В основании мозга, над гипофизом, имеется некое образование, называемое гипоталамусом, который играет исключительно важную роль в регуляции функций организма. Это мост между нервной и гормональной системами. Еще в середине 50-х годов исследования Г. Хар-риса, М. Саффраиа и С. Мак-Кана показали, что гипоталамус регулирует функцию гипофиза, выделяя в кровь специальные вещества. Эти так называемые рилизинг-факторы стимулируют или ингибируют секрецию гипофизных гормонов, которые в свою очередь управляют корой надпочечников, половыми железами и щитовидной железой. Гормоны гипоталамуса выделяются в ничтожных количествах, и для их получения в чистом виде и исследования потребовалось 15 лет. В основном эта работа была выполнена Роже Гийменом в университете Бэйлора в Хьюстоне (шт. Техас) и Эндрю Виктором Шалли в Лаборатории эндокринологии в Нью-Орлеане (шт. Луизиана).
После длительных исследований выяснилось, что в гипоталамусе синтезируются вещества, состоящие из нескольких аминокислот. Исследование этих олигопептидов в конце 60-х — начале 70-х годов уже не было проблемой для биохимии, и вскоре их структуру удалось определить. Более того, были получены искусственные вещества, в. десятки раз биологически более активные, а также вещества, которые ингибировали деятельность гормонов гипоталамуса. Это открывало путь для вмешательства в тончайший механизм регуляции функций организма.
В 1960 г. Саломон Берсон и его ученица Розалин Сасмен Ялоу заложили основы радиоиммунологических методов изучения белковых гормонов. Сочетание иммунных реакций с методом меченых атомов позволило чрезвычайно повысить чувствительность химического анализа и изучать гормоны гипоталамуса, несмотря на то что их концентрация в сыворотке крови в десять миллионов раз меньше, чем концентрация других белковых веществ. Берсон умер в 1970 г., но его ассистентка продолжала исследования.
Успехи, достигнутые в изучении гормонов, особенно рилизинг-факторов, были поистине впечатляющи, и в 1977 г. Нобелевский комитет принял решение о присуждении Р. Гиймену, Э. Шалли и Р. Ялоу Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Еще в XIX в. физиологи исследовали различные гормоны и в конце концов выяснили в общих чертах механизм гормональной регуляции. Этот механизм включает в себя эндокринные железы, которые связаны с нервной системой и тканями. Было очевидным, что гормон должен каким-то образом вызвать определенные реакции в клетке и, изменяя их физиологию, достигать нужного эффекта. Однако оставалось неясным, как это происходит. В 1957 г. американский биохимик Эрл Уилбур Сазерленд открыл вещество, которое усиливало воздействие адреналина на ход реакции распада гликогена в экстракте печеночной ткани. Это неизвестное вещество сохраняло свою активность даже после нагревания раствора до температуры кипения, когда происходила денатурация белков. Очевидно, это было некое низкомолекулярное и термостойкое соединение. Примерно в то же время было открыто производное аденозинтрифосфата (АТФ) — циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). В нем фосфорная группа участвует в образовании кольца, придающего молекуле характерные свойства.
Открытие химиков побудило профессора Сазерленда предпринять вместе со своими сотрудниками обширные эксперименты в Вашингтонском университете. Его группа установила, что образование цАМФ — обязательный этап регуляции ряда процессов в клетке. Оказалось, что именно это вещество служит посредником между средой организма и внутренностью клетки, приводя к преобразованию гормонального сигнала в конкретную ферментативную реакцию. В клеточной мембране Сазерленд обнаружил специфические ферменты из группы так называемых аденилатциклаз. Каждая из них присуща соответствующему гормону. Молекула гормона стимулирует деятельность фермента, который в свою очередь превращает АТФ и цАМФ. Последнее движется внутри клетки, оказывая самое разнообразное воздействие на. ее деятельность, например регулирует мышечное сокращение, синтез ДНК, клеточную секрецию и т. д. Из этого широкого спектра функций реализуется, в сущности, только часть, причем эта специфичность определяется аденилатциклазами, каждая из которых реагирует на определенный гормон. Оказывает влияние и специализация самой клетки. Так, мышечное волокно сокращается, клетка железы осуществляет секрецию и т. д.
Открытие Сазерленда перекинуло мост между физиологией и цитологией. Возникло новое направление в исследовании конкретных механизмов регуляции — от уровня организма до клеточного и молекулярного уровней. Оказалось, что полученные данные имеют большое значение для медицины, так как позволяют выявить взаимосвязь ряда заболеваний с нарушениями в ферментативном комплексе, который осуществляет синтез и разложение цАМФ.
Эрл Сазерленд, положивший начало этому новому направлению в науке, был удостоен в 1971 г. Нобелевской премии по физиологии и медицине за исследования механизма действия гормонов.
Большие успехи в молекулярной биологии не должны создавать впечатление, что с гормонами теперь полная ясность. Известны вещества, функции которых до конца не выяснены, и, кроме того, еще далеко не все гормоны открыты. В этом отношении особенно показателен пример с простагландинами.
В 1936 г. известный шведский ученый Ульф фон Эйлер обнаружил в семенной жидкости человека новый тип биомолекул. Считая, что они выделяются предстательной железой, он назвал их простагландинами. В дальнейшем выяснилось, что их источником являются семенные каналы, но название уже утвердилось. Этими соединениями заинтересовался молодой шведский биохимик Суне Бергстрём. Он приступил к исследованиям и в 50-е годы в числе других ученых определил структуру простагландинов. Оказалось, что это производные арахидоновой кислоты, которая является одним из незаменимых веществ в пище. Используя метод меченых атомов, в начале 60-х годов Бергстрём вместе со своим молодым сотрудником Бенгтом Самуэльссоном путем синтезирования простагландинов получили окончательные доказательства.
Удачно используя хроматографию, Бергстрём выделил различные простагландины. В дальнейшем Самуэльссон, продолжив работу, показал механизм их действия. Простагландины были открыты во всех тканях и клетках животных организмов, в связи с чем в обиход вошел термин «тканевые гормоны». Характер их действия оказался довольно-таки разнообразным. Простагландины вызывают сокращение гладкой мускулатуры и участвуют в регулировании кровяного давления, в работе дыхательной системы, некоторых желез внутренней секреции, в свертывании крови, а также влияют на процесс беременности. Последнее обстоятельство создало возможность для использования простагландинов в качестве противозачаточного средства, их детальные исследования значительно расширили возможности клиницистов в борьбе с различными заболеваниями.
Среди ученых, занимавшихся исследованием простагландинов, был и английский биохимик Джон Вейн. Он пришел к их изучению в поисках механизма лечебного действия аспирина и других подобных веществ. Ацетилсалициловая кислота, известная под торговым названием «аспирин», производится как лекарство с 1876 г. и лишь спустя 95 лет Джон Вейн выяснил механизм действия этого универсального лекарства. Оказалось, что аспирин блокирует синтез ряда вредно действующих на организм простагландинов, чем и объясняется его антивоспалительное действие. В связи с большой распространенностью простагландинов в организме человека аспирин оказался универсальным средством, способствующим улучшению физиологического состояния организма.
Проводившиеся в течение почти 50 лет исследования простагландинов привлекли наконец внимание экспертов из Каролинского института, которые присудили в 1982 г. Нобелевскую премию по физиологии и медицине своим коллегам по институту С. Бергстрёму и Б. Самуэльссону. Награду с ними разделил Дж. Вейн из Британского медицинского фонда Веллкам. В последнее десятилетие на основе тканевых гормонов были созданы медикаменты для облегчения родов и лечения тромбозов, артритов, гипертонии, язвы и многих других болезней. С простагландинами специалисты связывают надежды на дальнейшие успехи медицины.