一氧化氮的功能及其作用机制_性质与功能

生物物理学报2012年3月第28卷第3期: ACTA BIOPHYSICA SINICA Vol.28No.3Mar.2012:173-184 173-184

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—性质与功能

黄波，陈畅

中国科学院生物物理研究所，北京100101

收稿日期：2012-01-16；接受日期：2012-02-08

基金项目：“973”计划项目(2012CB911000)

通讯作者：陈畅，电话：(010)64888406，E-mail：changchen@

摘要：一氧化氮(nitric oxide，NO)是第一个被发现的参与细胞信号转导的气体信号分子。NO参

与的生命活动非常广泛，在神经、免疫、呼吸等系统中发挥着重要作用。很久以来，一氧化氮

合酶（nitric oxide synthase，NOS）被认为是人体内合成NO的主要途径，其活性受到严格的调

控。直到最近，人们才发现亚硝酸盐（nitrite,NO2－）也可以参与体内NO的合成。本综述总结

NO的相关性质与功能，并简介亚硝酸盐的研究进展。

关键词：一氧化氮；一氧化氮合酶；亚硝酸盐；巯基修饰

中图分类号：Q58

DOI：10.3724/SP.J.1260.2012.20007

引言

一氧化氮(nitric oxide，nitrogen oxide，NO)是由氮和氧两个原子构成的非常简单的

小分子。在自然界中，NO产生于闪电、核爆炸等高能反应，也可通过汽车尾气排放。1985

年，人们第一次发现南极高空臭氧层存在空洞时，除了氯溴化物之外，NO也是破坏臭氧层

的元凶之一。过去，人们一直认为NO是一种大气污染物，其实，血管内皮细胞也产生

NO，并具有与内皮细胞松弛因子EDRF(endothelium-derived relaxing factor)相同的生物活

性[1]。NO是第一个被发现的参与体内信号转导的气体信号分子，在神经系统、免疫系统、

心血管系统等方面都发挥着重要作用。1998年的诺贝尔生理学和医学奖就授予了三位研究

NO生物学作用的先驱科学家。

NO的基本性质

了解NO的物理化学性质对理解NO的生物学功能非常重要。纯净的NO在常温常压

下是一种无色的气体，熔点－163.7℃，沸点－151.8℃，在空气中可很快与氧反应生成棕色的

NO2。NO不带电，微溶于水(1.9mmol/L·atm，298K)，具有脂溶性(在疏水性溶剂中的溶

解度是在水溶液中的70多倍)，是一种两性分子。

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anion，NO－)或亚硝酰基阳离子(nitrosyl cation,nitrosonium cation，NO+)的形式存在并发

挥作用[2]。NO可与NO2反应生成N2O3，也可以与超氧阴离子自由基O2·－反应生成过氧亚硝

基ONOO－。除了NO相关的氮氧化物衍生物外，NO还可以与其它分子生成不同的化合物，

按照成键的类型可以分为以C-、N-、O-、S-及金属为中心的衍生物。其中，与蛋白质相关

的修饰包括蛋白质巯基的亚硝基化(Cys-NO，SNO)、色氨酸的亚硝基化(Trp-NO)和蛋白

质酪氨酸硝化(Try-NO

)。此外，NO及其衍生物还能进行DNA氧化和脂肪酸修饰。

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NO的内源性生成

哺乳动物体内NO的产生有几种途径，主要包括：通过一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS，EC1.14.13.39)催化产生NO，以及利用去氧血红蛋白或利用共生细菌中

的亚硝酸还原酶(nitrite reductase，NiR)还原亚硝酸盐产生NO。

NOS介导的NO合成

以L-精氨酸(L-arginine)为底物，在氧气(O

)和NADPH存在下，由NOS催化，经

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过中间产物鸟氨酸(L-ornithine)产生L-胍氨酸(L-citrulline)和NO。

NOS

L-Arginine＋O2＋NADPH→L-Citrulline＋NO＋NADP＋

哺乳动物体内的NOS有三种不同亚型：1)神经型NOS(NOSⅠ或nNOS)；2)诱导型NOS(NOSⅡ或iNOS)；3)内皮型NOS(NOSⅢ或eNOS)[3,4]。除此之外，线粒体中含有的

NOS被认为是一种新的NOS(mtNOS)，不过还没有找到确切的基因定位。人源nNOS、

iNOS和eNOS各自的基因依次定位于人12、17和7号染色体上。nNOS和iNOS定位在胞

浆，eNOS却存在于高尔基体膜和细胞质膜。每种NOS都有组织特异表达的特性。nNOS

在非神经细胞中也有表达，比如呼吸道上皮细胞。从功能上可把NOS分为组成型(cNOS：

包括nNOS和eNOS)及诱导型(iNOS)两种。cNOS是Ca2+和钙调蛋白依赖的酶，在特异

的激动剂下，cNOS可在几秒内产生fmol(10－15mol)或pmol(10－12mol)水平的NO。nNOS

的表达受到不同生理和病理条件的动态调控。nNOS mRNA的上调可能代表了神经元细胞

对很多物理、化学条件及生物试剂(如热、电、光和过敏原)的一种普遍反应；nNOS表达

的升高一般与转录因子(如c-jun和c-fos)的共诱导相关。iNOS亚型是在翻译前被调控的，

可被促炎症细胞因子〔如TNF-α(tumor necrosis factor-α)、IL-2、巨噬细胞移动抑制因子

MIF(migration inhibitory factor)、INF-γ(interferon-γ)和IL-1β(interleukin-1β)等〕诱导，

也可被IL-4、IL-10、PDGF(platelet-derived growth factor)、胰岛素样生长因子1

(insulin-like growth factor1)、凝血酶(thrombin)、地塞米松(dexamethasone)、视黄酸和

PKC抑制剂等抑制。iNOS在被诱导后的几个小时内可释放大量的NO(nmol水平)，而且可174

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