一氧化氮生物系統(tǒng)及其藥理學(xué)作用-2015-10-8

1、一氧化氮生物系統(tǒng)及其藥理學(xué)作用,周四桂廣東藥學(xué)院 藥理系,1,以前的認(rèn)識： NO是一種大氣污染物，是吸煙、汽車尾氣及垃圾燃燒等釋放出的有害氣體，可破壞臭氧層導(dǎo)致酸雨、甚至致癌，它還曾作為化學(xué)毒劑應(yīng)用于戰(zhàn)爭。,一氧化氮是什么？,2,現(xiàn)在的認(rèn)識： NO是機體內(nèi)一種作用廣泛而性質(zhì)獨特的信號分子，在神經(jīng)細(xì)胞間的信息交流與傳遞、血壓恒定的維持、免疫系統(tǒng)的宿主防御反應(yīng)等方面，都起著十分重要的作用，并參與機體多種疾病的發(fā)生和

2、發(fā)展過程。,3,一氧化氮（NO）是具有高度反應(yīng)性的自由基，在體內(nèi)經(jīng)NO合酶催化，從L-精氨酸產(chǎn)生。NO作為細(xì)胞信使，介導(dǎo)cGMP生成的增加，發(fā)揮生物學(xué)作用。,4,一、NO的生物學(xué)特性,（一）NO的生成,5,（二）NO的代謝很快被氧化代謝，半衰期3～5s，故僅限于局部發(fā)揮作用。代謝產(chǎn)物為硝酸根和亞硝酸根。NO還可與亞鐵血紅素和-SH鍵結(jié)合而失活。,6,NOS的生物學(xué)特點,分類①內(nèi)皮型（endothelial NOS，eNOS），

3、又稱Ⅲ型NOS、NOS-3，主要存在于血管內(nèi)皮細(xì)胞、血小板、心肌內(nèi)膜及腦和神經(jīng)組織中。,擴(kuò)張血管，保護(hù)內(nèi)皮,7,②神經(jīng)元型（neuronal NOS，nNOS），又稱I型NOS、NOSL-1，主要存在于腦、脊髓和外周非腎上腺素非膽堿（NANC）能神經(jīng)，當(dāng)相應(yīng)神經(jīng)元需要時，催化產(chǎn)生極微量的NO。,神經(jīng)細(xì)胞損傷,8,③誘生型NOS （inducible NOS，iNOS），又稱Ⅱ型NOS、NOS-2，存在于除神經(jīng)元外的多種組織中，正常情況下

4、不表達(dá)，但在炎癥和免疫反應(yīng)剌激下，iNOS mRNA被誘導(dǎo)表達(dá)。,促進(jìn)炎癥反應(yīng),9,一氧化氮與1998年諾貝爾生理/醫(yī)學(xué)獎,諾貝爾（獎）與硝酸甘油？,10,一氧化氮與1998年諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎,,Robert F. Furchgott 佛契哥特,Louis J. Ignarro 伊格納羅,Ferid Murad 慕拉德,獲獎理由：發(fā)現(xiàn)NO是心血管系統(tǒng)的重要信號分子,11,評審團(tuán)表示：“這是首度發(fā)現(xiàn)一種氣體可在人

5、體中成為信號分子?！?2005年8月，著名小品演員高秀敏在長春家中去世，死因為突發(fā)性心臟??；2006年12月，著名相聲藝術(shù)大師馬季在北京家中突發(fā)心臟病去世；2007年6月23日，59歲的相聲大師侯耀文心臟病突發(fā)，猝然辭世……心臟病，已成為威脅現(xiàn)代中老年人的一大健康隱患。,硝酸甘油的兩重性,1864年,諾貝爾以三硝酸甘油酯 (硝化甘油)及硅藻士制造出安全炸藥。安全炸藥的工業(yè)化生產(chǎn)給諾貝爾帶來了榮譽和金錢，使他得意創(chuàng)立科學(xué)界的最高獎項--

6、-諾貝爾獎。 而當(dāng)時他患有嚴(yán)重的胸痛即心絞痛時，醫(yī)生讓他用含“硝酸甘油”的藥，遭到他激烈地反對，因為在實驗過程中他發(fā)現(xiàn)吸入硝酸甘油蒸氣會引起劇烈的血管性頭痛！    他給同事留言：“醫(yī)生給我開的藥竟是硝酸甘油，難道這不是對我一生巨大的諷刺嗎？”    其實，這并非是諷刺?？茖W(xué)家在后來的研究中發(fā)現(xiàn)：硝酸甘油能舒張血管平滑肌，從而擴(kuò)張血管。,硝酸甘油

7、可以有效地緩解心絞痛,但它的作用機理困擾了醫(yī)學(xué)家、藥理學(xué)家百余年。直到1980年代，這一謎團(tuán)被美國的伊格納羅博士和其他兩位藥理學(xué)家（慕拉德和佛契哥特）破譯——硝酸甘油及其他硝酸脂通過釋放一氧化氮氣體(NO)而舒張血管平滑肌，從而擴(kuò)張血管。,硝酸甘油為什么能治心臟?。?14,震驚世界的應(yīng)用諾貝爾技術(shù)一氧化氮（NO）造就諾貝爾旋風(fēng),3位科學(xué)家的論文發(fā)表后，一氧化氮(NO)的旋風(fēng)襲卷未來的預(yù)防醫(yī)學(xué)，造福人類于「心腦血管及神經(jīng)系統(tǒng)」的多種疾

8、病新一代的健康利器。1980年以來，關(guān)于一氧化氮(NO)，已出現(xiàn)超越10000份以上的研究論文。 1992年，一氧化氮(NO)被美國科學(xué)雜志推舉為“本年度明星分子”。,,15,一氧化氮生理功能的發(fā)現(xiàn)過程,◆自七十年代起，美國弗吉尼亞大學(xué)的慕拉德教授及合作者系統(tǒng)研究了硝酸甘油及其它具有擴(kuò)張血管活性的有機硝酸酯的藥理作用。 發(fā)現(xiàn)這類有機硝酸酯具有一個共同點： ①在體內(nèi)都能代謝為一氧化氮； ②都能使組織內(nèi)cGMP、cAM

9、P等第二信使的濃度升高； NO可能是一種對血流具有調(diào)節(jié)作用的信使分子？ 但當(dāng)時這一推測缺乏直接的實驗證據(jù)。,16,與此同時，紐約州立大學(xué)的佛契哥特教授在研究Ach等物質(zhì)對血管的影響時發(fā)現(xiàn)在相近的實驗條件下，同一種物質(zhì)有時使血管擴(kuò)張，有時對血管沒有明顯的作用，有時甚至使血管收縮。佛契哥特及合作者對此作了深入地研究，他們在1980年發(fā)現(xiàn)ACh對血管的作用與血管內(nèi)皮細(xì)胞是否完整有關(guān)：Ach僅能引起內(nèi)皮細(xì)

10、胞完整的血管擴(kuò)張。,EC-dependent?,17,Endothelium-derived relaxing factor－ NO 內(nèi)皮衍生舒張因子－一氧化氮（NO）,18,EDRF (endothelium－derived relaxing factor),由此佛契哥特推測內(nèi)皮細(xì)胞在Ach的作用下產(chǎn)生了一種新的信使分子，這種信使分子作用于平滑肌細(xì)胞，使血管平滑肌細(xì)胞舒張，從而擴(kuò)張血管，佛契哥特將這種未知的信使分子命名為內(nèi)

11、皮衍生舒張因子(endothelium－derived relaxing factor, EDRF)。,19,◆長期研究亞硝基化合物藥理作用的伊格納羅教授與佛契哥特教授合作，針對EDRF的藥理作用以及化學(xué)本質(zhì)進(jìn)行了一系列實驗，發(fā)現(xiàn)EDRF與NO及許多亞硝基化合物一樣能夠激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(soluble guanylate cyclase, sGC)、增加組織中的cGMP水平?！粢粮窦{羅教授與佛契哥特教授在1986年作出了大膽的

12、推測：EDRF是NO或與NO密切相關(guān)的某種(某類)化合物?！暨@篇摘要立即在藥理學(xué)界引起了轟動，隨后(1987年)英國科學(xué)家Salvador Moncada(蒙卡達(dá))及其合作者通過實驗證明EDRF就是NO。,20,GC-cGMP-PKG信號途徑,21,22,,23,24,25,,NO系統(tǒng)圖解,Schematic representation of the influences of NO/cGMP/PKG on Ang II–medi

13、ated smooth muscle constriction.,27,陰莖勃起生理,大腦或陰莖局部接受性刺激→下丘腦/骶髓低級中樞發(fā)出沖動→傳至陰莖海綿體→副交感神經(jīng)末梢及VEC合成釋放NO↑→進(jìn)入SMC→激活鳥苷酸環(huán)化酶→cGMP↑→激活PKG→作用于鈣離子通道→胞內(nèi)〔Ca2＋〕↓→平滑肌細(xì)胞舒張,一氧化氮：里程碑式的奇跡——勃起功能障礙和一氧化氮（一）,大多數(shù)患者陽痿的原因是器質(zhì)性的而不是心理性的——病因常常是血管問題。,28,

14、一氧化氮：里程碑式的奇跡——勃起功能障礙和一氧化氮（二）,多么令人振奮！　　“我是一名34歲男性，患有輕度勃起功能障礙。為了預(yù)防心臟病，我開始一氧化氮療法。不久，我發(fā)現(xiàn)我的性生活改善了。在促一氧化氮治療后3周，我的勃起功能明顯改善，4個月后已經(jīng)完全正常。在預(yù)防心臟病的同時還出現(xiàn)了這么驚人的結(jié)果，真令人驚奇！”Jerry, 34, Atlantic City,29,30,陰莖海綿體平滑肌內(nèi)的cGMP由5型磷酸二酯酶(phospho

15、diesterase type5, PDE5)降解，而此作用可被藥物西地那非（萬艾可）特異性地抑制，從而防止NO引發(fā)的細(xì)胞內(nèi)cGMP信號快速消失，維持海綿體平滑肌細(xì)胞舒張、增加血流量。,31,cGMP的合成和降解,,GTP,GC,cGMP,PDE5,Ca2+ /Mg2+,5´- GMP,,,PPi,H2O,PDE 5 主要分布在海綿體組織及血小板中,以cGMP 為特異性底物。,32,-,,,33,西地那非 (Sildenafi

16、l),一氧化氮對機體生理的作用,34,1. 維持血管平滑肌緊張度,3.控制血管有關(guān)的血流動力學(xué)特性,2.調(diào)節(jié)離子通道開放,4.抑制心肌收縮力,5.對心肌細(xì)胞凋亡的調(diào)控,6. 抑制血小板聚集和粘附,7. 抑制血細(xì)胞黏附,8. 調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞增生,9. 促進(jìn)血管增生,10. 清除氧自由基,35,NO產(chǎn)生不足會影響心血管系統(tǒng)的正常功能，但另一方面，過量的NO又會導(dǎo)致心臟損傷?！粼谛募∪毖鯒l件下，eNOS水平代償性地增加，從而增加NO的

17、產(chǎn)生，NO繼而松弛血管，改善心臟供血；◆但同時NO又與IRI過程中生成的超氧陰離子自由基協(xié)同損傷心肌。 在這一病理生理條件下，NO呈現(xiàn)出典型的“雙刃劍”效應(yīng)，既具有保護(hù)作用，又能引起損傷。,36,NO的生理及病理作用仍然有許多問題有待更加深入地研究。進(jìn)一步研究NO的生理功能及病理作用，必將使人類加深對許多生理現(xiàn)象以及疾病本質(zhì)的了解，并為設(shè)計、合成治療有關(guān)疾病的新藥指明方向。,magic gas molecule!,NO

18、----,37,NO供體的臨床應(yīng)用前景,NO供體是指具有能釋放NO的不同結(jié)構(gòu)的化合物。NO對心血管系統(tǒng)及神經(jīng)系統(tǒng)的作用，具有廣泛的醫(yī)用價值及開發(fā)前景。由于NO在體內(nèi)半衰期極短，僅數(shù)秒鐘，一般僅起局部作用；而且，吸入NO給藥的途徑不方便。故開發(fā)有臨床實用價值的NO供體，既可作為一種NO體內(nèi)的運輸形式，又可作為一種貯存形式，明顯延長半衰期?，F(xiàn)已有幾類不同結(jié)構(gòu)的NO供體用于臨床，在治療多種疾病中起重要作用。,硝普鈉,脈導(dǎo)敏,S-亞硝基谷光甘

19、肽：用于臨床防止驚厥以及阻止血小板凝集。,硝酸甘油，硝酸異山梨酯，亞硝酸異戊酯,一氧化氮供體藥物的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景,◆抗增生◆抗血小板聚集◆參與免疫調(diào)節(jié)◆IRI中扮演重要角色◆ NO供體藥物在心血管疾病、陽痿和妊高征的治療中占重要地位,并可望成為急性胰腺炎和白血病的治療藥物之一。,40,環(huán)氧酶(COX)為前列腺素合成酶COX-1：結(jié)構(gòu)型，主要存在于血管、胃、腎等組織中，有調(diào)節(jié)血小板功能，保護(hù)胃粘膜,調(diào)節(jié)腎血流量分布等作用

20、COX-2：誘導(dǎo)型，各種理化和生物致病因子可以誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)細(xì)胞COX2表達(dá)，增加PGs合成,41,42,研究表明, NO 供體(即擁有釋放NO 能力的分子或基團(tuán))與NSA ID 偶聯(lián)生成的一氧化氮供體非甾體類抗炎藥(NO-NSA ID )具有降低NSA ID 的不良反應(yīng)(如胃腸道及心血管不良反應(yīng))和增加NSA ID 療效(鎮(zhèn)痛、抗炎作用增強) 的特點。在胃腸道易受NSA IDs損傷的部位釋放NO, 從而保護(hù)胃腸道粘膜。,NO 供體型非

21、甾體抗炎藥(NO-NSAIDs),NO-NSAIDs的開發(fā)是NSAIDs的重大進(jìn)展。,43,一氧化氮供體藥物,◆NCx-401，化學(xué)名為2-(乙酰氧基)苯甲酸3-(硝基氧甲基)苯酯，系法國NicOx公司研發(fā)的一氧化氮供體藥物，可用于預(yù)防和治療周圍動脈閉塞性疾病(PADO)，已完成II期臨床研究?！舯酒穼OX的抑制作用與阿司匹林相似，但無后 者的胃腸道不良反應(yīng)?！裟茱@著增強糖尿病患者對胰島素的敏感程度，可作為胰島素增敏劑