一氧化氮的发现(自然辩证法案例)

NO的发现

1998年10月12日，罗伯特·佛奇戈特等三名美国科学家，被瑞典卡罗林斯卡医学院授予1998年度诺贝尔生理学或医学奖。这项生理学或医学界最高荣誉之所以授予这三位科学家，因为他们发现了一氧化氮（ＮＯ）是心血管调节血压和血流的信号分子，并奠定了一个全新概念的生物系统信号转导原理：一个细胞产生的气体信号可透过细胞膜调节另一个细胞的功能。1980年佛奇戈特确立了血管扩张是由于血管内皮细胞释放一种能使平滑肌松弛的未知分子。他的独创性实验促使人们不断研究和寻觅这一分子。佛奇戈特等科学的研究证实，NO是心血管系统最关键的信号分子。除此之外，它还是神经系统的信号分子、抗感染的武器、血压的调节因子和血流进入各种器官的守门人。

ＮＯ是什么？从前人们对此问题的答案是：ＮO是一种大气污染物，是汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体,破可坏臭氧层导致酸雨、至致癌，甚它还曾作为化学毒剂应用于战争。Ｎ０这种氮气燃烧后产生的最常见、简单的空气污染物,怎么会在哺乳动物和高等动物体内起着如此重要的作用，简直让普通人难于理解。那么何以如此简单而又广泛分布的ＮＯ长期未被发现？其关键原因之一是Ｎ０生物半衰期很短（约３～５ｓ），极易与体内其它自由基等反应而被清除；再者，Ｎ０这一无机分

子也许太简单而被那些似乎总在寻找更为复杂的生物分子的科学家忽略了。此外，ＮＯ性质独特，作用方式不同于经典生物其活性物质或神经递质，神经系统中ＮＯ既不储存于末梢突触囊泡中，也不以胞吐方式释放，是靠其脂溶性在细胞内、细胞间游离，通过化学自由基反应发挥作用并灭活。但Ｎ０的发现绝非偶然，其客观上被应用和研究的历史实际上已长达一个多世纪。

ＮO发现的经历

1953年Ｆuｒcｈgｏtｔ士发表了首篇ＡＣｈ和组胺致兔离体血管条收缩的论文。这与当时公认的给整体动物静注ＡＣｈ或组胺引起血管舒张效应的观点恰恰相反。但他当时坚持自己的实验重复性良好，且观察无误。在1962年，有一个叫Ｊｅl ｌifｅ的医生曾发现并报道在血清素预收缩的血管环上。底浓度ＡＣｈ通常是导致其舒张，仅当很高浓度ＡＣh（＞１一４ｍｏｌｍｏＬ）时才使血管收缩。直到２Ｏ世纪７Ｏ年代中后期，虽已有更多实验室发现并报道ＡＣｈ对离体血管的舒张作用，但一方面由于对“权威”的崇拜，另一方面由于对此问题报告结果尚不完全一致，在长达20年时间里却一直无人深究这一问题，并对Furchgott的理论提出质疑。直到1978年，还是在Furchgott的实验室，一次偶然的事件才使这一矛盾得以澄清。

当时Furchgott实验室来了位新的名叫David的技术员，他未按Furchgott的实验步骤操作，结果发现拟用于收缩血管的胆

碱能M受体激动剂carbachol(CCh，为ACh类似物)不使兔主动脉环收缩，相反总使其舒张。David如实向Furchgott报告实验结果，Furchgott得知实验结果后来到实验室仔细观察了实验过程。他首先注意到David没有按他的规定程序制备离体血管条，当时他还发现CCh确实总引起血管环的舒张。用重新配制的CCh仍使动脉环舒张，再用重新配制的ACh替代CCh，仍使动脉环舒张。此时Furchgott注意到，他以往的实验用的是血管条标本，而David 采用的是更易制备的主动脉环，他又注意到制备一次成功的血管条标本往往对ACh呈舒张反应，而对ACh无舒张或舒张反应弱的标本是被反复操作，使内膜面受摩擦的血管条，因此，无意的内膜损伤可能是导致血管失去对ACh的舒张反应的原因，而Furchgott实验室25年来一直使用的常规血管条标本制备法，在制备过程中，血管内膜面一直搭在手指尖上是为防止血管条卷曲，通常把剪下的血管条内膜向下平铺在湿润的滤纸上。

“三明治”血管灌流模型

鬼使神差的设计：为什么刺激内皮细胞会引起血管平滑肌舒张？这次似乎是单刀直入，他们首先想到的是血管内皮细胞受刺激后，释放某种物质扩散至平滑肌并导致其收缩。Furchgott像是受到某种特殊的启示，他回忆道：“那天早晨我刚醒来，一个漂亮的实验设计突然闯入我的脑海。于是我来到实验室，立即按这一方案进行了实验——得到的结果。”该成果仅用了离体血管灌流和光镜组织学检查两种非常简单的实验技术，其令人叹服之处

在于血管条实验的设计。

实验分4步观察不同情况下兔主动脉对Ach的反应：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并列挂在同一浴槽、内膜面相近且相对，ｄ.Ｃ实验完后立即移除ｂ；４.正常血管环，浴槽内通O2 缺O2（通入Ｎ２）的比较。其中第3步的精彩和第4的出人意料使人印象颇深。第３步中所用方法即是后来被称之为sandwich preparation的“三明治”血管灌流模型。第４步中所得实验结果直到数年后明确内皮细胞释放的就是Ｎ０、且Ｎ０生成需０２时，人们才由衷地叹服Furchgott当年实验的巧妙，真像“鬼使神差”！

Furehgott通过改进“常规方法”得出了关键性的结论：血管内皮细胞与血管反应性有关，刺激内皮细胞可引起平滑肌舒张。1980年Furchgott在Nature上发表了著名的论文“内皮细胞的作用在诱发动脉平滑肌舒张时是必需的”，该文仅用了离体血管条灌流和光镜组织学检查两种极为简单的实验技术。数年后实验证明内皮细胞释放的是NO，至此，NO脱颖而出，一跃成为生物医学界关注的焦点。

我们由衰地钦佩Furchgott等三位科学家的出色工作，使我们认识了NO在信号传导中的重要功能，尤其是Furchgott设计的血管条灌流实验，是简易实验、优秀设计的典范，再次说明在

研究方法的选择上，不必一味追求高精的仪器，手段单纯，但设计巧妙有时能出奇制胜、说明问题。192Q年奥地利生理学家Ix)ewi的心脏灌流实验发现了迷走递质ACh而获诺贝尔奖，70年后Futchgott的血管条灌流实验确定了血管内皮细胞在血管扩张反应中的地位，继而发现了NO的生物学功能，二者可谓异曲同工。因此，立意明确，说明问题始终是实验设计的首要原则。在此我们更敬佩Furchgott的实事求是的工作作风，1953年他坚持自己的实验结果，敢于向当时的权威观点挑战；25年后他尊重一个普通技术员的实验结果，敢于向自己的“常规方法”挑战，修正了自己的“不严格”的操作规程，修正了自己坚持了25年的错误观点，这是需要多么大的勇气啊!正是这一客观的实事求是的修正，促成了NO生物学作用的发现，诺贝尔奖是对这一重大发现的表彰。然而，Furchgott不仅赢得了诺贝尔奖，更赢得了人们对这位学者尊重事实的优良品格的崇高敬意。

NO 的研究,并未因1998 年Furchgott 等获诺贝尔奖而画上句号。虽然人们已经揭示了NO 深藏的不少奥秘,但还有许多问题尚未得到解决。近年来探讨内源性NOS 抑制物在心血管和神经系统疾病中的病理生理作用,又激起了NO 研究的新浪潮。此外,如何迅速将有关NO 研究的阶段成果转化为知识产品,推动社会生产力的发展,也将是今后NO研究的重要任务。