一氧化氮及诱导型一氧化氮合酶的研究进展药学论文.doc

一氧化氮及诱导型一氧化氮合酶的研究进展_药学论文 【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3～5 sNO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NONOS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NOeNOS是膜结合型的，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NOS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］：①激活鸟苷酸环化酶,发挥信号传导功能NOc 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cGMP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②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］③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O2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O2的生物分子，当细胞同时产生大量的NO和O2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，iNOS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NFкB水平产生一个自动调整作用在低浓度NO时，NFкB水平上升，上调iNOS表达，相反，在高浓度NO时，NFкB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：NFκB、激活蛋白1、信号转导蛋白和转录激活子1α、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强或抑制iNOS表达，还依赖于刺激和细胞的类型［5］。

NF-кB/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κB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кB位点必须与蛋白结合在-942至-934（13）和-879至-871（10）存在两个IFNγ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γ，TNFα，IL1β，IL2，IL6，NFκB和AP1，GMCSF等可诱导iNOS表达［14，15］，促进NO合成而IL4，IL8，IL10，IL13，巨噬细胞灭活因子，表皮生长因子(EGF)，转化生长因子β(TGFβ)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iNOS转录、转录后和后翻译机制、信号转导途径、iNOS的稳定性或iNOS的催化活性，促进或抑制NO合成。

　　6 NO，NOS与疾病越来越多的研究报道显示，NO与人类多种疾病的发生 发展 有着密切联系，其合成的关键酶NOS具有重要作用，其中iNOS的研究最为广泛多种疾病的发生发展均伴随有NO浓度变化，并与iNOS活性高低有关　　6.1 炎症和免疫疾病炎症过程中NO既是有益也是有害分子，cNOS产生维持生理活性低水平的NO，iNOS产生大量NO，NO自由基通过刺激巨噬细胞诱导受感染细胞的炎症和死亡，起到对抗外源性微生物的细胞毒作用另一方面，它还通过促进周边非损伤细胞的炎症或细胞毒性，加剧脓毒症、超敏反应或自身免疫的组织损伤在皮肤角质化细胞、成纤维细胞、朗氏细胞和其它的树状突细胞里都有iNOS合成的NO存在除了可能有对抗外来侵略的益处外，关于它与皮肤炎症和免疫反应，即与接触性皮炎，包括过敏性接触性皮炎、刺激性接触性皮炎、异位性皮炎和银屑病的关系的报道增加［14］ 　　6.2 肿瘤越来越多研究显示，根据NO的局部浓度，可能有一个双重的促进或者抗癌抗菌作用高浓度NO（如由活化的巨噬细胞产生的NO），可能介导癌细胞的编程性细胞死亡和抑制肿瘤生长尽管在相对低浓度的NO（如许多不同类型的临床肿瘤标本的可测量的浓度），肿瘤生长、增殖和血管发生都被促进［18］。

　　6.3 急性肺损伤动物模型和人体内急性肺损伤（ALI）均具有特征性的上调iNOS并增加NO产生iNOS来源的NO有助于ALI病理生理特征产生，而且iNOS来源的NO在ALI肺泡液的清除方面也有复杂的影响，表现为早期抑制清除，随后气管产生内毒素后增加清除大多数肺细胞类型，包括实质细胞如上皮细胞、内皮细胞和骨髓来源炎症细胞如中性白细胞、巨噬细胞，可以释放iNOS来源的NO［19］　　6.4 胰岛素抵抗iNOS基因靶向断裂被发现保护高脂饲养的肥胖大鼠不产生胰岛素抵抗，显著提高葡萄糖耐受量［20］而在遗传肥胖大鼠的骨骼平滑肌内iNOS蛋白表达增加不是全部，至少大部分胰岛素抵抗的诱导器（如：肥胖症、游离脂肪酸、高血糖、肿瘤坏死因子α（TNFα）氧化应激、内毒素和烧伤等）增加iNOS的表达研究发现特别是在增加氧化应激包括肥胖症的条件下，iNOS可能通过增加胰岛素受体IRS1降解加剧胰岛素抵抗［21］　　6.5 脂解作用在体外NO供体刺激基底部的脂解作用，但阻断异丙肾上腺素刺激的脂解作用，而在活体内NOS抑制剂N(G)单甲基L精氨酸（LNMMA）增加脂解作用iNOS可作为一种脂解作用的负反馈调节者，细胞因子/LPS处理伴随诱发脂解作用和iNOS活性，iNOS抑制剂则进一步增加脂解［22］。

一氧化氮在人类健康中就像一把双刃剑，不同细胞类型、不同时间段、NO含量不同，都将产生不同的生理病理功能人类多种疾病可能是NO的释放或调节不正常引起的因此，对于我们了解NO的生物特性，掌握NO及NOS，特别是iNOS的作用机制及调节方式尤显重要这将为某些疾病的预防及 治疗 提供新的思路和新的方法，为人类健康道路指明方向 参考 文献 】 　　［1］Furchgott RF, Zawadzki JV. The obligatory role of endothelial cells in the relaxation of arterial smooth muscle by acetylcholine［J］.Nature, 1980 Nov 27，288(5789)：373.　　［2］Palmer RM,Ferrige AG, Moncada S. Nitric oxide release accounts for the biological activity of endothelium-derived relaxing factor［J］.Nature, 1987 Jun 11-17，327(6122)：524.　　［3］F L M Ricciardolo。