一氧化氮及诱导型一氧化氮合酶的研究进展

1、         08-05-24 10:31:00     作者：廖润玲，杨斌    编辑：studa20【摘要】  一氧化氮（Nitric Oxide，NO）是一个普遍存在的第二信使，具有广泛的生理病理作用，其在呼吸、消化、循环、免疫、神经等全身多系统的生理、病理生理及有关临床疾病中起着重要作用。由于其独特的理化性质和生物学活性，使得对于NO的研究主要集中在其合成的关键酶一氧化氮合酶（NOS）上，特别是对于诱导型一氧化氮合

2、酶（iNOS）的研究更是成为近年的研究热点。本文将对NO及iNOS作用机制、调节及在部分临床疾病中的作用研究作一综述。 【关键词】  一氧化氮； 诱导型一氧化氮合酶   1980年Furchgott等1发现血管内皮细胞能合成和分泌血管内皮舒张因子（EDRF），1987年Palmer等2证实EDRF的化学本质为NO。大量研究表明，NO在心血管、免疫、神经、消化等系统中具有重要的调节作用。一氧化氮合酶（NOS）是NO合成的催化酶，由于NO具有广泛而重要的生理和病理学功能，使得NO，NOS的研究已经成为现今生命科学研究的热点之一。1  NO的产生及生物特性&#

3、160;   NO是一种气体自由基，分子中有一未配对电子，可形成自由基，和其它分子如氧分子、超氧自由基，或过渡金属（如与haemoproteins血红蛋白结合的铁）反应3。在体内极不稳定，是一短寿分子，半衰期仅为35 s。NO具有脂溶性，可以快速透过生物膜扩散，在体内迅速被血红蛋白、氧自由基或氢醌等灭活。    NO由一氧化氮合酶（NOS）催化L-精氨酸与氧分子经多步氧化还原反应生成。不同类型的细胞中，存在不同类型的NOS，通过不同的信号转导机制产生NO。NOS是NO合成过程中的关键酶，由于NO性质活泼，半衰期短，因此许多关于NO的研究都集中在

4、NOS的研究上。现已知NOS有3种类型，可以广义的将其分为两种，即构成型一氧化氮合酶（cNOS）和细胞因子诱导型（i NOS或NOS2）。cNOS包括内皮组织（eNOS或NOS3）和神经系统（nNOS或NOS1）。它们在组织分布、调节方式、生物活性和NO产生量方面都有区别。cNOS主要分布在内皮组织（eNOS）和神经系统（nNOS），主要负责基础NO的合成，调节各种生理功能。它们依赖Ca2+的存在，当细胞内Ca2+浓度升高时被激活。cNOS合成小量的、短期的NO，引起NO浓度的快速增加，而当Ca2+浓度减小时，NO量迅速下降，形成一个博动性的NO释放，这是生理调节所必须的NO。eNOS是膜结合

5、型的，在血管紧张度控制和血小板凝集中有一定的作用，nNOS是细胞溶质的，发挥神经递质作用，在人的骨骼肌里已经发现了它的mRNA。i NOS在多种细胞中均有表达，iNOS不仅在免疫反应细胞如巨噬细胞和中性粒细胞中表达，而且在多种哺乳动物细胞，包括成纤维细胞、角质化细胞、内皮和血管平滑肌细胞，以及非哺乳动物，包括昆虫和植物中均有表达4。iNOS是非Ca2+依赖型，其激活不需要Ca2+浓度升高。iNOS在静息细胞内是不表达的，当细胞受到细胞因子或免疫微生物刺激，如革兰氏阴性杆菌的脂多糖LPS强烈诱导，iNOS催化合成非生理浓度的大量NO，产生一系列病理作用。2  NO的生理病理作用

6、0;   NO是一个普遍存在的影响多种生理病理过程的信号分子，其存在于多种细胞中，如巨噬细胞、肝细胞、肌细胞、内皮细胞等。NO主要具有免疫调节、神经传递、血压生理调控和抑制血小板凝聚等生理功能。    在许多组织中，尽管其真正的释放量目前尚难于检测，但已确知会释放出不同浓度的NO，且浓度的变化与机体生理机能紧密相关。免疫功能、血流量、血小板凝集反应、神经传递和记忆等内环境稳定作用都普遍伴随有低水平的NO。而过多的NO通常伴随有炎症和免疫紊乱、疼痛、神经疾病、动脉粥样硬化和癌症等5。不同类型NOS催化合成的NO也会产生不同的生理病理作用，构成型N

7、OS产生小量的NO（皮摩尔级），参与信号传递，产生生理效应，而细胞因子或内毒素刺激细胞释放的大量的NO（纳摩尔级），是由诱导亚型的NOS合成的，介导免疫系统的细胞毒和细胞生长抑制。尽管NO维持黏膜的血管舒张和血管通透性，但是过多的NO也可直接引起细胞毒性作用，与过氧化物一起导致过氧化，从而引起组织损伤6。3  NO,NOS作用机制    NO在体内主要参与以下3个反应7：激活鸟苷酸环化酶,发挥信号传导功能。NOc GMP信号通路广泛存在于人类和动物的多种组织和细胞中，它代表一种新的细胞间信息传递和细胞功能调节的信号传导系统8。NO可激活sGC，使细胞内c

8、GMP增加，启动一系列蛋白磷酸化反应，从而发挥不同的生理功能。与红细胞中的血红蛋白结合生成亚硝酸血红蛋白而失去活性。扩散对于NO的局部调节作用非常重要，而且是其生物半衰期的决定因素，NO极易与血管腔中红细胞的氧合血红蛋白结合而被灭活，使其在血管腔中形成一个极陡的扩散梯度，发挥局部调节作用8。与超氧阴离子反应，产生毒性很强的过氧化亚硝酸。NO极易与O2反应不可逆地生成ONOO，病理条件下NO是体内产生的唯一能与SOD竞争O2的生物分子，当细胞同时产生大量的NO和O2时，生成有毒的强氧化剂ONOO，ONOO是NO的主要毒性作用形式9。    三种亚型的NOS都是二聚体

9、型的，一个硫醇盐协调的亚铁血红素环，一个四氢生物喋呤（H4B）辅助因子和一个L-精氨酸（L-Arg）/N-羟精氨酸底物结合部位组成NOS的催化中心。NOS二聚体的每一个亚基均包含两个区域：一个结合FMN，FAD和NADPH的还原区和一个含有亚铁血红素和四氢生物喋呤的氧化区。电子从还原区转移到氧化区是酶活性所必需的，由钙-钙调蛋白复合物调节。当钙钙调蛋白复合物存在时，电子从一个亚基的NADPH通过FMN和FAD传递到另一个亚基的氧化区10。4   NO，NOS的调节    NO调节是一个复杂而紧密的过程。当细胞受到细胞因子或免疫微生物刺激时，iN

10、OS催化产生大量NO，细胞内NO含量的变化受底物利用度、iNOS蛋白酶活性、表达水平和或其它构成亚型NOS酶活性影响。最近的研究显示，NO通过调节NFB水平产生一个自动调整作用。在低浓度NO时，NFB水平上升，上调iNOS表达，相反，在高浓度NO时，NFB水平和DNA结合活性被抑制，减少iNOS转录。显示了NO浓度依赖双重性，及自身表达NO的紧密的自身调节11。    iNOS的调节主要是在转录和转录后水平，调节iNOS表达的转录因子包括：NFB、激活蛋白1、信号转导蛋白和转录激活子1、干扰素调节蛋白1、核因子白介素6和高活力簇1(Y)蛋白等。不同的上游信号途径增

11、强或抑制iNOS表达，还依赖于刺激和细胞的类型5。NF-B/Rel家族的转录因子是iNOS基因的主要转录调节器，也是免疫和炎症的主要调节因子。在包括缺失分析和结合序列的选择性碱基突变的研究显示在大鼠iNOS启动子的-85至-76和-971至-962有两个B位点，对于iNOS基因的细胞因子诱导能力是关键的，LPS完全诱导的iNOS基因表达，这些B位点必须与蛋白结合。在-942至-934（13）和-879至-871（10）存在两个IFN激活位点，对于iNOS基因响应细胞因子和脂多糖刺激是重要的12，13。5  细胞因子与NO合成    目前的研究结果表明，IFN，TNF，IL1，IL2，IL6，NFB和AP1，GMCSF等可诱导iNOS表达14，15，促进NO合成。而IL4，IL8，IL10，IL13，巨噬细胞灭活因子，表皮生长因子(EGF)，转化生长因子(TGF)等均可抑制NO合成16，17。这些因子可单独影响NO合成，也可以协同作用，单独作用时对NO合成的影响不明显，与LPS合用或几种细胞因子协同作用时产生明显作用。它们通过影响iNO