一氧化氮(NO)曾普遍被视为一种有毒有害气体,应尽可能远离。然而,后来的科学研究揭示它在生物体内发挥极为重要的生理作用,NO是首个被发现在动物体内起到气体信号分子作用的物质。这项开创性的工作是由美国药理学家斐里德·穆拉德通过实验阐明的,最初他意外发现了含氮物质能够激活特定的酶,进而揭开了硝酸甘油治疗心绞痛的机理——即一氧化氮分子介导的信号转导能够促使平滑肌舒张;同时进一步证实了内源性NO的存在。
提到一氧化氮(Nitric oxide,NO),大家第一印象是一种有毒气体和环境污染物,事实也的确如此,但这种看法忽视了它在人体中的重要作用。NO无色无味,于1779年由英国著名化学家约瑟夫·普利斯特里首先发现,后续研究中,NO都被看作大气污染物,是烟草、柴油和汽油等燃烧副产品,经机动车排放、工业排放和微生物释放等过程产生。
毒理学实验显示,吸入一定量NO可导致轻度呼吸急促和咳嗽,一段时间后出现支气管痉挛和肺水肿;吸入高浓度NO会造成烧伤、痉挛、喉咙组织肿胀、上呼吸道阻塞甚至死亡。
直到20世纪70年代,美国药理学家斐里德·穆拉德首先揭示了其有益的一面,并进一步发现它在体内还发挥着至关重要的生理功能,NO这个“百害而无一利”的标签才被去除。穆拉德也因此与他人共享了1998年的诺贝尔生理学或医学奖。
斐里德·穆拉德(Ferid Murad,1936.9.14—2023.9.4)一志存高远。1936年9月14日,穆拉德出生于美国印第安纳州怀廷市一个移民家庭。父亲来自阿尔巴尼亚,以经营小杂货店为生,因此经济条件有限,全家五口挤在一个不满50平米的小房间。父母辛苦劳作维持生计,每日工作很长时间,这为穆拉德带来很大影响,他从小就下定决心努力学习,以不再像父母这样辛劳。
高中毕业后,穆拉德面临一大抉择。
由于家庭难以承担高额学费,因此他需要寻找一所能够提供高额奖学金的大学。穆拉德最初决定考取免费的海军学院或西点军校,但这些学校不讲授医学课程,毕业后的四年兵役会耽搁医学深造。他最终选择迪堡大学(DePauw University)。迪堡大学是一所小型而优秀的文理大学,学校为穆拉德提供一份奖学金保障其完成学业,这里开设生物学和化学等医学相关课程,为他进一步医学深造提供了便利。
1957年,大四的穆拉德准备申请医学院,最初决定去位于圣路易斯的华盛顿大学医学院,随后两个人的建议让他彻底改变了主意。
一位是穆拉德大学期间选修科研时的导师福斯特·富勒,建议他考虑西储大学新开设的基础和临床联合七年制医学博士课程;另一位是挚友比尔·萨瑟兰的父亲厄尔·萨瑟兰,他是该课程的发起人和负责人,为穆拉德更详细地介绍了课程优点,包括免除学费外加每月2000美元津贴,诱人条件使穆拉德最终选择西储大学。
在穆拉德进入西储大学前,厄尔·萨瑟兰已取得一项重大发现。1957年,萨瑟兰和助手西奥多·拉尔研究肾上腺素促进糖原分解机制时发现,把肾上腺素添加到完整肝匀浆可促进糖原分解;然后将肝匀浆离心分离成上清液(细胞质部分)和沉淀(细胞膜部分)两部分后,仅将肾上腺素再次加入上清液中,未发现肝糖原分解明显增加,但重新加入沉淀后,糖原分解活性恢复,这一结果表明细胞膜是肾上腺素发挥生理活性所必备的。
1963年,萨瑟兰在尿液中发现一种和cAMP结构高度相似的小分子cGMP(环鸟苷酸),随后发现其广泛存在。萨瑟兰最初推测二者同样重要,但事实并非如此:用作研究的激素都通过cAMP介导反应,均不依赖cGMP,这便留下一个重要的未解之谜——cGMP的功能是什么?这一问题成为穆拉德将来的科研方向。
1965年,穆拉德获得博士学位后进入麻省总医院完成2年的实习工作,随后加入国立健康研究院从事三年多博士后工作。1970年,弗吉尼亚大学医学系新建一个临床药理部门,穆拉德加入并组建自己的科研小团队,开启独立研究。
选择一个合适研究方向是穆拉德首先需要解决的问题,当时可选cAMP和cGMP两种分子,二者虽然结构极为相似,境遇却大相径庭——一个大红大紫、一个默默无闻;一个风光正盛、一个少人问津。穆拉德不想随波逐流,他秉持“天生我才”理念,既然细胞可产生cGMP,那cGMP就应有独特作用,只是目前尚未发现而已。
1977年,穆拉德测试硝酸甘油,发现可增加血管平滑肌cGMP含量并引起肌肉松弛,原因在于它也可产生NO。这项研究有效解释了硝酸甘油等药物治疗心绞痛的药理机制,那就是生成NO生成后,由NO提升cGMP含量,从而实现平滑肌舒张。这一发现直接为新药研发指明方向。
20世纪50年代,纽约州立大学药理学家罗伯特·弗奇戈特研究血管扩张的原因,关注点是神经递质乙酰胆碱。
将乙酰胆碱注射到动物体内可引起血管扩张和血压下降现象,因此他推测乙酰胆碱可引起血管中肌细胞舒张,从而增加血管直径。弗奇戈特让学生用体外实验验证这一推测,他们制备出一系列血管条,然后使用乙酰胆碱处理;如果血管条变长则意味着肌细胞舒张,奇怪的是结果重复性极差,更多情况下出现血管条变短现象,和预期完全相反,对这一现象一直无法解释。
1986年,弗奇戈特和加州大学洛杉矶分校的路易斯·伊格纳罗在第四届舒张血管机制国际研讨会上同时报道这项发现,遗憾的是大多数人并不相信他们的结果。但随后越来越多的证据支持EDRF和NO二者的一致性,科学界逐渐接受了这一事实。
1988年,穆拉德加入雅培公司,担任副总裁,在随后的4年间开展新药研发和临床试验工作,大胆尝试一些疾病新疗法,遗憾的是未达自己预期而离职。1993年,穆拉德亲自成立一家生物技术公司,担任总裁兼首席执行官,在未能筹备到足够资金而自己的投入又花费殆尽的情况下,创业中道崩殂。
2023年9月4日,穆拉德在加利福尼亚州门洛帕克去世,享年86岁。