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诱导型一氧化氮合酶与疾病

来源:中国病理生理杂志 作者:陈慎仁 陈林兴陈少如 2004-9-24
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摘要: Inducible nitric oxide synthase in diseasesCHEN Shen-ren, CHEN lin-xin(The 2nd Clinical School in Medical College of Shantou University,Shantou 515041)CHEN Shao-ru(Pathophysiology of Medical College, Shantou University, Shantou 515031, China)【A Review】Nitric oxide(NO) is a biologically active m......


Inducible nitric oxide synthase in diseases

CHEN Shen-ren, CHEN lin-xin

  (The 2nd Clinical School in Medical College of Shantou University,Shantou 515041)

  CHEN Shao-ru(Pathophysiology of Medical College, Shantou University, Shantou 515031, China)

  【A Review】 Nitric oxide(NO) is a biologically active molecule in vivo,it has been found to play an important role not only as a cytotoxic effector but also an immune regulatory mediator and a signal molecule of message transmission.The inducible NO synthase (iNOS) produces NO after cells were activated and play a rather complicated pathophysiological action in a variety of human diseases or disorders. The molecular biological character of iNOS,its expression in human diseases and probable significance were reviewed.

  [MeSH] Nitric Oxide; Disease

  迟至20世纪80年代末,一氧化氮(nitric oxide, NO)才被认识到是人体内一种生物学活性分子。人体内的NO有两个来源。一为非酶生(non-enzymstigenese),来自体表或者摄入的无机氮的化学降解/转化;一为酶生(enzymstigenese),由NO合酶(NO synthase NOS)所合成。现已认识到NO既是一个有细胞毒性效应器作用的分子,是组织损伤的诱发因子和各种病变的增强因子,有其病理上不好的一面;又是生物体许多部分的信号(signal)分子,是先天性免疫应答的调节性效应分子,作为一种信息传递物质维持正常的生理功能,有其生理性好的一面。NO的这种双重性在人体的生理和病理过程中起了非常重要的作用[1]。

  人体内的NOS目前发现并定名有3类。基因定位于第12对常染色体的I型NOS主要存在脑和神经细胞的细胞质内,称为脑型(bNOS)或神经型(nNOS)[2];定位于常染色体7上的III型NOS主要存在于血管内皮细胞的细胞膜上,称为内皮型(eNOS)[3];I型和III型又统称构成型(constitutive NOS,cNOS),是许多正常组织中基本存在的一种酶,其合成的NO在维持神经细胞的效应传递功能和血管的舒缩功能,保证血管扩张、血液供应上很重要。

  cNOS合成的NO寿命极短(几秒到几分钟)。定位于第17对常染色体上的II型NOS称为诱导型(iducible NOS,iNOS),只在细胞受到刺激被激活后才表达[4]。生产NO能持续相对较长时间(几h到几d)。短暂合成和持续产生的这两种NO在病理生理学上的意义完全不同[5]。iNOS以存在于白细胞等炎症细胞的细胞质中为代表(也发现于脑、胰、视网膜、肝、肺、心脏或肾脏等许多器官组织),与炎症、肿瘤、退行性变等许多疾病有关。诱导iNOS的刺激物包括血红素、细胞因子、需氧应激、IFN-γ、 TNF-α、 IL-1α等。本文综述限于 iNOS和各类疾病关系上的认识和理解。

  一、人iNOS的生物学特征

  iNOS基因位于第17对常染色体的17cen-ql1.2位上,长约37kb[4]。其转录受细胞因子、脂多糖(LPS)和其他炎症介质控制[5]。但由于这一转录调节相当复杂且有组织特异性,要定性其基因表达的转录和转录后所有转录因子和调节因子尚有一定困难。iNOS的开放阅读片(open reading frame)由27个外显子所编码,包括翻译始动位(于外显子2)和终止位(于外显子27)[6]。人iNOS基因的所有内含子/外显子的界限严格遵守已知的 GT/AG,供体/受体规则。尽管其编码区(尤其辅因子结合位点)的结构与 nNOS和 eNOS非常相似,但iNOS基因在外显子22~26上有多个带,不如 cNOS只在染色体上有1个带。现己通过荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization , FISH)分析发现iNOS有3个小的等位基因变异,其中1个在抵抗疾病感染上有病理生理学意义[7]。

  不同组织克隆得到的iNOS cDNA只在其编译的氨基酸序列上有小的差异,而不同种属和不同细胞类型iNOS的异构体具高度同源性(支持为同一基因产物)。和鼠的 iNOS比较,人 iNOS启动子由于在LPS /IFN-γ应答增强子区段核苷酸的变化(-1083~-1229),对 LPS/IFN-γ反应性低[8]。由 IL-1β、TNF-α和INF-γ所调理诱导的转录因子 NF-κB和 iNOS启动子的结合比较松散[9]。不过,有3个与调节成分(位于启动子区段中-3.8~-16kb之间)同侧的细胞因子反应区足以被细胞因子所诱导[10]。有趣的是,人iNOS基因含有1个与 eNOS相同的需氧应激成分(GAGACC),在缺氧情况下,这个应激成分诱导NO产生似是防止心血管疾患的关键(通过NO对白细胞粘附、血小板聚集和血管平滑肌细胞增殖的抑制)[11]。已发现鼠的iNOS启动子-226~-212处有1个含有与人的缺氧应答成分(hypoxia-reponsive element,HRE)[12]同源序列足以在 IFN-γ活化的巨噬细胞内氧分压下降时通过与缺氧所诱生的缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor-1,HIF-l)结合,诱导iNOS合成NO。尽管人HRE的活性因其同义序列上有两处失谐尚存争议,但培养中的人肝肿瘤细胞在缺氧状态下的确诱导了iNOS合成NO[13]。总之,人的iNOS启动子是迄今己知的最大、最复杂的1个,严格控制iNOS基因的表达。

  人iNOS的 TATA盒位于转录始动部位上游30bp处,巨噬细胞和上皮细胞内的iNOS转录有6%左右在多个起始部位发动,部分甚至从 TATA指导的主起始部位伸延开几百个硷基对的上游区[14]。这样,通过替代拼接(alternative splicing)获得的 iNOS mRNA更多样化且稳定性不同。人iNOS mRNA上有一个含8个部分重叠的开放阅读片的长且复杂的5’非翻译区(5’UTR),显示了其在翻译水平上的不稳定性和组织特


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