的作用一經發現，很快成為科學研究的熱點。2000年的諾貝爾醫學與生理學獎，授予科學家阿爾維德·卡爾松、保羅·格林加德和埃裡克·坎德爾，以表彰他們在「人類腦神經細胞間信號的相互傳遞」方面的研究。他們用研究證明，大腦的記憶、疲勞、衰老等過程，第二信使扮演的重要作用。

生如夏花之絢爛的一氧化氮，成就了硝酸酯類藥物的偉業

一氧化氮的作用既然如此重要，為什麼許久沒有人能發現呢？

這是因為一氧化氮在細胞內的」壽命「很短暫，短到只有數秒，含量也是微乎其微，因此很難被實驗觀察到。但就這麼近似於無的含量和轉瞬即逝的作用時間，能夠產生強大的作用。

硝酸甘油應用於冠心病等心臟疾病的治療，已有上百年的歷史。在一氧化氮作為第二信使的理論沒有建立以前，硝酸甘油的作用原理一直是個謎。現在終於明白，硝酸甘油等硝酸酯類藥物在體內代謝產生的一氧化氮，作為外源性第二信使補充給了血管平滑肌等靶細胞內，才產生了擴血管等藥理作用。



一氧化氮就像是一個灰姑娘，默默無聞地躲在一個角落裡，等待著人類的發現。一旦登上了歷史的舞臺，立即變得星光璀璨光彩照人，成為了名副其實的明星分子。直到今天，關於第二信使、關於一氧化氮的機制研究仍在進行。

一氧化氮，霧霾中的有它，生命中更有它。身為第二信使，不鳴則已，鳴必驚人。


相關焦點

  • 生命信使 NO(一氧化氮)
    2、1970年，美國維吉尼亞大學費裡德·穆拉德博士發現硝化甘油進入血管後，只有通過代謝機能，將硝化甘油轉化為一氧化氮後，才能發揮擴張血管的藥理作用，使血管鬆弛，血流加快，心臟供血增加，緩解胸痛和降低血壓等。由此他認為一氧化氮可能是一種對血流具有調節作用的信使分子，同樣這在當時也只是一種推測，並沒有直接的實驗證據。
  • 被誤會的「健康信使」——一氧化氮
    □ 見習記者 王嘉譯　　　　一氧化氮一度被認為是沒用的氣體，甚至被認為是環境汙染物。直到20世紀80年代，經過斐裡德·穆拉德、羅伯特·F·佛契哥特等幾位科學家的不斷探索研究，確定一氧化氮存在有益於人體健康的一面，它作用於人體血管的各個方面。
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    一氧化氮是人體不可缺少的「健康信使」。特別是在人類心腦血管疾病的治療方面，一氧化氮正在開啟新的裡程碑。一氧化氮是心血管系統的信號分子，它能與動脈肌肉細胞接觸，並讓其放鬆，起到擴張血管、疏通血流的作用。一氧化氮可以在攝入營養成分後由人體自行產生；結合日常飲食，精氨酸是產生一氧化氮的基礎物質，大量存在於富含蛋白質的食物中，如堅果、豆子和海鮮等；有氧鍛鍊不僅可以刺激機體產生一氧化氮，還可以抑制氧化自由基對一氧化氮的破壞。本作品為「科普中國-科學原理一點通」原創，轉載時務請註明出處。
  • [NO科研]一氧化氮在心血管疾病中的作用
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    人們開始廣泛認識到一氧化氮是人體不可缺少的「健康信使」。　　阿爾弗雷德·伯納德·諾貝爾是瑞典化學家、工程師、發明家、軍工裝備製造商和炸藥的發明者。他曾擁有Bofors軍工廠，主要生產軍火，還曾擁有一座鋼鐵廠。在他的遺囑中，他利用他的巨大財富創立了諾貝爾獎，各種諾貝爾獎項均以他的名字命名。　　諾貝爾的一生有很多發明創造，他為科學技術作出了舉世矚目的貢獻，給人類帶來了巨大財富。
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    1992年，一氧化氮被世界著名雜誌《科學》評選為「明星分子」，它也有「信使分子」、「生命的分子」等等諸多美譽。《神奇的一氧化氮》書中指出：「人體99.9%的疾病與缺乏一氧化氮有關「。人體中凡是有血液的地方就有一氧化氮的存在。」書中列出一氧化氮的許多作用：比如，改善酒精對肝臟的損害；通過擴張肺血管對肺循環生理和病理過程進行調節；通過擴張血管緩解性功能障礙、糖尿病、心臟病、高血壓等症狀。一氧化氮的來源有四個：1. 從食物中獲得。
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    文中介紹了NO的生物合成在心血管系統、中樞神經系統、胃腸道、免疫反應中的作用，NO介導突觸傳遞可逆性，NO介導興奮性胺基酸的作用。　　【關鍵詞】  一氧化氮；生理作用   　　Furchgott等［1］發現的內皮源型舒張因子（EDRP）於1987年被Palmer等［2］用化學發光方法證實其本質是NO。NO不僅對心血管系統、中樞神經系統和消化系有調節作用，而且在體內對多
  • 科學的認知一氧化氮
    直到20世紀80年代，斐裡德·穆拉德等幾位科學家經過不斷的探索研究，確定一氧化氮有益於人體健康的一面——它作用於人體中含有血管的各個方面——登上諾貝爾獎的舞臺，使人們廣泛認識到一氧化氮是人體不可缺少的「健康信使」。特別是在人類心腦血管疾病的治療方面，一氧化氮正在開啟新的裡程碑。一氧化氮有強大的鬆弛血管平滑肌的作用，因此具有強大的調節血壓的作用。
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    主要有以下幾方面原因——  冬季溫度低，容易引起血管收縮、痙攣，致使血流不暢；另一方面，寒冷讓機體活動力減弱，腦、心肌、內臟血液灌流減少，而當心腦血管供血供氧不足，就容易突發心絞痛，心腦梗塞等。  此外，冬季排汗減少，水也喝得較少，使得血液黏稠度增加，血流緩慢，甚至形成凝血塊。漸漸地，血液運輸的氧氣不夠，更容易增加引發腦梗塞和心肌梗塞發作的機率。
  • 教你多活30年(三):一氧化氮是健康源頭淨化劑
    上期提示：一氧化氮可以起到保持血管清潔、預防中風、保持血壓的效果。一氧化氮能促進全身的血液循環，預防動脈老化僵硬，降低血液的黏稠度，減少血塊血栓的形成，恢復血管彈性，降低血壓，加強心臟功能，因而能夠有效防治心血管疾病。
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