过氧亚硝基

形成与稳定性：过氧亚硝基由一氧化氮自由基（•NO）与超氧阴离子自由基（O₂•⁻）通过扩散控制反应生成（反应速率常数约 10¹⁰ M⁻¹s⁻¹）：•NO + O₂•⁻ → ONOO⁻。该反应是生物体内已知最快的反应之一，意味着一旦 •NO 和 O₂•⁻ 在相近位置生成，便会迅速结合。ONOO⁻ 在碱性条件下相对稳定，但在生理 pH（约 7.4）下，其质子化形式 ONOOH 的半衰期极短（<1秒），会迅速分解产生多种强氧化和硝化物种。

酸解离常数：pKa 约为 6.8，因此在生理 pH 下，ONOO⁻ 和 ONOOH 同时存在，其中 ONOOH 更具反应性。

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分解产物：ONOOH 通过均裂产生两种具有高度反应活性的自由基：ONOOH → •OH + •NO₂（羟基自由基和二氧化氮自由基）。该途径约占 30%，其余途径通过离子途径产生硝酸盐（NO₃⁻）。产生的 •OH 和 •NO₂ 是造成大多数生物分子损伤的直接原因。

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生成来源：需要一氧化氮合酶（NOS）和 NADPH 氧化酶/线粒体电子传递链等超氧化物产生源在时间上和空间上协同作用。例如，在炎症部位，活化的免疫细胞（巨噬细胞、中性粒细胞）同时高表达诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和 NADPH 氧化酶，导致 ONOO⁻ 爆发式生成。

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内源性清除系统：生物体进化出高效的清除机制以控制其毒性。

• 关键清除剂：含硒酶，特别是谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和硫氧还蛋白还原酶，能快速将 ONOO⁻ 还原为亚硝酸盐，是主要的生理防御。
• 其他清除剂：尿酸、二氧化碳、血白蛋白、金属卟啉等也能与之反应，但有些反应（如与 CO₂ 的反应）会生成新的活性中间体。

过氧亚硝基能攻击几乎所有类型的生物分子，其反应具有特征性的“硝化”标志。

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• 蛋白质修饰：
  • 酪氨酸硝化：最具特征性的反应，将蛋白质酪氨酸残基的苯环 3 号位硝化，生成 3-硝基酪氨酸。这会改变蛋白质的结构、功能，并可能干扰依赖酪氨酸磷酸化的信号传导，是许多神经退行性疾病和炎症疾病的生物标志物。
  • 半胱氨酸氧化：氧化蛋白质半胱氨酸残基的巯基，形成次磺酸、亚磺酸或形成二硫键，从而调节蛋白质功能或导致失活。
  • 色氨酸、蛋氨酸氧化：氧化色氨酸和蛋氨酸残基。
  • 锌指结构破坏：氧化锌指结构中的半胱氨酸，导致锌离子释放和转录因子功能丧失。
• 脂质过氧化：引发并促进多不饱和脂肪酸的脂质过氧化链式反应，生成具有细胞毒性的醛类产物（如 4-羟基壬烯醛）。
• DNA 损伤：
  • 碱基修饰：鸟嘌呤被氧化为 8-硝基鸟嘌呤和 8-氧代鸟嘌呤，后者具有致突变性。
  • 单链断裂：通过 •OH 导致 DNA 链断裂。
• 与 CO₂ 的反应：生理浓度的 CO₂ 与 ONOO⁻ 迅速反应，生成亚硝基过氧碳酸盐中间体，该中间体进一步分解为 •NO₂ 和碳酸盐自由基，更高效地引导反应朝向蛋白质酪氨酸硝化。

作为信号分子：低浓度、受控产生的 ONOO⁻ 可通过可逆地修饰关键信号蛋白（如激酶、磷酸酶、转录因子）的半胱氨酸残基，参与氧化还原信号传导，调节血管张力、神经传递和免疫反应。

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作为病理损伤介质：过量、不受控的产生是硝化应激的核心，与众多疾病密切相关：

• 神经退行性疾病：在阿尔茨海默病（Aβ 斑块和神经原纤维缠结中）、帕金森病（路易小体中）、肌萎缩侧索硬化症患者的神经元和胶质细胞中均检测到高水平的蛋白质硝化。
• 心血管疾病：参与动脉粥样硬化斑块形成、心肌缺血再灌注损伤和心力衰竭。
• 炎症性疾病：类风湿性关节炎、炎症性肠病等慢性炎症疾病中，免疫细胞大量产生 ONOO⁻。
• 败血症与多器官功能障碍：全身性炎症反应导致 ONOO⁻ 大量生成。
• 癌症：一方面造成基因组不稳定性，促进癌变；另一方面也可能诱导癌细胞凋亡。

检测方法：

• 直接检测：非常困难。可使用高效液相色谱联用紫外线检测或电化学检测，但灵敏度有限。
• 间接检测（常用）：
  • 3-硝基酪氨酸：作为最稳定的硝化标志物，使用免疫组化、ELISA 或质谱进行检测和定位。
  • 荧光探针：开发出一些可被 ONOO⁻ 特异性切割或氧化而产生荧光的化学探针，用于活细胞成像。
  • 二氢罗丹明 123 氧化：常用但非特异性（也被其他 ROS 氧化）。

干预策略：开发能特异性清除 ONOO⁻ 或抑制其形成的化合物，如金属卟啉类模拟酶、硒代半胱氨酸衍生物等，作为潜在的治疗药物进行研究。

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