【7.2.4】一氧化氮系统(Nitric oxide system)

O是一种性质活泼、具有毒性的小分子气体,其化学本质是自由基,早在1772 年就由 Joseph Priestly发现。它在体内居然能够作为细胞之间的信号分子,这的确出乎人们的意料。Ferid Murad在1977年发现,NO气泡通过含有鸟苷酸环化酶的组织,可导致组织内cGMP水平的升高,而硝化甘油也能产生相同的效果,由此他推测硝化甘油在体内能够释放出NO。1980年Robert F. Furchgott发现,血管内皮细胞在乙酰胆碱的作用下,能产生一种促进血管松弛的因子(endothelium-derived relaxation factor,EDRF),但他并不能确定EDRF的化学本质;1986年Louis Ignarro也发现,血红蛋白接触到受刺激的内皮细胞产生的EDRF,与接触到NO以后发生的光谱迁移完全相同,这就证明了EDRF就是NO。

一、一氧化氮(Nitric oxide)

NO在体内可介导多种生理功能,特别可在心血管系统、中枢和周围神经系统以及宿主防卫等系统中发挥重要作用,并可能参与多种疾病的发生过程。

  • NO只能在局部起作用,其半衰期很短(Nitricoxideactsasaparacrine signal -only affects local area)
    • 半衰期为1-5秒( Half-time is 1-5 seconds)
  • 在体内,NO由一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)催化产生,其主要前体是L-Arg。
  • NO的功能有(NOhasrolesin):
    • 扩张血管(vasodilation of blood vessels)
    • 作为自由基可杀死病原体和肿瘤killing of pathogens and tumours as free-radicals)

二、NO与血管扩张(NO and vasodilation)

  • NO是已知最强的血管扩张剂(NO most potent vasodilator known)
  • 乙酰胆碱、肾上腺素、舒缓激肽和γ-氨基丁酸作为第一信使可刺激血管内 皮细胞产生NO,NO可视为这些激素的第二信使(NO is produced by endothelial cells following activation by acetylcholine, adrenalin, bradykinin and γ-GABA then regarded as their second messenger)
  • NO从血管内皮细胞扩散到平滑肌细胞(passesfromendothelialcellsto smooth muscles)
  • NO在平滑肌细胞则作为第一信使,产生第二信使cGMP和Ca2+ (NO acts as 1st messenger in smooth muscle cells and cGMP, Ca2+acts as 2nd messenger)
  • 硝化甘油是治疗心脏病和埂塞的特效药,因为它在体内释放出 NO(Nitroglycerin is a powerful drug for heart attack and angina because it can release NO in the body)

NO的反应性极强,在体内可参与许多反应,很容易通过细胞膜扩散到临近的细胞,对临近细胞产生作用。在巨噬细胞和亲核细胞中,它能与O2-(超氧阴离子)结合形成毒性更强的超氧亚硝酸(OONO-),超氧亚硝酸可迅速分解成高度反应性的自由基OH·和NO2,自由基OH·可用来杀死被吞噬进来的细菌;血管内皮细胞合成的NO,或者与平滑肌接头的神经细胞合成的NO,很容易扩散到在临近的平滑肌细胞中,并激活一种可溶性的GC,产生cGMP,cGMP再激活PKG的活性,PKG最终可以导致平滑肌的松弛。

硝化甘油可用来治疗心脏病,原因就是它在体内可转变为NO。NO是最强劲的血管扩张剂,它在合成以后,通过自由扩散经间隙连接,从内皮细胞进入平滑肌。在这里,NO为平滑肌的第一信使,进入平滑肌细胞后激活GC,产生cGMP。cGMP 作为第二信使激活内质网膜上的钙泵,并降低细胞质基质自由Ca2+的浓度,而Ca2+ 的浓度下降使收缩的肌动蛋白丝/肌球蛋白滑动分开,从而使平滑肌松弛,血管扩张。

参考资料

  • 南京大学 杨荣武老师 《结构生物学》课件
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