重新审视可溶性鸟苷酸环化酶的药理学：刺激剂和激活剂的协同作用潜力

《Biomedicine & Pharmacotherapy》：Revisiting soluble guanylate cyclase pharmacology: Additive potential of stimulators and activators

本研究揭示sGC刺激剂可直接激活氧化损伤产生的heme-free apo-sGC，其作用机制对氧化还原敏感。体外实验证实ODQ预处理可阻断此效应，体内缺血性中风模型中，刺激剂单用或与激活剂联用均显著减轻脑损伤，挑战传统sGC药物分类，拓展治疗潜力。

　　硝酸一氧化氮（NO）作为一种关键的气体信号分子，通过与可溶性鸟苷酸环化酶（sGC）结合，激活cGMP（环鸟苷酸）的合成。在疾病状态下，活性氧（ROS）可能会干扰这种信号传导机制，其方式包括清除NO或通过影响heme（血红素）的结合导致sGC失去对NO的响应能力，形成所谓的“apo-sGC”（无heme的sGC）。这种情况下，传统的sGC调节药物分为两类：sGC刺激剂和sGC激活剂。sGC刺激剂通过非竞争性方式增强sGC对低浓度NO的敏感性，而sGC激活剂则可以直接作用于无heme的apo-sGC，模拟NO的激活效应。然而，最新的研究揭示了sGC刺激剂不仅能够作用于sGC，还能对apo-sGC产生影响，并且与sGC激活剂产生协同效应。这一发现挑战了现有的sGC调节药物分类和作用机制的认知，同时也拓展了其在疾病治疗中的应用潜力。

NO-cGMP信号通路在多种生理过程中发挥着重要作用，例如血管舒张、抗凝血、平滑肌调节、神经传递以及在某些动物模型中，还参与先天免疫反应。当这一通路发生异常时，可能会导致多种疾病的发生和发展，包括高血压、心肌梗死、 Moyamoya病和食管裂孔疝等。在正常生理条件下，sGC通过其His105配位的heme-铁与NO结合，从而诱导构象变化，增强cGMP的生成。然而，在疾病状态下，ROS的增加可能会导致NO的清除或sGC的heme脱离，形成无heme的apo-sGC。在这种情况下，传统的观点认为sGC激活剂是唯一能够作用于apo-sGC的药物，而sGC刺激剂仅能作用于具有heme的sGC。然而，研究结果表明，sGC刺激剂同样能够作用于apo-sGC，并且在某些情况下，其效果与sGC激活剂相辅相成，从而增强cGMP的生成。

为了验证这一现象，研究者采用了两种不同的方法生成apo-sGC：一种是使用ODQ（1H-[1,2,4]oxadiazolo[4,3-a]quinoxalin-1-one）诱导sGC的heme脱离，另一种是通过定点突变His105为苯丙氨酸（H105F）来生成无heme的sGC。在实验中，研究者发现，sGC刺激剂在ODQ处理后依然能够激活apo-sGC，且这种激活作用是红ox敏感的。当sGC被ODQ处理后，其对刺激剂的响应能力显著下降，这表明ODQ可能通过氧化sGC中的某些残基，从而干扰了刺激剂与sGC的结合。这一发现不仅表明sGC刺激剂的作用机制可能比之前认为的更为复杂，还暗示了其在疾病治疗中的潜在应用价值。

此外，研究者还通过动物实验进一步验证了这一机制的临床意义。在缺血性中风模型中，由于氧化应激导致sGC失去heme，形成主要的apo-sGC状态，此时NO刺激的cGMP生成能力下降，而sGC激活剂仍能诱导cGMP合成并发挥神经保护作用。然而，研究结果显示，sGC刺激剂同样能够减少梗死体积，表明其在无heme条件下仍具有一定的治疗效果。更进一步的实验表明，当sGC刺激剂与sGC激活剂联合使用时，其对apo-sGC的激活效果呈现出明显的协同作用，这可能意味着两者在激活机制上存在一定的互补性。这种协同效应不仅在细胞实验中被观察到，在动物实验中也得到了验证，特别是在使用低剂量的sGC激活剂和刺激剂时，其组合效果显著优于单一药物的使用。

研究还探讨了sGC刺激剂和激活剂在不同疾病模型中的应用潜力。例如，在人类脑微血管内皮细胞（HBMEC）模型中，当细胞经历缺氧后再灌注时，单独使用低剂量的sGC刺激剂或激活剂效果有限，但两者联合使用则显著提高了细胞存活率。这一结果进一步支持了sGC刺激剂和激活剂在治疗缺氧/缺糖损伤中的协同作用。与此同时，研究者也注意到，ODQ虽然常用于生成apo-sGC，但其可能对sGC刺激剂的结合位点产生干扰，导致部分实验中未能观察到刺激剂对apo-sGC的激活作用。因此，使用其他方法生成apo-sGC可能有助于更准确地研究sGC刺激剂的作用机制。

研究还指出，尽管目前关于sGC刺激剂如何作用于apo-sGC的具体机制尚不完全清楚，但其红ox敏感性的特征已被广泛观察到。一些关键的半胱氨酸残基，如Cys78、Cys122、Cys214、Cys541和Cys594，可能在调控sGC刺激剂结合位点的构象中起重要作用。这些残基的存在可能影响sGC刺激剂与酶的相互作用，进而改变其激活效率。然而，需要注意的是，尽管这些残基在结构模型中被描绘出来，它们是否直接参与药物结合仍需进一步的实验证实。

研究还提到，目前关于sGC刺激剂和激活剂的结构数据仍然有限，尤其是针对apo-sGC的结构信息。尽管已有部分高分辨率的sGC晶体结构，但这些结构并未展示出刺激剂结合位点的完整细节，暗示了可能存在动态的构象变化。因此，为了更全面地理解sGC刺激剂的作用机制，未来的研究需要结合更先进的结构生物学技术，如冷冻电镜（cryo-EM）和共结晶技术，以揭示sGC和apo-sGC在药物结合过程中的具体构象变化。

此外，研究者强调了在疾病治疗中考虑apo-sGC作为药物靶点的重要性。在某些病理状态下，如缺血性中风，sGC主要以无heme形式存在，此时传统的sGC刺激剂可能成为重要的治疗手段。同时，sGC激活剂在这些情况下也表现出一定的作用，两者结合使用可能能够更有效地恢复cGMP的生成，从而改善组织功能。这一发现不仅拓展了sGC调节药物的应用范围，还为开发新的治疗策略提供了理论依据。

综上所述，这项研究挑战了传统的sGC调节药物分类和作用机制，揭示了sGC刺激剂在多种疾病条件下的潜在作用。通过对sGC和apo-sGC的深入研究，研究者不仅重新定义了sGC调节药物的分类标准，还为未来的药物开发和临床应用提供了新的视角。这一发现强调了在疾病治疗中，考虑sGC的不同构象状态以及其对药物响应的多样性，对于优化治疗策略具有重要意义。