NO、CO、H2S三种气体信息分子介绍.doc

NO、CO、H2S三种气体信息分子介绍苏孝宝（山东省滨州市惠民县第二中学 251700 邮箱： qq：965034396 手机摘要 在生物体及细胞内存在着复杂多样的信号途径，其中气体信号分子以其独有的可连续产生、传播迅速、快速弥散等特点引起科学界的广泛关注，气体信号分子的发现使生物医学研究进入了全新一页。关键词 一氧化碳 一氧化氮 硫化氢 气体信号分子的发现使生物医学研究进入了全新一页。20世纪80年代中期，内源性气体分子一氧化氮被发现具有舒张血管、抑制血小板聚集和抑制细胞增殖等广泛的生物学效应，代表了一种新型的非受体依赖性信号转导机制，开创了“气体信号分子”这一新研究领域。仅仅在几年之后，另一种多年来一直被认为是毒性气体分子的一氧化碳，也被证实是一种内源性气体介质，其作用涉及包括学习和记忆过程、脊索神经痛觉传递、嗅觉受体神经的发育和功能、舒张血管、抑制平滑肌细胞增殖等功能。继NO、CO之后不久，20世纪90年代后期，硫化氢被证实是存在于体内的第3种新型的内源性气体分子，有着广泛的生物学效应一、三种气体信息分子的理化性质在通常状况下，一氧化碳是无色、无臭、无味、有毒的气体，熔点199，沸点191.5。标准状况下气体密度为l.25g/L，和空气密度（标准状况下1.293g/L相差很小，这也是容易发生煤气中毒的因素之一。在通常状况下，NO是无色无味气体，难溶于水。由于一氧化氮带有自由基，这使它的化学性质非常活泼。当它与氧气反应后，可形成具有腐蚀性的气体二氧化氮（NO2），二氧化碳可使一氧化氮和氧气的反应钝化，方程式：2NO+O2=2NO2 硫化氢(H2S)是硫的氢化物中最简单的一种，又名氢硫酸。它是一个极性分子。硫化氢由于H-S键能较弱所以300左右硫化氢分解。常温时硫化氢是一种无色有臭鸡蛋气味的剧毒气体。二、三种气体信息分子的作用机制和产生 健康的内皮组织能产生一种强有力的血管松弛剂一氧化氮，内皮产生的一氧化氮成为机体抵抗心脏病发作和中风的最强的自身防御系统；拥有健康的内皮组织，这对所有的人来说都具有深远的意义。NO是最强的血管舒张因子和收缩因子，作用极其广泛。可以作为介质、信使或细胞的功能调节因子，并参与机体的多种生理功能与病理过程,现已成为世界医学研究的热点。 CO和NO一样，通过扩散以自分泌或旁分泌方式与自身或邻近细胞胞浆中可溶性鸟苷酸环化酶分子的血红素基团中的Fe结合，使其构型轻度弯曲而激活,从而催化GTP生成cGMP；升高的cGMP再刺激依赖cGMP的蛋白激酶、磷酸二酯酶或通过调节离子通道而呈现各种生理效应。但CO活化可溶性鸟苷酸环化酶的能力较NO弱。与细胞色素氧化酶的血红素基团上的Fe结合，使该酶活性受到抑制，是CO生理作用的另一分子机制。CO还可通过直接调节K+通道的活性变化传递生理信息。 内源性的H2S是以体内含硫的氨基酸如半胱氨酸、甲硫氨酸和同型半胱氨酸等为底物，在5一磷酸吡多醛依赖性酶，包括胱硫醚一B一合成酶、胱硫醚一y一裂解酶、半胱氨酸转移酶等催化作用下产生的。作为终产物的H2s对这些酶有负反馈调节作用。另一次要来源是非酶产生的，在糖的氧化中由元素硫到H2S，这一非酶途径的所有基本组成部分都在体内存在，包括还原型硫的提供。三、三种气体信息分子的作用 NO是一个非常重要的信号分子,参与了许多疾病的发生和发展。例如心血管系统、中枢N系统、胃肠道以及免疫反应的作用。介导突触传递可逆性、还介导兴奋性氨基酸作用,福迪安一氧化氮起着信使分子的作用。当内皮要向肌肉发出放松指令以促进血液流通时，它就会产生一些一氧化氮分子，这些分子很小，能很容易地穿过细胞膜。血管周围的平滑肌细胞接收信号后舒张，使血管扩张。一氧化氮也能在神经系统的细胞中发挥作用。它对周围神经末梢所起的作用。大脑通过周围神经发出信息，向会阴部的血管提供相应的一氧化氮，引起血管的扩张，增加血流量，从而增强勃起功能。 CO和NO一样，作为逆行信使从突触后膜释放，通过扩散作用于突触前膜，增加突触前膜的兴奋性氨基酸谷氨酸的释放，从而诱导海马CA1区的长期强化，调节记忆和认知功能。锌原卟啉-9则可减少去极化引起的钙依赖性谷氨酸释放，阻碍长期强化的诱导，进一步提示CO在突触的谷氨酸释放中具有关键作用。CO亦参与脑细胞的能量代谢。CO可激活脑浦肯野神经元中的可溶性鸟苷酸环化酶，促进cGMP生成增加，后者进一步激活蛋白激酶G，引起3-Na+-K+-ATP酶活性增加。CO还可调节下丘脑促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)和促性腺激素释放激素(GnRH)的释放，如CO的前体氯铁血红素可以以剂量依赖方式抑制氯化钾刺激引起的CRH释放，但对CRH基础分泌没有影响;它还能阻断白细胞介素(IL)-1诱导的CRH释放。CO的另一前体羟高铁血红素则对GnRH的释放呈剂量依赖性的刺激作用;锌原卟啉可明显拮抗羟高铁血红素的刺激作用。 H2S在神经系统中的作用:H2S在大鼠脑内可选择性的提高N-甲基一D一天冬氨酸受体介导的反应，从而改变海马的长时程增强作用，进而影响大脑的发育。近来研究表明，与同龄雄性小鼠相比，雌性小鼠脑内含有较少的H2S合成，这提示性激素可能调节中枢系统H2S的合成，此外，该研究还发现，去势小鼠脑内睾酮SAM和H2S水平明显下降，而给雌性小鼠单次注射睾酮能明显升高其脑内SAM和H2S水平接近雄性小鼠。这些研究共同提示，睾酮能通过调节SAM的局部浓度而间接调节脑内H2S水平。最近发现，H2S在脑内含量的改变可能与某些疾病的发生、发展有关。阿尔茨海然病是一个原因未明的老年痴呆症，2002年，日本的一个研究组对13例阿尔茨海然患者和6例年龄匹配的正常人大脑脑皮层的H2S含量进行研究发现，阿尔茨海然病患者脑中的H2S水平严重降低，CBS的活性不足，SAM含量非常低。由此可见，阿尔茨海然患者脑皮层H2S生成减少是由CBS的激活剂SAM减少，从而CBS的活性减低造成的；而CBS活性减低造成两个结果：一是血中同型半胱氨酸积聚，二是内源性H2S产生减少；作者推测低水平的H2S可能与阿尔茨海然患者的认识力衰落的某些部分有关。而Down综合征的患者体内尿硫代硫酸盐(H2S的一种代谢产物)和红血球硫化血红素的水平是明显升高的。四、三种气体信息分子的关系 H2S可以使平滑肌细胞舒张，且呈剂量相关性；小剂量H2S的存在可以大大增强NO对胸主动脉平滑肌细胞的舒张作用，反之，NO也可使H2S对胸主动脉平滑肌细胞的舒张作用大大增强，二者对平滑肌细胞的作用具有协同性。与NO和CO不同的是，H2S通过激活血管平滑肌细胞中K离子通道及依赖细胞外Ca2+的内流来发挥作用，而NO和CO则是通过激活环磷鸟苷cGMP通路和Ca2+依赖性钾离子通道发挥扩血管作用。H2S与CO之间还存在着密切的联系。在低氧性肺动脉高压中，H2S的水平呈显著性下降，然而血浆CO水平和血红素加氧酶l蛋白水平以及血红素加氧酶1mRNA的表达却显著升高。外源性给予H2S可以抵消肺动脉压力的升高。同时，血浆CO水平和血红素加氧酶蛋白水平以及血红素加氧酶mRNA的表达也显著地升高。反之，如果外源性供给CSE的抑制剂炔丙基甘氨酸，则会降低血浆H2S的含量，并且可以加重肺动脉高压。同时，血浆CO水平和血红素加氧酶蛋白水平以及血红素加氧酶mRNA的表达则会显著地降低。显示了H2S可以在低氧性肺动脉高压中通过上调CO血红素加氧酶体系而发挥调节作用。 总之这些气体信号分子有着共同的特征：都是一种小分子质量的气体分子，都是脂溶性的，可以很自由渗透入细