НОБЕЛЕВСКАЯ премия по физиологии и медицине за 1998 г. присуждена трем американским исследователям: Фериду Мьюрэду (Техасский университет в Хьюстоне), Роберту Фёрчготту (Университет штата Нью-Йорк) и Луису Игнарро (Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе) за установление функциональной роли оксида азота в работе сердечно-сосудистой системы.
Тем самым подведена первая черта под лавинообразным потоком публикаций, посвященных изучению функциональных свойств этого простейшего химического соединения.
Громадный интерес к биологии оксида азота позволил редакции журнала "Science" еще в 1992 г. провозгласить его молекулой года. За прошедшие годы установлено, что оксид азота непрерывно продуцируется ферментативным путем в организме животных и человека из аминокислоты аргинина и служит одним из универсальных регуляторов метаболизма. Оксид азота вызывает расслабление гладкой мускулатуры стенок кровеносных сосудов, подавляет агрегацию тромбоцитов и их адгезию. Он необходим и для нормальной работы центральной и вегетативной нервной системы. NO регулирует деятельность органов дыхания, желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы. Наряду с регуляторными функциями оксид азота проявляет и цитотоксическую (цитостатическую) активность как один из основных компонентов клеточного иммунитета. Образование этого агента иммунокомпетентными клетками обеспечивает защиту организма от бактериальных и злокачественных клеток. Весьма интересны данные об участии NO и в процессе апоптоза - запрограммированной смерти клеток.
Становлению проблемы оксида азота в биологии предшествовали внешне не связанные направления биологических исследований, результаты которых обеспечили бурное развитие этой области. Начнем с работ, выполненных нынешними нобелевскими лауреатами.
Ферид Мьюрэд (Ferid Murad) родился 14 сентября 1936 г. в штате Индиана (США). После окончания университета в г.Кливленде (штат Огайо) там же в 1965 г. получил степень доктора фармакологии. В 1971 - 1981 гг. возглавлял клинический исследовательский центр Университета штата Вирджиния, занимал должность профессора в нескольких американских университетах. В настоящее время - профессор отделения биологии, фармакологии и физиологии Техасского университета в Хьюстоне.
В середине 70-х годов Мьюрэд с сотрудниками установили, что оксид азота активизирует работу важнейшего внутриклеточного фермента - гуанилатциклазы, которая обеспечивает синтез одного из вторичных мессенджеров - циклического гуанозинмонофосфата. Тем самым впервые стало ясно, что NO, известный до того лишь как токсическое соединение, обладает положительным биологическим действием.
Луис Игнарро (Louis Ignarro) родился 31 мая 1941 г. в Бруклине (Нью-Йорк, США). В 1962 г. окончил Колумбийский университет, а в 1966 г. в Университете штата Миннесота получил докторскую степень по фармакологии. В 1979 - 1985 гг. - профессор отделения фармакологии Университета в Новом Орлеане, а с 1985 г. - профессор Университета в Лос-Анджелесе (Калифорния). В настоящее время - профессор отделения молекулярной и медицинской фармакологии Медицинской школы того же университета.
В конце 70 - начале 80-х годов группы Игнарро и Мьюрэда выяснили, что расслабляющее действие оксида азота на кровеносные сосуды и его способность тормозить агрегацию тромбоцитов связаны именно с активацией гуанилатциклазы. Этот результат позволил понять механизмы гипотензивного, спазмолитического, а также противотромбозного действия различных нитрозо- и нитросоединений, в частности нитроглицерина, способных продуцировать в организме животных и человека оксид азота. Значительную роль в становлении этих представлений сыграли работы групп Э.БЎме (Германия), Ф.Де Рубертиса (США) и В.Куковица (Австрия), проведенные в те же годы.
Роберт Фёрчготт (Robert Furchgott) родился 4 июня 1916 г. в г.Чарлстоне (штат Южная Каролина, США). В 1937 г. закончил Университет штата Северная Каролина как химик, а через три года получил докторскую степень по биохимии в Северо-Западном университете (США). С 1956 по 1988 г. был профессором отделения фармакологии в Университете штата Нью-Йорк. С 1988 г. - адъюнкт-профессор отделения фармакологии Университета Майами. В настоящее время - почетный профессор отделения фармакологии в Центре науки о здоровье при Университете штата Нью-Йорк.
Заслуга Р.Фёрчготта состоит в том, что он в 1980 г. открыл так называемый эндотелиальный фактор релаксации сосудов (ЭФР). Этот короткоживущий фактор выделялся из эндотелия изолированных кровеносных сосудов в ответ на введение в инкубационную среду биологически активных веществ, вызывая расслабление гладкой мускулатуры сосудов. В 1986 г. Р.Фёрчготт и Л.Игнарро, исходя из результатов сравнительного анализа способности ЭФР и NO расслаблять сосуды, а также факторов, влияющих на эту способность, первыми предположили, что активным началом ЭФР служит оксид азота. Химико-физиологические исследования, выполненные группой С.Монсада уже в следующем году, полностью подтвердили это предположение. Открытие эндотелиального фактора релаксации сосудов резко подняло интерес к биологической роли оксида азота и стимулировало поток исследований в этой области.
Уже в начале 80-х годов С.Танненбаум с сотрудниками (США) установили, что нитриты и нитраты синтезируются в организме животных и человека из эндогенных источников и этот процесс резко усиливается при воспалении. В результате окисления восстановленных форм азота в качестве промежуточного продукта может возникать оксид азота.
Затем, в середине 80-х годов, две группы американских исследователей (М.Марлетт с сотрудниками и Д.Гиббс с сотрудниками) независимо друг от друга обнаружили, что активированные макрофаги продуцируют оксид азота, причем эффективность его образования соответствовала цитотоксическому и цитостатическому действию этих клеток. Выяснилось, что NO сам по себе полностью имитирует действие активированных макрофагов на клетки-мишени. Именно Д.Гиббс в работах на макрофагах впервые продемонстрировал, что NO образуется в результате окисления иминогруппы в гуанидиновом остатке аргинина. Эта идентификация позволила использовать производные аргинина с заместителем по иминогруппе этого остатка в качестве ингибиторов ферментативного синтеза NO.
В конце 80-х годов Д.Гэртвэйт с сотрудниками (Великобритания), изучая ЭФР-подобную активность срезов ткани мозга, подтвердили, что она подавляется такими производными аргинина. Эти исследования подняли вопрос об участии эндогенно продуцируемого NO в работе центральной и вегетативной нервной системы.
В 1988 г. В.Мартин с сотрудниками (CША) обнаружили в препарате ретрактора пениса животных так называемый ингибиторный фактор. Он активировался при подкислении cреды, а при нейтральном значении рН расслаблял сосудистую и несосудистую гладкую мускулатуру пениса, вызывая тем самым его эрекцию. Активным началом этого фактора также оказался NO. Изучение этого феномена группой Л.Игнарро, несомненно, способствовало созданию знаменитой сейчас виагры, лекарственного средства против импотенции.
Интересно, что в 1965 - 1968 гг. А.Ванин и А.Cаприн в России, Б.Коммонер и В.Бреннан в США впервые показали, что в микроорганизмах и тканях животных образуются парамагнитные нитрозильные комплексы негемового и гемового железа, включающие оксид азота. Тем самым уже в 60-е годы было продемонстрировано появление в организме животных NO. Этот результат был получен при использовании в биологических исследованиях метода электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), открытого в России в 1944 г. Е.Завойским. Однако тогда полагали, что оксид азота, входящий в эти комплексы, образуется из экзогенных источников - нитритов, попадающих в организм с диетой или в результате жизнедеятельности микрофлоры кишечника.
В 1984 г. в нашем институте разработали метод прямого определения NO в организме животных с помощью избирательной ловушки комплексов двухвалентного железа с производными дитиокарбамата. При этом образуются соответствующие парамагнитные комплексы, которые регистрируются спектроскопией ЭПР. Этот метод позволил В.Варичу (Украина) и А.Ванину уже в 1987 г. продемонстрировать, как в организме животных оксид азота образуется из эндогенных источников. В настоящее время метод широко используется во всем мире для прямого определения NO в организме животных и клеточных культурах. Кроме того, на его основе была разработана методика томографической оценки распределения оксида азота в тканях животных in vivo и in vitro (Д.Звайер - США, Т.Йосимура - Япония). К началу 90-х годов стало ясно, что перечисленные направления исследований сводятся к одной проблеме - изучению биологической роли NO. Такое объединение - свидетельство универсального значения этого агента для биологических систем. Заслуга нобелевских лауреатов Ф.Мьюрэда, Р.Фёрчготта и Л.Игнарро состоит в том, что их основополагающие исследования обеспечили такое объединение, которое и привело к становлению новой области - биологии оксида азота.
В настоящее время в этой области работают сотни исследователей. Число публикаций достигает нескольких тысяч в год. Поскольку оксид азота имеет отношение почти ко всем метаболическим и физиологическим процессам, есть все основания полагать, что эти работы помогут решать не только фундаментальные билогические задачи, но и чисто прикладные, особенно медицинские. Особый интерес представляет способность оксида азота экспрессировать синтез ряда важнейших белков и ферментов как на уровне транскрипции, так и на уровне трансляции: это стресс-белки, ферритин, белки антиоксидантной защиты, белки рецепторов трансферрина, ядерный белок р53, ответственный за блокаду злокачественных новообразований, и др. Оксид азота может также влиять на активность многих белков и ферментов - гуанилатциклазы, рибонуклеотидредуктазы, компонентов дыхательной цепи митохондрий и гликолиза, фактора транскрипции NFkB, белков типа цитохрома Р450, белков ионных каналов и др. В этой связи чрезвычайно важно понять, в какой форме - связанной или свободной - оксид азота транспортируется в организме и в какой форме - нейтральной или ионизованной - он действует на биологические мишени. Решение этого вопроса необходимо для создания новых лекарств, способных имитировать биологическое действие NO.
Российская наука, истощенная политическими и экономическими реформами, стоит сейчас практически в стороне от этого мощного научного направления. Имеются лишь разрозненные группы специалистов, которые только благодаря энтузиазму и интересу к проблеме оксида азота в биологии, пытаются продолжать свои исследования. Однако без финансовой и общественной поддержки, без включения в это направление существенно большего числа специалистов из самых разных отраслей науки наша страна вряд ли преодолеет отставание от мировой науки в этой области знания.
А.Ф.Ванин,
доктор биологических наук
Институт химической физики им. Н.Н.Семенова РАН
Москва.
| 
