一氧化氮人类生物学的新英雄

一氧化氮：人类生物学的新英雄

NO简介一氧化氮

化学式NO，分子量30，氮的化合价为+2。无色气体，难溶于水。NO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,或过渡金属反应。在体内极不稳定,半衰期仅为3～5s。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。

在我们的印象中，NO是一种大气污染物,是吸烟,汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体,可破坏臭氧层导致酸雨,甚至致癌,它还曾作为化学毒剂应用于战争.

但诺贝尔获得者路易斯·伊格纳罗，罗伯特·弗奇戈特和穆拉德他们的开创性的呈现一氧化氮的好的一面。并由他们成果，使我们认识到：NO是机体内一种作用广泛而性质独特的信号分子,在神经细胞间的信息交流与传递,血压恒定的维持,免疫系统的宿主防御反应中等方面,都起着十分重要的作用,并参与机体多种疾病的发生和发展过程.

1998NobelM&P获奖人简介弗奇戈特RobertF.Furchgott美国布鲁克林南方卫生科学中心伊格纳罗LouisJ.Ignarro美国加利福尼亚大学洛杉矶分校医学院慕拉德Ferid

Murad美国得克萨斯大学卫生科学中心

NO是体内重要信号分子的发现过程

穆拉德（FeridMurad）的发现穆拉德研究cGMP（环磷酸鸟苷）。设法从cGMP产物中分离出一种与之类似的蛋白质——可溶性鸟苷酸环化酶

（GC）。意外证实NO可活化GC和松弛平滑肌。操作发现：

1、为检测这种分离出来的GC，加入一些化学物质，除去某些可能影响cGMP产物的杂蛋白，发现有些物质能活化GC，使GC生产出更多cGMP。

2、把这些物质加入到气管、肠等不同组织，发现不但能活化GC，还使这些组织的平滑肌松弛。

纵上发现，包括硝化甘油在内的一些已知血管松弛剂也能活化GC。活化GC是这些物质的共性，而且它们都通过反应形成NO。

由此他认为一氧化氮可能是一种对血流具有调节作用的信使分子,但当时这一推测缺乏直接的实验证据。

弗奇戈特（RobertF.Furchgott）的发现

1953年，弗奇戈特使用离体血管条（helicalstrip）实验研究了肾上腺素、去甲肾上腺素、亚硝酸钠和乙酰胆碱等对动脉条的生理作用。但在当时的实验中存在一个令人困惑不解的现象：给整体动物静注ACh

引起血管舒张效应，而

ACh

对离体血管条标本产生收缩作用而不是舒张作用？直到1978年，一次偶然的事件才使这一矛盾得以澄清。该事件源于一次错误实验操作：该实验室一名叫David的技术员未按原定实验步骤，“错误”地将拟胆碱药（ACh类似物）加到血管环标本中，结果发现其并没有使兔主动脉环收缩，相反却使其舒张。弗奇戈特没有放过这种反常的现象。相同条件下

↗

扩张

Ach→【血管】→

没明显作用

？

↘

收缩

研究

Ach→血管内表皮完整→血管扩张

推测

Ach→血管内皮细胞→新信使分子→血管平滑肌舒张→血管舒张

（EDRF）

Furchgott发明了“三明治”血管灌流模型解释了刺激内皮细胞可引起血管平滑肌舒张的原因实验步骤：（1）正常血管及与内膜摩擦处理后的比较；（2）正常血管环与胶原酶处理（化学损伤内皮）后相比较（3）a、横血管条（与管壁平滑肌走向一致）并去内皮，b、纵血管条（与平滑肌垂直）含内皮，c、a与b并列挂在同一个浴槽，内膜面相近且相对，d、c实验完后立即移除b（sandwichpreparation的“三明治”血管灌流模型）；NO发现前期的关键时刻，新技术员革新了组织切片制作和染色的方法

为了证明血管内皮细胞与血管反应性有关这一观点，Furcllgott把做完实验的标本送给一位组织学家做切片标本来观察，但遗憾的是这位技术人员经切片、固定、染色送回的切片都不含内皮细胞(加工中被破坏)，也就是说这一组织学结果排除了内皮细胞在舒缩反应中的重要性。但庆幸的是，半年后该实验室来了一名新技术员，他改进了组织切片染色的方法，而终于发现内皮的有无是舒张的关键，于1979年Furchgott公开明确提出血管内皮细胞与血管反应性有关。

伊格纳罗(LouisJ.Ignarro)的发现

首先，一系列研究结果提示EDRF和NO的生物学性质相似。EDRF能够激活鸟苷酸环化酶（GC），引起血管平滑肌中环磷酸鸟苷（cGMP）水平的升高，产生内皮依赖性血管舒张效应。该过程可以被亚甲基蓝（MB），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-生物检定法，证明EDRF和NO的化学性质十分相似，如EDRF性质不稳定，半衰期约是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GC的过程都具有亚铁血红素依赖性。和血红蛋白（Hb）相互作用前，Hb的最大吸收峰在433nm，EDRF和血红蛋白（Hb）相互作用后，Hb的最大吸收峰移动到406nm。NO和Hb反应时也同样具有上述变化。以上结果从不同侧面证明，EDRF就是NO。1986年夏季，在美国明尼苏达州举行研讨会，Ignario和Furchgott独立报告了他们各自的结果，都证明EDRF的化学结构就是NO。

NO的作用机理

NO是一种可进入细胞内部的信号分子，能快速透过细胞膜，作用于邻近细胞。血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞，NO的生成由一氧化氮合酶（nitricoxidesynthase，NOS）催化，以L精氨酸为底物，以还原型辅酶Ⅱ（NADPH）作为电子供体，生成NO和L瓜氨酸。NO没有专门的储存及释放调节机制，靶细胞上NO的多少直接与NO的合成有关。血管内皮细胞接受乙酰胆碱，引起胞内Ca2+浓度升高，激活一氧化氮合酶，细胞释放NO，NO扩散进入平滑肌细胞，与胞质鸟苷酸环化酶（GTP-cyclase，GC）活性中心的Fe2＋结合，改变酶的构象（图8-32），导致酶活性的增强和cGMP合成增多（图8-33）。cGMP可降低血管平滑肌中的Ca2+离子浓度。引起血管平滑肌的舒张，血管扩张、血流通畅。硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理是在体内转化为NO，可舒张血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量。L-精氨酸+NADPH(还原型辅酶Ⅱ)+O2→瓜氨酸+NO+NADP+(辅酶)

NO的生理学作用

NO参与维持循环系统的稳态平衡。NOS催化合成NO,通过cGMP介导的内皮依赖性血管舒张作用,调节血管张力。血管张力的变化可以有效地调节组织的血流。另外,NO能清除细胞内的氧自由基,发挥细胞保护作用,并且通过抑制血管平滑肌增殖,抑制血小板的聚集,抑制粘附分子和内皮素的表达等途径来维持血管的稳态平衡。

在中枢神经系统,NO作为神经递质参与记忆的形成;在外周神经系统,部分神经通过NO依赖的机制调节呼吸系统、消化系统和泌尿生殖系统的血管扩张。

在免疫系统,NO通过影响白细胞的游走和聚集,间接调控炎症反应。巨噬细胞可以产生大量NO,利用其细胞毒效应,参与人体的非特异性免疫反应。由NO的发现研发的药品及保健品伊格纳罗博士研发的心血管新产Niteworks（夜宁新）已在美国康宝莱成功上市。它能保持维护心脏的冠状动脉的畅通。防止过多的凝血块阻塞造成心脏病和中风。松弛动脉（维持正常血压需）。促进脑部血液流通以增进长期记忆力。