2014年4月2日 星期三

健康系統,一氧化氮可以幫助調控高血壓,心血管疾病,穆拉德-黃偉誠教授


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一氧化氮不須透過受體的中介進行訊息傳遞,它能獨來獨往,像遊魂般從細胞膜穿透過去,把訊息由中樞神經系統傳遞到深藏在細胞內的各種蛋白質。
十幾年前,一氧化氮(Nitric Oxide,化學式 NO )只不過是一種帶有毒性的分子,被世界各國的環保單位列在黑名單上,它常在大氣汙染或抽菸噴氣中出現,也是酸雨的來源之一。二十幾年前,醫學界學者作夢也沒有想到人體會製造這個氣體小分子,而且是細胞傳遞信息和指令的分子。
1980年代,科學家發現人體能從精氨酸(基本胺基酸之一)藉由一氧化氮合成酶製造一氧化氮。因為一氧化氮帶有不配對的電子,所以穩定性低,這種高活性的分子就在人體裡扮演了許多不同的角色:能殺菌滅毒而有免疫功能,也能穿越細胞薄膜以滲透方式傳遞信息等。1998年,傅齊高(Robert Furchgott)、伊格納洛一氧化氮的結構因一氧化氮的研究成果而獲頒1998年諾貝爾生理醫學獎的傅齊高、伊格納洛及姆拉德(由左至右)。(Louis J. Ignarro)和姆拉德(Ferid Murad)3位科學家因一氧化氮的研究成果而榮獲諾貝爾生理醫學獎。

先來說個有趣的故事。話說一百多年前,當時開山鑽洞的工程經常使用硝基甘油當火藥,但是硝基甘油非常不穩定,常常發生事故,於是諾貝爾就發明了用硝基甘油當火藥時的安全配方,因獨家製造而獲大利,為了回饋社會便設立了諾貝爾獎。諾貝爾晚年罹患心絞症,醫生要他服用硝基甘油,他曾向好友發牢騷:「這真是命運在作怪,我的醫生竟然要我口服硝基甘油。」諾貝爾當時拒絕服用硝基甘油,他說硝基甘油會引起頭痛,並不認為硝基甘油能減輕他心絞症的痛苦。
不過,硝基甘油能治心絞症是醫學界眾所周知的事實,只是當時無人明白它的藥理。這個謎一直到1977年才被揭開,那時候在史丹佛大學的姆拉德教授發現,人體的代謝過程會把硝基甘油分解成一氧化氮自由基,它能鬆弛平滑肌肉。他猜測這小氣體分子可能是調節細胞功能的重要分子,甚至會影響人體的內分泌,如激素。但是當時並沒有任何實驗能證明他的推測。一直到1980年,姆拉德的猜測才由傅齊高與伊格納洛用一系列的實驗加以證實。
他的結論是:血管之所以會鬆弛,是因為內皮層細胞會產生一種能傳遞訊息的分子,使得心臟血管的平滑肌鬆弛。一氧化氮的整個生理機制,端賴它的自由基活性和小氣體分子的特性,使得一氧化氮不需透過受體的中介就能傳遞訊息。它能獨來獨往,像遊魂般從細胞膜穿透過去,把訊息由中樞神經系統傳遞到深藏在細胞內的各種蛋白質,包括激素和酶。

1992年,科學家證實一氧化氮就是這個中樞神經系統訊息的傳遞者,而能進行記憶和學習的程序。一氧化氮能如此運作,完全是因為它是水溶性的小氣體分子,生存時間又短(幾秒鐘),所以能輕易擴散滲透過細胞薄膜,不像其他傳導物質須靠受體或有施放的限制,因而在神經訊息網中扮演相當重要的角色。

近代醫學的研究

一氧化氮更奇妙的神經傳導功能是可以激發"性"神經機能。1992年科學家正確無誤地證實了男人性機能與一氧化氮有關連。一氧化氮可以引起性興奮而使性無能者生殖器勃起,原因是局部神經從腦部接受到訊息而產生一氧化氮,而一氧化氮鬆弛陰莖海綿體螺旋動脈之後,血液就可以沖入而造成「充血」之舉。除了作用在性器官外,一氧化氮還能在肺部及胃腸上傳遞訊息。譬如在消化過程中,當胃腸開始做規律性的伸縮動作(分節運動),把食物輸送、經過胃部與腸道時,一氧化氮的任務就是引發鬆弛部門,達成輸送功能。
短短的二十幾年,科學家發現一氧化氮扮演多種角色,藥廠也研發出一氧化氮生理與相關疾病的療法,如心臟病、心血管疾病、性功能障礙、癌症腫瘤等。其中最受重視的是一氧化氮在免疫機制中所扮演的角色,在免疫系統中的一氧化氮是靠「誘發合成酶」的運轉,當有外物入侵時,免疫系統會活化巨噬細胞而產生一氧化氮,這是靠自由基的「毒」性,是「以毒攻毒」的原理。一氧化氮也會和氧自由基結合變成過氧亞硝基,毒性相當高,因此能殺死病毒、細胞。此外,它能和鐵硫蛋白結合,使病毒或細菌失去活性。
一個小小的氣體分子竟然有如此廣泛的生理功能,更妙的是,人體可以藉由合成酶從精氨酸製造一氧化氮,大出科學家的意料。因此一個突破的發現能打破傳統的看法,而可以大大地提升醫學科學的水準。近代醫學研究都以追蹤「分子」的生理機轉來探討病理,「自由基」的活性和生理功能是目前基礎醫學的一個重要課題。科學的進展使得許多以前無法了解的疑惑都能慢慢地獲得答案,但是也得依賴新的嘗試、新的創意,才能推動一個新的研究領域。

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