NO作为信号分子的发现史
细胞生物学作业：no的内容及意义
一、NO信号的发现及内容自70年代起,美国弗吉尼亚大学的穆拉德教授及合作者发现硝酸甘油等有机硝酸酶都能够使组织内CGMP、CAMP等第二信使的浓度升高。
1977年,穆拉德发现硝酸甘油等有机硝酸脂必须代谢为一氧化氮后才能发挥扩张血管的药理作用,由此他认为一氧化氮可能是一种对血流具有调节作用的信使分子,但当时这一推测缺乏直接的实验证据。
奇戈特推测内皮细胞在乙酰胆碱的作用下产生了一种新的信使分子,这种信使分子作用于平滑肌细胞,使血管平滑肌细胞舒张,从而扩张血管.弗奇戈特将这种未知的信使分子命名为内皮细胞松弛因子(EDRF)。
这篇论文,吸引了伊格纳罗教授的关注。
他及同事发现EDRF与一氧化氮及许多亚硝基化合物一样能够激活可溶性鸟背酸环化酶(sGC)、一氧化氮主要通过CGMP途径扩张血管。
二、NO的作用机理：乙酰胆碱→血管内皮→Ca2+浓度升高→一氧化氮合酶→NO→平滑肌细胞→鸟苷酸环化酶→cGMP→血管平滑肌细胞的Ca2+离子浓度下降→平滑肌舒张→血管扩张、血流通畅。
硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理是在体内转化为NO，可舒张血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量。
三、NO信号学说与新生儿支气管肺发育不良中的应用NO治疗于20世纪90年代初首次应用于新生儿，是对足月及近足月(胎龄>34周)患儿持续性肺动脉高压进行治疗，后作为足月和近足月儿持续低氧性呼吸衰竭和持续肺动脉高压的选择性扩张肺血管的常规治疗方法。
因其可选择性扩张肺血管，改善肺内、外的分流，改善肺通气，血流比值，且不造成体循环低血压，可以调节呼吸道、胃肠道等的血液供应，同时可以抑制炎性反应细胞激动素基因的表达，减少中性粒细胞在肺部的黏附与积聚，从而使其在BPD中的应用成为可能。
NO在新生儿支气管发育不良中的作用机制：(1)调节血管张力作用：NO可以激活鸟苷酸环化酶，从而使支气管平滑肌舒张，改变血管的张力，调节血压和组织血流量，同时抑制血小板的黏附、聚集，维持血流畅通。
一氧化氮的发现(自然辩证法案例)
NO的发现1998年10月12日，罗伯特·佛奇戈特等三名美国科学家，被瑞典卡罗林斯卡医学院授予1998年度诺贝尔生理学或医学奖。
这项生理学或医学界最高荣誉之所以授予这三位科学家，因为他们发现了一氧化氮（ＮＯ）是心血管调节血压和血流的信号分子，并奠定了一个全新概念的生物系统信号转导原理：一个细胞产生的气体信号可透过细胞膜调节另一个细胞的功能。
1980年佛奇戈特确立了血管扩张是由于血管内皮细胞释放一种能使平滑肌松弛的未知分子。
他的独创性实验促使人们不断研究和寻觅这一分子。
佛奇戈特等科学的研究证实，NO是心血管系统最关键的信号分子。
除此之外，它还是神经系统的信号分子、抗感染的武器、血压的调节因子和血流进入各种器官的守门人。
ＮＯ是什么？从前人们对此问题的答案是：ＮO是一种大气污染物，是汽车尾气及垃圾燃烧等释放出的有害气体,破可坏臭氧层导致酸雨、至致癌，甚它还曾作为化学毒剂应用于战争。
Ｎ０这种氮气燃烧后产生的最常见、简单的空气污染物,怎么会在哺乳动物和高等动物体内起着如此重要的作用，简直让普通人难于理解。
那么何以如此简单而又广泛分布的ＮＯ长期未被发现？其关键原因之一是Ｎ０生物半衰期很短（约３～５ｓ），极易与体内其它自由基等反应而被清除；再者，Ｎ０这一无机分子也许太简单而被那些似乎总在寻找更为复杂的生物分子的科学家忽略了。
此外，ＮＯ性质独特，作用方式不同于经典生物其活性物质或神经递质，神经系统中ＮＯ既不储存于末梢突触囊泡中，也不以胞吐方式释放，是靠其脂溶性在细胞内、细胞间游离，通过化学自由基反应发挥作用并灭活。
但Ｎ０的发现绝非偶然，其客观上被应用和研究的历史实际上已长达一个多世纪。
ＮO发现的经历1953年Ｆuｒcｈgｏtｔ士发表了首篇ＡＣｈ和组胺致兔离体血管条收缩的论文。
这与当时公认的给整体动物静注ＡＣｈ或组胺引起血管舒张效应的观点恰恰相反。
但他当时坚持自己的实验重复性良好，且观察无误。
在1962年，有一个叫Ｊｅl ｌifｅ的医生曾发现并报道在血清素预收缩的血管环上。
一氧化氮新资料
一氧化氮：健康的指挥官21世纪以来，越来越多的医学研究证实，一氧化氮不仅对心脑血管疾病，更对机体的整体健康都起着不可替代的决定性功能。
在一氧化氮的诸多作用中，以血管舒张作用最为重要，这有助于调整血流至全身的每一个部位。
一氧化氮可舒张和扩张血管以确保心脏的足够血液供应。
一氧化氮也可阻止血栓形成，血栓可诱发卒中和心脏病发作，同时一氧化氮可调节血压。
犹如战场的总指挥，一氧化氮对人体具有非常重要的平衡、防御、指导作用： 1、一氧化氮对心脑血管系统和呼吸系统具有平衡作用。
一氧化氮，作为一种信号分子，可使血管舒张，有助于保护血管弹性，缓解血压、清理血液，逆转动脉粥样硬化，有效预防并使心脑血管疾病康复。
其作用机理在于，在生理状态下，当血管受到血流冲击、灌注压突然升高时，一氧化氮作为平衡使者维持其器官血流量相对稳定，使血管具有自身调节作用。
能够降低全身平均动脉血压，控制全身各种血管床的静息张力，增加局部血流，是血压的主要调节因子。
一氧化氮的另一个重要作用就是减慢动脉粥样硬化斑块在血管壁的沉积。
在冠状动脉内，胆固醇和脂肪逐渐增多并形成动脉硬化斑块，结果使动脉变窄、甚至阻塞动脉，从而使心脏血液供应减少，一氧化氮可以消除这种斑块。
这说明利用一氧化氮的这种作用可有效也只能并消除动脉粥样硬化斑块的形成。
2、一氧化氮在免疫系统中起主动防御作用。
一氧化氮是一种强抗氧化剂，可以抵御传染性细菌、病毒和寄生虫的侵袭，甚至以此抑制某种癌细胞的增殖。
对于中、重度糖尿病患者，一氧化氮能预防多种常见而严重的并发症，特别是那些与血供减少相关的并发症。
一氧化氮作为一种抗炎物质，可以明显减轻关节炎的关节肿胀和疼痛。
一氧化氮作为体内一种强抗氧化剂，可有效消除体内的氧自由基，从而大大减少由于氧自由基的损害而导致的四种主要致死性疾病，即癌、糖尿病、心脏病和卒中的发生。
3、对神经系统和内分泌系统，一氧化氮可指导身体器官的正常运作。
一氧化氮可以通过细胞膜传递生物信号，调整细胞活动，并指导每一个器官完成机体功能，包括肺、肝、肾脏、胃、心脏、大脑、性器官等。
一氧化氮发现的故事
在寻找更为复杂的生物分子的科学家忽略了。
此外，NO性质独特，其作用方式不同于经典生物活性物质或神经递质，如神经系统中NO既不储存于末梢突触囊泡中，也不以胞吐方式释放，而是靠其脂溶性在细胞内、细胞间弋，通过化学/自由基反应发挥作用并灭活。
但NO的发现绝非偶然，其客观上被应用和研究的历史实际上已长达一个多世纪。
对硝基化合物的应用和认识早在19世纪70年代，人们就发现有机硝酸酯对缺血性心脏病有良好的治疗作用，但当时并不了解其作用机理。
19世纪末，在诺贝尔以研制TNT炸药闻名和发迹的同时，人们惊奇地发现，用于治疗缺血性心脏病的硝酸甘油（GTN）竟是TNT的主要活性成份，人们对此困惑不已。
直到本世纪60年代，科学家发现亚硝胺在体内具有致癌作用，继而开始研究生物体内亚硝酸盐（NO2-）的代谢。
发现机体在正常情况下就可产生和排泄NO2-和硝酸盐（NO3-），其中巨噬细胞是体内NO2-来源之一。
在此期间，多种硝基类扩血管药物更广泛应用于临床，并成为急性心肌缺血的首选急救药。
值得一提的是，早在上世纪末，德国学者Griess就研究和发表NO2-的检测方法，但当时对其与NO的关系并不了解。
由于NO2-是NO在水溶液中氧化代谢的终产物而相对稳定，改良的Griess法至今仍是目前实验室间接检测NO含量最简单、最常用的方法之一。
EDRF的发现在药理学实验室里，另有一些科学家，对于看似与NO并无直接关联的乙酰胆碱（ACh）等血管活性物质的作用机理颇感兴趣。
1953年Furchgott博士发表了首篇ACh和组胺致兔离体血管条收缩的论文。
这与当时公认的给整体动物静注ACh或组胺引起血管舒张效应的观点恰恰相反。
但他当时坚持自己的实验重复性良好，且观察无误。
并在随后（1955年）发表的“血管平滑肌药理学”综述中提出假设，认为犹如肾上腺素能有α和两种受体一样，血管平滑肌上也同时含有运动性和抑制性两种胆碱能受体——现在看来这一结论是错误的，然而在当时这一观点一直被当作权威而认可。
NO的发现与启示
NO 的发现与启示一氧化氮（Nitric Oxide ，NO ）是第一个被发现的体内气体信使分子。
L 型精氨酸在一氧化氮合成酶催化下生成NO 和瓜氨酸。
人体内有三种一氧化氮合成酶，它们分别是存在于血管内皮中的内皮型, 存在于神经组织中的神经型及存在于白细胞等组织中的诱生型。
NO 产生后半衰期极短,仅3～5s 。
研究发现一氧化氮可扩张血管, 参与心血管功能的调控，还可作为信使分子参与神经、免疫等多系统功能的调节。
发现内源性NO 的意义不仅在于揭示了体内一种全新的生物信号传导分子，同时也为疾病的防治带来了福音，采用吸入NO 的方法来治疗肺动脉高压已取得显著疗效。
1998年美国科学家Furchgott 、Ignarro 及Murad 因为“发现NO 在心血管系统中的信使分子作用”共同获得诺贝尔生理学或医学奖（图15）。
目前，除NO 以外，在体内还发现一氧化碳、硫化氢等新的气体信使分子。
（一） 内皮源性舒张因子的发现美国纽约州立大学药理学家Furchgott 长期从事血管活性药物与受体相互作用方面的研究。
上个世纪五十年代，他曾发现乙酰胆碱( acetylcholine, ACh)、卡巴胆碱( carbachol ，Cch)等M 受体激动剂在体外可引起血管收缩，这是一个令人困惑不解的结果，因为人们早已知道Ach 在体内具有很好的扩血管效应。
但为什么Ach 在体内外对血管的舒缩具有截然不同的影响？其机制并不清楚。
1978年, 他和同事在动脉离体标本的研究中意外发现, ACh 和Cch 等M 受体激动剂没有像往常一样引起动脉血管收缩, 而是引起了动脉血管舒张。
这一意外的发现引起了他们的注意。
研究人员仔细分析了这些实验的条件, 发现前后实验所用的动脉血管标本的制作方式有所不同。
虽然都来自家兔的胸主动脉, 但引起动脉舒张的标本是动脉环, 而此前的实验一直都采用动脉条。
因为过去为了克服当时生理记录仪灵敏度不足的问 Robert F. Furchgott(1916-2009)Louis J. Ignarro （1941-） Ferid Murad （1936-） 图1 1998年诺贝尔生理学或医学奖获奖者题，他用眼科剪沿血管壁螺旋状剪开，然后将这种螺旋状的血管两端悬挂，以记录张力变化，从而巧妙地将血管口径的微弱收缩放大为易于记录的轴向收缩。
[实践]NO的产生与信号途径
![[实践]NO的产生与信号途径](https://img.taocdn.com/s3/m/d313235b2f3f5727a5e9856a561252d380eb206d.png)
NO的产生与信号途径摘要：一氧化氮（NO）是一种高度活性分子，能通过细胞膜快速扩散，在植物中NO可通过酶促途径和非酶促途径产生。
已在多种受病原物诱导的植物中检测到NO的产生。
本文综述了NO在植物-病原物互作中NO诱发的过敏性(HR)、细胞死亡和植物抗病性的建立中起非常重要的信号调节作用。
关键词：一氧化氮；信号转导；过敏性反应；抗病性NO是一种气态自由基，能通过生物膜快速扩散，在生物组织中的半衰期大约为6 s，这种极短半衰期赋予了NO高度活性，NO能直接与金属复合物或其他自由基反应，也可以间接与DNA、蛋白质、脂质反应。
NO在植物的许多新陈代谢和植物抗病性中起着重要作用。
1NO的产生和清除植物中NO的产生是通过两种途径：NO还原反应途径和氧化反应途径产生(图1所示)。
1.1NO还原反应途径NO还原反应途径主要是由依赖硝酸盐/亚硝酸盐产生NO和非酶类途径产生NO。
硝酸还原酶(nitrate reductase)主要功能是在依赖NAD(P)H途径中将硝酸盐还原成亚硝酸盐。
包括细胞质硝酸还原酶(NR)和根部特有的细胞膜亚硝酸盐还原酶(Ni-NOR)。
NR通过NAD(P)H还原亚硝酸盐一个电子而催化体内NO的产生，NR控制植物叶片和根部的NO水平，而这个过程又是受该酶的磷酸化水平(Nigel et al.,2006)。
此外Ni-NOR参与了从亚硝基到NO的形成过程中，但是紧局限于根部。
体外试验表明NR也能将亚硝酸盐还原成NO，但是还原效率很低(Rockel et al.,2002)。
有很多报告证明了NR在NO合成过程的作用。
通过敲除NR基因突变体或沉默的遗传现象表明植物不能积累NO或调节NO在激发效应中的作用(Bright et al.,2006)。
研究发现在依赖NR的缺陷突变体中，ABA不能诱导NO产生和气孔关闭，说明NO调节的NO合成在保卫细胞ABA信号传导中为主要步骤。
更明确的是拟南芥的另一个NR亚型NIA1在ABA诱导气孔关闭的过程中也起着NO的合成酶的作用(Ribeiro et al.,2009)。
气体信号分子一氧化氮
气体信号分子一氧化氮一氧化氮（NO）是一种无色、无臭的气体信号分子，由一分子氮和一分子氧组成。
它的化学式为NO，分子量为30.01。
由于其独特的生物学功能和药理学特性，一氧化氮已成为研究关注的热点，并被广泛应用于医学、生物工程、环保等领域。
一氧化氮的发现一氧化氮在自然界中异常广泛，但是其作为独立分子的发现要追溯到1772年，由英国化学家Joseph Priestley在实验中制备的氨气和氧气的反应中观察到的。
Priestley注意到，这种新的气体导致燃烧烛花的蜡烛熄灭时燃烧的蜡烛会变得特别容易，他把这种现象命名为“空气中的可燃部分”，并发表了这项研究的论文。
然而，直到20世纪前半叶，一氧化氮的生物学意义才被发现。
一氧化氮的生物学功能在生物体内，一氧化氮主要由内皮细胞的一种酶——一氧化氮合酶（NOS）合成。
NOS 可以将精氨酸转化为一氧化氮和L- 鸟氨酸（L-arginine），并且可以通过调节此过程来控制一氧化氮的产生。
一氧化氮具有调节血液循环、神经调节、细胞生长与分化、恶化与抗炎、抗氧化等多种生物学功能。
一氧化氮在心血管系统中起到调节血压、冠脉扩张和抗血小板凝聚作用的作用。
在神经系统中，一氧化氮作为神经递质发挥着重要的作用。
此外，一氧化氮可以抑制炎症反应，维持内环境的平稳，是生物体内一个重要的信号分子。
一氧化氮的药理学特性另外，由于一氧化氮容易被氧化和分解，需要特殊的递送系统，所以制造具有需要释放一氧化氮的药物是十分困难的。
近年来，许多研究工作集中在研究如何控制一氧化氮的生成和释放，并研发靶向性更好、具有更好渗透性的一氧化氮释放剂。
这对于提高药物治疗的效果，降低副作用，具有重要意义。
总之，一氧化氮是一种具有独特生物学作用和药理学特性的气体信号分子。
它在生物学和医学研究中得到广泛应用，开拓了一条新的思路，为新药的研发提供了灵感。
05神经递质_NO概述
二、NO的作用机制
NO是一个小分子生物活性 物质，具有疏水性(脂溶 性)，可自由通过细胞膜， 直接作用于细胞内的靶 分子，不需要任何受体 的介导。 NO具有多方面的生物效应， 其主要信号转导系统是 NO-sGC-cGMP信号转导系 统：NO激活可溶性鸟苷 酸环化酶(sGC)，升高细 胞内的cGMP水平，进而 激活或调节不同酶的活 性、或操纵离子通道， 表达生物学效应。
三、NO在NS中的生理作用
㈠NO的信使和毒素作用
NO的作用极为复杂广泛，其作用几乎遍布哺乳动物各个系统；并且NO像一 把“双刃剑”，既是有益的信使、调节者，参与机体的功能调节，同时 又具有潜在的毒性。一般而言，由cNOS 诱导产生的NO主要起信息传递、 舒张血管等方面的作用；由iNOS诱导产生的NO则主要介导细胞毒性作用。 NO的信使和毒素作用
2.NO作为生物信使的沿革
NO生物信使作用的发现，源于内皮细胞舒张因子(EDRF)的研究。1980年 Furchgott和Zawadzki报道ACh、缓激肽、ATP等的舒血管作用，由血管 内皮细胞(VEC)释放的EDRF介导。1986年Furchgott等基于EDRF药理作用 与NO药理作用的相似性，提出EDRF可能就是NO。后经一系列研究证实， 两者的生物活性、稳定性和对一些药物的反应性非常一致。尽管对EDRF 是否就是NO这一问题，至今还有一些不同的看法，对EDRF的本质还在研 究之中，但现有的绝大多数资料支持EDRF就是NO。 1988年Garthwaite等提出NO(当时称为EDRF)在脑内发挥细胞间信使的作用。
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NO是体内重要的信号分子的发现史及作用机制
11生物科学A班陆韵玲11550803032
1998年诺贝尔医学或生理学奖的获得者是佛奇哥特Robert F.Furchgott，伊格纳罗Louis J. Ignarro以及慕拉德Ferid Murad。
他们是“NO是体内重要的信号分子”的发现者，正因为这三位美国科学家，打开了气体分子能作为体内信息传播分子的大门。
以下是NO作为体内气体信号分子的发现史：
最先发现NO具有信息传导功能的人是在美国布鲁克林南方卫生科学中心的佛奇哥特。
1953年，弗奇戈特使用离体血管条（helical strip ）实验研究了肾上腺素、去甲肾上腺素、亚硝酸钠和乙酰胆碱等对动脉条的生理作用。
但在当时的实验中存在一个令人困惑不解的现象：给整体动物静注ACh 引起血管舒张效应，而ACh 对离体血管条标本产生收缩作用而不是舒张作用？当时被称之为“Furcthgot悖论”。
直到1978年，还是在Furchgott的实验室，一次偶然的事件才使这一矛盾得以澄清。
该事件源于一次错误实验操作：该实验室一名叫David的技术员未按原定实验步骤，“ 错误” 地将carbachol（拟胆碱药，ACh类似物）加到由去甲肾上腺素预收缩的血管环标本中，结果发现其并没有使兔主动脉环收缩，相反却使其舒张。
弗奇戈特没有放过这种反常的现象，他用Ach对内表皮完整的血管进行刺激，结果发现，血管舒张。
从而弗奇戈特推测Ach实际上是作用于血管内表皮细胞使其产生新的信使分子(弗奇戈特称之为EDRF)从而使血管平滑肌舒张进而导致血管舒张。
相同条件下
↗扩张
Ach→【血管】→没明显作用？
↘收缩
研究
Ach→血管内表皮完整→血管扩张
推测
Ach→血管内皮细胞→新信使分子→血管平滑肌舒张→血管舒张
（EDRF）弗奇戈特研究过程在弗奇戈特的基础上，伊格纳罗分别从不同的侧面证明了EDRF就是NO分子。
首先，一系列研究结果提示EDRF和NO的生物学性质相似。
EDRF能够激活鸟苷酸环化酶（GC），引起血管平滑肌中环磷酸鸟苷（cGMP）水平的升高，产生内皮依赖性血管舒张效应。
该过程可以被亚甲基蓝（MB），氧基血红蛋白和氧基肌红蛋白抑制，这些特点与NO引起血管舒张的过程相同。
其次，利用灌流-生物鉴定法，证明EDRF和NO的化学性质十分相似，如EDRF性质不稳定，半衰期约是3-5秒，可以被超氧阴离子灭活，超氧化物歧化酶能使EDRF 的半衰期延长到30秒。
最后证明，EDRF 和NO 激活GC 的过程都具有亚铁血红素依赖性。
和血红蛋白（Hb）相互作用前，Hb的最大吸收峰在433nm，EDRF和血红蛋白（Hb）相互作用后，Hb的最大吸收峰移动到406nm。
NO和Hb反应时也同样具有上述变化。
以上结果从不同侧面证明，EDRF就是NO 。
1986年夏季，在美国明尼苏达州的Rochester举行研讨会，Ignario和Furchgott独立报告了他们各自的结果，都证明EDRF的化学结构就是NO。
然而，NO在体内具体的作用机制是怎样的，那就由慕拉德来解答了。
早在20世纪60年代慕拉德就读于Western Reserve大学时，就对信号转导与第二信使感兴趣。
他曾与1971年诺贝尔生理及医学奖获奖者Eeal Sutherland合作研究过cAMP 。
70年代早期，慕拉德在弗吉尼亚大学建立起自己的实验室独立研究cGMP的功能。
穆拉德其在研究cGMP过程中，设法从cGMP产物中分离出了一种与之类似的蛋白质——可溶性鸟苷酸环化酶（sGC）。
发
现：1、细胞膜中的GC与悬浮在细胞内部的GC不同。
2、为检测这种分离出来的GC，加入一些化学物质，除去某些可能影响cGMP产物的杂蛋白，发现有些物质能活化GC，使GC生产出更多cGMP。
3、把这些物质加入到气管、肠等不同组织，发现不但能活化GC，还使这些组织的平滑肌松弛。
1977年Murad发现硝酸甘油是经由释放NO而使得血管平滑肌放松的。
从而进一步确立了，NO是一种对血流具有调节作用的信使分子。
NO作为信号分子的具体机制的大致过程是，乙酰胆碱从血管壁的神经末梢释放出来，然后扩散穿过平滑肌细胞，通过基底膜到达排列在血管上的内皮细胞的乙酰胆碱受体上，即作用于血管内表皮细胞G蛋白偶联受体并激活磷脂酶C通过第二信使IP3导致细胞质Ca2+水平升高，当Ca2+结合钙调蛋白后刺激NO合酶，催化精氨酸，氧化成瓜氨酸并释放NO。
NO通过扩散进入邻近平滑肌细胞，激活具有鸟苷酸环化酶活性的NO受体，刺激产生第二信使cGMP,而cGMP的作用是通过cGMP依赖的蛋白激酶G的活化机制肌动-肌球蛋白复合物信号通路，导致平滑肌松弛，肌肉舒张。
我们可以从NO作为气体信号分子的发展史看出，任何的科学进步都是需要经过不断地推测，验证的。