《一氧化氮生物系统及其药理作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一氧化氮生物系统及其药理作用（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Chapter 8 biologically active molecules,一氧化氮生物系统及其药理作用,第二节 NO供体药物,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 第一步反应，NOS（NO合成酶）接受NADPH提供的电子，使酶分子中的FAD/FMN还原，在Ca2+/CaM(钙调蛋白)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N-羟基-L-精氨酸（NHA）。 第二步反应，NHA在NADPH和四氢蝶呤的协助下进一步
2、氧化，生成NO和胍氨酸（图9-1）。,黄素单核苷酸(FMN)或黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD). 其中FMN以非共价键与蛋白质相连接，而FAD则可以共价键或以非共价键与蛋白质相连接。,NADPH是一种辅酶，叫还原型辅酶，学名烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸。在很多生物体内的化学反应中起递氢体的作用，具有重要的意义。,钙调蛋白只有在与Ca2+结合后才有活性。活性Ca2+ CaM 复合物可以通过与靶酶作用方式调控代谢过程。即Ca2+ CaM复合物与靶酶，如磷酸二酯酶、蛋白激酶等作用，使靶酶构象发生变化（Ca2+作用结果）而活化，从而对代谢过程起调控作用。 与钙结合后，CaM发生构型上的变化，成为一些酶的激活物。
3、再与酶结合时，又引起酶的构型变化，使由非活性态转为活性态，CaM-Ca2+成了这些酶作用时必不可缺的成分。CaM参与的生化反应很多，涉及不少关键性的酶.,N-羟基-L-精氨酸,精氨酸（Arginine）的生理功能,精氨酸不仅是蛋白质合成的重要原料，同时也是体内多胺和NO等物质的合成前体，在动物体营养代谢与调控过程中发挥着重要作用。,（二）NO的代谢 很快被氧化代谢，半衰期35s。 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,内皮,内皮依赖性血管舒张,乙酰胆碱 组胺 凝血酶 三磷酸腺苷 等,硝基血管扩张剂,平滑肌,心钠素- 1,肌球蛋白,收
4、缩,扩张,心房肽,心房肽又称心房利纳因子。一种内分泌激素。存在于心房肌细胞内的颗粒中，调节机体水平衡和影响血压。心纳素由2128个氨基酸组成。分为I、II、III和人-心房肽。心房肽以无活性中心房肽原形或贮存于心房肌细胞颗粒中，当心房感受到钠量增加等刺激时，通过酶降解，生成具有生物活性的心房肽。心纳素的主要生物学作用有：作用于肾脏，有排钠-利尿作用；抑制肾上腺释放醛固酮(a1dosterone)；松弛平滑肌；减少抗利尿激素的释放。,激酶,P蛋白（P-protein） 即韧皮蛋白，位于筛管的内壁，当韧皮部组织受到损伤时，P-蛋白在筛孔周围累积并形成凝胶，堵塞筛孔以维持其他部位筛管的正压力，同时减
5、少韧皮部内运输的同化物的外流。,（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N单甲基L精氨酸（N-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
6、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N-单甲基-L-精氨酸（L-N-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。 PR
7、MT 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
8、，sGC变构激活，在Ca2+参与下，催化三磷酸鸟苷酸环化为cGMP。,1. 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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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
