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**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**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 (1.9 mmol/L•atm，298 K)，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。NO有一个未成对的电子，所以是一种自由基 (•N=O)。相比其它氧自由基而言，NO 是相对稳定的。NO 在体内的寿命很短，小于 10 s。其扩散常数为 4.8×10-5cm2/s。NO 的自由扩散是面向四周而没有特殊方向性的，不需要类似囊泡分泌的方式来行使其生物功能。NO 在体内的存在形式是多种多样的，在细胞内主要以亚硝酰基阴离子 ( nitroxylanion，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-NO2)。此外，NO 及其衍生物还能进行 DNA 氧化和脂肪酸修饰。

　　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 oxidesynthase，NOS，EC 1.14.13.39) 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 (O2)和 NADPH 存在下，由 NOS 催化，经过中间产物鸟氨酸(L-ornithine)产生L- 胍氨酸 (L-citrulline) 和 NO。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 factor 1) 、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)，而且可以持续几小时甚至几天。*初人们认为巨噬细胞是**含有 iNOS 的细胞，而后续的研究表明，经过内毒素处理后，iNOS 可以在很多缺乏巨噬细胞的组织中被诱导表达。iNOS 的广泛分布表明，iNOS 诱导是一种原始的免疫反应机制，能够帮助机体抵抗微生物的侵入[5]。

　　NOS 的调节

　　NOS的活力受到包括底物、辅酶、激活剂、蛋白修饰和空间分布调节等在内的多层次**调控，从而保证 NO 在细胞内适量、适时和适位地产生，进而**地参与细胞功能的调控。哺乳动物体内的精氨酸酶(L-arginase，L-arginine amidinohydrolase，EC 3.5.3.1) 可催化精氨酸水解为鸟氨酸和尿素。L-arginase病理性的升高会导致 NO 的缺乏，进而导致动物出现气道高反应性[6]。在组织中使用 L-arginase 抑制剂 NOHA (Nω-hydroxy-L-arginine)预处理，可以抑制过敏原诱导的气道高反应性。有意思的是，NOHA 是 NO 生物合成的一个中间产物。受脂多糖 (lipopolysaccharide，LPS) 刺激的大鼠肺泡巨噬细胞可以产生大量的NOHA，而 NOHA 对 L-arginase 的抑制可以保证在活化的巨噬细胞中有 NO 的高产出，这对于杀死微生物是非常重要的。另一方面，NO 的高产出对细胞是有毒的，L-arginaseⅠ和线粒体L-arginaseⅡ可以阻止巨噬细胞自身由于过量产生 NO 而引起的细胞凋亡。可见，L-arginase 对 NO 的生理作用有重要调节作用。作为氧化还原酶，NOS 有 5 个具有氧化还原活性的辅基：FAD、FMN、Ca2+- 钙调蛋白、血红素和四氢蝶呤 (tetrahydrobiopterin，BH4)[7]。NOS 与细胞色素 P450 还原酶具有同源性，包括NADPH、FAD 和 FMN 的共有序列。NOS 单体结合一分子的 NADPH 以及等量的FAD 和 FMN。纯化的 NOS 可被一氧化碳 (CO) 抑制，这表明 NOS 中可能存在一个和细胞色素P450 上一样的血红素。NO 自身也可以反馈性地抑制 NOS，这可能通过 NOS 的血红素辅基来实现。NOS 也被 BH4调节。cNOS可以被 Ca2+调节。在脑中，谷氨酸这类神经递质刺激 NAMDA 受体后促进 Ca2+内流，钙与钙调蛋白结合并激活 NOS，产生 NO。在血管中，乙酰胆碱作用于内皮细胞的毒蕈碱受体，激活磷脂循环产生 Ca2+，随后激活NOS 产生 NO。所以，钙依赖的 NOS 激活是参与神经递质传递和血管舒张这些快速反应的重要步骤[8]。NOS也可以被磷酸化调节。nNOS、eNOS 和 iNOS 中有可以被 PKA 激活的保守序列。nNOS可以被蛋白激酶 PKA、PKC、PKG 及 CaM 蛋白激酶磷酸化，磷酸化导致酶活降低。eNOS 的磷酸化既调控它的酶活也调控它的定位，与大部分存在于胞浆的 nNOS 和 iNOS 不同，eNOS主要定位于质膜。NOS 的磷酸化可以控制 NOS 从质膜转位到胞浆，从而使 NOS失去活性。NOS 的催化形式是二聚体，组装时需要血红素、BH4和精氨酸。

　　亚硝酸盐还原产生 NO

　　亚硝酸盐 NO2-在酸性条件下可以通过化学还原产生 NO。这个反应存在于哺乳动物胃中或者植物体中。通过研究发现，植物可以利用 NAD(P)H 依赖的亚硝酸还原酶 (nitritereductase，NiR) 来还原 NO2-产生 NO。动物体内具有 NiR 活性的蛋白质很多，大多是含有血红素的蛋白。同时，UV 直接照射植物或者动物表皮中的 NO2-也可以产生NO。有研究表明，去氧血红蛋白也可以还原NO2-产生NO。这同时也提出了一种新的基于 NO2-的NO 作用机制。由于 NOS 需要在有氧气存在的情况下产生 NO，在组织缺氧的情况下，将导致NO 的正常产生受到抑制。在这种情况下，NiR 还原 NO2-形成NO 的作用就显得非常重要。具体机制将在后面讨论。

　　NO的代谢

　　根据 NO 的物化性质，在有氧条件下，NO 可被快速氧化成 NO2-和 NO3-。在血液中，有氧血红蛋白能够促进这一反应的进行。NO与各种分子间的相互反应也是消耗 NO 的一个重要途径。如 NO 与超氧阴离子 (O2•-)反应产生过氧亚硝基(peroxynitrite，ONOO-)，过氧亚硝基是一个很强的细胞毒性分子。此外，NO 及其衍生物可以修饰蛋白质半胱氨酸自由巯基，生成亚硝基巯醇(S-nitrosothiols，SNOs)，这也是 NO 作用的重要机制。GSNOR (S-nitrosoglutathione reductase)是内源 NO 供体 GSNO (S-nitrosoglutathione) 的特异还原酶，从细菌到人高度保守。2001年，研究人员发现它是调控细胞内 NO 代谢和蛋白质巯基亚硝基化修饰的关键蛋白[9]。GSNOR 又称为谷胱甘肽依赖的甲醛脱氢酶( glutathione-dependent formaldehyde dehydrogenase，FDH)， 属 于 乙 醇 脱 氢 酶III 家 族〔alcohol dehydrogenase (ADH) classⅢ family〕，但其乙醇脱氢酶活性很低，主要活性是GSNO还原酶活性。1998 年，Jensen 等首次报道 GSNO 是 ADH3/FDH 的特异性底物，能够在NADH 和 GSH 存在的条件下将 GSNO 转变成氧合谷胱甘肽 ( oxidized glutathione，GSSG)和NH3。GSNOR 通过调控内源 GSNO 水平而调控蛋白质亚硝基化修饰，GSNOR 表达升高，蛋白亚硝基化降低。除 GSNOR 外，硫氧还蛋白 / 硫氧还蛋白还原酶、超氧化物歧化酶和γ谷氨酰转肽酶也可以调控SNO 水平。研究发现，哮喘病人呼吸道上皮的 GSNOR 显著上调[10]。将小鼠GSNOR基因敲除，其呼吸道蛋白巯基亚硝基化产物比野生型明显增高，哮喘症状减弱，证实了 GSNOR 调控蛋白巯基亚硝基化在哮喘中的重要作用。GSNOR 的遗传多样性与患哮喘病的风险有关。GSNOR与肺炎链球菌和隐球菌等病原微生物的致病机制有关。病原微生物需要 GSNOR 以应对宿主产生的 RNS 的杀伤作用并维持其毒力。GSNOR 基因敲除小鼠在血压调节和机体应激方面的表现显著不同[11]。有认知障碍的 Down 综合症 (Down's syndrome) 病人和Huntington病(Huntington's disease)转基因小鼠，其脑中GSNOR基因的表达都显著升高，但是 GSNOR 在这些疾病中的作用还不清楚。有研究表明，在果蝇脑中过表达 GSNOR 的同源基因FDH，可导致果蝇的视觉学习记忆功能缺陷，说明 GSNOR 在学习记忆方面可能有重要作用[12]。GSNOR 在植物体内也有着广泛的分布。发育过程中，GSNOR 在根和叶中分布*多，而人为改变 GSNOR 的蛋白表达均会导致拟南芥的根缩短 (过表达 GSNOR 或者降低 GSNOR 的表达，都能缩短拟南芥根的平均长度)，表明 GSNOR 活性的调控平衡与植物的生长发育密切相关。此外，GSNOR 还与植物的抗病、抗逆、应激和损伤修复有关[13]。可见，NO 的代谢调控研究也是其生物活性研究的重要方面。综上，NO 的合成和代谢调控过程可以总结为图 1。

　　NO在生理和病理中的作用

　　NO在神经系统中的功能

　　NO作为逆信使参与突触间信号的传递，是一种非经典的神经递质[14]。然而，过量的NO有神经毒性。NO 与神经退行性疾病 (如 Alzheimer 症和 Parkinson 症等) 的发生有关。在中风或者脑梗塞引发的脑缺血中，早期由 cNOS 介导的 NO 增加可扩张血管、抑制血小板粘附及聚集，对抗缺血性脑损伤而起保护作用[15]，而在中、晚期，因 iNOS 诱导产生的过量NO 则可致神经细胞死亡而具有神经毒性[16～18]。NO可以影响分化和再生中的神经元。nNOS 可在胚胎的整个神经系统中与神经元的极早标志物瞬时共表达。在大鼠的大脑皮层中，nNOS 在妊娠期 16 天的表达达到极值，而在妊娠期21天分娩时，其表达接近消失[19]。NO在中枢神经系统中的作用还表现为 NO 可能通过 NOS 的激活调节脑血流。大脑皮层和视网膜血管在外膜层自主神经中含有nNOS，支配血管的 nNOS 神经元主要来自蝶腭神经节细胞。eNOS 也定位于这些血管的内皮细胞。这是调节脑血流的 NO 的两个主要来源。在阴茎组织中，特别是形成海绵体神经的骨盆丛和轴索中，以及海绵体深动脉的动脉外膜的血窦中，均存在NOS 神经元。电刺激正常大鼠海绵体神经可导致显著的阴茎勃起，而这个过程可通过静脉注射低剂量 NOS 抑制剂而阻止，说明 NO 是调节阴茎勃起的神经递质之一[20,21]。

　　NO在免疫系统中的功能

　　多种免疫细胞，包括巨噬细胞、嗜中性细胞和 NK 细胞等，都能够产生 NO[22]。目前认为，被激活的巨噬细胞释放的NO，可以通过抑制靶细胞线粒体中的三羧酸循环、电子传递和DNA 合成等途径，发挥杀伤靶细胞的效应。细胞因子，包括 INF-γ、白介素 -1 和脂多糖(LPS)等，可以诱导巨噬细胞表达大量的iNOS 蛋白;诱导 iNOS 产生的 NO 作为一个免疫功能分子而起作用，可以杀伤肿瘤细胞，阻止病毒复制，清除各种病原体。用药物抑制巨噬细胞中的 NOS，或者去除培养基中的精氨酸，都可以阻断 NO 杀菌和杀肿瘤的活性。NO也可以抑制病毒复制，转染 NOS 到细胞中，可以降低病毒的滴度。在正常大鼠中，NOS 抑制剂可以提高 Coxsachievirus 病毒的滴度，并提高病毒感染的死亡率。NO 可以抑制或者杀死很多真菌、寄生虫和包括结核杆菌在内的细菌。NO 抗菌的一个机制是通过巯基亚硝基化来抑制半胱天冬酶(cysteine-containing aspartate-specific proteases，caspase) 的活性，而半胱氨酸蛋白酶对于很多病毒、细菌和寄生虫的毒力发挥和复制是非常重要的。

　　NO在心血管系统中的功能

　　当乙酰胆碱作为血管扩张因子作用于内皮细胞的受体时，钙内流与钙调蛋白结合并激活eNOS[23]。新合成的 NO 扩散到邻近的平滑肌细胞中，并激活鸟苷酸环化酶 GC (guanylatecyclase)。cGMP促进肌球蛋白轻链的磷酸化，从而改变肌肉的收缩力，促进肌肉舒张。NO舒张血管的作用被*先发现，因此，其也被称为内皮细胞松弛因子( endothelial derivedrelaxing factor，EDRF)。血管内皮细胞可持续低量地合成、释放 NO，进而激活平滑肌细胞中的GC，引起 cGMP 水平升高，使血管处于持续的舒张状态，血压降低。NO 的合成被抑制后，血管收缩，血管阻力增加，血压升高。此外，NO 有抑制血小板聚集与粘附的作用。NO 可以通过它抑制血小板聚集和黏附的能力去调节血管系统。这其中，NO 可能对 GC、磷脂酶C (phospholipase C，PLC)或ADP 核糖基化起作用。NO 也与心脏疾病相关[24]。细胞色素 c 氧化酶是 NO 的另外一个底物，NO 抑制细胞色素c氧化酶的活性，导致超氧阴离子的产生。超氧阴离子可以与 NO 生成过氧化亚硝基，造成氧化损伤，从而导致一系列心血管疾病的发生。

　　NO 在呼吸系统中的功能

　　在肺的发育过程中，nNOS 及 eNOS 的表达有时间和空间上的变化[25]。mRNA和蛋白表达的定量研究及免疫组化检测表明，在胚胎肺部发育中，eNOS 的表达逐渐升高。在绵羊胚胎的肺中，eNOS 表达于支气管和呼吸性细支气管的近端上皮细胞中，而在远端和肺泡上皮中 没 有 表 达 。 胆 碱 能 、 肾 上 腺 能 系 统 与 非 肾 上 腺 非 胆 碱 能 系 统 ( nonadrenergicnoncholinergic，NANC) 一起控制支气管肌紧张，介导气管平滑肌的收缩 (兴奋性 NANC，eNANC)或舒张(抑制性 NANC，iNANC)。NO 是 iNANC 系统的一种神经传导递质，这种氮能的神经传导在包括气管的多种组织中存在。免疫染色研究表明，nNOS 存在于豚鼠和人气道的神经中，控制血管、平滑肌和固有膜。内源性 NO 供体 GSNO 或其它亚硝基化产物SNOs对哮喘病人有保护作用[26]。

　　NO在消化系统中的功能

　　NOS 神经元在整个胃肠系统中的肠肌反射中存在[27]。肠肌反射神经元的去极化与蠕动相关的平滑肌舒张相关，使用 NOS 抑制剂可以阻断这个过程，说明 NO 就是其作用的神经递质。nNOS 缺失的小鼠在大多方面未见形态学上的异常，然而其胃部与同年龄的对照小鼠相比有极大的膨胀，特别是在幽门附近。胃的病理学观察发现这种膨胀与肥厚型幽门狭窄类似，这暗示了NO 在这种疾病中的作用。NO 也与胰腺细胞的功能密切相关，内源性 NO的合成和释放对于迷走神经支配的胰腺分泌是必需的。

　　NO在生殖系统中的功能

　　NO对大脑性欲的产生及性腺和性器官的功能都具有十分重要的调节作用[28]。它介导阴茎的勃起;调节睾丸局部供血;对下丘脑促性腺激素释放激素(GnRH)、垂体促性腺激素以及睾丸间质细胞的内分泌功能等，都具有调节作用;NO 还与精子的发生、成熟、运动、获能等存在着密切关系，从而对雄性动物的生殖机能产生重大影响。

　　NO在植物中的功能

　　NO除了在动物体内广泛存在外，在植物体中也广泛存在，并参与调控生理或病理过程[29]。植物中 NO 的产生有多种途径，包括 NOS 途径、硝酸还原酶途径 (NR)、黄嘌呤氧化还原酶(XOR)途径、亚硝酸还原酶 (NiR) 途径和非酶促途径等[30]。NO在植物的生长发育、抗逆反应及信号转导中都起着重要作用。植物 NO 还可以与其它信号分子协同作用。

　　NO在肿瘤发展中的作用

　　NO和 NOS 在恶性肿瘤中广泛存在，肿瘤细胞多表达 iNOS，有时也表达 eNOS 和nNOS，这依赖于肿瘤的类型和发展阶段。肿瘤血管内皮细胞表达大量的 eNOS，肿瘤相关的间质纤维母细胞和免疫细胞中一般表达iNOS。在很多肿瘤中，各种 NOS 的表达水平和活力都比对应的正常组织高。NO 对肿瘤发展的作用依赖于 NO 的来源 (肿瘤细胞或间质细胞)、形式和NOS 的活力。致瘤性转化是癌症的一个关键起始步骤。慢性炎症和 iNOS 产生的中等到高浓度的 NO持续作用，可以促进致瘤性转化。NO 及其衍生的活性氮诱导氧化应激和硝化应激，进而通过直接或间接机制导致DNA 损伤 (比如核苷酸碱基的硝化去氨基，核苷酸对的转换和颠换，DNA 链的断裂和烷基化) 及 DNA 修复酶的抑制 (比如烷基转移酶和 DNA 连接酶)。肿瘤抑制子p53基因的突变，或者 caspases 的巯基亚硝基化，可以导致抗凋亡的细胞产生并促进进一步的突变积累和随后的克隆选择。一系列的研究表明，iNOS 产生的 NO 可以诱发和促进肿瘤发生，比如，结肠腺瘤样息肉基因Apc (adenomatous polyposis coli)和iNOS双突变的小鼠较比Apc单突变的小鼠，小肠和大肠中结肠腺瘤样息肉均减少;被幽门螺旋杆菌诱导的iNOS-/-小鼠的胃癌发生率降低;iNOS 的缺失可以将尿烷诱导的肺肿瘤产生率降低80%，并可以降低血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF) 的水平;iNOS抑制剂氨基胍可以降低Apc-突变小鼠中由氧化偶氮甲烷(azoxymethane)诱导的结肠癌和肿瘤的发生。有研究表明，癌细胞中的 iNOS 可促进血管生成 (通过上调 VEGF 表达)，增加微血管密度和肿瘤进展。经组织学上的检查发现，高血管生成活性或高 VEGF 表达，与人脑、头和颈、肺、胸、胃及结肠肿瘤的 iNOS 表达相关。这些结果表明肿瘤细胞产生的NO 介导了肿瘤的血管新生、侵袭和生长。相反，也有研究表明，NO 对肿瘤发生有抑制作用。NO 导致的 DNA 损伤和修饰可以诱导野生型p53 的积累和多聚 (ADP- 核糖) 合酶的激活，导致转化细胞的死亡;相对低浓度的NO 可上调维持基因组完整性的 DNA 依赖蛋白激酶 (DNA-PK);肿瘤坏死因子 α(tumor necrosis factor，TNFα)可以诱导JB6 小鼠表皮细胞的转化，这个过程可以被 NO 供体抑制，却被NOS 抑制剂增强。Scott 研究表明，Apc 和 iNOS 双突变的小鼠与 Apc 单突变的小鼠相比，小肠腺瘤增加了。iNOS 产生的 NO 可以通过促进凋亡和降低肿瘤细胞增殖来抑制p53-/-小鼠中淋巴瘤的生成。综上，NO 在致瘤性转化中的作用是环境依赖的。iNOS 的表达水平、NO 产生的时程和时机、微环境、遗传背景及细胞类型，可能决定 NO 的敏感性和 NO 的整体作用。图 2总结了 NO 的上述作用。

　　亚硝酸盐和硝酸盐的新功能研究

　　亚硝酸盐

　　虽然亚硝酸盐 NO2-在血液和主要器官组织中的浓度很高(0.3～20 μmol/L)，亚硝酸盐却一直被认为是 NO 代谢的一个稳定的氧化副产物[31]。历史上，由于亚硝酸盐可以形成N-亚硝胺，熏肉和热狗中的亚硝酸盐是有潜在毒性的食物添加剂。不过*近的研究表明，在生理缺氧过程中，亚硝酸盐可以转换为 NO，并介导 NO 依赖的血管舒张和组织 / 细胞保护作用。同时，亚硝酸盐自身可能就是一个内源的非 NO 依赖的信号分子。Zweier 小组[32]*先研究了心脏缺氧中的亚硝酸盐还原为NO 的病理作用。Lundberg 小组[33]研究了亚硝酸盐在胃黏膜中还原为NO的生理功能：在哺乳动物的胃中，细菌的硝酸盐还原酶系统在酸性条件下将亚硝酸盐转换为NO，哺乳动物不具有硝酸盐还原酶系统，这种菌与哺乳动物的共生作用是人类进化的结果。在接近生理条件下，2.5 μmol/L 的亚硝酸盐就可以舒张人体循环系统，表明了亚硝酸盐在血流稳定和缺氧舒张中的作用。血红蛋白、肌球蛋白、脑红蛋白和其他含血红素 (heme) 的蛋白都可以作为亚硝酸盐还原酶来行使生理功能。黄嘌呤氧化还原酶 (xanthine oxidoreductase，XOR) 同样可以在缺氧的情况下将亚硝酸盐还原为 NO，并调控线粒体的呼吸。Bryan 等[34]发现亚硝酸盐能被快速转换为 NO，同时激活鸟苷酸环化酶，抑制细胞色素P450酶复合体的活性，并调节热休克蛋白 70 (heat shock protein-70，HSP70) 和血红素氧化酶-1 (heme oxygenase-1，HO-1)的表达。组织中亚硝基化巯基 (S-nitrosothiol) 的形成与组织中亚硝酸盐的浓度直接相关，这表明亚硝酸盐可能是维持细胞内亚硝基的稳态所必需的。在缺氧情况下，亚硝酸盐转换为NO 的量大大增加。内源或者食物来源的无机硝酸盐和亚硝酸盐可在体内被代谢为 NO 和其它具有生物活性的 NO 衍生物。硝酸盐 - 亚硝酸盐 -NO 通路是在缺氧条件下调节血流和细胞信号转导及组织反应的重要通路。有别于传统的 L- 精氨酸 -NOS-NO 信号转导通路，在血液和组织中，硝酸盐和亚硝酸盐代谢成为NO及其衍生物，代表了一种新的 NO 信号转导通路。特别在缺氧条件下，需要氧气的 NOS 不能正常行使功能，此时，亚硝酸还原酶的活性却被极大增强。很多研究表明，硝酸盐和亚硝酸盐在治疗和预防包括缺氧再灌和高血压在内的心血管疾病中有明显效果。鉴于硝酸盐和亚硝酸盐在我们的日常饮食中含量很高，其在营养方面的心血管保护作用值得深入研究。*近几年的研究结果表明，亚硝酸盐可以减轻缺氧条件下心、脑、肾和肝的损伤，改善慢性四肢缺血[35]。吸入或者静脉注射亚硝酸盐都可以在肺动脉高压及呼吸机诱导的肺损伤和肺缺氧再灌损伤中起到保护作用[36]。肾损伤是在高血压人群中常见的综合征。低剂量亚硝酸盐饮食可以降低尿蛋白和减轻因长期给予 NOS 抑制剂导致的肾组织损伤。这些结果表明，硝酸盐 - 亚硝酸盐 -NO 通路可以对NOS 内源产生 NO 的紊乱进行补偿[37]。亚硝酸盐在实体器官移植中也有作用，在器官保护液和受体器官中加入亚硝酸盐可改善器官生存和功能的各种参数[38]。

　　硝酸盐

　　我们日常的饮食是硝酸盐的主要来源，某些植物中的硝酸盐含量特别高，比如，一份菠菜、生菜或者甜菜根所包含的硝酸盐比人体内三种 NOS 一天内源产生的硝酸盐的总和还要多。硝酸盐通过循环系统被唾液腺吸收，集中在唾液中。唾液中的硝酸盐被口腔中的细菌高效地转换为亚硝酸盐，这导致唾液中的亚硝酸盐浓度比血浆中高 1000 倍。每天不间断地吞咽到胃中的唾液大约有 1.5 升，其中所含的亚硝酸盐在胃的酸性条件下会产生各种 NO相关物质。*早发现硝酸盐和亚硝酸盐在哺乳动物中转换为 NO 的现象就是由于发现了肠道中有高浓度的NO。硝酸盐的肠 - 唾液循环导致血浆中的亚硝酸盐浓度持续升高，硝酸盐可以被认为是一个亚硝酸盐的缓释药物前体。

　　饮食中的硝酸盐与亚硝酸盐的作用

　　在过去的半个世纪中，饮食中的硝酸盐和亚硝酸盐一直被认为与胃癌等疾病的发生相关，这导致了硝酸盐和亚硝酸盐在食品和饮用水中的严格限制。研究表明，胃里的硝酸盐产生的 NO 可能有潜在的毒害作用。在胃与食管交接处，唾液亚硝酸盐**次与胃酸相遇并产生*多的NO。NO扩散到组织中可能导致 DNA 损伤或产生促进癌症发生的亚硝基化物质。抗坏血酸这种维生素居然被认为是促癌物，因为它可以极大地促进酸化亚硝酸盐而产生 NO。当前的流行病学研究表明，对食物和饮用水中的硝酸盐和亚硝酸盐限制没有明显的支持证据，特别是硝酸盐和亚硝酸盐的正面作用在*近几年被揭示之后。地中海地区和传统的日本饮食中，硝酸盐含量比世界卫生组织建议的日常可接受摄取量都要高。唾液中的亚硝酸盐可以增加胃黏膜中的血流和粘液产生，这支持了NO 对胃的保护作用机制。富含水果和蔬菜的饮食降低了血压，减少了心血管疾病，但是其作用的成分还没有被鉴定出来。*近发现，饮食补充中度的硝酸钠可以降低血压约 10 mmHg。另外，亚硝酸能对抗缺血再灌诱导的内皮细胞功能失常，也可以抑制血小板聚集。在大鼠饮食中长期添加硝酸盐，可以观察到持续的血压调节作用。志愿者连续吐口水 3 小时或者给大鼠进行抗菌漱口，都可以抑制硝酸盐对血压的调节作用。这些结果说明了硝酸盐的肠唾液循环和口腔硝酸盐还原细菌的重要作用。饮食中的硝酸盐和亚硝酸盐在心肌肥大的实验模型中可以保护缺血再灌造成的损伤;在喂食高胆固醇的小鼠中，饮水中加入亚硝酸盐可以抑制血管的病理性改变。在各种水平的亚极限运动下，饮食中的硝酸盐可以降低氧消耗并改进肌肉功能。在给予含有硝酸盐的甜菜根汁后，运动中的耗氧量减低，这样可以明显提高运动成绩。这种饮食中硝酸盐的奇特作用尚需要进一步研究，推测是通过线粒体介导的。有学者提出硝酸盐和亚硝酸盐应是积极的食物成分[31]。

　　一氧化氮相关药物开发和应用

　　NO 缺乏会限制 NO 介导的生理水平的信号转导作用。而在病理情况下，使用 NO 供体或者增加内源 NO 可以作为一种治疗手段，特别是针对心血管相关疾病而言。NO 相关药物主要分为NO 供体、亚硝基巯醇供体、NOS 底物和 NOS 抑制剂等。有机硝酸盐和亚硝酸盐酯类是一种在19 世纪就开始使用的 NO 供体类药物，被运用在心血管治疗中。这些药物具有直接的心血管活性作用，多年来被用在缺血性心脏病、心脏病和高血压的治疗中。传统的硝酸盐疗法有局限性，表现在治疗药物的半衰期过短、在血液动力学中有副作用及存在药物耐受性。为了改变这些情况，目前已发展出新的 NO 供体，可以提供更特异的治疗作用、更长的半衰期和低药物耐受性。实际上，NO 气体是*直接的内源分子形式。但是由于它的半衰期过短，并且与氧气反应迅速，NO 气体的运用被限制在治疗肺血管失常方面。NO 通过亚硝酰基与铁形成配位键，在生理 pH 条件下自发释放 NO。经典的血管舒张剂———有机硝酸盐和亚硝酸盐酯类，包括硝酸甘油( nitroglycerin) 、戊烷基亚硝酸盐( amyl nitrite) 、硝酸异山梨酯( isosorbidedinitrate)、5-单亚硝酸异山梨酯(isosorbide 5-mononitrate)和尼可地尔(nicorandil)，多年来已经被使用在治疗心血管疾病中。NO 供体也包括亚硝基巯基类，比如：亚硝基谷胱甘肽( nitrosoglutathione，GSNO)、亚硝基半胱氨酸 (nitrosocysteine) 和亚硝基 -N- 乙酰青霉胺(S-nitroso-N-acetyl-penicillamine，SNAP) 等，它们都可以在有光照或者金属离子存在的情况下释放 NO[39]。O-亚硝酰乙醇(O-nitrosoethanol，ENO) 是一种新的具有 NO 生物活性但又可避免与氧反应产生毒性的药物，已成功用于新生儿的肺高血压症治疗。该药物不直接释放 NO，也不与氧反应，但却能显著增加呼吸道分泌物中的蛋白亚硝基化产物 SNO。吸入ENO 能即刻缓解肺缺氧性血管收缩而不影响血液动力学，该药还能抵抗心脏衰竭。ENO 有可能对哮喘、高血压、血氧不足等相关疾病都有改善作用。

　　展 望

　　NO的功能是多样的，其作用机制也是复杂的、相互关联的，许多问题还没有解决。体内亚硝酸盐的代谢及生理功能研究将是一个富有挑战的领域。NO 的作用可能是多靶点、多机制同时作用的网络调控。所有这些问题都有待深入研究。

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