摘要 一氧化氮（NO）是一种广泛存在的独白的生物信使因子和效应因子。NO参与脑内许多生理功能和病理生理过程。NO调节神经递质释放和脑血流，参与神经发育和基因表达调控，NO可能作为一种逆行信使物质参与海马的长时程突触增强和小脑的长时程突触传递抑制，过多的NO则具有神经毒性并与许多神经系统疾病有关。

关键词 一氧化氮合酶，神经传导，神经毒性

学科分类号 Q55，R74

几十年来，一氧化氮（NO）一直被认为是一种有毒气体，一种污染物，当人们发现用于NMDA受体的兴奋性神经递质谷氨酸刺激脑胶质细胞产生NO时，才第一次认识到NO在神经系统中的应用，NO是一个性质不稳定的“气体型”小分子，通过氧化还原反应发挥其所有的生物功能，NO合成后没有专门的贮存机制，NO生成后就向四周扩散并直接透过细胞膜而作用于邻近细胞，传统的神经递质活性的终止通过再摄取或者酶降解，NO活性的终止是指当它与底物化学反应完毕。NO作用的广泛性和作为信使因子的独特性使之成为90年代以业研究的热点之一。

1 一氧化氮酶（NOS）异构体及其分布

应用蛋白质生化和分子克隆技术已分离出至少三种独立的NOS基因，并以组成或以克隆的先后次序命名为神经型NOS（nNOS）或Ⅰ型NOS、巨噬细胞型NOS（iNOS，又称免疫型）或Ⅱ型NOS、内皮型NOS（eNOS）或Ⅲ型NOS。这三种异构体都可在中枢神经系统中得以表达。分为Ca²⁺依赖型和Ca²⁺非依赖性的可诱导型，nNOS和eNOS(cNOS)是Ca²⁺-CaM依赖型，在多数情况下可基本表达。iNOS是Ca²⁺非依赖型，它的表达主要在转录水平调节。

eNOS主要分布在脑血管组织，一小部分神经元也表达eNOS.iNOS在正常脑中不表达，但病毒感染后免疫激发或外伤后的星形细胞和小胶质细胞中可诱导产生，nNOS主要神经元中表达，神经源性的NO调节突触可塑性，神经信号传导，参与局部血后的神经毒性。神经信号传导，参与局部缺血后的神经毒性。nNOS在神经系统中有广泛的分布^[1]，在大鼠的大脑皮质、海马及纹状体等区域中，含nNOS的神经元占该区域所有细胞的1%～2%，这些细胞主要是无棘突细胞，它们散在性地分布在整个区域，在海马中，nNOS主要存在于CA1区的中间神经元及海马齿状回的颗粒细胞中，海马的锥体细胞并不含nNOS，但含eNOS；在下丘脑，nNOS主要分布在视上核和视旁核；在中脑，nNOS存在于上下丘的表层；在小脑，nNOS主要分布在颗粒细胞和它们发出的水平纤维以及筐状细胞中，但蒲肯野细胞并不含nNOS。此外，在嗅球的颗粒细胞层及视觉系统也有nNOS的存在；NOS也存在于脊髓胸段脊根神经节的内脏传入神经。用原位杂交发现nNOS mRNA的分布与nNOS本身的分布一致，小脑中nNOS mRNA含量最高，其次是嗅球、上下丘、海马及大脑皮质，此外晨脑血管外膜的神经纤维中也含有nNOS。

2 NO的生成及调节

用生物化学和分子生物学方法研究了NO的生物合成。NOS催化L-精氨酸（L-Arg），消耗1.5mol NADPH和2 mol分子氧，生成NO和L-瓜氨酸，NOS通过与它的各种辅助因子相互作用产芭特殊的形式发挥催化活性，NOS的催化形式是二聚体，nNOS和eNOS在合成时以结合了FMN和FAD的单体形式存在。NOS通过与它的各种辅助因子相互作用并以特殊的形式发挥催化活性，NOS单体结合血红素、四氢叶酸和L-Arg形成较松弛的二聚体^[2]。细胞内[Ca²⁺]升高引起Ca²⁺/CaM聚合物与nNOS或eNOS结合，CaM是一个分子开关，Ca²⁺/CaM的结合诱发二聚体的构象改变，使电子从含有黄素蛋白结合区的还原酶部分流向含有血红素区的催化位点，而无活性的iNOS的单体即使在细胞内Ca²⁺浓度很低时也与CaM结合，因此，nNOS和eNOS的激活和NO的产生需依赖细胞内Ca²⁺作为催化剂，而iNOS—合成就产生NO。由此可知，iNOS活性的调节必定是在mRNA水平、蛋白质合成和降解水平上。

nNOS、eNOS和iNOS的基因结构最近已报道，在nNOS5'调节序列中发现了许多转录因子的保守结合位点，在nNOS上有辅助因子和底物结合位点为NO产生的调节提供了许多机会，L-Arg的类似物，象N-L-Arg，竞争结合到催化位点从而降低NO的形成，蛋白质磷酸化对cNOS亦起调节作用，从大鼠小脑克隆cNOS的cDNA显示该酶有磷酸化位点，nNOS可被Ca²⁺/CaM依赖的PK、cAMP依赖的PK、cGMP依赖的PK、PKC所磷酸化，这些酶对NOS的磷酸化降低了NOS催化活性，Caleineurin是一种蛋白质磷酸化酶。催化NOS脱磷酶化，引起NOS催化活性升高。由此可见，磷酸化在nNOS的调节中可能起关键作用。

多数细胞因子可影响NOS活性，它们主要作用于转录水平。IFN-γ，TNF-α，IL-1以及脂多糖上调NO合成，而IL-4，IL-3以及TGF-β可下调NO合成，IL-10的作用依据特定的情况对，NO生物的作用可截然相反，例如IL-10对暴露于IFN-γ的鼠巨噬细胞NO生成有抑制，而对暴露于IFN-γ和TNF-α两者的细胞则可促进NO的生成^[3，4]。最近研究表明，NO可能抑制ET-1产生，反过来ET-1可能促进NO形成^[5]。但其机理尚不清楚。

3 NO在神经系统中的作用

外周神经系统的研究为递质功能提供了最好的证据。NOS抑制剂选择性抑制骨肠道非肾上腺非胆碱（NANC）能介导的松弛作用，另外。nNOS在肠间神经丛中的选择定位也表明NO可能作为NANC神经递反挥作用。nNOS基因调皮除的小鼠的胃明显扩大，内环肌层肥大，这可能是由于NO对幽门扩约肌松弛作用降低的一种补偿反应，另外，NO的缺乏在幽门狭窄中可能也起一定作用。nNOS高度集中在轴索传递中的骨盆神经丛，最近研究表明NO作为NANC神经递质调节阴茎勃起，有趣的是eNOS可以补偿nNOS的缺乏，在无nNOS小鼠的海锦窦中，eNOS免疫反应性上调。

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NO的两个主要来源^[6]。在中枢神经系统，NO可能通过NOS神经元的激活调节脑血流，nNOS也存在于肾上腺髓质的分泌神经节细胞和纤维，在此通过NANC机制调节血流。

NOS抑制剂阻断NMDA受体介导的神经递质从大脑皮质或纹状体突触体中的释放，由此提供了NO在神经递质释放中作用的证据。NO的作用方向似乎与特定的脑区有关。在下丘脑之下或之后的小脑、下丘脑、脊髓，NO多抑制递质的释放，在小鼠大脑皮层神经元，NO供体硝普钠、S-亚硝基-乙酰青霉胺（SNAP）可诱导³H-GABA或¹⁴C-Ach的释放，这一效应是由NO与超氧阴离子反应生成的过气体亚硝酸根（ONOO-）介导的，在大鼠海马脑片中，多报道NO可促进³H去甲肾上腺素的释放，NO气体、NO供体SNP和SNAP及NO合成的底物L-精氨酸均有此作用，在大鼠纹状体脑片中，L-精氨酸和NO供体鲁黑盐可增加多巴胺（DA）的基础释放，这一效应可被氧化血红蛋白抑制。NO促进DA释放的作用是cGMP和Ca²⁺非依赖性。NO可能参与谷氨酸或去甲肾上腺素对下丘脑LHRH释放的刺激作用和GABA对它们抑制作用。NO介导DA和心房钠尿因子对催乳素从前垂体释放的抑制作用，NO影响神经递质释放的机制尚不清楚，然而，NO可能作用于Ca²⁺敏感和Ca²⁺不敏感的突触囊泡池，而且，NO和NO刺激产生的cGMP可能直接调节离子通道。NOS对神经递质释放的作用可能与cGMP激活cGMP依赖的PK，从而增强突触小泡蛋白的磷酸化有关。

最近报道^[10]，NO合成的阻断剂抑制下丘脑室旁核中应激诱导的FOS蛋白表达，FOS蛋白在室旁核CRF和AVP基因表达的影响参与应激后室旁核神经元的CRF和AVP基因的激活作用。

海马长时程突触传递增强（LTP）和小脑的长时程突触传递抑制（LTD）是突触可塑性的形式，突触的可塑性被认为与学习记忆有关，海马的LTP可被NOS抑制剂减弱或阻断，而且这一作用被L-Arg所逆转，在海马神经。NO提高自发的小规模兴奋突触后电位，而且直接用NO可旋发LTP，这表明NO可能是逆行性信使因子，NOS抑制和结合NO的血红蛋白干扰LTP的建立，直接把NOS抑制剂注入CA1锥体神经元可阻断LTP，最初认为LTP是相当特异性的，而现在认识到它通过扩散信号NO而扩散到周围神经元。LTD被认为是由于突触后AMPA受体敏感性下降所致，NO可能作为一种重要的信使分子参与LTD的形成。NO产生后扩散到蒲肯野细胞激活GC，导致cGMP增加，进而激活依赖于cGMP的蛋白激酶。命名AMPA受体或有关分子磷酸化，最终导致AMPA受体敏感性下降，形成LTD。

NO在神经系统形态发生中也发挥作用。nNOS来自大鼠胚胎E14～E19的大脑层神经元中一过性表达，这些细胞的突起可延伸到纹状体和丘脑，大鼠嗅神经胚胎发育突触形成期表达nNOS，出生后快速降低，7d后就检测不到，在嗅球切除术后再生的嗅神经中nNOS可快速诱导，尤其在过生长的轴索中更为丰富^[11-13]。nNOS的短暂表达可能反映了它的发育过程中的作用。

4 NO与神经毒性及神经生理紊乱

在正常生理状态下，NO主要是一种神经信使分子，然而大剂量的NO像谷氨酸一样可以启动一个神经毒性级联反应，通过NMDA受体作用的过量谷氨酸在脑缺血中介导细胞死亡。NMDA受体的激活和由此产生细胞内Ca²⁺水平的增加可能引起更多形式的谷氨酸神经毒性。来自nNOS的NO在NMDA神经毒性中起重要作用。用NOS抑制剂处理或去除L-Arg或加入还原血红蛋白均可阻断这种毒性。在培养的豆状核和海马中也可观察到