《Redox Biology》：Endothelial nitric oxide signaling in cellular and systemic metabolism
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内皮细胞来源的一氧化氮（NO）最广为人知的作用是调节血管张力。然而，越来越多证据表明，内皮NO可作为依赖于通量（flux）和区室（compartment）的细胞与系统代谢氧化还原调节剂。NO通过对铁中心、活性半胱氨酸与酪氨酸残基以及脂肪酸的可逆或不可逆化学修饰
内皮细胞来源的一氧化氮（NO）最广为人知的作用是调节血管张力。然而，越来越多证据表明，内皮NO可作为依赖于通量（flux）和区室（compartment）的细胞与系统代谢氧化还原调节剂。NO通过对铁中心、活性半胱氨酸与酪氨酸残基以及脂肪酸的可逆或不可逆化学修饰，直接调节代谢网络。NO介导细胞代谢调控的机制包括：糖酵解、氧化磷酸化与核苷酸生物合成中酶的S-亚硝基化（S-nitrosation），以及铁与血红素（heme）可用性的控制。NO衍生的硝化物种还可生成亲电性硝基脂肪酸（nitro-fatty acids），其通过可逆半胱氨酸加合作用于代谢与氧化还原转录程序。此外，特化内皮细胞参与跨器官代谢调节，例如脂肪组织中的脂质运输、肝脏中的铁稳态以及骨髓中的红细胞生成。最后，组织/器官特异性内皮功能障碍可通过多种机制破坏器官与系统代谢控制，带来新的科学问题与治疗机遇。理解细胞与酶源特异性NO信号如何定义内皮异质性与功能，可为解决心脏代谢疾病中的器官特异性内皮功能障碍提供机制框架。
研究背景方面，内皮NO传统上被认为主要调节血管张力，但研究人员指出，现有认识不足以解释内皮细胞在不同血管床和器官中如何通过NO依赖的氧化还原信号参与代谢控制。目前存在的问题包括：内皮NO除激活可溶性鸟苷酸环化酶（sGC）外，如何通过S-亚硝基化、酪氨酸硝化、硝基脂肪酸形成、铁与血红素转运等机制调节细胞与系统代谢仍缺乏系统梳理；不同血管内皮细胞具有功能异质性，但NO通量、区室化与铁/血红素状态如何塑造这种异质性并不清楚；在肥胖、糖尿病、代谢相关脂肪性肝病（MASLD）等疾病中，内皮NO生物利用度下降如何导致器官间代谢失调也需进一步明确。因此，研究人员在开展本综述时，旨在整合内皮NO的化学来源、靶点、细胞内代谢调控与跨器官系统代谢调节证据，建立“flux- and compartment-dependent redox regulator”这一框架，说明内皮NO不仅是血管舒张分子，更是代谢与氧化还原信号节点。论文发表于《Redox Biology》，其意义在于把内皮生物学、氧化还原化学与系统代谢联系起来，为器官特异性内皮功能障碍和心脏代谢疾病治疗提供新思路。
主要技术方法方面，研究人员主要依托已发表遗传模型与药理学干预证据，包括全身与内皮特异性NOS基因操作小鼠模型、iNOS缺陷模型、eNOS磷酸化位点敲入模型；利用人脐静脉内皮细胞、牛主动脉内皮细胞、肺动脉内皮细胞及原代人冠状动脉内皮细胞等体外体系；采用氧化还原蛋白质组学识别S-亚硝基化位点；借助单细胞转录组 atlas 区分动脉、静脉、毛细血管、淋巴与器官特异性内皮细胞；并通过外源NO供体、亚硝基硫醇、硝基脂肪酸处理及铁螯合剂实验分析铁调控蛋白、血红素插入与代谢重编程。样本队列来源主要包括小鼠遗传模型与多人源内皮细胞系，而非临床患者队列。
研究结果方面，第一部分介绍NO来源与靶点。研究人员指出，生理状态下eNOS产生约100 pM至5 nM NO，可激活sGC并选择性S-亚硝基化；炎症时iNOS产生可达约1 μM NO，引发广泛S-亚硝基化、酪氨酸硝化与线粒体抑制。eNOS活性受热休克蛋白90、caveolin-1、Akt、AMPK、PKA、Pyk2等调控，Thr495、Tyr657、Ser1177等位点磷酸化决定酶状态；四氢生物蝶呤缺乏或酰化、S-谷胱甘肽化可使eNOS解偶联而产生超氧。NO靶点包括与血红素铁形成金属亚硝酰复合物、半胱氨酸S-亚硝基化、酪氨酸硝化，以及脂肪酸硝化生成硝基脂肪酸并通过硝基烷基化修饰半胱/组氨酸。
第二部分讨论内皮细胞代谢的NO调控。在线粒体呼吸与氧利用中，NO可逆结合细胞色素c氧化酶复合体IV的heme a3–CuB双核中心，与O2竞争，低氧时抑制更明显，从而重分配氧给组织与氧感知通路。在S-亚硝基化作为代谢开关中，研究人员总结GAPDH Cys150/152、PFKM Cys351、PKM2 Cys358、复合体I ND3 Cys39、复合体IV Cys196/Cys200、核糖核苷酸还原酶大亚基等位点；PKM2 S-亚硝基化抑制其活性，使葡萄糖流向磷酸戊糖途径，维持NADPH与谷胱甘肽池。去亚硝基化部分说明GSNO还原酶即乙醇脱氢酶5、SNO-CoA还原酶2即AKR1A1通过NADH/NADPH依赖反应移除S-亚硝基基团，SCoR2还经内质网分泌通路调节SAR1–SURF4–PCSK9转亚硝基化并影响胆固醇与脂质代谢。酪氨酸硝化部分指出，胰岛素受体底物1硝化损害PI3K结合，锰超氧化物歧化酶Tyr34硝化促进线粒体氧化应激，前列环素合酶硝化使前列腺素信号向缩血管促炎偏移。硝基脂肪酸部分说明硝基油酸激活Nrf2、诱导eNOS与血红素氧合酶-1（HO-1），硝基共轭亚油酸调节PPARγ Cys285并改善ob/ob小鼠糖胰岛素水平，硝基烷基化还可可逆抑制GAPDH。铁、铁硫簇与血红素转运部分指出，高浓度NO破坏铁调节蛋白1的4Fe-4S簇，转铁蛋白受体1硝化降解，HO-1上调使铁由血红素池转向非血红素池；NO低浓度促进脱辅基-sGC血红素插入，高浓度减少血红素结合蛋白，从而把铁状态、血红素状态与NO信号耦联。最后研究人员强调，NO通量、亚细胞区室、铁与血红素可用性及去亚硝基化酶共同决定内皮代谢身份，并可能塑造动脉、静脉、毛细血管与窦状内皮异质性。
第三部分关注内皮源NO的系统代谢调节。eNOS与iNOS体内模型显示，eNOS缺失导致高血压、胰岛素抵抗、糖耐量异常与高脂血症，内皮Irs2缺失减少骨骼肌毛细血管募集与葡萄糖摄取；iNOS缺失保护饮食诱导骨骼肌胰岛素抵抗，减少胰岛素信号蛋白S-亚硝基化与硝化。肝窦内皮细胞（LSEC）部分说明，eNOS-NO维持窦状扩张、肝星状细胞静息与angiocrine支持；LSEC通过BMP2/6调节肝细胞hepcidin，但eNOS在此中的作用未明；MASLD中LSEC毛细血管化伴eNOS下降、angiocrine功能丧失并促进纤维化。脂肪组织内皮参与脂质运输，骨髓窦状内皮参与红细胞生成，说明特化内皮以器官特异方式把NO信号转化为代谢输出。
讨论与结论部分，研究人员总结：内皮NO不是单一血管舒张信号，而是按来源、通量、持续时间、亚细胞定位与化学活性分级的氧化还原代谢调节系统。低输出eNOS-NO维持稳态S-亚硝基化、血红素插入与氧利用调节；高输出iNOS-NO导致亚硝化应激、酪氨酸硝化、硝基脂肪酸生成与线粒体抑制。铁与血红素状态作为内皮内“解读”NO信号的环境变量，使同一下游蛋白在不同血管床产生不同代谢表型。组织特异性内皮NO生物利用度下降可同时破坏细胞代谢与器官间通讯，参与高血压、胰岛素抵抗、MASLD、炎症与纤维化。
研究结论可译为：内皮NO作为区室与通量依赖的氧化还原调节剂，直接通过金属亚硝酰化、S-亚硝基化、酪氨酸硝化、硝基脂肪酸形成以及铁和血红素转运来协调细胞与系统代谢。特化内皮细胞将局部NO信号转化为器官特异性代谢功能；内皮NO可用性丧失会损害代谢稳态并加剧心脏代谢疾病。未来应阐明细胞与酶源特异性NO信号如何定义内皮异质性，并据此设计针对器官特异性内皮功能障碍的治疗策略。
