人体内的一氧化氮

在生活中，加工肉制品时，若加入硝酸盐和亚硝酸盐，它们就会生成NO并和肌红蛋白反应而成为鲜红色的一氧化氮肌红蛋白。但长期以来，在生命科学中，一氧化氮却一直没有引起人们的注意。20世纪80年代末，科学家发现，一氧化氮在各种生化过程中有着神奇的生理调节功能。对一氧化氮的研究，迅速发展成为一门目前最活跃的生命科学前沿领域。近年来的研究已表明，一氧化氮具有免疫调节、神经传递、血压生理调控和血小板凝聚的抑制等生理功能。

1991年，瑞典的伦德大学医院以安德森（Karl Erik Andersson）为首的一个研究小组发现：人体中的一氧化氮可以用来放松肌肉、杀死外来细菌、增强记忆力。它能够使血管壁上的肌肉放松，扩张血管平滑肌从而使血管舒张，因此可以减轻老年人的心绞痛发作。在这之前，一氧化氮都只被认为是一种环境污染物，人们从未想到过这一令人害怕的（在空气中会迅速地氧化为腐蚀性的、有毒的、红棕色的二氧化氮气体）分子会是人体新陈代谢的一部分，甚至直到有人提出这一发现后，它似乎还是令人难以置信，因为这种分子是一种具有高度活性的自由基，它含有一个自由电子。这种分子一般只能存在几分之一秒，一旦把它和另一种分子放在一起，就会立刻发生化学反应。

早在1859年，有一位化学家在做化学实验时，不慎吸入了亚硝酸戊酯，结果使他的脉搏和心脏剧烈搏动，脸部潮红。第一次世界大战期间，医生们又发现在军工厂里往弹壳中填放硝化甘油炸药的工人，往往血压很低，这一现象使医生们开始把硝化甘油当作一种扩张血管的药物。但这种被用作炸药的化学物质，究竟是怎么在人体内产生NO的，人们直至现在仍不清楚，科学家们一直在研究它发挥作用的机理。

现在已知NO的功能之一就是能杀灭人体不需要的细胞和细菌。当遭受细菌或突变的细胞入侵时，存在于血液里的一种小噬细胞能寻找到外来的微粒，并向这些外来微粒中注入足以使其死亡的NO。NO还与心脏病的病情有关，多年来医生们发现，接受了输血治疗的病人患心脏病的比例大幅上升（国外报道该比例可高达25%），有时甚至造成死亡，不良反应通常发生在输血后的一个月内，这种情况几乎发生在各类重症患者身上。美国杜克大学医学中心的专家们发表的研究报告说，在对血库中和健康捐赠者捐赠的血液进行26种分析后发现，血库的血液中一氧化氮的含量严重不足。原来一氧化氮负责帮助红血球将氧气输送到身体的组织中，并让细小的血管保持畅通。如果一氧化氮含量不足，就会造成不良反应导致心脏出问题。研究人员发现，血液在离开身体几小时后，一氧化氮会损失高达70%；等到42天后，也就是捐赠血液的使用有效期满时，一氧化氮几乎荡然无存。

1988年，英国利物浦大学的加思韦特（John Garthwaite）和他的同事们首先在大脑中发现了一氧化氮。他们发现，谷氨酸能刺激神经细胞释放一种化学物质，该物质后来被证明就是一氧化氮。1990年，美国约翰·霍普金斯大学的布雷德（David Bredt）和斯奈德（Salomon Snyder）首先从脑细胞内提取出了一份纯的活性蛋白质样品，命名为一氧化氮合酶，而且发现大脑中含有大量一氧化氮合酶。危险的一氧化氮气体怎么会出现在大脑内？原来，体内的一氧化氮含量非常之少，其活性的衰减也极其迅速，无法形成有毒性的二氧化氮。科学家发现，精氨酸是一氧化氮的前身，L-精氨酸在一氧化氮合酶的催化下释放一氧化氮和瓜胺酸（见图5-73），一氧化氮合酶存在于胰脏、肾上腺以及脑下垂体中。

图5-73　L-精氨酸在一氧化氮合酶的催化下释放一氧化氮和瓜胺酸

NO形成的过程是非常复杂的，人体内的细胞利用酶促反应就可以使精氨酸转化成气态的NO，这就是酶作用的神奇。科学家认为一氧化氮影响主要的激素释出反应，有诸多实验证据表明：胰岛素、生长激素、泌乳激素和儿茶酚胺的分泌异常，以及其他许多疾病，包括基因突变（癌变、动脉硬化等）和生物机体中毒等，可能都是一氧化氮的释放或调节的不正常而引起的。

美国斯坦福大学一个专题研究小组已经获得初步结论：精子头部的一氧化氮气体是导致受精卵分化发育的主导因素。他们详细描述了这个过程：在用海胆做受精实验时，过程开始前的几秒内，精子头部存在的一氧化氮合酶被激活，导致精子细胞大量产生一氧化氮气体，这些气体都集中在精子的头部。一旦精子到达卵细胞，一氧化氮气体便从精子头部喷射出来，并快速注入卵子，这就使得卵子内储存的钙在大约30秒钟后释放，钙的释放又反过来激活卵子内已经存在的一氧化氮合酶，使之释放出更多的一氧化氮。如此相互激活和促进，使整个卵子内钙的成分大量增加。钙的成分的大量增加表明细胞不断分裂，最终导致胚胎的形成，原始的小生命就这样神奇地产生。

1998年，三位美国科学家福尔荷格特（Robert F.Furchgott）、依格那罗（Louis J.Ignarro）和穆莱德（Ferid Murad）发现一氧化氮在心血管系统中可作为信号分子，因此他们获得了诺贝尔生理学和医学奖。他们发现人体自身细胞可以产生一氧化氮，该分子被证明具有细胞间信息传递的功能，并对从视觉过程到血管扩张等活动施加影响。这一发现同时阐明，人的高血压、心脏病和ED（男性性功能障碍症）都与血管内皮细胞产生一氧化氮不足有关，也因此从这一发现开始人们逐渐找到了治疗和缓解这些疾病的方法。

一氧化氮能够促进血液循环和防止动脉硬化。动脉内层称作内皮层，当内皮层中有足够的一氧化氮时，血管内皮将保持其平滑。动脉表面的一层细胞被称作内皮细胞。当一氧化氮存在的浓度达到适当数额的时候，内皮非常平滑和坚硬。当一氧化氮的浓度不够量的时候，细胞内皮就会变得有黏性。有了一氧化氮就可以软化血管，舒张血管平滑肌，避免血小板结成块堵塞血管，促进血液循环，调节血压，使血管通畅而血流容易通过。

由于发现一氧化氮有助于治疗ED，这就导致了伟哥的发明。1998年的三位诺贝尔奖获奖者没有直接参与制造伟哥，但对伟哥的发明奠定了理论和发现基础。穆莱德教授在得知人们称他为“伟哥之父”时很气愤地说：“伟哥之父是一个极其愚蠢无聊的称号，我很不喜欢。如果时光倒流，我宁愿自己从未导致这种药物的发明。”