3.7 Oxid dusnatý

Oxid dusnatý (NO) působí jako mediátor v imunitním systému, vasomotorice i neurotransmisi. Jako přenašeč v CNS byl poprvé rozpoznán teprve v roce 1988. Nejvýznamnější odlišností NO od jiných mediátorů je jeho schopnost difundovat volně a rychle přes membrány, tzn. působit na okolní buněčné elementy bez ohledu na anatomické spojení. NO je nestabilní volný radikál s poločasem několika sekund; přesto je při šíření z bodového zdroje schopen ovlivnit okolí do vzdálenosti asi 170 mm (určeno z teoretického modelu). Je možné, že působení NO je řízeno na úrovni aktivity cílových struktur.

Hlavním fyziologickým „receptorem“ pro NO v CNS i v periferii je hemový zbytek asociovaný s rozpustnou formou guanylátcyklázy. NO a cyklický guanozinmonofosfát (cGMP) jsou pravděpodobně funkčními partnery v CNS. Úloha cGMP v CNS dosud není dobře známa, na rozdíl od účinků v hladkých svalech a krevních destičkách, kde vede k relaxaci a k inhibici agregace.

Možné  funkce a účinky NO v CNS jsou uvedeny v tabulce. NO může způsobit zvýšené uvolňování různých neuromediátorů, např. stimulace NMDA receptoru glutamátem vede ke vstupu Ca²⁺ do postsynaptické části, Ca²⁺ se váže na kalmodulin a ten potom aktivuje syntázu NO (NOS); vzniklý NO difunduje do presynaptické části, kde aktivuje rozpustnou guanylátcyklázu, která zvyšuje koncentraci cGMP, což vede ke zvýšenému uvolňování glutamátu. NO může regulovat aktivitu dalších enzymů, např. zvyšuje aktivitu cyklooxygenáz, což jsou enzymy limitující rychlost syntézy prostaglandinů, tromboxanu A2 a prostacyklinu z kyseliny arachidonové. Dlouhodobé působení vysokých koncentrací NO zprostředkované indukovatelnou NOS (např. při imunologické odezvě), může vést ke ztrátě aktivity řady enzymů.

V širším měřítku má NO úlohu v učení, cítění, sexuálním chování, v modulaci senzorických a motorických cest a v neurodegenerativních procesech (za patologických podmínek může pravděpodobně NO generovaný nadměrně při stimulaci glutamátových receptorů zprostředkovat buněčnou smrt).

Biosyntéza NO vyžaduje příslušný enzym - syntázu oxidu dusnatého (NOS), substrát - L-arginin, vzdušný O₂ a NADPH. Aktivita NOS byla zjištěna v mozku, míše, retině, srdci, zažívacím traktu, nadledvinkách, epifýze i jinde. Nejvyšší aktivity NOS byly zatím zjištěny v mozku, kde je tento enzym široce rozšířen - srovnatelně s glutamátem a GABA. Podobnou distribuci má i akumulace cGMP vzniklého v odezvě na NO. Na buněčné úrovni je distribuce NOS a tohoto cGMP spíše komplementární (neurony syntetizující NO jsou často odlišné od neuronů akumulujících cGMP); NO tedy zřejmě účinkuje primárně jako mezibuněčný přenašeč. Za normálních podmínek se NOS v CNS vyskytuje převážně v neuronech.

NOS se vyskytuje ve třech známých formách označovaných jako neuronální, indukovatelná a endotelová (viz tabulka). Neuronální NOS (nNOS) se vyskytuje v neuronech konstitutivně, je závislá na Ca²⁺ a kalmodulinu. Její aktivace je tedy spojena: 1. se stimulací postsynaptických receptorů vedoucí ke vtoku Ca²⁺ nebo k uvolnění Ca²⁺ z vnitrobuněčných zásob (především NMDA receptorů, ale i mnoha dalších), 2. s akčními potenciály vyvolávajícími vtok Ca²⁺ do presynaptických zakončení přes napěťově řízené Ca²⁺-kanály.

Indukovatelná NOS (iNOS) byla v CNS zjištěna v astrocytech a mikrogliích; pevně váže kalmodulin a její aktivita proto nezávisí na změnách Ca²⁺. Přispívá k neurotoxicitě zprostředkované NO. Enzym je exprimován po transkripční indukci a tvoří NO mnohem větší rychlostí, než druhé dva typy NOS. Regulace a exprese iNOS v CNS není dosud jasná, v periferních buňkách se NO generované iNOS zřejmě podílí na imunologické odezvě k patogenům.

Endotelová NOS (eNOS) byla zjištěna v endotelových buňkách, kde je exprimována konstitutivně. Byla však nalezena i v neuronech v CNS.

Předpokládaná úloha NO ve funkci CNS

(buněčné a molekulární mechanismy)

(podle Garthwaite J.: TiNS 18 (2) 51-52, 1995; Garthwaite J., Boulton C.L.: Annu. Rev. Physiol. 57, 683-706, 1995)

Izoformy syntázy oxidu dusnatého (NOS)

(podle Griffith O.W., Stuehr D.J.: Annu. Rev. Physiol. 57, 707-736, 1995)