ORVOSI NOBEL-DÍJ –1998

Igazi világszenzációt jutalmaztak az 1998. évi orvosi és élettani Nobel-díjjal, azt a felfedezést, hogy az eddig csak légszennyezõként ismert, a gépkocsik üzemanyagának elhasználódásakor, a nitrogén égésekor keletkezõ gáz, a nitrogén-monoxid (NO) az élõ szervezet fontos, funkcionális alkotó eleme, ingerületközvetítõ szignálja.

  A nitrogén-monoxidot az élõ szervezet különbözõ típusú sejtjei szintetizálják, ami a képzõdés helyérõl gyorsan a szomszédos sejtekhez áramlik, és ezzel számos élettani funkciót befolyásol. Kulcsszerepe van a szív mûködésében és az érrendszerben a vérnyomás és az egyes életfontosságú szervek vérellátottságának fõ szabályozójaként. Hatására az erek simaizomzata elernyed, az erekben a vérrögök képzõdése csökken. Fehérvérsejtekben termelõdve elöli a baktériumokat, szervátültetéseknél pedig a szervkilökõdés veszélyét csökkenti. A férfiimpotencia hatásos ellenszere.

Az 1998. évi orvosi és élettani Nobel-díjra érdemesített tudományos kutatómunka csupán néhány éves múltra tekint vissza. Amikor elõször publikálták a szakirodalomban azt a meglepõ kísérleti eredményt, hogy egy egyszerû gáz, a nitrogén-monoxid (NO) erõteljes, hatékony jelátvivõ (messenger, mediátor, transzmitter) molekulája az élõ szervezetnek, már akkor „az év molekulája” elismeréssel honorálták ezt az eredeti tudományos felfedezést.

  A CNN hírtelevízió 1998. október 12-én röpítette világgá az orvosi és élettani Nobel-díj odaítélésérõl szóló hírt, amely bizonyos körökben meglehetõs vihart kavart. A 7 600 000 svéd korona értékû (975 000 dollár) díjat ugyanis három egyenlõ részre osztották: Robert F. Furchgott, Louis J. Ignarro és Ferid Murad gyógyszerkutatók között, s nem kapott elismerést velük együtt Salvador Moncada (University College, London), akit a szakmai körök már jól ismertek a nitrogén-monoxiddal kapcsolatos alapvetõ felfedezései miatt. Õ mutatta ki elsõként ugyanis, hogy az élõ sejtek nitrogén-monoxidot szabadítanak fel.

  A Nobel-díj átadása után a tudományos élet számos prominens képviselõje Moncada védelmére kelt, mint például az 1982. évi Nobel-díjas John Vane is, aki hasonló jelentõségû felfedezésért, a prosztaglandinokért kapta e legnagyobb tudományos elismerést. Vane és Moncada együtt dolgozott a prosztaglandin-témában, de Moncada akkor is kimaradt a Nobel-díjból. Bár kétségtelen, hogy a Nobel-díj-bizottságot szigorú szabályok kötik, ugyanis maximálisan csak három részre lehet osztani a díjat, a tudományos közvélemény mégis megegyezett abban, hogy ez esetben kivételt kellett volna tenni.

  A történethez az is hozzátartozik, hogy már 1996-ban a Furchgottnak és Ignarronak odaítélt, a Nobel-díj „elõzetesének” tekintett „Albert Lasker Basic Medical Research Award” elnevezésû díj is indulatokat és tiltakozásokat váltott ki, mert Moncada ebbõl is kimaradt. Az 1962. évi kémiai Nobel-díjas Max Perutz kollégájával, Vane-nel együtt hibáztatta a Lasker-bizottságot, hogy az elismerésbõl kihagyták Moncadát, s ezzel a Nobel-díj-bizottságot is befolyásolták. Moncadát ugyanakkor munkájának elismeréséül az amerikai Nemzeti Tudományos Akadémia külsõ tagjai sorába választotta. Az indoklásban az szerepelt, hogy „felfedezte az emlõs érszövetnek azt a képességét, hogy L-argininbõl (a szervezet egyik jól ismert aminosava) nitrogén-monoxidot generál”.

  Mivel Moncada professzor Hondurasból származik, s az El Salvadori Egyetemen folytatta tanulmányait, kizárása különösen a spanyol tudományos világot rázta meg. A Spanyol Szívkutatók Társasága elhatározta, hogy tiltakozik a Nobel-díj-bizottságnál. A tiltakozás bejelentésére 1998. október 21-én (a Nobel-díj indoklása a Nature c. folyóirat 1998. október 15-ei számában jelent meg), a kardiológusok nemzeti kongresszusának nyitó ünnepségén került sor, Malagában. A sors iróniája, hogy a spanyol egészségügyi minisztérium éppen akkor szavazott meg a költségvetésében 2 600 000 dollárt egy olyan szív- és érbetegség-kutató központ létrehozására, amely elsõsorban a nitrogén-monoxid kutatásával foglalkozik.
 
 

1. ábra. Az erek falának szövettani felépítése

  Azt természetesen senki sem vitatja, hogy Furchgott alapozta meg a nitrogén-monoxid világsikerét azzal, hogy 1980-ban kimutatta egy akkor még ismeretlen, titokzatos szignálfaktor jelenlétét a vérerekben. Abból az egyszerû megfigyelésbõl indult ki, hogy az erekre ható gyógyszerek sokszor ellentmondó és nehezen értelmezhetõ hatásokat váltanak ki. Ugyanaz a szer egyszer az erek összehúzódását, máskor kitágulását okozza. Ezen a nyomvonalon elindulva részletesen tanulmányozni kezdte a véredények belsõ falát szegélyezõ ún. endotélium sejtjeinek mûködését (1. ábra). Az endotélium jelentõségét jelzi, hogy össztömege felnõtt emberben kb. ötszöröse a szív tömegének, és felszíne kb. hat teniszpálya nagyságának felel meg.

  Furchgott alapcikkében arról számolt be, hogy az acetilkolin összehúzza és elernyeszti az erek simaizomzatát, de elernyedés csak akkor jelentkezik, ha az endotélium ép, csak ekkor képes ugyanis felfogni akár a szervezet saját (endogén) jelátvivõ anyagaitól (mint pl. az acetilkolin), akár az idegen, kívülrõl bevitt anyagoktól (gyógyszerek) érkezõ olyan információkat, amelyek hatására az ér kitágul (Nature, 288, 373–376, 1980;). A szegélyezõ endotél sejtekbõl származó, ismeretlen, rövid élettartamú (5–30 s) értágító anyagot EDRF-nek (= endotélium derived relaxing factornak) nevezte el.

  Az izgalmas történet mozaikjai egy 1986-os konferencián álltak össze, amikor Furchgott és Ignarro, akik egymástól függetlenül dolgoztak, mindketten arra a következtetésre jutottak, hogy az EDRF nem más, mint nitrogén-monoxid. A felfedezés – hogy ez az igen kis molekulájú, néhány másodpercig élõ gáz, amelyet addig csak mint a nagyvárosi közlekedés riasztó következményeként jelentkezõ szmog részét ismertünk, szervezetünk fontos információhordozója – nagyon újszerûen hatott, és sokak szerint az ér élettanának és gyógyszertanának legizgalmasabb fejezetét nyitotta meg.

  Világméretû és igen eredményes kutatómunka indult el a bejelentés hatására. Az elmúlt tíz év alatt igazolták a felvetés helyességét: valóban a nitrogén-monoxid az a szignál, amely beindítja azt a biokémiai eseménysort, amelynek eredményeképpen az erek kitágulnak, s ezáltal a vérnyomás csökken, így a nitrogén-monoxid a vérnyomás szabályozásának egyik meghatározó eleme.

  Murad, a harmadik díjazott már 1977-ben, a másik két kutatótól függetlenül felfedezte, hogy a nálunk elsõsorban Nitromint néven ismert, szívpanaszok, fõleg az angina pectoris tüneti kezelésére alkalmazott nitroglicerin aktív bomlásterméke a nitrogén-monoxid. Nitroglicerin hatására tehát ez a gáz szabadul fel, s ezzel magyarázható a koszorúereket jótékonyan tágító terápiás hatás. Ezért könnyebbülnek meg percek alatt a betegek a nyelv alá helyezett fél milligrammos tablettáktól. Mulatságos, hogy Alfred Nobel, a dinamit felfedezõje – amelynek robbanóanyaga a nitroglicerin – visszautasította orvosának azt a javaslatát, hogy szedjen nitroglicerint szívmûködésének javítása céljából.
 
 

A nitrogén-monoxid a természetben oxigénbõl és nitrogénbõl képzõdhet, pl. villámláskor az atmoszférában, vagy kevésbé drámai körülmények között, enzimatikus segítséggel az emlõsök sejtjeiben és a primitív élõlényekben. Egészen az utóbbi idõkig csak annyit tudtunk, hogy az élõ szervezetekben a makrofág (faló) sejtekben a bakteriális vagy parazitafertõzés elleni védekezéskor nitrátion keletkezik, amelyrõl bebizonyosodott, hogy az a nitrogén-monoxid oxidációs terméke (1. táblázat).

  A NO tulajdonságai sokban hasonlítanak az O₂-éhez, különösen abban, hogy a NO nagy affinitással kapcsolódik a vérfesték hemoglobin vasához és más vas–kén csoportokhoz. Ez magyarázza, hogy a hemoglobin megkötni, inaktiválni képes a NO-ot.

  A nitrogén-monoxidra jellemzõ, hogy van egy páratlan elektronja a külsõ héjon, így ún. szabadgyökként funkcionál. A szabadgyökök különbözõ kémiai anyagok bomlása során keletkezõ, heves reakciókra képes, a sejtmembránnal, membránfehérjékkel reakcióba lépõ, sejtkárosító (citotoxikus) anyagok. Ilyen toxikus, reaktív oxigéngyök pl. a levegõ oxigénjének redukálása útján keletkezõ szuperoxid-anion, az O₂^–, amelybõl a közismert marószer, a hajszõkítõ hidrogén-peroxid (H₂O₂) keletkezik. Az ilyen reakcióképes anyagokat közömbösíteni tudják az ún. gyökfogók (scavenger). Ilyen gyökfogók pl. egyes vitaminok (C-vitamin, E-vitamin) vagy a reumagyógyszerek és egyes, az aszpirinhoz hasonló fájdalomcsillapítók.

  A nitrogén-monoxid szintézise az élõ szervezetben. Bár a nitrogén-monoxid szintézisét már 1790-ben leírta Joseph Priestly, az oxigén felfedezõje, a nitrogén-monoxid kutatása csak az elmúlt néhány évben vett igazán nagy lendületet. A NO (amelyet szoktak NO^· -nak is jelölni) szintézisében egy enzimcsalád vesz részt, amelyet közösen nitrogén-oxid-szintetáznak (NOS) neveznek. A NO képzõdését mutatja a 2. ábra az Largininbõl, citrullin keletkezésén keresztül.
 
 

2. ábra. A nitrogén-monoxid képzôdésének útja a szervezetben L-argininbôl NOS=NO-szintetáz; Fe=vas; GTP, CGMP=a hatásokat közvetítô ún. második hírvivô molekulák. L-NMMA (NG-monometil-L-arginin) NO-szintetáz-gátló	3. ábra. A nitrogén-monoxid-szintetizáló enzim (NOS) formái és tulajdonságai

  A nitrogén-oxid-szintetáz központi szerepet játszik a nitrogén-monoxid bioszintézisében. Alapvetõen kétféle formáját különböztetjük meg: az élettani körülmények között, kalcium hatására keletkezõ, a sejtek (elsõsorban az endotél és az idegrendszer) állandó enzimkészletében jelenlevõ konstitucionális formát, ill. az indukálható, a kóros körülmények, pl. fertõzõ baktériumok, gyulladásos (citokinek) vagy tumorokból felszabaduló szöveti anyagok hatásáraképzõdõ enzimet. A NOS-t szelektíven gátolni lehet bizonyos vegyületekkel, pl. L-NMMA-val (N^G-monometil-L-arginin). A kétféle NOS különbözik még pl. felszabadulásuk idõtartamában, a mellékvesekéreg-hormonok (szteroidok) iránti érzékenységben stb. (3. ábra).

  Számos vegyület viselkedik nitrogén-monoxid-donorként, azaz megfelelõ körülmények között képes a NO elõállítására, és így értágító hatású. A keletkezett NO reakcióképes, pl. szívesen kötõdik a vashoz, így a hemoglobinhoz is, jóval nagyobb mértékben, mint pl. a szintén gáz halmazállapotú szén-monoxid (CO). Az NO-ból oxidatív és reduktív folyamatok hatására számos oxidált N-vegyület keletkezhet (1. táblázat).
 
 

A nitrogén-monoxid inaktivációja. A nitrogén-monoxidot a hemoglobin és a szabadgyök szuperoxidok inaktiválják. Így a szuperoxid-anion szabadgyökfogója (scavenger), a szuperoxid-dizmutáz (SOD) védi a NO-ot is, fokozza hatékonyságát, növeli hatásának idõtartamát. A glutation, amely fontos kénhidrogén (SH)-csoportot hordozó vegyület a szervezetben, kölcsönhatásba léphet a nitrogén-monoxiddal (élettani körülmények között), és még stabilabb formává – S-nitroso-glutationná – alakítja. Ez a vegyület tartós nitrogén-monoxid-hordozóként funkcionálhat a szervezetben. Az ér glutation tartalmának csökkenését mutatták ki pl. cukorbetegségben és érelmeszesedésben. Ez a tény jól magyarázhatja a szív- és érrendszeri komplikációk fellépését e betegségekben. Az érszûkületek vagy más okok miatt bekövetkezõ keringési zavarok hatására a károsodott érfali sejtek szabadgyököket termelnek, így a nitrogén-monoxid-képzõdés csökken.

  A nitrogén-monoxid mint jelátvivõ anyag. Az élõ szervezet sejtjei kémiai közvetítõanyagok révén kommunikálnak egymással (transzmisszió). A központi és a perifériás idegrendszer (nem akaratlagos, vegetatív idegrendszer) sejtjei közötti információáramlás a neurokémiai transzmisszó. Régóta ismert, hogy az idegek elektromos ingerlése jellegzetes élettani hatásokat vált ki: pl. a szív mûködése gyorsul, lassul, vagy akár meg is állhat. Sokáig nem értették, hogy az elektromos jel (a szignál) hogyan terjed az idegsejttõl a végrehajtó sejtekig. Jelentõs felfedezés volt ezért, amikor elõször mutatták ki egy kémiai anyagról, hogy annak éppen olyan hatásai vannak, mint bizonyos idegek ingerlésének.

  Még csak 1904-et írtak, amikor egy cambridge-i professzor, Langley felfedezte az összefüggést az idegingerlés és bizonyos kémiai anyagok hatásai között. Rövidesen az is kiderült, hogy az idegingerlés hatására olyan kémiai anyagok szabadulnak fel, amelyek lehetõvé teszik az idegingerület tovaterjedését egyik sejtrõl a másikra. Késõbb ezeket az anyagokattranszmittereknek (mediátoroknak, ingerületátvivõ anyagoknak) nevezték el.
 

  Otto Loewi volt az, aki elméletben már kidolgozta a kémiai transzmisszió teóriáját, de egy ideig nem volt rá megfelelõ kísérletes bizonyítéka. Egészen addig, amíg egy éjszaka meg nem álmodta. Hajnali három óra volt, amikor felkelt, s megcsinálta híres kísérletét, amellyel megalapozta a modern, élettani alapokon nyugvó gyógyszerkutatást. A feltevés igazolása úgy történt, hogy a békaszívhez futó, annak mûködését lassító (paraszimpatikus) idegeket elektromosan ingerelte, majd a szervet körülvevõ folyadékot felfogta, és azt hozzáadta egy másik békaszívhez, amelynek mûködése az elektromos ingerléshez hasonlóan lelassult. Kezében tartotta tehát az ingerületátvitel anyagát, amelyrõl kiderült, hogy acetilkolin. Késõbb azonosították a más idegek ingerlésekor keletkezõ anyagokat is. Ettõl kezdve már nyitva állt az út olyan gyógyszerek felfedezése elõtt, amelyek az élõ sejt ingerületi folyamataiba adott pontokon, célzottan tudnak beavatkozni.

  A vegetatív idegrendszer mûködése két fõ irányzatot követ: lehet szimpatikus (adrenerg) és paraszimpatikus (kolinerg). A két rendszer mûködése, szerepe, kémiai ingerületátvivõi jól elkülönülnek. A noradrenalin a szimpatikus, ill. az acetilkolin a paraszimpatikus ingerületátvivõ anyag. Ez az akaratunktól függetlenül mûködõ ideghálózat a test minden részéhez eljuttatja az információkat. Alapvetõ funkciói: a simaizmok (pl. erek, húgyhólyag, belek, epehólyag) összehúzása és elernyesztése, a külsõ és belsõ elválasztású mirigyek (nyálmirigyek, hasnyálmirigy) mûködésének, valamint a szívmûködésnek a szabályozása, a szervezet saját anyagainak és egyes testidegen anyagok (gyógyszerek, mérgek) bontásának, ill. képzõdésének kontrollja.

  Az idegsejtek közötti információ-áramlás nélkül olyanok lennénk, mint egy „csöbör amõba”. A jelátvitel egyik idegsejtrõl a másikra egyirányúan történik, az ún. szinapszisban, amelynek lényege, hogy az ide érkezõ ingerület hatására felszabaduló ingerületátvivõ anyag, a transzmitter (T) a két idegsejt között elhelyezkedõ rést „áthidalva” az ingerületet továbbítja a következõ idegsejtre (4. ábra). Ezek az ingerületátvivõ anyagok az elsõ idegsejt végkészülékében (preszinaptikusan) kis hólyagocskákban raktározódnak, amelyek lefûzõdve „kiürítik” tartalmukat, majd a transzmitterek a következõ idegsejt membránján (posztszinaptikus membrán) elhelyezkedõ receptorokhoz kötõdve fejtik ki hatásukat.

  A transzmitterek általában ingerlésre szabadulnak föl, a hólyagocskákból az idegvégzõdésben, kalcium (Ca²⁺) hatására. Kivétel a nitrogén-monoxid és a prosztaglandinok (PG), amelyek diffúzióval jutnak át a sejtmembránon. Ezeknek az anyagoknak nincsenek raktárai, közvetlenül a sejtbõl szabadulnak fel, ahol szintetizálódtak. Amint a 4. ábrán látható, az argininbõl szintetizálódó NO, ill. a foszfolipidekbõl arachidonsavon keresztül keletkezõ prosztaglandinok közvetlenül lépnek ki az idegsejtmembránon keresztül. A hagyományos transzmitterek (T), pl. a noradrenalin, acetilkolin a raktárból lefûzõdéssel jutnak ki.

  A Nobel-díjas felfedezés mutatott rá, hogy a nitrogén-monoxid annak az univerzális ingerületátviteli mechanizmusnak a része, amely fontos szerepet játszik a sejtek életmûködéseinek regulációjában és a sejtek közötti kommunikációban.
 
 

4. ábra. A szinapszis. Az exocitózis (lefûzôdés) és a diffúzió szerepe a transzmitter felszabadulásban. T=transzmitter; NO=nitrogén-oxid; NOS=nitrogén-oxid-szintetáz; Arg=arginin aminosav; PL=foszfolipáz; PLAZ=foszfolipáz A2; AA=arachidonsav

5. ábra. Izolált érdarab összehúzódása és elernyedése. A) A fenilefrin összehúzza, az acetilkolin pedig ép endotélium esetén elernyeszti az ereket a hatására felszabaduló NO következtében. B) Károsodott endotél esetében az acetilkolin nem ernyeszti el az elôzôleg összehúzódott eret, miután az ér elvesztette azt a képességét, hogy NO-ot képezzen. C) Az érösszehúzó elôtt adott NO-szintézis-gátló (L-NMMA), vagy D) a vastartalmú vérfesték, a hemoglobin (NO-scavenger) gátolják az acetilkolin elernyesztô hatását.

  A perifériás idegrendszer. A perifériás idegrendszerben a szimpatikus (adrenerg) és paraszimpatikus (kolinerg) rendszeren kívül számos ún. non-adrenerg, non-kolinerg neuron (NANC) is ismeretes, különösen a gyomor-bélrendszerben. Feltehetõen ilyen idegek között közvetít a nitrogén-monoxid is ingerületátvivõ anyagként. Valószínûleg a pénisz erekciója is a NANC neuronokból felszabaduló NO-nak köszönhetõ. Számos kísérlet szolgáltat bizonyítékot arra, hogy a NO elõsegíti a hímvesszõ jelentõs érhálózatának (barlangos test) relaxációját, amely elõfeltétele az erekciónak. További bizonyíték, hogy a NOS-gátlók megakadályozzák az idegingerléssel kiváltott erekciót patkányon.

  Érhatások. A nitrogén-monoxid élettani szerepét a normális értónus fenntartásában az igazolja, hogy szintézisének gátlása (pl. L-NMMA-val vagy endotélsérülés következtében) vérnyomás-emelkedéshez vezet. Értágító hatását nem közvetlenül az erek simaizomzatán fejti ki, hanem közvetítõk, ún. másodlagos hírvivõk (messengerek) útján. A NO aktiválja a guanilcikláz enzimet, amelynek hatására ciklikus-guanin-monofoszfát (cGMP) képzõdik (2. ábra), ami végül is a simaizomzat ellazulását váltja ki. Értágító hatásán túl, a NO védi is az endotéliumot, mert megakadályozza, hogy a vérlemezkék és a fehérvérsejtek az ér belsõ falához tapadjanak. A NO-t felszabadító vegyületek, az ún. NO-donorok pedig védenek az ischemia (érelzáródás következtében fellépõ vértelenség) és az átáramlás újraindulásának (reperfúzió) hatására fellépõ endotél mûködési zavarai ellen. Ismert érösszehúzó anyagok – pl. adrenalin, fenilefrin, szerotonin – hatását gátolja az éren. Erre mutat példát az 5. ábra.

  Érdekes, hogy bizonyos, alapvetõen nem az erekre ható gyógyszerek, pl. egyes intravénás altatók vagy a szimpatikus idegrendszert gátló szerek is szabadítanak fel NO-t.

  A központi idegrendszer. A nitrogén-monoxid mint ingerületátvivõ anyag vagy modulátor más ingerületátvivõk hatásait módosíthatja, így sok folyamatban fontos szerepet játszhat. A látásban, a szaglásban, az emlékezésben, a migrénben, a kábítószerhez való hozzászokásban játszott szerepérõl már vannak adataink.

Folytatás