NO:從污染氣體到“明星分子”

【編者按】自由基醫學是上個世紀六七十年代孕育、誕生的一門生命科學新學科。而后，發展迅速，現已成為基礎醫學、臨床醫學和預防醫學不可或缺的重要組成部分，因為自由基在人體中既具有重要的生物功能，又幾乎與人類常見的重大疾病，如死亡率最高的心腦血管疾病、最兇險的癌癥等都密切相關，因而引起了人們的廣泛關注和濃厚興趣。各種大眾傳媒也時有關于“自由基”、“抗氧化劑”的宣傳報道。但都是星星點點、語焉不詳，有些甚至是錯誤的。為此，我們特請中華預防醫學會自由基專業委員會組織有關專家撰寫了系列文章，從不同角度介紹有關自由基醫學的知識，以饗讀者。

NO(一氧化氮)是氮氧化合物家族中的一員，它是由一個氧原子和一個氮原子組成的氣體分子，是一個既簡單又復雜、既有害又有益的分子。

NO：環境污染氣體分子

早在兩個世紀前，英國著名化學家H·戴維(1778-1829年)在研究笑氣(N20)時因誤吸過量的NO而險些喪命。因此，從一開始，NO便作為一種化學毒氣而給人們留下了深刻的印象。NO廣泛地含在燃煤廢氣、汽車尾氣等工業廢氣中。長期以來，人們一直是把它作為環境污染氣體來加以研究的。

對NO認識的轉變發生在此后大約100年，這件事情還與諾貝爾獎的創立者A·諾貝爾(1833～1896年)有關。大家都知道，諾貝爾是瑞典一位才華橫溢的化學家、發明家和實業家，他一生擁有355項發明專利，其中最重要的一項發明就是炸藥硝化甘油。而在生產硝化甘油的過程中，人們注意到一個不同尋常的現象：度過周末的工人，周一剛上班就會普遍出現劇烈頭痛等癥狀，隨著上班天數的增加，癥狀會逐漸減輕乃至消失，如此周而復始。人們推測，這可能與接觸硝化甘油有關。因為硝化甘油是一種揮發性物質，如被人吸入，可造成腦血管的擴張或收縮而引起搏動性頭痛。當時，內科醫生已發現小劑量的硝化甘油對治療心臟病很有效，但確切的機制尚不清楚。事有湊巧的是，諾貝爾本人當時就患有嚴重的心臟病，但他卻拒絕醫生勸他服用硝化甘油的建議，他不相信自己發明的炸藥能治心臟病，并認為這是對他“命運的諷刺”，結果心臟病最終奪去了他63歲的生命。不過，這卻激起了科學家們對硝化甘油研究的濃厚興趣，決心要揭開它治療心臟病的奧秘。

NO：機體內重要的自由基分子

可是，研究過程并非一帆風順，直到20世紀80年代，研究才有了突破性進展，原來硝化甘油治療心臟病的關鍵是NO自由基分子!

科學家們發現，血管內皮細胞中存在一種能使血管松弛的分子，稱為內皮細胞舒張因子。它在生物體內發揮信號傳遞的作用。進一步的研究證實，機體內的NO自由基分子就是內皮細胞舒張因子。當心絞痛的患者服用硝化甘油后，會在體內引起一連串的“多米諾效應”：硝化甘油被機體吸收，進入血管后會轉化生成NO自由基，NO自由基是一個信號分子，它會刺激機體產生環磷酸鳥苷，而環磷酸鳥苷可使血管松弛和擴張，進而促進血流加快，使心臟供氧量增加，從而起到緩解心絞痛、降低血壓的效果。

此后的一系列研究證實，NO不僅在調節血管緊張度中發揮重要作用，而且還在機體的許多生理、生化過程中扮演重要角色。NO可保證血管系統泵血的正常進行，以維持血管和動脈壁的清潔和彈性，防止血小板凝聚而造成血栓；NO可減緩血管因炎癥反應而形成的動脈粥樣硬化斑塊在血管壁上的沉積，甚至可以使這些斑塊發生逆轉：NO可清除體內的其他自由基，使心血管疾病引起的氧化應激反應降低到最低限度；NO在免疫系統中也發揮著重要的作用，不僅可通過白細胞抵御一系列細菌、真菌和支原體等病原體的侵襲，預防多種疾病的發生，而且NO還可以誘導癌細胞的死亡和凋亡，因而具有抗腫瘤的作用。現在，科學家們正在研究如何利用NO來抑制腫瘤細胞的生長，以達到治療惡性腫瘤的目的。此外，NO還是神經傳導的遞質，參與神經信息傳導，它可使神經元興奮，在學習和記憶中發揮重要作用。更為有趣的是，藥學家在研究一種治療心絞痛的新藥時，雖然對癥的效果并不理想，但卻意外地發現對陽痿的治療有奇效，原來NO也是引起陰莖勃起的化學信使，陰莖勃起組織內的神經細胞釋放NO可擴張血管而使陰莖勃起。這一發現立即被制藥商用來生產治療陽痿的新藥，這就是“偉哥”，很快就風靡全球，而研究這一藥物的科學家LJ·伊格納羅就此贏得了“偉哥之父”的美譽，這真是失之東隅、收之桑榆的意外驚喜了。

實際上，人體在生物進化的過程中就建立了自身產生NO的機制。NO主要是由位于血管內膜細胞層的內皮細胞通過一氧化氮合成酶生成的。通常情況下，人體產生的NO足以維持機體的正常運行。只有當機體因疾病、年老體衰、不良生活習慣、有害環境等原因使NO的產生機制出現了故障，NO的濃度不足以維持機體生理、生化過程的正常運行時。才需要從體外通過藥物的方式來補充NO的生成。當然，人體內產生NO的量都是維持人體生理、生化過程所需要的量，是極其微量的，雖呈現自由基的狀態，但是有益于健康的。只有當NO的量遠遠超過人體生理、生化所需劑量時，才會成為有害的氣體分子。這又是一個由量變引起質變的生動事例。

NO：至尊至貴的“明星分子”

上世紀八九十年代，由于發現了NO有這么多重要的生物功能，因而引起了科技界的廣泛重視和熱情追捧，掀起了研究NO的熱潮。

1992年，世界頂級的學術期刊《科學》(Sci—ence)評選NO為“年度分子”，也即年度最有價值的分子，因為NO被認為是體內最重要的分子，可謂是“明星分子”，其至尊至貴的地位得到了業內科學家們的一致認同。

1997年，美國創辦了以NO命名的學術期刊。接著，國際上還成立了NO學會。用一個化學分子的名稱來命名一個刊物和一個學會，這是科學界有史以來獨一無二的，由此也可想見NO在當代生命科學領域至關重要的地位，以及科學家們對NO執著和癡迷的程度。1998年10月12日，瑞典諾貝爾委員會宣布將本年度的諾貝爾生理學和醫學獎授予U·伊格納羅、RF·弗奇戈特和F·默拉德三位美國科學家，以表彰他們在發現和證明“一氧化氮(NO)是心血管系統的信號分子”中所做出的杰出貢獻，可謂名至實歸。這也引起了筆者的遐思：100年前諾貝爾拒絕服用硝化甘油而死于非命，100年后諾貝爾獎頒發給了揭示硝化甘油科學謎底的科學家，這似乎冥冥之中補償了諾貝爾生前的遺憾，我們只能驚嘆歷史的吊詭、事物的復雜和科學的神奇了!