心血管系統(tǒng)中no信號分子的發(fā)現(xiàn)和作用原理

1、?科學(xué)家的科研經(jīng)歷和奮斗史，使大家能夠體會大師們的人生觀，發(fā)展觀，了解他們在人生道路上如何面對困難、面對選擇、面對榮辱。同時將生命科學(xué)最基本的，與人類聯(lián)系最緊密的知識傳授給大家，也希望同學(xué)們從中領(lǐng)悟到“科學(xué)發(fā)現(xiàn)”的靈感。,教學(xué)目標(biāo),,第一章：心血管系統(tǒng)中NO信號分子的發(fā)現(xiàn)和信號傳遞,Robert F Furchgott, born 1916Dept. of Pharmacology,SUNY Health Science Cen

2、ter New York,Louis J Ignarro,born 1941Dept. of Molecular and Medical PharmacologyUCLA School of Medicine Los Angeles,Ferid Murad, born 1936Dept. of Integrative BiologyPharmacology and PhysiologyUniversity of Texa

3、s Medical School, Houston,The Nobel Prize in P/M 1998,佛契哥特（Robert F. Furchgott）,1916年4月出生于美國南卡的查爾斯頓（ South Carolina ）； 1937年先在北卡讀大一，之后在北卡大學(xué)教堂山分校獲化學(xué)學(xué)士；1940年，24歲，在Northwestern大學(xué)獲生物化學(xué)博士學(xué)位， 然后在康奈爾大學(xué)做博士后；1956-1988年在

4、美國紐約州立大學(xué)藥理學(xué)系任教授 ；1988-現(xiàn)在紐約州立大學(xué)健康科學(xué)中心藥理學(xué)部門（ SUNY Health Science Center ）的高級客座教授；主要的研究為：藥物造成的血管內(nèi)皮細(xì)胞收縮及擴張。,伊格納羅（Louis Ignarro）,1941年出生于紐約州的布魯克林市；1962年獲得哥倫比亞大學(xué)的藥理學(xué)／化學(xué)學(xué)士學(xué)位；1966年獲得明尼蘇達(dá)大學(xué)的藥理學(xué)／生理學(xué)博士學(xué)位；1966年至

5、1968年，他在美國國立衛(wèi)生研究院的化學(xué)藥理學(xué)實驗室從事博士后研究；1985年至今，任加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系教授。,2006年來到北京參加了諾獎群英會,穆拉德,Ferid Murad，馬其頓后裔，美國第二代移民； 1936年出生在美國印第安那州；1958年，他在DePauw大學(xué)完成醫(yī)科預(yù)科學(xué)業(yè)與化學(xué)本科學(xué)業(yè)；1965年，獲得Case Western大學(xué)醫(yī)學(xué)和藥理學(xué)雙博士學(xué)位；1970-1981年，在弗吉尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)

6、院工作，任教授；1987年，成為得克薩斯－休斯頓大學(xué)的首位綜合生物及藥理學(xué)系主任；1997年美國國家科學(xué)院院士1998任美國國家醫(yī)學(xué)研究院院士2007年獲聘為中國科學(xué)院外籍院士,2006年也來到北京參加了諾獎群英會,得獎成就是:共同發(fā)現(xiàn)空氣中的污染源一氧化氮在人體循環(huán)系統(tǒng)中扮演信號的角色。諾貝爾委員會在頒獎詞中說，三人的這項研究結(jié)論“帶動全球各地眾多不同實驗室朝氣蓬勃的研究活動”。評審團(tuán)表示：“這是首度發(fā)現(xiàn)一種氣體可在人

7、體中成為信號分子?！?本章的主要內(nèi)容,1 什么是信號分子2 心血管病1）硝酸甘油的兩重性2）心臟病突發(fā)名人猝逝3）冠心病是一種最常見的心臟病3 硝酸甘油與平滑肌收縮和舒張的關(guān)系 1）佛契哥特（Robert F. Furchgott）的工作2）伊格納羅（Louis Ignarro）的工作3）穆拉德（Ferid Murad）的工作4 NO的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路5 研究成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,1 信號分子,指環(huán)境或生物體

8、內(nèi)的某些分子，用來在細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)傳遞信息，其功能是使細(xì)胞做出適應(yīng)性反應(yīng)。主要分為： “物理信號” “化學(xué)信號” “生物信號”,Dionaea muscipula (Venus' Flytrap),Mimosa pudica (Sensitive Plant).,Arabidopsis,物理信號：光、熱、電流、觸摸等,氣體信號分子： NO， CO NO是一種極不穩(wěn)定的生物自由基，分子

9、小，結(jié)構(gòu)簡單，常溫下為氣體，微溶于水，具有脂溶性，可快速透過生物膜擴散，生物半衰期只有3-5s。NO曾一直被看作是對生物有毒的簡單無機分子。,,1864年,諾貝爾以三硝酸丙三醇脂（硝化甘油）及硅藻士制造出安全炸藥。安全炸藥的工業(yè)化生產(chǎn)給諾貝爾帶來了榮譽和金錢，使他得意創(chuàng)立科學(xué)界的最高獎項---諾貝爾獎。 1897年,阿爾弗萊特?諾貝爾是因心臟病發(fā)作而去世。,2 心血管病硝化甘油的兩重性,心臟病突發(fā)名人猝逝,

10、拉瑟特是NBC于華盛頓的分社主任，也是NBC的高級副總裁，1991年起主持《Meet the Press》(《會晤新聞界》)節(jié)目。拉瑟特與妻兒早前一同到意大利旅游，以慶祝兒子大學(xué)畢業(yè)，他自己為了預(yù)先錄制節(jié)目而先行回國，未料在錄制節(jié)目期間突發(fā)心臟病死亡，終年58歲。,浙江衛(wèi)視當(dāng)紅新聞主播梁薇在出差上海期間心臟病突發(fā)，送醫(yī)后經(jīng)搶救無效，于2009年8月26日在上海病逝，年近28歲。,前國際奧委會主席薩馬蘭奇,2010年4月21日，中國人民

11、的老朋友、（國人親切稱他為“薩翁”），因冠心病不治逝世。,邁克爾·杰克遜　　2009年6月26日，美國昔日歌王邁克爾·杰克遜因心臟病突發(fā)去世，終年50歲。,2005年8月，著名小品演員高秀敏在長春家中去世，死因為突發(fā)性心臟病,享年46歲；,2006年12月，著名相聲藝術(shù)大師馬季在北京家中突發(fā)心臟病去世；,2007年6月23日，59歲的相聲大師侯耀文心臟病突發(fā)，猝然辭世……心臟病，,羅陽是殲－１５艦載機研制現(xiàn)場總指揮

12、、中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)（集團(tuán)）有限公司董事長、總經(jīng)理。,羅陽2012年11月25日12時48，執(zhí)行任務(wù)時，突發(fā)急性心肌梗死、心源性猝死，經(jīng)搶救無效，在工作崗位殉職，享年51歲。被評為感動中國2012年度人物。國務(wù)院決定追授羅陽同志“航空工業(yè)英模”榮譽稱號。中共中央總書記、中央軍委主席習(xí)近平11月26日做出重要指示，要求黨員學(xué)習(xí)羅陽優(yōu)秀品質(zhì)和可貴精神。,冠心?。╟oronary artery heart disease, CHD

13、）,是一種最常見的心臟病，是指因冠狀動脈狹窄、供血不足而引起的心肌機能障礙和(或)器質(zhì)性病變，故又稱缺血性心臟病(IHD)。,,世界衛(wèi)生組織對冠心病分類如下,（1）無癥狀性心肌缺血 　　（2）心絞痛 　　（3）心肌梗死 　?。?）缺血性心肌病 　?。?）猝死 請思考: 發(fā)病部位 發(fā)病原因 治療目標(biāo),心臟的外形和血管,冠狀動脈循環(huán)血管鑄型,,粥樣動脈硬化(atheroscle

14、rosis),3 硝酸甘油與平滑肌收縮和舒張的關(guān)系,1）佛契哥特（Robert F. Furchgott）：血管壁的“三明治”實驗?zāi)Ｐ妥C明血管內(nèi)皮細(xì)胞存在血管舒張因子（EDRF）；2）伊格納羅（Louis Ignarro）： 光譜分析確定了硝酸甘油釋放NO3）穆拉德（Ferid Murad）： 酶活實驗證明了EDRF-NO-cGMP 三者的關(guān)系,佛契哥特（ Furchgott ）,從小喜愛大自然，專情于自然史。他上高中時確立了想

15、當(dāng)科學(xué)家的理想。他對自己獲獎感到意外，非常謙虛地說：“一氧化氮被稱作是一種與生命息息相關(guān)的毒素。我覺得我所做的只是一種傳統(tǒng)的生命醫(yī)學(xué)研究?！?乙酰膽堿ACh究竟通過什么物質(zhì)引發(fā)血管舒張還是收縮（血管條總是縮短）？懸而未決了整整六年,意外的發(fā)現(xiàn),在1978 年 5 月 7 日，F(xiàn)urchgott的技術(shù)員 David Davidson，為圖簡便，并沒有按照實驗規(guī)

16、定步驟制備血管條，而制備的是主動脈環(huán)。結(jié)果他發(fā)現(xiàn)，ACh不但不使主動脈環(huán)收縮，反而卻誘發(fā)其舒張。此結(jié)果屢試不爽。切割血管條，一直是把血管內(nèi)膜面搭在指尖上進(jìn)行操作，常常造成血管壁的磨擦，摩擦？他以不同的方式摩擦血管環(huán)內(nèi)壁，再給予乙酰膽堿刺激，發(fā)現(xiàn)乙酰膽堿無法使血管產(chǎn)生舒張的反應(yīng)。佛契哥特進(jìn)一步采用組織染色的方法，無舒張血管條不含血管內(nèi)皮細(xì)胞，而舒張反應(yīng)的血管條則包含有血管內(nèi)皮細(xì)胞。 推論：血管內(nèi)皮細(xì)胞會釋放出某種因子，使血管平滑肌

17、舒張。,佛契哥特的三明治實驗,腎上腺素,內(nèi)皮細(xì)胞舒張因子,于1980年Furchgott完美的實驗成功地呈現(xiàn)：乙酰膽堿只有在內(nèi)皮細(xì)胞完整時才會擴張血管壁。是一種未知的信息傳導(dǎo)物質(zhì)而造成血管平滑肌肉放松。他命名這種信息傳導(dǎo)物質(zhì)為EDRF（endothelium-derived relaxing factor，內(nèi)皮細(xì)胞舒張因子）。論文的發(fā)表引起全球的EDRF研究熱。同時Furchgott 提出「乙酰膽堿引發(fā)由內(nèi)皮細(xì)

18、胞反應(yīng)的血管舒張現(xiàn)象」.即「三明治」實驗引領(lǐng)了后續(xù)科學(xué)家的研究.,穆拉德。,穆拉德出身貧寒，時常在父親開的小飯店做幫手。看到?jīng)]有文化的父母整天在餐館忙于生計，他從小就認(rèn)識到了知識的重要性。他不安現(xiàn)狀，認(rèn)真讀書，成了他們家庭的第一位大學(xué)生，并且早在12歲時就確立了做醫(yī)生的志向。穆拉德說：“30年來，我一直把諾貝爾獎作為追求目標(biāo)！”,穆拉德夫婦有四個女兒和一個兒子。在穆拉德早年為同時獲得醫(yī)學(xué)博士和哲學(xué)博士雙學(xué)位而刻苦讀書的那七年。為此，家境

19、平平的穆拉德課余要同時打兩份工，包括做超級市場的售貨員，以彌補整個家庭的生活費用。獲得醫(yī)學(xué)博士后，他曾擔(dān)任過一段時間的臨床醫(yī)生，后來因為感悟到“基礎(chǔ)科學(xué)能造福更多的人類”而鉆進(jìn)了實驗室。 穆拉德逐漸意識到，搞醫(yī)學(xué)研究可以給更多的人帶來幫助。他說“要喜歡你的工作，善于從中發(fā)現(xiàn)樂趣。如果你能解決一個從來沒有人能解答的問題，那是無與倫比的幸福。我喜歡作為第一發(fā)現(xiàn)者的美妙感覺?！?上個世紀(jì)，醫(yī)生們就已經(jīng)知道硝酸甘油這個有“小炸彈

20、”之稱的物質(zhì)，在治療心絞痛上的效用。不過在那時，醫(yī)生們忽視了這種物質(zhì)所起作用的全部機理。硝酸甘油為什么能夠成為心臟病人的“救命草”則困擾了科學(xué)界一百多年。,1977年，穆拉德從牛的動脈血管上取出一塊活體進(jìn)行檢驗，他把按一定比例混合的一氧化氮和氮的混合氣體注入這個活體上，當(dāng)混合氣體通過光滑的心肌時，心肌就放松了。如果從外部通過硝酸甘油提供一氧化氮，那么得到的結(jié)果也與上述情況完全相同。他確定硝酸甘油等有機硝酸酯必須代謝為一氧化氮后才能

21、發(fā)揮擴張血管的藥理作用。,費里德·穆拉德。,發(fā)現(xiàn)乙酰膽堿刺激胸主動脈血管環(huán)后所遺留之培養(yǎng)液(內(nèi)含EDRF—NO）活化平滑肌的鳥苷酸環(huán)化酶 （guanylate cyclase）, 進(jìn)而產(chǎn)生cGMP；后來進(jìn)一步測量,發(fā)覺NO的產(chǎn)生量與鳥苷酸環(huán)化酶活化量成正比；,Murad的酶活試驗,圖1 NO 通過刺激鳥苷酸環(huán)化酶誘導(dǎo)cGMP的合成，從而導(dǎo)致肌球蛋白的松弛。,,,圖2 乙酰膽堿刺激內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生NO，NO可以滲透進(jìn)入心肌細(xì)

22、胞，產(chǎn)生cGMP，激活心肌細(xì)胞，使其放松。,后來他將培養(yǎng)的兔胸主動脈血管條的內(nèi)皮細(xì)胞鋪附于微載體上，加“臺氏液”洗脫，檢測流出液中NO的含量（光譜分析），并將流出液與硝酸甘油的藥理作用做定量對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放的EDRF與NO在生物活性、半衰期等生物學(xué)特性上完全一致。,伊格納羅,伊格納羅與佛契哥特合作，進(jìn)行了一系列的EDRF藥理和化學(xué)本質(zhì)的實驗其結(jié)果與穆拉德的理論相符，因此他推測，EDRF就是NO。,Ignarro的光譜分

23、析,—應(yīng)用光譜學(xué)方法分析血紅蛋白，將EDRF鑒定為分子, EDRF與一氧化氮是完全一樣的。,分光光度測定法,血紅蛋白(黃色)與內(nèi)皮細(xì)胞混合后，刺激內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生EDRF(綠色)。,血紅蛋白(黃色)直接暴露于NO(綠色)，吸收曲線的變化是完全一樣的，這表明EDRF就是NO。,4 NO的信號傳導(dǎo)通路,一氧化氮合成酶（NOS）,血管神經(jīng)末梢釋放乙酰膽堿(acetylcholine, ACh)

24、 乙酰膽堿受體 ?Ca2+ 通道開放(Ca2+升高) ，與鈣調(diào)素結(jié)合 ? Niric oxide synthase, NOS ? L-

25、精氨酸 NO+ L瓜氨酸,?鳥苷酸環(huán)化酶(Guanylyl-cyclase,GC) ? GTP?cGMP合成增多 ?血管平滑肌細(xì)胞舒張，血管擴張、血流通暢,氣體信號NO的信號傳導(dǎo),血管內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cell),血管平滑肌細(xì)胞(smooth muscle cell),,一氧化氮作用的理論模式,部分NO分子通過內(nèi)

26、皮細(xì)胞層到達(dá)平滑肌細(xì)胞, 活化guanylyl cyclase酶.使GTP產(chǎn)生cyclic GMP ----cGMP。cGMP通過cGMP依賴的 PKG活化，再經(jīng)一系列反應(yīng)使肌纖維蛋白輕鏈去磷酸化并發(fā)生連鎖反應(yīng)（包括Ca2＋的回收）以鈍化肌球蛋白（myosin）。當(dāng)myosin鈍化后, 肌纖維停止收縮滑動，造成肌細(xì)胞放松, 血管便舒張.,肌肉收縮和舒張示意圖,relaxed,contracted,p377,肌球蛋白在肌纖維收縮和舒

27、張中的作用,電子顯微鏡照片,細(xì)絲去磷酸化,,1992年，NO被Science評為年度明星分子（molecule of the year）。同時Science以“Just Say NO”為封面，并以“NO News is Good News.”為題目發(fā)表專論，高度評價了NO的發(fā)現(xiàn)及其生物學(xué)作用。,5 研究成果轉(zhuǎn)為產(chǎn)品,受伊格納羅博士的影響，2006年12月，國際心腦血管疾病防治合作中心（CICT）正式宣布通過植物提純解決了“高密度脂蛋白

28、（HDL）”的合成難題、一氧化氮（NO）的合成難題、HDL和NO的吸收難題。陜西省科學(xué)院制藥廠將（CICT）的成果引入中國，并結(jié)合中國中醫(yī)藥的優(yōu)勢，成功研制出解決心腦血管疾病的“世衛(wèi)三?！?。為心腦血管疾病患者的康復(fù)帶來了福音。,,美國輝瑞(Pfizer)制藥公司研制出了新藥昔多芬,即“偉哥 (Viagra)” 藍(lán)色小藥丸——“偉哥”風(fēng)靡全球,利用的是 一氧化氮(Nitric Oxide)的原理。,康寶萊與ignarro（路易斯~

29、伊格納羅……偉哥之父）博士共同研發(fā)夜寧新（Niteworks）,一氧化氮是人體中對健康最重要的化學(xué)復(fù)合物之一。Niteworks（夜寧新）能用一下兩種方式促進(jìn)一氧化氮的作用：  1、L-精氨酸（L-Arginine）：神奇的Arginine是身體用來產(chǎn)生一氧化氮的氨基酸；  2、維生素C、E：能夠幫助一氧化氮在體內(nèi)的血液循環(huán)和延長其存積時間。,一氧化氮有利有弊,正如一塊硬幣有正反兩面一樣，如果一氧化氮生成過多

30、會造成炎癥，這就是一氧化氮是柄雙刃劍的效果。過多的NO反而會使正常細(xì)胞受到傷害.,佩爾松的研究發(fā)現(xiàn)巧克力預(yù)防心臟病,有研究表明，綠茶能夠抑制體液平衡和血壓調(diào)節(jié)中的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)。由于這種作用和活性物質(zhì)兒茶素及原花青素有關(guān)，所以我們現(xiàn)在準(zhǔn)備研究可可的作用?！?巧克力治療高血壓,佩爾松（Ingrid Persson）：“募集年齡在20-45歲之間的10名男性和6名女性都吃了75克含72%可可的無糖巧克力。采集了他們吃巧克力前

31、的血樣（CK），然后采集了他們吃巧克力半小時、1小時、3小時后的血樣以檢測血管緊張素轉(zhuǎn)化酶的變化。 從3個小時后采集的血樣可以看出，血管緊張素轉(zhuǎn)化酶活性明顯受到了限制，比食用可可之前平均降低了18%，可可的作用和抑制血管緊張素轉(zhuǎn)化酶的藥物作用相同，是治療高血壓的首選。,2010年《心血管藥理學(xué)期刊》（Journal of Cardiovascular Pharmacology）,為什么呢？,巧克力