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思政映射点： 敢于质疑，严谨求实，科学精神，开拓创新
学科： 生理学
相关知识点： 血液循环，血管内皮生成的血管活性物质
素材简介： 本素材主要介绍美国药理学教授弗奇戈特面对技术员的一个“错误”，用接受“错误”的宽大胸怀，以严谨求实的态度重新审视自己多年的研究，最终成功解开“乙酰胆碱悖论”，发现血管内皮释放的舒血管物质 —— 一氧化氮（NO）的事迹。
罗伯特·弗奇戈特是一位美国的药理学教授，多年来一直致力于研究药物对血管平滑肌细胞的作用。自1951年开始，他以兔子的主动脉为研究对象，发现乙酰胆碱（ACh）等M受体激动剂在体外可引起血管平滑肌收缩，但在体实验则表明ACh引起了血管舒张，离体与在体实验结果背道而驰，成为当时困扰弗奇戈特的“乙酰胆碱悖论”。直到有一天，技术员的一个“错误”，成为打开悖论的“钥匙”。
1978年的一天，技术员像往常一样，体外使用ACh刺激血管平滑肌，结果平滑肌没有像他预料的那样出现收缩，而是开始舒张。看着这个意料之外的结果，技术员不免有些沮丧，当他向弗奇戈特汇报这一实验结果时，弗奇戈特非但没有责备，反而和他一起来到实验室，仔细检查实验记录。弗奇戈特注意到技术员因疏忽，没有按照实验程序制备血管条标本。以往的操作都是取下兔子的主动脉，套在研究人员的中指上，用外科剪刀沿指尖将主动脉剪成窄圈，中指不断退缩，直到动脉圈剪完。为了防止血管条卷曲，技术员通常把剪下的血管条内膜面朝下铺在过滤纸上，再切成长短不一的血管条，以备体外检测平滑肌对不同药物的反应。而这一次，技术员则是在主动脉套叠后，将内膜外翻，中指穿过血管外膜形成的孔壁，制作了血管环。
于是，他们认真比较两种不同方法制备的标本对M受体激动剂Carbachol的反应。结果意外地发现，按照以往的操作，手指在血管内膜上摩擦，损毁了血管内皮细胞，Carbachol引起了血管条收缩；而重复技术员的“疏忽”，保留主动脉的血管内皮细胞时，Carbachol则引起了血管舒张。弗奇戈特从中得到一条重要的线索——无意的内膜摩擦可能导致血管失去对ACh的舒张反应。紧接着，弗奇戈特进一步改进标本制备方法，小心地不触及血管内膜制备血管条，结果发现，这样制备的血管条对ACh具有良好的舒张反应。由此，“乙酰胆碱悖论”被打破。1979年，他们把这一发现发表在《血管》上。
但是，为什么血管内膜面的损伤会导致其失去对ACh的舒张反应呢？血管内皮细胞是否在平滑肌舒张中发挥了作用？通过改进组织染色方法，弗奇戈特发现了内皮细胞在舒张反应中的关键作用，明确提出血管内皮细胞与血管反应性有关。
接下来，一个新的问题又摆在弗奇戈特面前：为什么刺激内皮细胞可引起血管平滑肌舒张？弗奇戈特回忆道：“那天我刚醒来，一个漂亮的实验设计突然闯入我脑海。于是我到实验室立即按这一方案开始实验。”这就是弗奇戈特著名的“三明治”血管灌流模型。这个实验分别采用去除内皮的动脉条和保留完好内皮的动脉条，去尝试，同时使动脉条的平滑肌组织在两边，中间夹有一层内皮细胞。在给予ACh刺激后立即移除保留内皮的血管条，结果发现给予ACh可引起无内皮细胞的动脉条舒张。说明在ACh的作用下，内皮细胞产生了某种物质，该物质经扩散后作用于无内皮动脉条平滑肌，引起它的舒张。由此，弗奇戈特推断，血管内皮细胞释放了舒张血管的物质，他将其命名为内皮舒张因子（EDRF），并将结果发表在1980年的《自然》杂志上。
那么，EDRF究竟是一种怎样的物质呢？1977年，美国弗吉尼亚大学的穆拉教授发现硝酸甘油能在组织内代谢产生一氧化氮，一氧化氮激活鸟苷酸环化酶，进而产生cGMP，引起血管平滑肌舒张。他认为一氧化氮可能是一种对血流具有调节作用的信号分子。与此同时，加州大学药理学家依格那洛教授的研究工作也在紧锣密鼓地进行，他们用ACh刺激血管环后提取含有EDRF的培养液，观察该液体对鸟苷酸环化酶的活化作用，并检测液体中一氧化氮的水平。他们的结果和穆拉的不谋而合，含有EDRF的培养液可活化鸟苷酸环化酶，而且培养液中产生的一氧化氮与鸟苷酸环化酶的活化程度呈正相关。
1986年，弗奇戈特和依格那洛分别独立推断EDRF的化学本质就是一氧化氮。1987年，英国科学家蒙卡达通过实验证实，EDRF就是一氧化氮。至此，谜底终于揭开。在ACh或者其他刺激因素作用下，血管内皮细胞合成释放一氧化氮，通过扩散穿过内皮细胞膜进入血管平滑肌细胞内，作用于鸟苷酸环化酶，使其分解GTP产生cGMP，cGMP通过蛋白激酶PKG使肌凝蛋白轻链激酶磷酸化，抑制肌凝蛋白轻链激酶，减少肌凝蛋白与肌纤蛋白的交互作用，使平滑肌细胞松弛，血管舒张。
一氧化氮是人体内第一个被发现的气体信号分子。1992年，一氧化氮被《科学》杂志评为“年度明星分子”，该杂志高度评价了一氧化氮的发现及其生物学作用。1998年，弗奇戈特、穆拉及依格那洛因“发现一氧化氮在心血管系统中的信使分子作用”而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。
在实验过程中，出现“非预期性”结果在所难免。面对技术员因疏忽带来的“意外”，弗奇戈特以宽容的心态接受“错误”，以严谨求实的态度解锁“悖论”，以巧妙的设计大胆提出EDRF的存在，使人类在探索血管内皮功能的道路上少走了许多弯路，这是弗奇戈特最大的贡献。美国药理学教授弗奇戈特的事迹让我们明白，面对“错误”，要有接受“错误”的宽大胸怀，并抱着严谨求实的态度坚持科学研究。作为医学生，不仅要有严谨求实的科学精神，开拓创新的毅力，还要有敢于质疑的勇气。
［1］FURCHGOTT R F，ZAWADZKI J V．The obligatory role of endothelial cells in the relaxation of arterial smooth muscle by acetylcholine[J]．Nature，1980，288: 373-376．
［2］CULOTTA E，DE KOSHLAND J R．No news is good news[J]．Science 1992，258: 1862-1865.
［3］FURCHGOTT R F．Endothelium-derived relaxing factor: discovery，early studies，and identification as nitric oxide（Nobel Lecture）[J]．Angewandte Chemie International Edition，1999，38: 1870-1880．
（张文慧，基础医学院，解剖学与生理学系，副教授）