印莉萍首都師范大學(xué)，生命科學(xué)學(xué)院：Email:yinlp@細(xì)胞信號(hào)傳遞--專題第一章、心血管系統(tǒng)中NO信號(hào)分子的發(fā)現(xiàn)和作用原理(1998)0417第二章、核糖體結(jié)構(gòu)和功能〔2021〕0424第三章、嗅覺受體和氣味傳遞系統(tǒng)(2004)0508第四章、細(xì)胞如何組織其轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)——“膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)〞〔2021〕0515諾貝爾獎(jiǎng)與生命科學(xué)科學(xué)家的科研經(jīng)歷和奮斗史，使大家能夠體會(huì)大師們的人生觀，開展觀，了解他們?cè)谌松缆飞先绾蚊鎸?duì)困難、面對(duì)選擇、面對(duì)榮辱。同時(shí)將生命科學(xué)最根本的，與人類聯(lián)系最緊密的知識(shí)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(hào)分子的發(fā)現(xiàn)和信號(hào)傳遞RobertFFurchgott,born1916

Dept.ofPharmacology,

SUNYHealthScienceCenter

NewYorkLouisJIgnarro,born1941

Dept.ofMolecularandMedicalPharmacology

UCLASchoolofMedicine

LosAngelesFeridMurad,born1936

Dept.ofIntegrativeBiology

PharmacologyandPhysiology

UniversityofTexasMedicalSchool,HoustonTheNobelPrizeinP/M1998佛契哥特〔RobertF.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(jí)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(kuò)張。伊格納羅

〔LouisIgnarro〕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1968年，他在美國國立衛(wèi)生研究院的化學(xué)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jiǎng)群英會(huì)穆拉德

FeridMurad，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CaseWestern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)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(jiǎng)群英會(huì)本章的主要內(nèi)容1什么是信號(hào)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〔RobertF.Furchgott〕的工作2〕伊格納羅〔LouisIgnarro〕的工作3〕穆拉德〔FeridMurad〕的工作4NO的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路5研究成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品1信號(hào)分子指環(huán)境或生物體內(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)性反響。主要分為：“物理信號(hào)〞“化學(xué)信號(hào)〞“生物信號(hào)〞

Dionaeamuscipula(Venus'Flytrap)Mimosapudica(SensitivePlant).Arabidopsis

物理信號(hào)：

光、熱、電流、觸摸等氣體信號(hào)分子：

NO，CO

NO是一種極不穩(wěn)定的生物自由基，分子小，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(kuò)散，生物半衰期只有3-5s。NO曾一直被看作是對(duì)生物有毒的簡單無機(jī)分子。2心血管病

硝化甘油的兩重性心臟病突發(fā)名人猝逝拉瑟特是NBC于華盛頓的分社主任，也是NBC的高級(jí)副總裁，1991年起主持?MeetthePress?(?會(huì)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2021年8月26日在上海病逝，年近28歲。前國際奧委會(huì)主席薩馬蘭奇2021年4月21日，中國人民的老朋友、〔國人親切稱他為“薩翁〞〕，因冠心病不治逝世。邁克爾·杰克遜2021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?yàn)橥话l(fā)性心臟病,享年46歲；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(jī)研制現(xiàn)場(chǎng)總指揮、中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)〔集團(tuán)〕董事長、總經(jīng)理。冠心病〔coronaryarteryheartdisease,CHD〕是一種最常見的心臟病，是指因冠狀動(dòng)脈狹窄、供血缺乏而引起的心肌機(jī)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(duì)冠心病分類如下〔1〕無病癥性心肌缺血〔2〕心絞痛〔3〕心肌梗死〔4〕缺血性心肌病〔5〕猝死

請(qǐng)思考:發(fā)病部位發(fā)病原因治療目標(biāo)心臟的外形和血管主動(dòng)脈從較高和較低的腔靜脈左心房右心房左心室右心室肺動(dòng)脈冠狀動(dòng)脈

冠狀動(dòng)脈循環(huán)血管鑄型粥樣動(dòng)脈硬化(atherosclerosis)3硝酸甘油與平滑肌收縮和舒張的關(guān)系1〕佛契哥特〔RobertF.Furchgott〕：血管壁的“三明治〞實(shí)驗(yàn)?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〔LouisIgnarro〕：光譜分析確定了硝酸甘油釋放NO3〕穆拉德〔FeridMurad〕：酶活實(shí)驗(yàn)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(shí)確立了想當(dāng)科學(xué)家的理想。他對(duì)自己獲獎(jiǎng)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)佛契哥特的三明治實(shí)驗(yàn)內(nèi)皮細(xì)胞平滑肌細(xì)胞壓力測(cè)量計(jì)腎上腺素內(nèi)皮細(xì)胞舒張因子

于1980年Furchgott完美的實(shí)驗(yàn)成功地呈現(xiàn)：乙酰膽堿只有在內(nèi)皮細(xì)胞完整時(shí)才會(huì)擴(kuò)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(shí)Furchgott提出「乙酰膽堿引發(fā)由內(nèi)皮細(xì)胞反響的血管舒張現(xiàn)象」.即「三明治」實(shí)驗(yàn)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(shí)常在父親開的小飯店做幫手?？吹?jīng)]有文化的父母整天在餐館忙于生計(jì)，他從小就認(rèn)識(shí)到了知識(shí)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(shí)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(jiǎng)作為追求目標(biāo)！〞穆拉德夫婦有四個(gè)女兒和一個(gè)兒子。在穆拉德早年為同時(shí)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，家境平平的穆拉德課余要同時(shí)打兩份工，包括做超級(jí)市場(chǎng)的售貨員，以彌補(bǔ)整個(gè)家庭的生活費(fèi)用。獲得醫(yī)學(xué)博士后，他曾擔(dān)任過一段時(shí)間的臨床醫(yī)生，后來因?yàn)楦形虻健案卓茖W(xué)能造福更多的人類〞而鉆進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室。穆拉德逐漸意識(shí)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(gè)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。〞1977年，穆拉德從牛的動(dòng)脈血管上取出一塊活體進(jìn)行檢驗(yàn)，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(gè)活體上，當(dāng)混合氣體通過光滑的心肌時(shí)，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(jī)硝酸酯必須代謝為一氧化氮后才能發(fā)揮擴(kuò)張血管的藥理作用。費(fèi)里德·穆拉德。發(fā)現(xiàn)乙酰膽堿刺激胸主動(dòng)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〔guanylatecyclase〕,進(jìn)而產(chǎn)生cGMP；后來進(jìn)一步測(cè)量,覺察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(yàn)圖1NO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)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(dòng)脈血管條的內(nèi)皮細(xì)胞鋪附于微載體上，加“臺(tái)氏液〞洗脫，檢測(cè)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比照。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(shí)驗(yàn)其結(jié)果與穆拉德的理論相符，因此他推測(cè)，EDRF就是NO。Ignarro的光譜分析—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(cè)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，這說明EDRF就是NO。4NO的信號(hào)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)

乙酰膽堿受體

Ca2+

通道開放(Ca2+升高)，與鈣調(diào)素結(jié)合

Niricoxidesynthase,NOS

L-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(kuò)張、血流通暢氣體信號(hào)NO的信號(hào)傳導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞(endothelialcell)血管平滑肌細(xì)胞(smoothmusclecell)一氧化氮作用的理論模式局部NO分子通過內(nèi)皮細(xì)胞層到達(dá)平滑肌細(xì)胞,活化guanylylcyclase酶.使GTP產(chǎn)生cyclicGMP----cGMP。cGMP通過cGMP依賴的PKG活化，再經(jīng)一系列反響使肌纖維蛋白輕鏈去磷酸化并發(fā)生連鎖反響〔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(dòng)，造成肌細(xì)胞放松,血管便舒張.

肌肉收縮和舒張示意圖relaxedcontractedp377肌球蛋白在肌纖維收縮和舒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(píng)為年度明星分子〔moleculeoftheyear〕。同時(shí)Science以“JustSayNO〞為封面，并以“NONewsisGoodNews.〞為題目發(fā)表專論，高度評(píng)價(jià)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〔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(shì)，成功研制出解決心腦血管疾病的“世衛(wèi)三保〞。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)行全球,利用的是一氧化氮(NitricOxide)的原理。康寶萊與ignarro〔路易斯~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(duì)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(shí)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會(huì)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(huì)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)防心臟病有研究說明，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〔IngridPersson〕：“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的血樣〔CK〕，然后采集了他