NO功能及作用機(jī)制

1、NO功能及作用機(jī)制     引 言一氧化氮(nitric oxide，NO) 是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的參與體內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的氣體信號(hào)分子，在神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等都發(fā)揮著重要作用。相比于 NO 功能的多樣性，其作用機(jī)制也是復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)的。NO 的作用可能是多靶點(diǎn)、多機(jī)制同時(shí)作用的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控。NO及其相關(guān)的氮氧化物衍生物可以修飾各種生物大分子，包括蛋白質(zhì)、脂類和核酸等。這些修飾為 NO 提供了豐富的特異調(diào)控細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式。其中，比較重要的可逆修飾包括對(duì)蛋白質(zhì)半胱氨酸巰基的修飾蛋白質(zhì)巰基亞硝基化，本文主要對(duì)蛋白質(zhì)巰基亞硝基化進(jìn)行介紹。NO作用的分子機(jī)制經(jīng)典

2、的 cGMP 依賴的信號(hào)通路NO 可以結(jié)合可溶性鳥苷酸環(huán)化酶中血紅素的亞鐵離子，促進(jìn)鳥苷酸環(huán)化酶將 GTP 轉(zhuǎn)化為cGMP， 激活 cGMP 依賴的蛋白激酶 G (protein kinase G，PKG)，這介導(dǎo)了內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS) 產(chǎn)生 NO 的生物活性，并行使了 NO在細(xì)胞內(nèi)的大部分功能。cGMP 刺激平滑肌細(xì)胞舒張有兩種機(jī)制：降低胞內(nèi)鈣的濃度Ca2+i和降低收縮系統(tǒng)對(duì)鈣的敏感度。前者是由于激活的 PKG 可以磷酸化幾種關(guān)鍵的目標(biāo)蛋白質(zhì)，而這些蛋白質(zhì)最終的作用是導(dǎo)致Ca2+i降低。特別是 PKG 可以激活鈣激

3、活鉀離子通道(KCa2+)，抑制膜上鈣通道的活性，激活質(zhì)膜和肌質(zhì)網(wǎng)上鈣 -ATPase 泵的活力，抑制 IP3及其受體的產(chǎn)生。cGMP 誘導(dǎo)的鈣去敏化主要是通過抑制 RhoA 依賴的通路和激活肌球蛋白輕鏈磷酸酶的活力來實(shí)現(xiàn)的。金屬中心反應(yīng)除了血紅素的亞鐵離子，NO也可以結(jié)合很多酶的非血紅素鐵，比如 NADH- 泛醌氧化還原酶、NADH- 琥珀酸氧化還原酶、順烏頭酸酶和所有鐵硫酶類。NO 可以結(jié)合鐵儲(chǔ)存蛋白 - 轉(zhuǎn)鐵蛋白，釋放鐵并導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化。NO 也可以結(jié)合核糖核苷酸還原酶的非血紅素鐵來抑制 DNA 合成。NO 結(jié)合鐵的能力還可以影響鐵代謝。鐵代謝是通過蛋白質(zhì) -mRNA 相互作用來進(jìn)行轉(zhuǎn)錄

4、后調(diào)控的，而巨噬細(xì)胞合成的NO可以刺激人干擾素調(diào)節(jié)因子(humaninterferon regulatory factor，IRF)，導(dǎo)致含 IRF 的 mRNA 的翻譯抑制。在小腦腦片中，NMDA受體(N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR) 激活所產(chǎn)生的 NO 可以通過對(duì)鐵硫中心的替換增加IRF 的 RNA 結(jié)合活性。酪氨酸硝基化NO與 O2反應(yīng)生成過氧亞硝酸根離子(peroxynitrite，ONOO)，ONOO與蛋白質(zhì)酪氨酸反應(yīng)產(chǎn)生 3- 硝基酪氨酸 (3-nitro-tyrosine，3-NT)。這種酪氨酸修飾稱為酪氨酸硝基化1。3-NT 與很多疾病相

5、關(guān)，包括神經(jīng)疾病 (Alzheimer 病、Parkinson 病、多發(fā)性硬化癥和中風(fēng))及心血管疾病(動(dòng)脈粥樣硬化、心肌肥大、冠狀動(dòng)脈疾病、高血壓和糖尿病性血管病變)，這些病因都與炎癥相關(guān)。蛋白質(zhì)酪氨酸硝基化也是 NO 病理作用的主要機(jī)制之一。不飽和脂肪酸的修飾NO 及其衍生物不僅能介導(dǎo) DNA 的氧化損傷和蛋白質(zhì)的修飾，還能修飾不飽和脂肪酸而生成硝基脂(nitrolipid)2。在人的血液和尿液中可檢測(cè)到多種硝化的不飽和脂肪酸，它們可作為配體激活內(nèi)源過氧化物酶增殖體激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)，從而介導(dǎo)相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

6、和生理功能調(diào)控。硝化的亞油酸還能通過活化內(nèi)皮細(xì)胞heme oxygenase 1 (HO-1)來介導(dǎo) NO 的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。硝化的亞油酸 (L-NO2)和油酸(OA-NO2)對(duì)脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)具有抑制作用，是一種內(nèi)源抗炎因子3。NO 對(duì)不飽和脂肪酸修飾的功能和作用機(jī)制還有待深入研究。蛋白質(zhì)巰基的亞硝基化修飾蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾是NO 發(fā)揮廣泛生物活性的主要分子機(jī)制之一。簡(jiǎn)單地說，蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾是活性氮對(duì)蛋白質(zhì)半胱氨酸巰基的一種蛋白質(zhì)翻譯后修飾，通過該修飾形成的亞硝基巰基(S-nitrosothiols，RSNOs 或 Cys

7、-NO) 可調(diào)控蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、細(xì)胞定位、蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用等，從而得以廣泛發(fā)揮 NO 的生物活性。與蛋白質(zhì)磷酸化修飾不同，該修飾依賴氧與半胱氨酸，是一種氧化還原依賴的蛋白質(zhì)翻譯后修飾。種主要存在形式。一氧化氮作用的分子機(jī)制簡(jiǎn)單總結(jié)如表1。蛋白質(zhì)巰基亞硝基化的反應(yīng)特點(diǎn)蛋白質(zhì)巰基亞硝基化包括 NO 對(duì)蛋白質(zhì)半胱氨酸巰基的直接亞硝基化，以及由低分子量巰基亞硝基化合物的轉(zhuǎn)亞硝基化。直接亞硝基化可能的反應(yīng)為：其中，-SNO 是亞硝基化的半胱氨酸，-SH 是自由的半胱氨酸，-NO 在兩個(gè)分子間自由轉(zhuǎn) 移?，F(xiàn) 有 研 究 表 明 ， 通 過 GAPDH ( glyceraldehyde-3-

8、phosphate dehydrogenase) 和thioredoxin，可以促進(jìn) -SNO 在蛋白質(zhì)間的轉(zhuǎn)亞硝基化反應(yīng)。而低分子量亞硝基化合物 (如S-nitrosocysteine)的轉(zhuǎn)亞硝基化反應(yīng)則是首先生成一種中間產(chǎn)物，再經(jīng)一步反應(yīng)完成轉(zhuǎn)亞硝基化。低分子量巰基亞硝基化合物的體外合成反應(yīng)為：蛋白質(zhì)巰基亞硝基化產(chǎn)物一般不穩(wěn)定，對(duì)光(特別是 340 nm 的紫外線) 及巰基還原試劑比較敏感，對(duì)部分金屬離子(Cu+和 Fe2+)極其敏感。蛋白質(zhì)亞硝基化修飾是一種可逆的特異性修飾，包括亞硝基化和去亞硝基化。最早的特異性研究結(jié)果表明，蛋白質(zhì)巰基亞硝基化的作用位點(diǎn)多發(fā)生在蛋白質(zhì)的疏水區(qū)半胱氨酸上，

9、能夠被亞硝基化作用的一般只有一個(gè)或幾個(gè)關(guān)鍵的巰基，分單亞硝基化修飾和多亞硝基化修飾。而后續(xù)研究表明，空間構(gòu)象對(duì)亞硝基化修飾的特異性起關(guān)鍵作用，Ca2+、Mg2+、H+及 O2等可通過調(diào)控蛋白質(zhì)構(gòu)象促進(jìn)亞硝基化修飾。與一氧化氮合酶 (nitric oxidesynthase，NOS) 共定位的蛋白質(zhì)容易被亞硝基化。雖然許多酶參與調(diào)控蛋白質(zhì)巰基亞硝基化反應(yīng)，如超氧化物歧化酶、一氧化氮供體 GSNO (S-nitrosoglutathione) 還原酶和硫氧還蛋白還原酶可分別促進(jìn)亞硝基化、轉(zhuǎn)亞硝基化和去亞硝基化，但目前還未發(fā)現(xiàn)特異、典型的酶催化蛋白質(zhì)巰基亞硝基化反應(yīng)。亞硝基化蛋白質(zhì)位點(diǎn)鑒定結(jié)果表明，

10、調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能的修飾僅僅來自于一個(gè)或者很少的Cys 巰基修飾，說明蛋白質(zhì)的巰基亞硝基化修飾是有特異性的。研究結(jié)果表明，與特異性相關(guān)的因素包括蛋白質(zhì)巰基pKa、疏水結(jié)構(gòu)域、調(diào)節(jié)巰基溶液可接觸性或反應(yīng)性的調(diào)節(jié)物(Ca2+、Mg2+和O2/redox)，以及是否與NOSs 有相互作用。蛋白質(zhì)巰基亞硝基化靶點(diǎn)和功能研究通過外源 NO 供體和內(nèi)源產(chǎn)生的 NO 引起的亞硝基化，可以在體外 / 體內(nèi)調(diào)節(jié)多種代謝酶、氧化還原酶、蛋白酶、蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，以及受體 / 離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)體、細(xì)胞骨架、轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)節(jié)因子 (包括 G 蛋白) 的功能。越來越多的證據(jù)表明，SNOs (包括大分子的蛋白質(zhì) -SN

11、O 和小分子的 -SNO，如 GSNO 和 Cys-NO 等) 可以作為 NO 供體起作用或者直接行使NO的功能，因?yàn)檎{(diào)控機(jī)體 SNOs 的水平也可以達(dá)到調(diào)控 NO 生理功能的目的。一些蛋白 (包括硫氧還蛋白、谷胱甘肽過氧化物酶和谷胱甘肽還原酶等) 能調(diào)控SNOs水平?；钚晕稽c(diǎn)含有巰基的酶半胱氨酸蛋白酶Cys殘基存在于很多酶的活性位點(diǎn)中并參與催化。在最早有關(guān)蛋白質(zhì)亞硝基化的描述中，組織蛋白酶B (cathepsin B)的酶活被 NO 介導(dǎo)的巰基修飾抑制。后續(xù)研究表明，大部分半胱天冬酶(caspases)活性位點(diǎn)的Cys 可以被亞硝基化，使其酶活受到抑制4。磷酸酶與半胱氨酸蛋白酶一樣，蛋白質(zhì)酪

12、氨酸磷酸酶超家族 protein tyrosine phosphatase(PTPase) superfamily有一個(gè)保守的、位于活性中心的 Cys 殘基。大量研究已證明，內(nèi)源產(chǎn)生的活性氧可以抑制 PTPases，同時(shí)，NO+供體也可以可逆地抑制 PTPases 純蛋白的酶活。完整細(xì)胞在暴露于外源 NO/SNO 或者 iNOS (inducible nitric oxide synthase) 誘導(dǎo)后，活性被抑制的酪氨酸磷酸酶可造成磷酸酪氨酰蛋白(PTPases的底物)的水平增加5。精氨酸代謝相關(guān)酶類二甲基精氨酸二甲基胺水解酶(dimethylarginine dimethylaminohy

13、drolases，DDAHs) 能水解精氨酸衍生的內(nèi)源 NOS 抑制物。其活性位點(diǎn) Cys249 的亞硝基化可抑制此酶的活性6。最近，研究人員還發(fā)現(xiàn)，亞硝基化可抑制腺苷甲硫氨酸脫羧酶( S-adenosylmethioninedecarboxylase)7和甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶(methionine adenosylytransferase)8的活性。這些結(jié)果提示，精氨酸(NOSs產(chǎn)生 NO 的底物) 的代謝 包括多胺 (polyamine) 的合成可能被一些功能相關(guān)酶的亞硝基化調(diào)節(jié)。N - 乙酰馬來酰亞胺 - 敏感因子 -ATPaseN-乙酰馬來酰亞胺 - 敏感因子 N-ethylmaleim

14、ide (NEM)-sensitive factor，NSF的同型六聚體在小泡膜運(yùn)輸過程中起關(guān)鍵作用。在完整內(nèi)皮細(xì)胞中，NSF 都可以被外源或內(nèi)源NO 亞硝基化9。亞硝基化對(duì) NSF 本底的 ATPase 活性沒有作用，但是會(huì)抑制 NSF 引起的膜融合復(fù)合體解聚，從而抑制膜融合。引入無亞硝基化的 NSF 可以恢復(fù) NO 處理所抑制的細(xì)胞外吐，這有力地證明了NSF 的亞硝基化是 NO 抑制膜融合的主要機(jī)理之一。單體GTPases最初，人們發(fā)現(xiàn)小G 蛋白 p21RasCys118 位點(diǎn)被亞硝基化并激活，且這種激活不依賴于cGMP；而且，在缺失 nNOS (neuronal nitric oxide

15、 synthase) 的突變小鼠 (nNOS/)中激活NMDA受體也不會(huì)激活 p21Ras，說明 NO 對(duì) ATP- 敏感的鉀通道的激活是通過 Ras 的亞硝基化所介導(dǎo)的。最近，有報(bào)道稱調(diào)節(jié)核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的 G 蛋白 Ran 在本底情況下被亞硝基化；G 蛋白 Dexras 被 NO 所激活，而存在于 nNOS/小鼠腦部的 Dexras 本底活性降低。這些證據(jù)都說明這類蛋白質(zhì)的功能與亞硝基化修飾密切相關(guān)10。膜受體 / 離子通道已有研究表明，很多受體耦聯(lián)的、陽離子激活的及電壓調(diào)節(jié)的離子通道活性可以被內(nèi)源亞硝基化調(diào)節(jié)。NMDA受體神經(jīng)元NMDAR 介導(dǎo)突觸后 Ca2+的流動(dòng)，調(diào)節(jié)nNOS 活性，而 NM

16、DAR 反過來也是亞硝基化的底物；Cys399 的亞硝基化可以變構(gòu)性調(diào)節(jié)配體結(jié)合及其與連接區(qū)域的相互作用，從而抑制 NMDAR 的功能11。Ryanodine受體骨骼肌的1 型 ryanodine 受體 /Ca2+離子載體(type 1 ryanodine receptor/Ca2+ionophoreof skeletal muscle，RyR1) 是控制從肌質(zhì)網(wǎng) (sarcoplasmic reticulum，SR) 釋放 Ca2+的主要離子通道，并由此控制肌肉收縮。在純化的 SR 囊泡中，RyR1 被亞硝基化所激活。內(nèi)源nNOS產(chǎn)生的 NO 僅僅亞硝基化 RyR1 同型四聚體約 50 個(gè)自

17、由巰基中的一個(gè)，即位于 RyR1中、與鈣調(diào)蛋白 (calmodulin，CaM) 結(jié)合的疏水結(jié)構(gòu)域中的 Cys363512。心肌中的RyR2 在本底情況下被亞硝基化。亞硝基化激活 RyR2，抑制 Ca2+-ATPase 介導(dǎo)的肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+回收。在 nNOS/小鼠中，對(duì)-腎上腺素刺激的收縮反應(yīng)的抑制結(jié)果表明，肌肉中的 nNOS 活性可以增強(qiáng)肌肉收縮能力13。轉(zhuǎn)錄因子缺氧誘導(dǎo)因子 HIF1在完整細(xì)胞中，GSNO 處理或者 iNOS 的誘導(dǎo)，可以導(dǎo)致 HIF1 的亞硝基化和轉(zhuǎn)錄活性的升高。Cys800是其亞硝基化的位點(diǎn)，亞硝基化控制了 HIF1 和 p300 的蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用及其轉(zhuǎn)錄活

18、性，是與以往 HIF 調(diào)控的機(jī)制不同的新機(jī)制14。核因子BNF-B家族的原型是在很多哺乳動(dòng)物細(xì)胞中固有表達(dá)的 p50p65 異二聚體。NF-B 可以被外源 NO 或者 iNOS 誘導(dǎo)產(chǎn)生的 NO 亞硝基化，這抑制了 NF-B 依賴的 DNA 結(jié)合與啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性15。最近的研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源 IKK 的 Cys179 亞硝基化抑制了 IB 的磷酸化16。亞硝基化修飾在蛋白質(zhì)核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)中的作用研究發(fā)現(xiàn)，NO 供體 GSNO 通過蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾，可以誘導(dǎo) DNA 堿基切除修復(fù)蛋白 APE1 (DNA-(apurinic or apyrimidinic site) lyase) 的核輸出，而過氧化

19、氫不能誘導(dǎo)APE1 出核，說明該現(xiàn)象是 NO 亞硝基化修飾特異的17。此外，NO 也能同時(shí)破壞 importin介導(dǎo)的核輸入系統(tǒng)，進(jìn)一步促使APE1 從核內(nèi)全部清空。文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn) NO 能調(diào)控一系列蛋白質(zhì)的核內(nèi)積累，如 Nrf2 (Nuclear factor erythroid2-related factor 2)和 p53 等，那么，NO 是否可以直接作用于核輸出系統(tǒng)，從而調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白質(zhì)從核向胞漿的轉(zhuǎn)位？進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典核輸出受體CRM1能被亞硝基化修飾，抑制其與核輸出信號(hào) NES 相互作用，從而抑制 CRM1 依賴蛋白質(zhì)的核輸出18。蛋白質(zhì)巰基亞硝基化是調(diào)控蛋白核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的新分子機(jī)制。

20、亞硝基化修飾在調(diào)控其它蛋白質(zhì)翻譯后修飾的作用SUMO 化修飾NO可以通過蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾增強(qiáng) Pias3 (Protein inhibitor of activated STATprotein 3)的泛素 E3 連接酶 Trim32 (Tripartite motif-containing protein 32) 與 PIAS3 的相互作用，從而降低SUMO (small ubiquitin-like modifier)修飾 E3 連接酶 PIAS3 的穩(wěn)定性，下調(diào)細(xì)胞中的整體 SUMO 化水平19。該工作提示：調(diào)控其它蛋白質(zhì)翻譯后修飾，可能是氧化還原依賴的蛋白質(zhì)翻譯后修飾發(fā)揮作用的重要

21、途徑。NO 生物活性受 NOS-GSNOR 雙調(diào)控GSNOR下調(diào)可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)亞硝基化水平顯著增高，在細(xì)胞死亡中起關(guān)鍵作用20。利用果蠅模型的研究表明：與調(diào)控 NOS 一樣，在果蠅腦中高表達(dá) GSNOR 將導(dǎo)致果蠅學(xué)習(xí)記憶功能的缺陷21。結(jié)合相似研究結(jié)果，學(xué)者提出了 NO 生物學(xué)功能受 NOS-GSNOR合成和代謝雙調(diào)控的觀點(diǎn)22。根據(jù)該觀點(diǎn)， GSNOR 可能成為調(diào)控 NO 生物學(xué)功能的新靶點(diǎn)，這對(duì)研究Alzheimer病等學(xué)習(xí)記憶和神經(jīng)損傷相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制具有潛在的參考價(jià)值。蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾與疾病的發(fā)生統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，蛋白質(zhì)巰基亞硝基化產(chǎn)物在多種疾病中表現(xiàn)出異常升高或

22、降低。關(guān)節(jié)炎、糖尿病、多種硬化癥、驚厥、敗血癥、肺結(jié)核、血膽脂醇過多、中風(fēng)等疾病中的蛋白質(zhì)巰基亞硝基化產(chǎn)物較正常水平明顯增多；而在哮喘、新生兒血氧不足、肺氣腫等疾病中，蛋白質(zhì)巰基亞硝基化產(chǎn)物較正常水平明顯降低。因此，調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾可能成為健康防護(hù)的一種新的有效途徑23。蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾與腫瘤順鉑是治療實(shí)體瘤的常用藥物，有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性作用24。但腫瘤細(xì)胞可以產(chǎn)生對(duì)順鉑的抗性，特別是在人肺癌中，這是順鉑治療腫瘤的一個(gè)主要限制因素。2006 年，有學(xué)者報(bào)道了這種對(duì)順鉑抗性的新機(jī)制，認(rèn)為是 NO 介導(dǎo) Bcl-2 蛋白質(zhì)巰基亞硝基化，抑制 Bcl-2泛素化降解，降低了細(xì)胞凋亡，從而

23、增加人肺癌細(xì)胞 H-460 對(duì)順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡產(chǎn)生抗性。另一個(gè)例證是血清骨橋蛋白(osteopontin，OPN)。OPN是與細(xì)胞黏附和遷移及腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的重要分子，其蛋白質(zhì)表達(dá)調(diào)控機(jī)制是腫瘤研究中的重要問題。內(nèi)毒素刺激鼠巨噬細(xì)胞產(chǎn)生大量NO，OPN 的轉(zhuǎn)錄和啟動(dòng)子活性被顯著上調(diào)。這是由于 OPN 基因的轉(zhuǎn)錄被一個(gè)組成型的轉(zhuǎn)錄抑制蛋白所調(diào)控，即 hnRNP A/B (heterogeneous nuclearribonucleoprotein A/B)。大量產(chǎn)生的 NO 能夠使 hnRNP A/B 發(fā)生亞硝基化修飾，抑制其DNA結(jié)合能力，從而抑制其轉(zhuǎn)錄抑制活性，導(dǎo)致 OPN 的表達(dá)

24、升高?？梢?，蛋白質(zhì)巰基亞硝基化調(diào)控有可能成為腫瘤治療的一個(gè)新途徑。蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾與心腦血管系統(tǒng)疾病最近研究表明，血紅細(xì)胞通過血紅蛋白(Hb)的亞硝基化實(shí)現(xiàn) NO/SNO-Hb 平衡的精確調(diào)節(jié)，行使血管舒張調(diào)節(jié)功能。NO/SNO-Hb 失衡或者 NO 運(yùn)輸?shù)漠惓６伎赡軐?dǎo)致紅細(xì)胞的功能失常，造成血栓形成、缺氧等。目前發(fā)現(xiàn)的與紅細(xì)胞 NO/SNO-Hb 失衡及 NO 運(yùn)輸異常相關(guān)的疾病有心力衰竭(heart failure)、鐮刀貧血病(sickle cell anaemia)、敗血癥(sepsis)和先兆子癇(preeclampsia)25。研究發(fā)現(xiàn)，NO 在人擴(kuò)張型心肌病中升高，NO 在

25、體外和細(xì)胞內(nèi)都可以通過蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾使病毒蛋白酶 2A 失活，對(duì)心臟起保護(hù)作用，這與 NO 抑制小鼠柯薩奇 B3 病毒( Coxsackievirus B3，CVB3)心肌炎的作用相一致。鐮刀貧血病的血紅細(xì)胞膜上缺乏SNO，這影響了它們對(duì)缺氧血管舒張的調(diào)節(jié)能力。這種缺陷的程度和臨床上疾病的嚴(yán)重程度正相關(guān)。NO 供體可以治療鐮刀貧血病，降低血管阻塞幾率。羥基脲 (hydroxyurea) 治療就是一個(gè)例子，它可以產(chǎn)生NO。而在敗血癥中，紅細(xì)胞內(nèi)的 SNO 作為敗血癥的疾病標(biāo)志物之一，可能成為一個(gè)新的治療靶點(diǎn)。先兆子癇血漿中的 SNO-Hb 和總 SNO 含量顯著升高，這提示 NO 的釋放

26、可能不足，說明維持血管正常調(diào)節(jié)需要的 NO 不足可能是導(dǎo)致這種疾病的發(fā)病機(jī)制之一。蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾與神經(jīng)退行性疾病研究發(fā)現(xiàn)，在 Parkinson 模型小鼠和 Parkinson 病人的腦中均檢測(cè)到 E3 泛素化連接酶Parkin被亞硝基化。該酶參與細(xì)胞的泛素化，控制許多特異底物的降解，幫助清除錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)和非正常功能蛋白質(zhì)，對(duì)多巴胺神經(jīng)元存活具有重要作用。Parkin (E3ubiquitin-protein ligase parkin)被亞硝基化修飾后，連接酶活性被抑制，導(dǎo)致 parkin 底物泛素化異常，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解過程不能正常進(jìn)行，神經(jīng)元死亡。2006 年又有研究發(fā)現(xiàn)，在A

27、lzheimer病和 Parkinson 病等與蛋白質(zhì)聚集有關(guān)的神經(jīng)退行性疾病病人的腦中，二硫鍵異構(gòu)酶(protein-disulphide isomerase，PDI) 被亞硝基化。亞硝基化修飾后的 PDI，其分子伴侶活性和二硫鍵異構(gòu)酶活性均降低，導(dǎo)致蛋白質(zhì)不能正確折疊，從而不能形成發(fā)揮正常功能所需的三維結(jié)構(gòu)。此外，在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化需要該酶的催化，這些過程也會(huì)受到影響。在谷氨酸興奮性毒性實(shí)驗(yàn)中，PDI 能降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致的蛋白質(zhì)沉積，從而對(duì)細(xì)胞有保護(hù)作用；但 NO 作用后，PDI 被亞硝基化，活性被抑制，不能有效降低蛋白質(zhì)沉積，失去對(duì)細(xì)胞的保護(hù)作用。PDI 亞硝基化使蛋白

28、質(zhì)的錯(cuò)誤折疊增加，非功能蛋白質(zhì)沉積導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞功能異常。同樣，基質(zhì)金屬蛋白酶 (matrix metalloproteinase 9，MMP-9)在腦缺血過程中也可與NOS 共定位，發(fā)生亞硝基化并被激活，從而導(dǎo)致細(xì)胞外蛋白質(zhì)水解，引起細(xì)胞凋亡，產(chǎn)生病理活性。以上結(jié)果說明，蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾可能是導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞損傷和神經(jīng)退行性疾病的重要分子機(jī)制，為神經(jīng)退行性疾病及蛋白質(zhì)堆積異常相關(guān)疾病的治療提供了新的思路。蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾與糖尿病2005年，有研究表明蛋白質(zhì)巰基亞硝基化修飾與 II 型糖尿病關(guān)系密切。以 NO 供體GSNO處理肌細(xì)胞，胰島素受體亞基( insulin receptor b

29、eta subunit，IR) 和蛋白激酶PKB/Akt均發(fā)生巰基亞硝基化，酶活性降低。胰島素受體底物 (IRS-1) 也快速發(fā)生亞硝基化，且蛋白質(zhì)水平在長(zhǎng)期 GSNO 處理下降低。在飲食誘導(dǎo)肥胖和基因 ob/ob 缺陷的糖尿病鼠這兩種不同胰島素抵抗模型中，誘導(dǎo)型 NOS (iNOS) 的表達(dá)增高，肌細(xì)胞中 IR、IRS-1和 Akt 的亞硝基化水平均提高；而抑制 iNOS 的表達(dá)，這些蛋白質(zhì)的亞硝基化被抑制，且胰島素利用率在兩種模型中都得到提高。研究還同時(shí)發(fā)現(xiàn)：iNOS 表達(dá)升高導(dǎo)致的胰島素受體底物 IRS-1 蛋白質(zhì)表達(dá)的降低是通過 IRS-1 亞硝基化實(shí)現(xiàn)的，其通過蛋白質(zhì)水解酶介導(dǎo)的降解增加，成為胰島素抵抗的一個(gè)重要因素。相反，葡萄糖激酶 GK (Glucokinase) 被亞硝基化后的構(gòu)象發(fā)生變化，與分泌型顆粒(secretory g