综述：心血管系统中一氧化氮敏感性鸟苷酸环化酶（NO-GC）亚型的组织特异性调控

　　本综述系统阐述了NO/cGMP信号通路在心血管稳态中的核心作用，重点聚焦于NO-GC两种亚型（NO-GC1与NO-GC2）的组织分布、功能差异及其多层次（转录、转录后、翻译后）调控机制。文章深入探讨了该通路在血管张力、血小板功能、心脏重构中的关键角色，并评述了以NO-GC为靶点的新型治疗策略（如刺激剂Riociguat/Vericiguat和激活剂Cinaciguat）在肺动脉高压、心力衰竭等疾病中的临床应用前景，为靶向cGMP信号通路的药物研发提供了重要见解。

　　

引言

一氧化氮（NO）/环磷酸鸟苷（cGMP）信号级联反应在心血管健康与疾病中扮演着重要角色，它参与调节平滑肌松弛、血小板聚集和内皮稳态。cGMP由NO敏感性鸟苷酸环化酶（NO-GC）响应NO的刺激而合成。证据表明，cGMP信号传导受到其他信号级联和激素介质的的影响，并且这些相互作用在各种疾病状态下会发生改变。此外，该通路还通过在转录和转录后水平对效应分子进行调控，以及通过间隙连接或多药耐药相关蛋白进行细胞通讯来被修饰。

一氧化氮合酶与NO产生

一氧化氮是心血管稳态的关键介质，由三种主要的一氧化氮合酶（NOS）亚型产生：神经元型NOS（nNOS或NOS1）、诱导型NOS（iNOS或NOS2）和内皮型NOS（eNOS或NOS3）。eNOS主要在内皮细胞中表达，在调节系统性血压、血管重塑和血管生成中起关键作用。其活性受到钙/钙调蛋白结合和各种磷酸化事件的严格调控。

NO敏感性鸟苷酸环化酶（NO-GC）

NO的受体是NO敏感性鸟苷酸环化酶（NO-GC），它是一种异源二聚体酶，催化GTP转化为cGMP。NO结合后，其酶活性可提高多达200倍。已鉴定出两种NO-GC亚型：NO-GC1（α₁β₁）和NO-GC2（α₂β₁）。它们在组织分布、细胞和亚细胞定位方面存在差异。在心血管系统中，NO-GC1是主要亚型，而NO-GC2在大脑中表达更显著。

NO/cGMP介导的血管舒张是血管张力调节的关键机制。除了有机硝酸盐和NO供体，还开发了两类合成化合物来增强NO-GC活性：NO-GC刺激剂和NO-GC激活剂。刺激剂是血红素依赖性的，可以独立于NO起作用；而激活剂是血红素独立的，可作为NO-血红素模拟物。

cGMP效应器

cGMP信号的一个主要效应器是cGMP依赖性蛋白激酶（cGK），也称为蛋白激酶G。在心血管系统中仅表达cGK I，其两种剪接变体cGK Iα和cGK Iβ见于血管平滑肌细胞（VSMCs）、心脏和血管成纤维细胞、内皮细胞和心肌细胞中。

磷酸二酯酶（PDEs）在终止心血管系统中的cGMP依赖性信号方面扮演重要角色。PDEs是磷酸水解酶家族的酶，能够水解cAMP和cGMP的3′-环磷酸键。cGMP还对环核苷酸门控（CNG）通道和超极化激活的环核苷酸门控（HCN）通道等进行调节。

心血管系统中的NO/cGMP/cGK信号轴

血管平滑肌细胞与血压调节

NO/cGMP/cGK信号轴的关键靶点是血管平滑肌细胞（SMCs），它们是血管张力和血压的关键调节器。缺失任一α亚基都会导致β₁表达减少和cGMP形成能力减弱。平滑肌特异性NO-GC缺失会导致cGMP产生受损、血管舒张消失并发展为高血压。

cGMP主要通过cGKI发挥其作用，cGKI磷酸化靶标如肌球蛋白磷酸酶的肌球蛋白结合亚基（MBS）和IRAG。SMCs中的cGMP降解主要由PDE1、PDE3和PDE5介导。

成纤维细胞与心脏重构

NO/cGMP/cGK信号轴在调节心脏成纤维细胞活性和心脏重构过程中也起着重要作用。cGMP依赖性信号传导可对抗TGF-β/SMAD信号轴。在心脏成纤维细胞中，cGMP信号受到PDEs的严格调控，特别是PDE1和PDE2。

血小板和红细胞中的NO/cGMP信号

NO/cGMP信号是血小板功能和聚集的关键抑制性通路。红细胞（RBCs）也拥有功能性的NO-GC/PDE5/cGK轴。红细胞衍生的cGMP在缺氧期间通过旁分泌激活心肌细胞cGK发挥心脏保护作用。

心肌细胞病理生理学与心力衰竭

心肌细胞产生cGMP以响应NO刺激的能力在发育过程中受到严格调控。NO/cGMP信号的作用超出了生理调节范围，延伸到病理生理学领域，特别是在心力衰竭（HF）的背景下。心肌细胞特异性NO-GC缺失会废除cGMP介导的心肌梗死面积减少。

新的心血管治疗途径

靶向NO-GC的药理学策略已成为治疗各种心血管和肺部疾病的一种有前景的策略。目前正在研究两种类型的NO-GC调节剂：NO-GC刺激剂和NO-GC激活剂。其中Riociguat和Vericiguat已获得监管批准。

调节NO-GC信号的心血管介质

NO-GC的转录调控

激活转录因子通过促进RNA聚合酶与DNA的结合或增加其转录活性来增强基因表达。Notch信号通路也有助于转录调控。FoxO家族转录因子已成为NO-GC基因表达的重要调节器。

转录后调控

转录后修饰对于RNA加工、稳定性、运输和翻译效率至关重要。RNA结合蛋白（RBPs）与mRNA 3′非翻译区（UTR）中的腺嘌呤-尿苷丰富元件（AREs）结合。小非编码RNA，包括microRNAs（miRNAs），是基因表达转录后调控的关键参与者。

翻译后调控

翻译后修饰（PTMs）是指蛋白质从mRNA翻译后发生的化学改变。这些修饰可以显著影响蛋白质的功能、稳定性、亚细胞定位以及与其他分子的相互作用。NO-GC亚基对PTMs的敏感性可以通过生物信息学数据库进行预测。

影响NO/cGMP系统的其他心血管关键通路

cAMP和cGMP信号通路在心血管生理学中的相互作用

第二信使环磷酸腺苷（cAMP）是心脏功能的关键调节器。cAMP和cGMP通路并非孤立存在，而是相互作用以微调细胞反应，这种串扰主要由PDEs协调。

PI3K/Akt信号与NO/cGMP通路

Akt是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，对于调节存活、代谢和细胞生长至关重要。血小板衍生生长因子（PDGF）和血管紧张素II（Ang II）等是影响NO/cGMP级联反应的心血管关键参与者。

cGMP成像：心血管组织中cGMP水平的动态评估

荧光指示剂

基于荧光蛋白的基因编码生物传感器已成为监测活生物体中生物过程的可靠且多功能的工具。例如FlincG和Green cGull等传感器。

FRET-based生物传感器

荧光共振能量转移（FRET）生物传感器被广泛用于检测活细胞中的cGMP。这些传感器通常由两种荧光蛋白组成，它们之间的相互作用随着cGMP结合而改变，从而能够在体外和体内对cGMP波动进行动态、无创成像。

电生理学和光遗传学方法

除了基于荧光的技术，电生理学方法能够实时测量cGMP。质膜上的CNG通道作为膜下cGMP的可靠传感器，可通过CNG电流或Ca²⁺内流检测到。光遗传学通过光敏蛋白提供对细胞过程的精确时空控制。

结论

NO/cGMP信号轴通过调节血管张力、血小板功能和心脏重构，在维持心血管稳态方面起着基础性作用。NO激活NO-GC，主要是NO-GC1亚型，驱动cGMP产生，导致血管舒张和血小板聚集抑制。遗传模型突出了NO-GC亚型之间的补偿性相互作用，以及平滑肌NO-GC在血压调节中的关键作用。下游效应器如cGMP依赖性蛋白激酶I介导关键过程。磷酸二酯酶（PDE1, PDE3, PDE5）微调cGMP水平，其失调导致心血管病理。

在治疗方面，NO-GC刺激剂和激活剂已显示出临床疗效，例如已批准的药物Riociguat和Vericiguat，以及研究中的化合物如Cinaciguat在心力衰竭和肺动脉高压中显示出前景。生物传感器技术的进步极大地增强了对cGMP信号时空动态的理解。

在分子水平上，NO-GC的表达通过涉及关键转录因子、RNA结合蛋白、microRNAs和氧化还原敏感修饰的转录、转录后和翻译后机制受到严格控制。与互补信号通路（如cAMP和PI3K/Akt）的相互作用进一步调节了NO/cGMP的心血管效应。

总体而言，NO/cGMP通路仍然是应对心血管及相关系统性疾病创新治疗策略的重要靶点。