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一氧化氮系统的研究进展
首都医科大学附属北京红十字朝阳医院*
高压氧科
薜连璧
高春锦
山西省五建卫生科**
王嘉兰
一氧化氮（nitric
oxide, NO）在机体内的生理和药理作用，是美国药理学家Murad于1997年首先发现的。Murad在研究硝酸甘油扩张血管的机制时，发现硝酸甘油是通过释放NO作用于血管平滑肌，使血管扩张的，并提出机体内某些“内生因了”可能是通过NO使血管扩张的假设。1980年美国的Furchgott[1]
在研究各种药物对离体血管的作用时，发现只有在血管内皮细胞（EC）存在时，乙酰胆碱（Ach）才能使血管舒张。Furchgott提出Ach刺激EC释放血管内皮依赖性血管舒张因子（endothelium-derived
relaxing factor, EDRF），使血管平滑肌（VSM）舒张。1986年Furchgott和美国的Ignarro[2]同时提出EDRF就是NO。1988年Palmer[3，4]证实L-精氨酸（R-Arg）为NO生成的前体，R-Arg的导构体（R-Arg）可以抑制NO的合成。
Furchgott、Ignarro和
Murad由于发现及证实EDRF就是NO以及在阐明其复杂的生理、病理生理和药理作用等方面做出的杰出贡献而荣获1998年Nobel生理学和医学奖。至此人们对血管内皮及NO有了崭新的认识。一氧化碳作为一种广泛存在的、独物的生物信使因子和效应因子，在心血管系统、神经系统、免疫系统均具有得要的生理、病理生理和药理作用。为进一步阐明临床多种疾病的发病机理、药物的治疗机理和其它治疗的原理，提供了新的分子生物学依据。本文重点就NO的生物学特性、生物学作用、与某些临床疾病的关系和检测方法的研究进展情况综述如下。
NO的生物学特性
- NO的生化性质
NO的分子是1个N原子（外层有5个电子）和1个O原子（外层有6个电子）借共价键结合而成，由于NO分子最外层电子轨道上有1个未配对电子（： ：： ：），故NO是自由基，其寿命极短，半衰期仅2-5sec，经学性质极其活泼，易与氧反应生成新的自由基 ，毒性增强；也可被 灭活而生成过氧化亚硝酸阴离子（ONOO-）。后者在碱性环境中性质稳定，遇酸分解产生羟自由基（O ）和N 。NO虽是自由基，但其氧能力不很强，故对细胞的毒性不十分明显，且在体内有一定的生理功能。但它们结合后进一步分解的产物 和 ，氧化性及对细胞的毒性作用均明显增强。NO分子的这些化学性质是其信使功能和细胞毒性作用的基础[5]。
- NO的合成和释放
NO的俣成主要在血管的EC，此外，VSM细胞也能产生[6]。通常，小动脉和动脉产生NO的量较静脉和小静脉多。NO是L-精氨酸（L-Arg）在一氧化氮合酶（NOS）的催化下与氧分子使用产生的。除L-Arg，L-OH-Arg和含精氨酸的小分子多肽也是合成NO的前体。在NO前体充分存在的前提下，NO的合成受EC中NOS的表达及其活性的调节。
NOS是通过与其它各种辅助因素和因子相互作用下，以特殊的形式发挥催化活性的。现已证实，引起NO合成和释放的刺激主要有两种：①化学性刺激（如Ach、缓激肽等）；②机械性刺激（如血管张力、剪应力、EC变形及血液脉冲流动等。）剪应力加大可激活位于EC表面的机械性感受器，使NOS活性增强，产生更多的血管剪应力。此过程有细胞内钙离了的参与，这是生理情况下机体内产生NO的最重要的调节机制。Buga等[7]实验证明，NO及NO前体可以反馈性抑制主动脉EC中的NOS，而不影响NO对VSM的直接舒张作用。
- NO是一种信息分子
NO是嗜脂性物质，它可以自由的弥散跨越生物膜，传递细胞信息，属于亲脂性信息分子。NO从产生它的细胞弥散到靶细胞，再与靶细胞内的特异性受体结合，产生生物效应。NO的最佳受体是铁（Fe2+），如血红素蛋白和铁
�
硫复合物中的铁，NO通过结合到含铁酶（即可激活，又可抑制）发挥它的效应[8]。
- NO的代谢途径
在细胞内外，NO可与亚铁血红素和
一SH基结合而被灭活。这些结合位点的饱和状态，与体内NO合成及灭活的速率保持平衡。NO也可被红细胞摄取，与氧合血红蛋白相遇，转变为硝酸盐离子和甲基血红蛋白。遇非氧合血红蛋白则生成稳定的亚硝基血红蛋白[9]。NO的最终产物是亚硝酸盐和硝酸盐。
硝酸盐经血液运送到肾，从肾小球虑过，随尿排出体外。硝酸盐清除率较低，约20mg/min。由于NO的半衰期极短，仅为3～5sec，用直接生物学方法测定较难，而NO的代谢产物硝酸盐离子的半衰期长达10～15h，故临床上常采用测定NO代谢产物法对其进行测定。正常人血浆NO限度为26 mol。有资料显示[10]，测定尿中NO3可作为估计体内NO产生速率的敏感和特异性指标。在血浆中NO多与S-Nitrosothol相结合存在，故S-Nitrosothol水平可用来监测病理情况下NO合成的变化[11]。
- NOS及其抑制剂
NOS是一种含铁的单胺氧化酶。1991年Bredt等[12]、1992年William分别从大鼠小脑和EC中克隆出NOS的cDNA，迄今人NOS的cDNA也已克隆成功。人EC
的NOS基因为22kb，由26个外显子组成[13]。目前，应用蛋白南生化和分子克隆技术已分离出至少3种独立的NOS基因，并以组成或克隆的先后顺序命名为：①神经型（nNOS）或称I型NOS；②巨噬细胞型（iNOS）又称免疫型或II型NOS；③内皮型（eNOS）或III型NOS。此外，根据钙离子依赖性又分为：①Ca2+依赖性的结构型；非依赖性的可诱导型[14]。结构型NOS(constitutiveNOS，
cNOS)主要分布于血管内皮细胞、血小板和神经组织中次之[15]。在分子结构上，血管内皮NOS（eNOS）与血小板NOS相似，而与神经系统的NOS（nNOS）稍有差别。
ENOS存在于血管内皮细胞的胞浆中，中Ca2+和钙调蛋白的参与下发挥生理效应，在生理情况下cNOS即有缓慢的基础性释放，且不受糖皮质激素的影响。内皮依赖性舒血管物质[如乙酰胆碱（acetylcholine,
Ach）、缓激肽
(bradykinin, Bk),P物质等]
作用在血管内皮细胞，导致胞外Ca2+增多，激活cNOS促进产生、释放NO[16，17]。血流节变和内皮细胞变形等机械性刺激可同样激活这类酶表达。在神经系统内兴奋性神经递质谷氨酸与细胞膜上特异性受体结合，可直接导致细胞膜Ca2+通道开放，大量Ca2+进入细胞内与钙调蛋白结合，再激活NOS，催化L-Arg产生NO和L-胍氨酸。
诱导型NOS（inducible
NOS,iNOS）主要存在于巨噬细胞、中性料细胞、肥大细胞内，血管平滑肌细胞和血管内皮细胞也发现iNOS的基因表达[18，19]。这类NOS不需要Ca2+和钙调蛋白激活，但可被L-Arg类似物和糖皮质激素抑制。在生理情况下，iNOS基因一般不表达，只在内毒素和多种细胞因子，如肿瘤坏死因子（tumornecrosis
factor, TNF）、白介素-（interleukin-1,IL-1）、r-干扰素（interferon-r,
IFN-r）等刺激下，方能转录和翻译、诱导iNOS表达[20，21]。
L-Arg 的同构物即是NOS的抑制剂，目前常用的有3种：①N-nitro-L-arginine对毒蕈碱样受体物作用[22]；②NG-nitor-L-argininemethy1
ester L-NAME),有阻滞毒蕈碱样受体作用。L-NAME抑NOS的作用[23]；③NG-monomethy1-L-arginine(L-NMMA),给人注射L-NAME，可引起剂量依赖性的血压和体循环阻力升高、心输出量和每搏输出量下降[XII]。但冠状动脉内注射L-NAME未引起心肌缺血性改变[24]。
 
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