一氧化氮NO

一氧化氮(NitricOxide,NO)一、NO的发现二、NO的生物合成三、NO的灭活四、NO的作用方式五、NO在神经调控中的作用六、NO的神经毒性作用及机制Magicgasmolecular一、NO的发现以前的认识：NO是一种大气污染物，是吸烟、汽车尾气及垃圾燃烧等释放的有害气体，可破坏臭氧层导致酸雨，甚至癌症。还作为化学有毒剂用于战争。一、NO的发现现在的认识：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。一、NO的发现Ach悖论1953年Furchgott博士发表了首篇Ach和组胺致兔离体血管收缩的论文整体动物静注Ach引起血管舒张效应Furchgott当时坚称自己的实验重复性良好，且观察无误到70年代中后期，虽有实验室发现，Ach对离体血管的舒张作用，但一方面由于对权威的崇拜，另一方面由于对此问题报告结果尚不完全一致，且当时已确定，Ach具有收缩效应，致使在Ach对离体动脉血管作用问题上存在明显的矛盾。一、NO的发现Furchgott称之为Ach悖论意外的发现在1978年5月7日Furchgott的技术员David，没有按照步骤制备血管条，而是制备了主动脉环。发现，Ach不但不使主动脉环收缩，反而诱发其舒张。进一步研究表明，Ach致收缩的血管条不含血管内皮细胞；而致舒张的血管条含血管内皮细胞。一、NO的发现（1980年）Furchgott和Zawadzki乙酰胆碱、缓激肽、ATP血管内皮细胞内皮源性舒血管因子（endothelium-derivedrelaxingfactor，EDRF）血管舒张血管内皮损伤CherryPD,FurchgottRF,ZawadzkiJV,JothianandanD.Roleofendothelialcellsinrelaxationofisolatedarteriesbybradykinin.ProcNatlAcadSciUSA.1982，79(6):2106-10.EDRF和NO都能使血管松弛；通过活化鸟苷酸环化酶来发挥作用；EDRF和NO都在几秒钟内发生活性衰减；在相同条件下稳定下来；经相同的化学刺激后失活；这样，科学家终于在化学上把EDRF与NO统一了起来一、NO的发现EDRF就是NO的依据1986FurchgottMalinskiT,TahaZ.Nitricoxidereleasefromasinglecellmeasuredinsitubyaporphyrinic-basedmicrosensor.Nature.1992，358(6388):676-8.SnyderSH.Biosensors.NOreleaseforgoodmeasure.Nature.1992，358(6388):623一、NO的发现自1986年EDRF是NO后，NO脱颖而出（一）合成过程L-精氨酸是合成NO的前体NADPH是电子供体NHH2NNH2+H3N+COO-NHH2NN-OH+H3N+COO-NHH2NOH3N+COO-+N=ONADPH1/2NADPHO2O2L-精氨酸N-羟基-L-精氨酸L-瓜氨酸二、NO的生物合成•L-arginine+3/2NADPH+H++2O2citrulline+nitricoxide+3/2NADP+NitricoxideissynthesizedfromL-arginine.-Thisreactioniscatalyzedbynitricoxidesynthase(NOS).（一）合成过程二、NO的生物合成瓜氨酸反应过程中，需要黄素腺嘌呤二核苷酸(FDA)、黄素单核苷酸(FMN)、血红素和四氢叶酸(BH4)作为NOS的辅基。（二）NOS结合位点：L-精氨酸钙调蛋白黄素单核苷酸（FMN）黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH，还原型辅酶II）血红素结合位点二、NO的生物合成（二）NOS催化NO生物合成的酶称一氧化氮合酶（NOS），目前已克隆和纯化出三种同工酶二、NO的生物合成NameGene(s)LocationFunctionNeuronalNOS(nNOSorNOS1)NOS1(Chromosome12)•nervoustissue•skeletalmuscletypeII•cellcommunicationInducibleNOS(iNOSorNOS2)CalciuminsensitiveNOS2(Chromosome17)•immunesystem•cardiovascularsystem•immunedefenseagainstpathogensEndothelialNOS(eNOSorNOS3orcNOS)NOS3(Chromosome7)•endothelium•vasodilationNOS是一种含铁的单胺氧化酶，NO合成的限速酶。根据对Ca2+的依赖性，在细胞内的存在形式为：固有型NOS（eNOS和nNOS）：活性受Ca2+和CaM浓度的调控；主要分布于血管内皮细胞、血小板，神经组织次之；诱导型NOS（iNOS）：活性与Ca2+浓度无关，但需要脂多糖（LPS）和细胞因子如IL-1激活后才能表达。也可被地塞米松、皮质类固醇、雌激素、生长转化因子等抑制（二）NOS二、NO的生物合成nNOS以Ca2+-CaM依赖的形式被激活，能被多种受体信号通路激活，如NMDA受体，L-型电压门控Ca2+通道及胆碱能受体，缓激肽、神经生长因子受体。在中枢神经系统广泛表达新皮质：NOS存在于浅层神经元并与其它神经递质共存（神经肽Y、生长抑素）。海马：NOS存在于海马CA3和CA1锥体细胞和齿状回颗粒细胞。脊髓：背角第Ⅱ层。NOS的广泛分布提示NO在神经系统具有重要的生理功能和病理意义。nNOS调节nNOSisinactiveatbasalintracellularCa2+concentrations.WhilestimulatingfactorsrenderintracellularCa2+levelsincrease,calmodulinbindstonNOS,activatingnNOS.Incontrast,whenintracellularCa2+concentrationsdecreasetobasallevels,calmodulindissociatesfromnNOS,anditbecomesinactiveagain.Inaword,nNOSactivityismainlyregulatedbyintracellularCa2+concentrations,whichactivateorinhibitnNOSactivitythroughcalmodulinbinding.（二）NOS广谱NOS抑制剂：L-单甲基-精氨酸（L-NMMA）nNOS抑制剂：7-硝基吲哚（7-NI）eNOS抑制剂：L-硝基精氨酸（L-NNA）、L-硝基-精氨酸甲酯（L-NAME）iNOS抑制剂：氨基胍(aminoguanidine，AG)N-N-二氨基胍L-N6-亚氨乙基-赖氨酸二、NO的生物合成（二）NOS抑制剂氨基酸类L-精氨酸L-胍氨酸L-赖氨酸衍生物非氨基酸类胍类：如氨基胍异硫脲类：如S-乙基异硫脲、S-异丙基异硫脲咪唑和吲唑类：如1-苯基咪唑、7-硝基吲唑脒类：如链脒中的炔丙脒，环脒中的2-亚氨基高哌啶其他：如常用的非甾体抗炎药阿司匹林、氟布洛芬等二、NO的生物合成非酶生性NO—NO供体硝酸酯类，如硝酸甘油、硝酸异山梨酯呋喃噁烷类，如3，4-二氰呋喃噁烷-3-羧酰胺、四羟甲基呋喃噁烷-羧酰胺（CAS1609）亚硝酸硫醇类，如S-亚硝基半胱氨酸、S-亚硝基-乙酰青酶胺（SNAP）、SPM5185斯德酮亚胺类硝普钠亲核NO供体其它如FK-409二、NO的生物合成硝酸甘油作为NO供体可与体内半胱氨酸和谷胱甘肽等含巯基的物质产生一种不稳定的S—亚硝基硫醇,这种物质可以自行分解,释放NO,而且NO形成与硝酸甘油浓度呈线性关系.非酶生一氧化氮来自体表或摄入的无机氮的化学降解/转化。扩血管药物如硝酸甘油依赖半胱氨酸的疏基生成一氧化氮,硝普钠通过化学还原反应释放一氧化氮,但这不是体内合成一氧化氮的主要途径。非酶生性NO—NO供体KatsukiS,ArnoldWP,MuradF.Effectsofsodiumnitroprusside,nitroglycerin,andsodiumazideonlevelsofcyclicnucleotidesandmechanicalactivityofvarioustissuesJCyclicNucleotideRes.1977Aug;3(4):239-47..NO储存和释放？ItdiffusesrapidlyandinfluencesNO-responsivetargetcellsprobablywithinsurprisinglyextendedspatiallimitsofapproximately0.3–0.4mm.Thus,thoughNO-producingcellsarescarcelyspreadinmanytissues,theNOreleasedmayinfluenceneuronsinawidelyextendedarea.NO亚硝酸盐（NO-2）硝酸盐（NO-3）高氧氮原子（NOX）含巯基分子（谷胱甘肽血红蛋白半胱氨酸白蛋白）三、NO的灭活亚硝基化（携带NO）释放NO基团NO发挥作用快速氧化硝基化指NO与包括活性氧在内的化合物相互作用,衍生出一系列包括ONOO·及其质子形式过氧亚硝酸(HOONO)等具有高度氧化活性的自由基和硝基类化合物,这些与活性氧相对应的以NO为中心的衍生物称为活性氮。这个分子家族的成员包括氨、硝酸盐离子和氮氧化物。(过氧亚硝基阴离子)过氧亚硝酸NO清除剂内源性：血红蛋白氧自由基（O2）肌红蛋白L-半胱氨酸外源性：烃氧-N-氧咪唑的衍生物——羧苯-四甲基咪唑-1烃氧-3-氧（羧基-PTIO）三、NO的灭活四、NO的作用方式分子特点：小分子，具有疏水性，可自由穿过细胞膜；不需要受体介导；通过cGMP信号转导途径和非cGMP信号转导途径直接参与细胞内信号转导；（一）cGMP信号转导途径四、NO的作用方式1990年-TreatmentofmicewithNMDAornon-NMDAreceptoragonistsenhancescGMPlevelsinthebrainandthisprocessisinhibitedbyNOSinhibitors1993-1996年Atleastinsomebrainareas,thereisabasalNOproduction,whichcausesatonic紧张性synthesisofcGMP1996-1999年TheoutflowofcGMPisgreatlyincreasedbyactivationofkainate:AMPAandNMDAreceptors,aswellasbyelectricalstimulationofpathwaysconsistingofexcitatoryaminoacidutilisingneurons,wherebytheenhancedcGMPoutflowisinhibitedbyNOSinhibitorsandinhibitorsofsGC（一）cGMP信号转导途径sGC-sGC+血红素sGC的全酶包括血红素，NO将血红素卟啉环中的Fe2+拉出平面，使酶构型改变而激活。四、NO的作用