一氧化氮（Nitric Oxide，NO）是一种无色、无味气体，微溶于水，溶于乙醇、二硫化碳,化学式为NO。它在自然界中广泛存在，并在生物体内扮演重要的信号分子角色。作为一种气体分子，一氧化氮在人体中参与多种生理过程，包括血管舒张、神经传递、免疫反应及细胞凋亡等。它的扩血管作用在治疗高血压和肺动脉高压等心血管疾病中具有临床应用。

一氧化氮（NO）研究的历史可以追溯到20世纪80年代的突破性发现。1980年，药理学家罗伯特·F·佛契哥特在《自然》杂志上发表论文，指出乙酰胆碱（ACh）舒张血管的作用依赖于血管内皮释放某种物质。这一物质后被命名为血管内皮舒张因子（EDRF），但当时并未明确其化学成分。佛契哥特的发现虽然看似与一氧化氮无关，但其实为后来的NO研究奠定了基础。

19世纪70年代，人们已发现硝酸甘油（GTN）等有机硝酸酯对心脏病有治疗作用，但其机制并不明确。佛契哥特的研究为这一机理提供了线索，尽管这一研究初期并未涉及一氧化氮。1982年，佛契哥特等人首次在论文中提出“血管内皮舒张因子”这一名词，引发了广泛的研究，伊格纳罗等学者深入探讨了其化学本质，并发现该因子与一氧化氮相同，能够通过激活可溶性鸟苷酸环化酶（sGC）生成环磷鸟苷（cGMP）进而扩张血管。

穆拉德博士的研究进一步推进了NO的理解。1977年，穆拉德发现硝酸甘油等药物通过代谢产生一氧化氮，激活环磷鸟苷合成，进而扩张血管[6]。穆拉德认为，一氧化氮是一种重要的内源性信使分子，能通过自由基的作用激活鸟苷酸环化酶，调节细胞内信号。其研究成果不仅确认了NO在血管舒张中的作用，还阐明了其产生机制，并为新的药物开发提供了理论基础。

总体而言，一氧化氮的发现经历了多个阶段，从最初的乙酰胆碱作用机制的探索，到血管内皮舒张因子与一氧化氮的联系，再到穆拉德博士确认一氧化氮在血管舒张中的核心作用。NO不仅在血管生理中发挥重要作用，还为心血管疾病的治疗提供了新的视角和药物开发的方向。

一氧化氮与核酸的研究

20世纪80年代，世界生命科学领域建立了“传递生命信息3个信使”的学说，即生命体的各种活动都是在3个信使体系的控制和调节下进行的。

蛋白质与核酸等生物大分子是生命的主要体现者，但不是生命本身。生命的本质是这些生物大分子之间，以及它们之间复杂而有序的相互联系和相互作用，这是信息传递研究的基本任务。

生命信息传递的真谛，就是细胞间通讯的细胞外第一信使以及外界环境因子作用与细胞表面或胞内受体后，通过跨膜传递形成胞内第二信使的级联传递，以及其后的核内第三信使诱导基因表达和引起生理反应的过程。生命信息传递在应答环境刺激和调节基因表达、生理反应的同时，不仅维持着细胞正常代谢，而且最终决定细胞增殖、生长、分化、衰老和死亡等生命的基本现象。

传递生命信息3个信使

第一信使是指各种细胞外信息分子，又称细胞间信号分子即细胞因子，诸如内分泌激素，前列腺素，气体信号分子（NO）以及免疫细胞产生的免疫细胞因子。这些生物活性分子由体内各种不同的细胞产生后，能够通过血液、淋巴液、各种体液等不同途径，作用到细胞膜表面，引起细胞内的特定反映。

第二信使是指细胞外第一信使与其特异受体结合后，通过信息跨膜传递机制激活的受体，刺激细胞膜内特定的效应酶或离子道，而在胞浆内产生的信使物质。这种胞内信息分子起到将胞外信息传导、放大、变为细胞内可以识别的信息作用。

第三信使又称DNA结合蛋白，是指负责细胞核内核外信息传递的物质，能调节基因的转录水平，发挥转录因子的作用。这些蛋白质是在细胞胞质内合成后进入细胞核内，发挥信使作用，因而称这类核蛋白为“核内第三信使”。

所以核酸是细胞内的具有遗传功能的物质，NO属于细胞间的通讯物质，没有NO，再多的细胞无法协同工作，相互发挥作用，生命信息传递不出去毫无意义，只有两者有机结合起来才能共同承担人体新陈代谢的任务。

熔点：-163.6℃

沸点：-151.8℃

密度：1.27kg/m3

饱和蒸气压：6079.2kPa（-94.8℃）

外观：无色气体

溶解性：微溶于水，溶于乙醇、二硫化碳

一氧化氮为双原子分子，分子构型为直线形。一氧化氮中，氮与氧之间形成一个σ键、一个2电子π键与一个3电子π键。氮氧之间键级为2.5，氮与氧各有一对孤对电子。有11个价电子，是奇电子分子，具有顺磁性。反键轨道上(π2p*)1易失去生成亚硝酰阳离子NO 。

电子结构与自由基特性：一氧化氮作为一个自由基，具有一个未配对电子。这个未配对的电子使得NO在反应中具有较高的活性，特别是在与其他分子（如氧气、过氧化氢等）的反应中，它容易形成新的化学键。因此，一氧化氮在许多化学反应中起着重要的催化作用。

共价与极性：一氧化氮分子具有一定的极性，氮原子的电负性低于氧原子，因此氮原子带有部分正电荷，而氧原子则带有部分负电荷。尽管NO的线性结构和分子大小使其成为非极性分子，但其内部分子的电荷分布依然表现出一定的极性。

分子轨道与反应性：NO分子中，氮原子和氧原子形成的分子轨道呈现出较强的π*反键轨道和σ轨道的相互作用。这种相互作用使得NO在与其他分子，特别是氮氧化物（NOx）等物质反应时，表现出显著的化学活性。这也为NO在催化、环境污染控制以及生物体内信号传递等方面的应用提供了化学基础。

计算化学数据

疏水参数计算参考值（XlogP）：0.2

氢键供体数量：0

氢键受体数量：1

可旋转化学键数量：0

互变异构体数量：无

拓扑分子极性表面积：18.1

重原子数量：2

表面电荷：0

复杂度：2

同位素原子数量：0

确定原子立构中心数量：0

不确定原子立构中心数量：0

确定化学键立构中心数量：0

不确定化学键立构中心数量：0

共价键单元数量：1

1、急性毒性数据

大鼠吸入LC50：1068 mg/m3/4h

小鼠吸入LCLo：320ppm

哺乳动物狗吸入LCLo：5000 ppm/25M

2、其他多剂量数据

大鼠吸入TCLo：50 mg/m3/6H/7W-I

大鼠吸入TCLo：3 mg/m3/24H/16D-C

小鼠吸入TCLo：10 ppm/2H/30W-I

3、致突变数据

细菌-鼠伤寒沙门氏菌：30 ppm。

大鼠吸入27 ppm/3H（连续）突变在哺乳动物体细胞。

啮齿动物-仓鼠成纤维细胞10 ppm突变在哺乳动物体细胞。

4、是一血液毒物，转变氧合血红蛋白为变性血红蛋白而发绀，使大脑受损伤产生麻痹和痉挛。轻度中毒时，移至新鲜空气中症状可消失。由于一氧化氮在空气中很快变为二氧化氮，后者对人体也有毒害，对肺组织产生刺激和腐蚀作用，引起肺水肿。慢性作用主要表现为神经衰弱综合征及慢性呼吸道炎症，个别出现肺纤维化。此外，还可出现牙齿酸蚀症。

5、一氧化氮能引起中枢神经麻痹和痉挛。人吸收一氧化氮会迅速氧化成有毒的二氧化氮。中毒症状和二氧化氮相同。空气中一氧化氮的最高容许浓度（折合成二氧化氮）居住区为0.15mg/m3，工作场所为5mg/m3

临床应用

NO在常温下为气体，具有脂溶性是使它在人体内成为信使分子的可能因素之一。它不需要任何中介机制就可快速扩散通过生物膜，将一个细胞产生的信息传递到它周围的细胞中，主要影响因素是它的生物半寿期。具有多种生物功能的特点在于它是自由基，极易参与与传递电子反应，加入机体的氧化还原过程中。分子的配位性又使它与血红素铁和非血红素铁具有很高的亲合力，以取代O2和CO2的位置。据研究报道，血红蛋白-NO可以失去它附近的碱基而变成自由的原血红素-NO，这就意味着自由的碱基可以自由地参与催化反应，自由的蛋白质可以自由地改变构象，自由的血红素可以自由地从蛋白中扩散出去，这三种变化中的任何一个或它们的组合，将在鸟苷酸环化酶的活化过程中起重要作用。NO的生物学作用和其作用机制研究方兴未艾，它的发现提示着无机分子在医学领域中研究的前景。

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。

在泌尿及生殖系统中的作用

一氧化氮作为NANC 神经元递质，在泌尿生殖系统中起着重要作用，成为排尿节制等生理功能的调节物质，这为药物治疗泌尿生殖系统疾病提供了理论依据。

现已证明在人体内广泛存在着以NO为递质的神经系统，它与肾上腺素能神经、胆碱能神经和肽类神经一样重要。若其功能异常就可能引起一系列疾病。

在神经系统中的作用

有关L-Arg → NO途径在中枢神经系统（CNS）方面的研究认为，NO通过扩散，作用于相邻的周围神经元如突出前神经末梢和星状胶质细胞，再激活GC从而提高水平cGMP水平而产生生理效应。如NO可诱导与学习、记忆有关的长时程增强效应（Long-term potentiation，LTP），并在其LTP中起逆信使作用。

连续刺激小脑的上行纤维和平行纤维可引起平行纤维细胞的神经传导产生长时程抑制（Long-term depression，LTD），被认为是小脑运动学习体系中的一种机制，NO参与了该机制。

在外周神经系统也存在L-Arg → NO途径。NO被认为是非胆碱能、非肾上腺素能神经的递质或介质，参与痛觉传入与感觉传递过程。

NO在胃肠神经介导胃肠平滑肌松弛中起着重要的中介作用，在胃肠间神经丛中，NOS和血管活性肠肽共存并能引起非肾上腺素能非胆碱能（nonadrenergic-non-cholinerrgic，NANC）舒张，但血管活性肠肽的抗体只能部分消除NANC的舒张，其余的舒张反应则能被N-甲基精氨酸消除。

在免疫系统中的作用

研究结果表明，NO可以产生于人体内多种细胞。如当体内内毒素或T细胞激活巨噬细胞和多形核白细胞时，能产生大量的诱导型NOS和超氧化物阴离子自由基，从而合成大量的NO和H2O2，这在杀伤入侵的细菌、真菌等微生物和肿瘤细胞、有机异物及在炎症损伤方面起着十分重要的作用。

当前认为，经激活的巨噬细胞释放的NO可以通过抑制靶细胞线粒体中三羧酸循环、电子传递细胞DNA合成等途径，发挥杀伤靶细胞的效应。

免疫反应所产生的NO对邻近组织和能够产生NOS的细胞也有毒性作用。某些与免疫系统有关的局部或系统组织损伤，血管和淋巴管的异常扩张及通透性等，可能都与NO在局部的含量有着密切的关系。

心脑血管的作用机理

一氧化氮是氮的化合物，化学式NO，分子量30，氮的化合价为+2。由于一氧化氮带有自由基，这使它个化学性质非常活泼。具有顺磁性。当它与氧反应后，可形成具有腐蚀性的气体——二氧化氮（NO2）。一氧化氮在标准状况下为无色气体，液态、固态呈蓝色。一氧化氮改善心脑血管的作用机理。

一氧化氮的产生大致分为2种，一种是酶生性一氧化氮，一种是非酶生性一氧化氮。

非酶生性通过供体生成如硝酸甘油、硝普纳等临床药物产生。酶生性必须有酶的参与，同时也要有前体物质的。这种酶称为一氧化氮合酶（NOS），人体内有3种此类酶，分为内皮型一氧化氮合酶，分布于血管内皮细胞；神经型一氧化氮合酶，分布于人体神经元细胞当中；最后一种叫诱导型一氧化氮合酶，分布于人体免疫细胞当中如淋巴、T细胞当中。

其中以海洋生物为主要原料提取出来的酶一种内皮一氧化氮合酶 学术名称：“一氧化氮海洋合酶” (NOSS)，这种酶的活性更高，可以在增强体内一氧化氮循环机制作用，源源不断的产生一氧化氮。但是这种酶很少见，必须是由海洋生物尖海龙、牡蛎、鱼精蛋白等海洋珍贵物种才能提取产生出来。酶生性一氧化氮的合成公式是 L-精氨酸 + NOS + O2 = NO + L-瓜氨酸， 瓜氨酸又可以通过一些列的化学反应生成精氨酸。具体可以看图1分析：

在血管内皮细胞里产生的一氧化氮气体，由于它是脂溶性的，所以很快渗透出细胞膜向下扩散进入平滑肌细胞，从而作用于平滑肌细胞，使其松弛，扩张血管，最终导致血压的下降！同时也会很快渗透出细胞膜向上扩散进入血液，进入血小板细胞，使血小板活性降低，抑制其凝集和向血管内皮的粘附，从而防止血栓的形成，防止动脉粥样硬化的发生。从生化角度来讲，一氧化氮是一自由基气体，携带一个未配对电子，在体内极不稳定，这一特性恰好和其它游离自由基一样。这样两者就非常容易结合产生反应。从而使体内自由基数量大大减少。由于一氧化氮本身的合成需要一氧化氮合酶（NOS）的参与，但是正常情况下NOS的活性很低，需要硝基类药物或者皂甙类活性物质的激活。因此一氧化氮最佳的产生效果是和人参皂甙类物质一起协同作用。

一氧化氮与人体功能

一氧化氮广泛分布于生物体内各组织中，特别是神经组织中。它是一种新型生物信使分子，1992年被美国Science杂志评选为明星分子。NO是一种极不稳定的生物自由基，分子小，结构简单，常温下为气体，微溶于水，具有脂溶性，可快速透过生物膜扩散，生物半衰期只有3-5s，其生成依赖于一氧化化氮合成酶并在心、脑血管调节、神经、免疫调节等方面有着十分重要的生物学作用。因此，受到人们的普遍重视。

NO生物活性的发现

有两种重要的物质可作用于血管平滑肌，它们分别是去甲肾上腺素和乙酰胆碱。去甲肾上腺素通过作用于血管平滑肌细胞受体而使其收缩。对于乙酰胆碱是如何作用于血管平滑肌使之舒张，其途径尚不清楚，医学界一起在致力于研究。

1980年，美国科学家Furchgott 在一项研究中发现了一种小分子物质，具有使血管平滑肌松弛的作用，后来被命名为血管内皮细胞舒张因子(endothelium-derived relaxing factor,EDRF)是一种不稳定的生物自由基。并进入相邻平滑肌细胞，在平滑肌细胞内，EDRF激活鸟苷酸环化酶，导致cGMP水平升高，cGMP激活PKG，使平滑肌松弛，然而，EDRF被确认为是NO。众所周知，硝酸甘油是治疗心胶痛的药物，多年来人们一直希望从分子水平上弄清楚其治疗机理。研究发现，硝酸甘油和其它有机硝酸盐本身并无活性，它们在体内首先被转化为NO，是NO刺激血管平滑肌内cGMP形成而使血管扩张，这种作用恰好同EDRF具有相似性。1987年，Moncada等在观察EDRF对血管平滑肌舒张作用的同时，用化学方法测定了内皮细胞释放的物质为NO，并据其含量，解释了其对血管平滑肌舒张的程度。1988年，Polmer等人证明，L-精氨酸是血管内皮细胞合成NO的前体，产物是瓜氨酸和NO，过程由NO合酶催化，从而确立了哺乳动物体内可以合成NO的概念。

危险特性：具有强氧化性。与易燃物、有机物接触易着火燃烧。遇到氢气爆炸性化合。接触空气会散发出棕色有酸性氧化性的棕黄色雾。一氧化氮较不活泼，但在空气中易被氧化成二氧化氮，而后者有强烈腐蚀性和毒性。

健康危害：该品不稳定，在空气中很快转变为二氧化氮产生刺激作用。氮氧化物主要损害呼吸道。吸入初期仅有轻微的眼及呼吸道刺激症状，如咽部不适、干咳等。常经数小时至十几小时或更长时间潜伏期后发生迟发性肺水肿、成人呼吸窘迫综合征，出现胸闷、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫绀等。可并发气胸及纵隔气肿。肺水肿消退后两周左右可出现迟发性阻塞性细支气管炎。一氧化氮浓度高可致高铁血红蛋白血症。慢性影响：主要表现为神经衰弱综合征及慢性呼吸道炎症。个别病例出现肺纤维化。可引起牙齿酸蚀症。

环境危害：对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染。

燃爆危险：该品助燃，具刺激性。

一氧化氮是宇航员晕厥发作的元凶

一氧化氮的过量产生会使血管扩张，这样就可以解释为什么宇航员在太空飞行之后会产生晕厥，以及可以解释许多陆地上发生的类似现象。

这种太空中宇航员经历的微重力现象，很象太空中的宇航员或长期久卧在床的病人马上要起来时的感觉，这时人们会产生过多的血管扩张剂——一氧化氮，从而导致血压降低，流往头部的血液减少，出现晕厥。

在对大鼠的试验中，加州大学的研究人员发现，低重力环境下，大鼠产生一氧化氮的两种酶增多，而且，给予大鼠药物抑制其中一种酶时，它们的血压升高，这给研究人员一个提示：抑制一氧化氮对宇航员和长期卧床患者的晕厥是一种有效的治疗。这份研究报告发表在7月份出版的《实用生理学》杂志上。

人体正常的直立的生活中，重力使血液流往下肢，因此身体下部的血管收缩以确保有足够的血液流往相反的方向。在低重力环境下，人全身的血压一样，当宇航员返回地球时，他们身体下部过度舒张的血管使头部血压急剧下降，于是在站立时，不可避免地要晕倒。

人们看到宇航员登陆后轻松地大步行走，是因为他们穿着加压的衣服，能保持健康的血压。但是，他们的衣服只能穿这么久，而适应重力需要一段时间。

工程控制：严加密闭，提供充分的局部排风和全面通风。提供安全淋浴和洗眼设备。

呼吸系统防护：空气中浓度超标时，佩戴自吸过滤式防毒面具(半面罩)。紧急事态抢救或撤离时，建议佩戴空气呼吸器。

眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。

身体防护：穿透气型防毒服。

手防护：戴防化学品手套。

其他防护：工作现场禁止吸烟、进食和饮水。保持良好的卫生习惯。

迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并立即隔离150m，严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防毒服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑收容产生的大量废水。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。

操作注意事项：严加密闭，提供充分的局部排风和全面通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具（半面罩），戴化学安全防护眼镜，穿透气型防毒服，戴防化学品手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。远离易燃、可燃物。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与卤素接触。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。

储存注意事项：储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与易（可）燃物、卤素、食用化学品分开存放，切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备。

运输注意事项：铁路运输时须报铁路局进行试运，试运期为两年。试运结束后，写出试运报告，报铁道部正式公布运输条件。采用刚瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般平放，并应将瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超过车辆的防护栏板，并用三角木垫卡牢，防止滚动。严禁与易燃物或可燃物、卤素、食用化学品等混装混运。夏季应早晚运输，防止日光曝晒。公路运输时要按规定路线行驶，禁止在居民区和人口稠密区停留。铁路运输时要禁止溜放。

S17：Keep away from combustible material.

远离可燃物料。

S23：Do not breathe gas/fumes/vapour/spray.

不要吸入气体/烟雾/蒸汽/喷雾。

S36/37/39：Wear suitable protective clothing, gloves and eye/face protection.

穿戴适当的防护服、手套和眼睛/面保护。

S45：In case of accident or if you feel unwell, seek medical advice immediately (show the lable where possible).

发生事故时或感觉不适时，立即求医（可能时出示标签）。

R8：Contact with combustible material may cause fire.

与可燃物料接触可能引起火灾。

2020年全球新冠疫情爆发伊始，美国FDA即通过了吸入一氧化氮医疗设备用于治疗COVID-19患者的紧急使用授权（Expanded Access Emergency Use）。随即，大量临床研究聚焦于一氧化氮的抗新冠机制以及实际的临床效果。