氧化氮生物系统及其药理作用.ppt

一氧化氮生物系统及其药理作用,,,一氧化氮（NO）是具有高度反应性的自由基，在体内经NO合酶催化，从L-精氨酸产生 NO作为细胞信使，介导环磷鸟苷（cGMP）生成的增加，发挥生物学作用一、NO的生物学特性,（一）NO的生成 ①第一步反应，NOS接受NADPH提供的电子，使酶分子中的FAD/FMN还原，在Ca2+/CaM和O2的协助下，使L-精氨酸末端胍氨基的氮原子羟化，形成中间产物Nω-羟基-L-精氨酸（NHA） ②第二步反应，NHA在NADPH和四氢蝶呤的协助下进一步氧化，生成NO和胍氨酸（图9-1）二）NO的代谢 很快被氧化代谢，半衰期3～5s 代谢产物为硝酸根和亚硝酸根 NO还可与亚铁血红素和-SH键结合而失活二）NO的信号转导机制,,NOS的生物学特点,分类 ①内皮型（endothelial NOS，eNOS），又称Ⅲ型NOS、NOS-3，主要存在于血管内皮细胞、血小板、心肌内膜及脑和神经组织中②神经元型（neuronal NOS，nNOS），又称I型NOS、NOSL-1、bNOS，主要存在于脑、脊髓和外周非肾上腺素非胆碱（NANC）能神经，当相应神经元需要时，催化产生极微量（picomolar）的NO。

③诱生型NOS （inducible NOS，iNOS），又称Ⅱ型NOS、NOS-2、macNOS、hepNOS，存在于除神经元外的多种组织中，正常情况下不表达，但在炎症和免疫反应剌激下，iNOS mRNA被诱导表达根据NOS表达调节以及精氨酸类似物对其抑制的IC50值，将eNOS和nNOS归为原生型NOS（constitutive NOS，cNOS）被内毒素和细胞因子（cytokines）激活的巨噬细胞，以及肝实质细胞、免疫细胞和平滑肌细胞中，炎性细胞因子和内毒素诱导iNOS表达必须指出，对NOS的传统分型并不是绝对无误的，因为已有不少实验证实，eNOS的激活可以不依赖Ca2+iNOS在人支气管上皮细胞有原生型表达2. NOS基因和NOS结构,,,NOS cDNA分子克隆证实至少有3种基因编码NOS家族，即nNOS、iNOS和eNOS三者之间约有50％左右的同源性nNOS和eNOS之间同源性更高，约60％而对于每1种NOS，种属之间的同源性可达80％～94％其竣基端1/2侧与细胞色素P-450还原酶相似，同源性约36%，这一部分是相当保守的氨基端1/2侧还含有血红素、CaM、四氢蝶呤、L-精氨酸的结合序列，但其定位不是很明确，尤其是四氢蝶呤和L-精氨酸。

比较几种NOS的N末端发现，nNOS比其他NOS多出一部分约232个氨基酸，还不清楚此差异的意义三） NO生成的调节,,,精氨酸/NO通路可被L-精氨酸拟似物及其他化合物抑制，最常用的NOS抑制剂为Nω–单甲基–L–精氨酸（Nω-monomethyl-L-arginine，L-NMMA） 拟似精氨酸胍基部分的非氨基酸化合物也能抑制NOS，如氨基胍（aminoguanidine），这些抑制剂常被作为NO生物学研究工具药，其中对iNOS有选择性抑制作用的一些药物有临床应用前景（表9-3）表9-3常用NOS抑制剂与NO-sGC汇抑制剂,,表9-3常用NOS抑制剂与NO-sGC汇抑制剂(续),,表9-3常用NOS抑制剂与NO-sGC汇抑制剂(续),,表9-3常用NOS抑制剂与NO-sGC汇抑制剂(续),,一、NO的灭活,NO可被体内多种物质如超氧阴离子、血红素、各种含铁血红素酶巯基化合物灭活，半衰期仅数秒，故仅限于局部发挥作用内源性NOS抑制物及其代谢酶系统,内源性抑制物： 非对称二甲基精氨酸（asymmetric dimethyl arginie，ADMA）和Nω-单甲基-L-精氨酸（L-Nω-nitro-arginine methyl ester ，L-NAME) 内源性抑制物在调节体内NO合成中起关键作用。

代谢酶系统： 蛋白精氨酸甲基转移酶（PRMT）催化，S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体，催化蛋白或多肽中的精氨酸残基甲基化，最后经蛋白酶水解而产生ADMA PRMT I催化产生非对称二甲基精氨酸（ADMA） PRMT II催化产生对称性二甲基精氨酸（SDMA）， SDMA不具抑制NOS生物活性代谢酶系统： ADMA经二甲基精氨酸二甲胺水解酶（DDAH）水解成胍氨酸和二甲胺图9-2 细胞内NO合成调节系统,L-精氨酸 O2,,NOS,NO,ADMA,L-胍氨酸和二甲胺,,DDAH,,,（-）,,（-）,二、NO的生物学作用及其机制,NO是具有高度反应性的自由基，在体内广泛存在，为一种细胞信号分子一）作为化学介质调节心血管系统,NO生物学效应主要通过提高环磷鸟苷（cGMP）水平来实现NO与其靶酶（可溶性鸟苷酸环化酶，sGC）上亚铁血红素的亚铁基结合，sGC变构激活，在Ca2+参与下，催化三磷酸鸟苷酸环化为cGMP1. 维持血管平滑肌紧张度,（1）血管松弛 ：NO即为EDRF在化学或血管张力剌激下，血管内皮生成NO，进入相邻的平滑肌细胞后，cGMP水平升高，激活下游蛋白激酶，最终引起肌球蛋白的轻链去磷酸化，引起血管平滑肌松弛。

NO与内皮素（endothelins）保持动态平衡：若血管内皮受损或功能缺陷（eNOS活性低下），则NO合成减少，内皮素的缩血管作用相对占优势2）控制血管有关的血流动力学特性,红细胞在肺中被氧化，血红蛋白亚硝基化，并在血流中循环，在动—静脉运输中释放NO基团血红蛋白的这种变构和带电子性质，与调节血管、控制血压及高效地将氧送到组织有关这种血红蛋白—NO—相关活性传递，显示S—亚硝基血红蛋白可能有治疗意义3）调节离子通道开放,K+通道被NO打开，是心外膜较大冠脉舒张的主要原因在基底动脉，NO可降低L–型Ca2+通道开放，从而控制血管紧张度4）血管紧张素相互作用,在高血压大鼠，观察到NO通过两种方式与血管紧张素相互作用，一是在平滑肌水平抑制对方的直接作用；二是通过增加对方合成与释放，而间接增强对方的作用，从而控制血管紧张度及全身循环2. 抑制心肌收缩力：,心肌中存在eNOS和iNOS 通过cGMP，激活蛋白激酶G，降低心肌L型钙电流，从而降低收缩力 改变心肌收缩蛋白对Ca2+的亲和力 激活cAMP磷酸二酯酶，降低细胞内cAMP水平 NO代谢为过氧亚硝基阴离子（ONOO-），使心肌收缩蛋白硝基化。

3.对心肌细胞凋亡的调控：,促凋亡和抗凋亡双重作用 NO代谢为过氧亚硝基阴离子（ONOO-），直接促进调亡 通过其他途径诱导凋亡 通过上调Bcl-2表达，抑制L型钙通道，阻止细胞色素C释放，caspas S-亚硝酰基化来阻止调亡发生4. 抑制血小板聚集和粘附,血管内皮持续合成NO至血管腔内表面，血小板本身也能合成NO，抑制血小板在血管内皮聚集和粘附，有抗血栓形成作用 NO的这种生物学效应，在不影响血压的生理浓度时就十分显著，具有临床应用前景5. 抑制血细胞黏附,NO能抑制P-选择素介导的中性粒细胞的黏附作用 抑制黏附分子CD1、CD18等的表达等6. 调节血管平滑肌细胞增生,NO能抑制血管内皮细胞合成胶原蛋白，抑制血管平滑肌细胞的增殖故有抑制血管损伤初期的血管平滑肌过度增生作用7. 促进血管增生,NO在血管内皮生长因子（VEGF）下游介导其促血管生成作用 NO还在上游促进VRGF表达增强8. 清除氧自由基,3NO+O2-+H2O 3NO-+2H+ 当NO增多时，通过清除自由基而抑制细胞膜脂质过氧化二）NO与心血管系统疾病,,1. 心脏发育不良,NO调控胚胎心脏发育 eNOS敲除小鼠模型易发生主动脉、二尖瓣畸形。

2. 动脉粥样硬化,危险因素使ADMA经二甲基精氨酸二甲胺水解酶（DDAH）减少，减少NO合成，O2-增加，损伤血管3. 高血压,高血压的形成是一个复杂的病理生理过程 一旦内皮细胞促进血管收缩的因子释放增加（如内皮素、Ang II等），而NO不能相应增加时可能导致高血压的发生和发展4. 缺血再灌注损伤,再灌注时， O2-增加并和NO生成ONOO-，产生细胞膜脂质过氧化，导致NO释放减少，引起血小板黏附/聚集、冠脉流量减少、缺血加重和收缩功能障碍 炎症时iNOS活化，产生过量NO，生成ONOO-而加重细胞膜损伤三、eNOS和DDAH遗传多态性与心血管疾病,eNOS基因G894T和T786C突变以及4ab多态性与冠心病发生有关 二甲基精氨酸二甲胺水解酶（DDAH）基因也被认为是一个心血管疾病相关基因四、NO与神经系统,,1. 中枢神经系统,中枢神经系统存在精氨酸/NO通路主要分布在小脑、上下丘脑、嗅球的粒细胞层、大脑皮质、海马、垂体后叶和视网膜的自主神经纤维脑血管和胶质细胞的eNOS和iNOS也生成NO，对脑血流及炎症反应起调节作用NO在中枢所起的生物学作用主要有以下几个方面：,（1）NO作为一种神经信息传递物质： 参与新的记忆形成，但不影响对记忆的保持。

NO还是一种特异的逆行信使，强化突触前谷氨酸释放在此处nNOS的活化，与N–甲基–D–天冬氨酸（NMDA）型谷氨酸受体有关随着突触后NMDA受体的活化，激活Ca2+内流，从而激活nNOS，合成释放NO产生的NO扩散至突触前末梢并活化sGC，使得cGMP水平升高，增加谷氨酸释放，这在海马和纹状体尤为明显 海马的长时程增强（long-term potentiation，LTP）是一种长期突触调节形式，NO作为一种扩散信号，将LTP扩散至相邻神经元的突触2）影响中枢神经递质的释放 NO供体可诱导皮层神经原GABA或AChde释放 在海马可促进去甲肾上腺素的释放 在纹状体可增加多巴胺的基础释放,,（3）对NMDA （N-甲基D-天门冬氨酸，N-methyl-D-aspartate)受体通道的调解作用 在中枢神经系统中，广泛存在着NMDA受体，NMDA受体的兴奋与抑制不仅与神经元本身的生长和突触的塑造有关，而且还与大脑的认知功能、大脑的发育以及中枢神经系统损伤时神经细胞的死亡或凋亡有关 NO供体药物可使NMDA受体电流减少4）对脑血流的调节作用 维持脑血管的舒张状态 脑局部区域血流量调节 缺血时NO短暂增高，可对抗缺血损伤,,（5）参与一些行为调节： 下丘脑是中枢最富含NOS的区域之一，其中室旁核中NOS的活性正常与否，与阴茎勃起及哈欠等行为有关。

鉴于吗啡作用于室旁核μ受体，可拮抗阿朴吗啡和缩宫素诱导的阴茎勃起和哈欠，表明吗啡的作用是由于下丘脑室旁核中NO的一种下调的活性所介导的6）维持与强化痛觉 脊髓浅表及背侧根神经节存在NOS该处局部产生的NO与脊髓感受神经元对疼痛感觉过程有关来自外周纤维记录痛觉和异位冲动发放，通过脊髓NMDA(N-methyl-D-aspartate receptor) 受体活化或延伸传人的输入，产生痛觉强化7）对自主神经的作用 通过参与前列腺素介导的交感神经的活化作用，中枢NO尚能抑制外周迷走神经引起的胃酸分泌作用8）对神经原的细胞毒性作用 在许多病理情况下，NO可造成或加重神经元的损伤和死亡 nNOS敲除小鼠在脑梗死模型中，脑梗死体积比正常小鼠下降40%2. 外周神经系统,外周植物神经中，有一类能表达nNOS的非肾上腺素非胆碱（NANC）能神经，其突触前末梢合成释放的NO，作为神经递质可对许多NANC能神经支配的器官产生特殊的生理作用1）调节胃肠道功能,胃肠道肠肌层NANC神经去极化，释放的NO作为神经递质，可产生与胃肠道蠕动有关的松弛2）调节呼吸道功能,在人类呼吸道，NO作为一种抑制性递质，起着重要的调节作用。

NANC能神经释放NO不仅能松弛气道平滑肌，还能抑制胆碱能神经释放乙酰胆碱胆碱能神经过多释放乙酰胆碱是支气管哮喘中气道高反应性的重要机。