领受机遇的垂青

王睛川　刘广芬

科学研究既要立足于严谨客观的方法学，又要识别偶然出现的有价值现象并展开紧追不舍的跟进探索。大量导致创新发现的研究案例证明对机遇做有心人的重要性。善于利用科学研究中的机遇，与科学工作者的精神品质有关。

立足于实验观察的生理学和基础医学，以人体生命过程的正常及病理运行机制为对象，务求揭示其中本来的规律，探讨治疗疾病之有效途径。毫无疑问，观察的客观性和推断的逻辑性是研究工作的方法学基石。可是要在广阔的研究天地里找准重大发现的线索与时机，离不开及时识别偶然碰到的有价值现象，并做跟进探索。换言之，就是要善于利用科研中的机遇。最近英美的科学史文献从社会学中引入一个新词serendipity，专指科研中带来惊喜的意外发现，足见学术界对此类现象之重视。该词由18世纪英国作家华尔浦尔（H.Walpole）所创，取自波斯童话“三位锡兰王子”，Serendip（锡兰）即斯里兰卡旧称。据说三位王子因善于利用机缘，见微知著，而获得许多意外的新发现与好结果。华尔浦尔把锡兰王子的故事概念化，用serendipity一词表示善于抓住机遇的行为。

徐志摩有一首诗《偶然》，开头两句说：“我是天空里的一片云，偶尔投影在你的波心。”机遇这片云到底会投影到我们心底什么样的涟漪上，是触动意料之外的发现，还是在我们不经意中“转瞬间消灭了踪影”，要看各人的思想准备状态。巴斯德曾言：“在观察领域中，机遇只偏爱有准备的头脑。”其理至明。记得读过美国作家霍桑（N.Hawthorne）的短篇小说《戴维，斯万》，这个主人公小伙子斯万，午后沉睡在溪边草地上，有寡妇、牧师、无儿女的富商夫妇、少女以及强盗从他身旁经过，打了各种各样的主意，但又都走开了。酣睡中的斯万感知不到机遇，好的坏的都躲过了。当然，科学工作者不能沉睡在实验室里，而应像小伙子追求心仪姑娘那样去追求对科学真理的发现，乃至不避艰险。进一步说，机遇在科研中只起提供机会的作用，必须有科学工作者去认知它并且抓住不放。陶渊明《桃花源记》：“忽逢桃花林……渔人甚异之。复前行，欲穷其林。林尽水源，便得一山。山有小口，仿佛若有光。便舍船，从口人。初极狭，才通人。复行数十步，豁然开朗。”看到了桃花林而且“甚异之”，这是个契机，但要是舍不得“舍船从口入”，也就不会发现这么个世外桃源了。若想摘取科学发现的硕果，识别机遇的见识是重要的，不懈追寻的毅力则更为重要。

内皮细胞松弛物质：操作失误带来机遇

美国药理学家弗奇戈特（R.F.Furchgott）早年就开始研究乙酰胆碱对血管平滑肌的作用。为延长血管的长度以提高机械描画血管收缩的敏感度，他创造了一种“离体血管螺旋条标本”实验方法。在1953年的博士论文中，他描述了如何用此方法发现乙酰胆碱和组织胺对离体血管标本之收缩作用，这跟当时公认它们具有整体舒张作用的见解正好相反。不过他坚持认为自己的实验重复性良好，观察无误，并在1955年发表的《血管平滑肌药理学》综述中提出一个假设来自圆其说：情况和肾上腺素能神经纤维具有α和β两种受体一样，血管平滑肌上也同时存在着运动性的和抑制性的两种胆碱能受体。此观点在当时已是无人敢说“不”的权威理论。他将有关现象称作“乙酰胆碱悖论”，成为一种持续长达20年之久无法解释的现象。

想不到助手戴维森（D.Davidson）的一次操作失误，给弗奇戈特提供了解开谜团的机遇。1978年5月5日，弗奇戈特拟好一个实验设计要戴维森去执行。据弗奇戈特的设计，要在离体血管条上，先用去甲肾上腺素检查反应性，随后用营养液洗掉去甲肾上腺素，加入卡巴胆碱，观察收缩效应。戴维森用较容易制备的血管环进行实验，且在实验中忘记了冲洗这一步骤。结果血管不是收缩而是舒张。戴维森立即向弗奇戈特报告了结果。他们起初以为，这可能是由于实验中未进行冲洗，去甲肾上腺索还在起作用造成的。然而他们一起重复了实验，依然出现舒张反应。弗奇戈特敏感地怀疑到血管制备上有问题，立即采用螺旋条血管标本重复实验，得到了一条重要线索：不经意中发生的血管内膜摩擦，可能导致血管发生上述反应变化。他们重新检查了用过去方法制备血管条的过程，发现都损伤了血管内膜。另一方面，用有意保护内膜而制备的血管条做实验，也出现舒张反应。这就初步解开了“乙酰胆碱悖论”之谜，提示血管内皮细胞可能起重要的作用。

于是他们把血管内皮细胞列入研究重点，进行了一系列探索。为证明乙酰胆碱的舒张效应是由某种物质介导，弗奇戈特把实验分四步：①把正常的血管作用与机械损伤内膜的血管作用相比较；②把正常的血管作用与用胶原酶损伤的血管作用相比较：③让一个去内皮的环走血管标本（跟管壁平滑肌走向一致）与一个保持内膜的纵走血管条（跟管壁平滑肌走向垂直）内膜面相贴，放在同一水浴槽中，观察对药物的反应，而此种实验设计就是著名的“三明治血管灌流制备”；④对正常血管环分别通入O₂和N₂气体，比较其反应。通过以上巧妙而不复杂的实验证明了一个事实：乙酰胆碱对于内膜受到损伤的血管，引起的是收缩；而对于内皮完整的纵走血管，则引起舒张反应。由此他们猜想，这可能是因为血管内皮细胞释放一种扩张血管的物质，扩散到内皮已损伤的血管条上所致。弗奇戈特把这种从组织中释放的物质称为内皮细胞松弛物质（EDRS），以后他的学生建议把EDRS改称为血管内膜舒张因子（EDRF）。弗奇戈特名的缩写为RF，这样正好一语双关，以纪念他的贡献。他们的研究成果发表在《自然》（Nature）周刊上。

在发现EDRF思路的启发下，药理学家对血管内皮细胞的功能多样性提高了认识。其后，瓦努特（P.M.Vanhoutte）实验室提出内皮收缩因子（EDCF）的存在，博尔顿（T.B.Bolton）提出内皮超极化因子（EDHF）。1988年，日本学者柳泽正史（S.Yanagisawa）等人发现了内皮素（ET）。血管内皮研究领域一时新星争相辉映，并出现了“内皮生物学”这一新兴学科，《内皮生物学杂志》亦应运而生。

递质一氧化氮：好思路引领新发现

提出EDRF存在的设想也变成了一个新的机遇，为发现递质一氧化氮（No）和提出NO递质的新理论打下基础。

在弗奇戈特和许多其他人对EDRF的本质继续进行研究之际，美国加州大学洛杉矶分校药理系的伊格纳罗（L.J.Ignarro）发现，EDRF在药理学特性上与硝基类扩血管物质的作用机理相似，都是通过上调血管平滑肌细胞内的环磷酸鸟苷（cGMP）途径来扩张血管。1986年夏季，弗奇戈特和伊格纳罗都参加了美国实验生物学会在明尼苏达州罗切斯特举行的一次研讨会。在会上他们各自拿出证据，证明EDRF就是NO。参加会议的蒙卡达（S.Moncada）受到启发，设计了一个巧妙的实验：将培养的血管内皮细胞铺附于微载体上，然后装柱，用克雷布斯液（Krebs液）洗脱，用去内皮细胞的兔胸主动脉条来检测在不同时间上流出液的生物活性，同时用化学发光法检测流出液中的NO含量，并将流出液与硝酸甘油的药理作用进行定量对比。结果发现，由缓激肽诱导的血管内皮所释放的EDRF，不仅与NO在生物活性、半衰期等生物学特性上完全一致，还可被同样的药物阻断剂或激动剂所抑制或增强。

至此，众多的研究汇聚到了一个焦点即硝基类活性物质上。得克萨斯大学医学院的临床药理学家穆拉德（F.Murad）多年来一直独立从事对硝酸甘油扩血管作用的研究，早在1977年就发现，硝基酯类药物及外源性NO均可使cGMP增高。穆拉德及其同事甚至提出，硝基酯类药物可能通过形成NO或某种活性物质，升高细胞内的cGMP，进而使血管扩张并抑制血小板。他们的一系列研究结果首先提示EDRF和NO的生物学性质相似。EDRF能够激活鸟苷酸环化酶，引起血管平滑肌中cGMP水平升高，产生内皮依赖性血管舒张效应。该过程可以被亚甲基蓝、氧基血红蛋白和氧基肌红蛋白抑制，这些特点与NO引起血管舒张的过程相同。其次，利用灌流生物鉴定法证明，EDRF和NO的化学性质十分相似。例如，EDRF性质不稳定，半衰期大约是3～5秒，可以被超氧阴离子灭活，超氧化物歧化酶能使EDRF的半衰期延长到30秒。最后证明，EDRF和NO激活鸟苷酸环化酶的过程都具有亚铁血红蛋白依赖性。EDRF跟血红蛋白相互作用之前，血红蛋白的最大吸收峰在433纳米；EDRF跟血红蛋白相互作用以后，血红蛋白的最大吸收峰位移到406纳米处。NO和血红蛋白反应时同样会出现上述变化。

气体分子可以在生物体内发挥信号传递作用，这一发现开辟了医学研究的一个全新领域。NO是由细胞内的L-精氨酸经一氧化氮合酶（NOS）作用而生成。NO在不同的器官、不同的生理或病理状态下，可发挥或利或害的双重作用。在生理状态下，L-精氨酸经细胞内原生型NOS（cNOS）途径生成低浓度NO，发挥信号传递、维持血管张力等的生理作用；在病理条件下，通过激活诱生型NOS（iNOS）持续产生大量的NO，由此途径生成的NO往往表现为细胞毒作用。以往所知的生物信息分子通常为蛋白质及多肽等大分子或结构复杂的单胺类物质，而NO仅由氮和氧两个原子组成，分子量小于100，是迄今发现的体内最小、最轻、最简单的信息传递分子。此外，在作用方式上，传统的生物信号分子都是与细胞膜上或细胞内的特异受体结合，经细胞内特定信号转导途径引起细胞功能的变化，而NO在体内是通过广泛的化学/自由基反应发挥生物效应的。1991年美国约翰，霍普金斯大学的神经药理学家布雷特（D.S.Bredt）等人进一步在脑组织中克隆出NOS，从而全面揭示了生物体内的L-精氨酸-NOS-NO系统。另外，几十种NO工具药被研制开发出来，“伟哥”等基于NO机理用以治疗阳痿的药物迅速走向市场并取得巨效。

1992年NO被《科学》（Sciertce）周刊评选为“年度分子”，同期的《科学》以醒目的“就说NO”为封面，用英王詹姆士一世留下来的那句谚语“NO消息便是好消息”为题发表专论，高度评价了NO的发现及其生物学意义。NO既表示一氧化氮，也是英语中的否定词（无、不），用此双关语也暗含了对权威敢于说“不”。1998年，弗奇戈特与伊格纳罗和穆拉德同享诺贝尔生理学或医学奖。血液凝固因子与血液凝固瀑布学说：

突破“四因子理论”

凝血是一个复杂的生化过程，涉及多种凝血因子和调控蛋白质。在20世纪初，施密恃（A.Schmidt）、哈马斯滕（O.Hammarsten）和莫拉维茨（P.Morawitz）等人发现了凝血酶原、纤维蛋白原、钙离子和凝血活酶四个因子。当时学术界认为这个问题已经解决，形成了无人敢怀疑的经典理论。该理论统治学术界近50年时间。英国的麦克法兰（R.G.Macfarlane）是一个对血友病很感兴趣的临床医生，他对此病的治疗束手无策。他最先对这个经典理论提出怀疑：为什么血友病患者上述四个因子都正常，却出血不止？1934年，生理学家哈特里奇（H.Hartridge）向他建议试用蛇毒，因为有些蛇毒能使血液凝固。麦克法兰遂与动物园爬行动物管理员巴尼特（B.Barnett）博士合作，从20种毒蛇中采集毒液进行试验，发现圆斑蝰（Vipera russellii）蛇毒有最强的促凝血作用，在1：10000的稀释下，能使血友病患者的血液在]7秒内凝固，其促凝作用比凝血酶约强1000倍，在1：10000000稀释下还有作用。以后，威康公司

（Burroughs Wellcome&Company，葛兰素史克公司前身之一）将蝰蛇毒开发为外用止血药，叫做斯提普文（stypven）。

麦克法兰一直在思考一个问题，为什么圆斑蝰蛇毒对血友病患者能够止血？他与威康公司生理研究室的特里文（J.W.Trevan）合作进行实验。蝰蛇毒的作用不需要钙，对纤维蛋白原无影响，作用也不像凝血酶，而有些类似于凝血活酶。有一天晚上他们比较了蛇毒和脑凝血活酶（脑乳液）的凝血作用，蛇毒凝血时间是15秒，脑乳液是30秒。特里文提出试把两个成分混在一起看看。麦克法兰最初认为一个作用弱而一个作用强，混在一起的凝血时间应在两者之间。但结果出人意料，凝血时间是5秒，比两者单独应用都快。麦克法兰接着对脑乳液进行分离，发现能增强蛇毒作用的是脂质部分，并想到卵磷脂与脑有关，结果证明加入卵磷脂同样有效。如用离心机或用溶媒去除正常血浆中的脂质，蛇毒即无凝血作用，因此当时的结论是，蛇毒-卵磷脂复合物即相当于凝血活酶，并推想组织凝血活酶可能就是一种含有水溶性蛇毒样酶和脂质辅因子的混合物。

临床上经常需要测定凝血酶原时间，以诊断是否存在凝血酶原的生成障碍。当时有一步法和两步法两种测定方法被先后推出，都以“四因子理论”为基础。一步法是在含有适当量钙和纤维蛋白原的血液中，加入过量的组织凝血活酶，凝血时间即取决于凝血酶原的浓度。用一步法只是简单测定开始速度，可受凝血酶原以外其他因素的影响。两步法是先把血浆样品中的所有凝血酶原转变为凝血酶，使凝血活酶反应完全，然后加入标准纤维蛋白原溶液，以测定凝血酶含量，理论上是测定其总量。两种方法测定的结果常与临床表现不符，且彼此差异很大。不一致的结果提示，应该还有其他凝血因子在凝血过程中发挥作用。率先做出突破的是1947年挪威的奥夫伦（P.A.Owren）。他发现有一位出血性素质的病人，其凝血酶原时间用一步法测定显示为延长，按理应是凝血酶缺乏，可是奥夫伦在体外加入少量已用吸附方法除去凝血酶原的正常人血浆即能纠正之，提示正常人血浆里必定有四因子以外的新因子存在，奥夫伦笼笼统统地将其称为第五因子（FV）。但用FV还是无法解释临床上的所有问题。禁区既然被打破，人们于是用同样思路竞相寻找并宣布发现新的因子。

麦克法兰把抽出的血液放人玻璃瓶中，观察不加凝血活酶的凝固情况，发现了在与异物接触时被激活的FXII，这导致许多其他凝血因子的发现，呈现出一条凝血内径路。常有数个实验室发现一个相同因子而采用不同名称，以后用罗马数字进行统一编号，总共有13个因子。终于弄清楚血液凝固是一种连续激活的酶反应过程。这些因子中有许多是丝氨酸蛋白酶。它们平时是以无活性的前酶形式存在于血液循环中，被激活后才具活性。对激活后的因子在其后加一个a表示，如FXa。事实表明，凝血过程有两条激活径路。在血液与外物或胶原等接触时由FⅫ启动的凝血，依序激活FⅪ、FⅨ、FⅤⅢ，称为接触激活径路，也称内径路；由损伤组织的组织因子（FⅢ）和FⅦ启动的凝血，称为组织因子激活径路，也称外径路。两者随后都要激活FX而进入共同径路，即由FXa激活凝血酶原（FⅡ），再由FⅡa激活纤维蛋白原（FⅠ），形成纤维蛋白而凝血。钙离子（FⅣ）和磷脂为激活提供条件。A型血友病是由于缺乏FⅤⅢI所致，B型血友病是由于缺乏FIX所致。经用抗蛇毒血清分析，圆斑蝰蛇毒之所以能给血友病人止血，就在于激活FX。

美国的拉特诺夫（O.D.Ratnoff）、戴维（E.W.Davie）和马利特（D.L.Mallett）等人通过大量工作也发现了一些内径路因子，并发现FXII能被某种表面吸附而激活FXI，继而激活FIX，认定它们也是以瀑布方式连续激活的。这两组学者于1964年几乎同时分别在《科学》和《自然》上发表这一重要理论，都称之为血液凝固的瀑布学说，各提出一张血凝瀑布图，基本见解相同。从此血液凝固理论进入了一个崭新的时代。向创新发现敞开情怀

美国著名生理学家坎农（W.B.Cannon）曾对科学工作者提出：要有好奇心，有富于想象的洞察力，有判断力，彻底诚实，有敏锐的观察力，有很好的记忆力，有耐力，有广博的知识，有谦逊的态度，等等。这应该就是对巴斯德所说“有准备的头脑”很好的诠释。但是要做出创新性的发现，还需要一些忘我和献身的精神。

科研创新与灵感

俗话说“眉头一皱，计上心来”，可能就是灵感要出现了。作家靠灵感写下不朽名著，科学家的灵感来自知识的累积和全身心的投入。俄国著名诗人普希金说得好：“灵感是在不断工作之中产生的。”科学家通过抓住电光石火般稍纵即逝的灵感而做出伟大发现的故事，可以说是不胜枚举了，像阿基米德在坐浴时悟到浮力定理，凯库勒梦蛇发现苯环结构，勒维梦到证明递质作用的蛙心灌流实验方案，这些故事至少在生理学和基础医学的研究者中应该说是耳熟能详。能产生这样改写科学史的灵感，其实有赖于科学家不断的探索积累、对于课题朝思暮想的追求，正如《诗经，周南，关雎》中所说的“窈窕淑女，寤寐求之”，从而“能以精诚致魂魄”。说到底，灵感也还是机遇对“有准备的头脑”的一种偏爱。

愈挫愈奋的成败观 科学工作者要经得起成功与失败、顺利与挫折的考验，能够甘于寂寞。一个实验失败了。结果不理想，要冷静分析，说不定机遇就会来了。成功了，则更要冷静。科学上一些不实事求是甚至弄虚作假的东西，往往是由于初步成功并获得一些荣誉之后没有勇气自我纠正错误造成的。相比之下，挫折倒能鞭策人，使人发奋图强。中国历史上许许多多传诵千秋的诗文名篇是“不得志之作”：仲尼厄而作《春秋》；屈原放逐，乃赋《离骚》；左丘失明，厥有《国语》；孙子膑脚，兵法修列。有志的科学工作者同样会从挫折中得到砥砺。每个人的聪明才智相差并不大，能否做出较大成就，取决于有没有百折不挠的上进心，以及会不会寻找和抓住机遇，并且探究到底。

鞠躬尽瘁的价值观 人生在世固然要求得温饱，但是科学家更企望不虚度此生和发现自然奥秘的精神满足。科学家每获得一项新发现，其快乐是无可比拟的。19世纪生物学家华莱士（A.R.Wallace）在发现一个新蝴蝶品种时这样描写自己的心情：“只有一个博物学者才能理解我最终捕获这只新蝴蝶时体会到的强烈兴奋感情。我的心狂跳不已，热血冲到头部，有一种要晕倒的感觉，甚至担心马上就要死了。那天我头痛一整天，一件在大多数人看来不足为奇的事竟使我兴奋到极点。”事实上，探明自然的每一个未知之点都是人类进步的标志，而这份幸运降临到了作为发现者的科学家头上，当然会使他兴奋不已的。巴斯德说，当你终于确实明白了某个事物时，你感到的快乐是人类所能感到的一种最大快乐。孔子曰“学而时习之不亦说乎”，认为教育212作是很大的乐趣；孟子以“得天下英才而教育之”作为“君子三乐”之一。

有些科学家还为科研事业献出了自己宝贵的生命。美国就有四位著名的两栖爬行动物专家为研究毒蛇而被蛇咬死，他们是：怀莉（Crace Olivc Wiley，女，1883—1948）、史弥特（Karl Patterson Sehmidt，1890—1957）、尚农（Frederek Alberr Schannon，1921—1965）和斯洛温斯基（Joseph Bruno Slowinski，1962—2001）。其中最可歌可泣的是史弥特，他是美国鱼类和两栖爬行动物学会主席。1957年他在芝加哥菲尔德博物馆自己的实验室里为林肯公园动物园主任珀金（M.Perkins）送来的一条非洲树蛇的幼蛇做鉴定时不慎被咬伤。他因为低估了该蛇的毒性，不加任何处置，不幸于咬伤后28小时不治身亡。在临死之前他自知无救，就把中毒症状一一记录下来。事后他的夫人找到了他写下的三页记录，其中按时间顺序记录了所发生的中毒症状，留下了他一生中的最后一项贡献。科学事业的进步，就是通过广大科学工作者不断辛勤奉献，有时乃至付出生命代价而取得的。

关键词：科学研究 机遇 偶然性 内皮细胞松弛因子 血液凝固瀑布学说