一氧化氮合酶1

一氧化氮（NO）是在整个身体中具有多种功能的信使分子。在大脑和周围神经系统中，NO表现出神经递质的许多特性。它与中风和神经退行性疾病，平滑肌的神经调节（包括蠕动）和阴茎勃起相关的神经毒性有关。NO还负责调节内皮源性舒张因子的活性。在巨噬细胞中，NO介导肿瘤和杀菌作用，这是由NO合酶（NOS）抑制剂阻断这些作用这一事实所表明的。神经元NOS和巨噬细胞NOS（163730）是不同的同工型（Lowenstein et al。，1992）。在需要几种电子供体的氧化酶中，神经元和巨噬细胞形式都不常见：FAD（请参阅610595），黄素单核苷酸（FMN），NADPH和四氢生物蝶呤。

细胞遗传学位置：12q24.22
基因座标（GRCh38）：12：117,208,141-117,361,625

▼ 克隆和表达
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布雷特等（1991）克隆了一氧化氮合酶的神经元形式的cDNA，并研究了其表达。唯一具有紧密序列相似性的哺乳动物蛋白是细胞色素P450还原酶。

Magee等（1996）运用PCR技术从大鼠阴茎RNA中克隆出一种新型的神经元NOS。该NOS cDNA被称为“阴茎神经元NOS”的PnNOS。测序表明，PnNOS cDNA与大鼠小脑神经元NOS1相同，只是在PnNOS中插入了102 bp，这表明PnNOS是一种新型同工型。人类阴茎cDNA文库的PCR证实该插入片段存在于人类DNA的相同位置。RT-PCR的重复显示PnNOS是大鼠阴茎，尿道，前列腺和骨骼肌中唯一表达的NOS1形式。PnNOS形式也存在于大鼠小脑，肝脏和骨盆神经丛中，尽管数量少于较短的同种型。作者推测，PnNOS可能在阴茎勃起期间负责一氧化氮的合成，并可能参与尿道，前列腺和膀胱的音调控制。

Wang等（1997）鉴定了在睾丸中表达的nNOS剪接变体，其编码N末端截短的1,098个氨基酸的蛋白质。在CHO-K1细胞中表达后，该变体显示出钙依赖性一氧化氮合酶活性，其催化活性与全长nNOS相当。

牛顿等。等（2003）鉴定了在5个引物非翻译区内插入89bp的变体。阅读框不受影响。该mRNA在几种组织中占nNOS转录本的5％至40％，并富含睾丸，大脑，骨骼肌和肺。

▼ 基因结构
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NOS1 cDNA克隆包含剪接到共同外显子2的不同5 -prime末端外显子。通过基因组克隆和序列分析，Xie等人（1995年）证明，独特的外显子位于彼此之间300 bp之内，但通过至少20 kb长的内含子与外显子2隔开。一个CpG岛吞没了下游的5个主要末端外显子。相反，大多数上游外显子都位于该CpG岛之外。此外，上游外显子包括GT二核苷酸重复序列。通过在转染的HeLa细胞中表达融合基因，Xie等人（1995）结果表明这两个外显子的表达受单独启动子的转录控制。但是，这些启动子的接近性增加了可能在这些位点调节NOS1基因表达中涉及复杂的相互作用。

Wang等（1997）确定，他们从睾丸分离的剪接变体的启动子区域不包含规范的TATA和CAAT框。它确实包含多个假定的顺式调控元件，包括与睾丸特异性基因表达有关的元件。

Newton等人描述的一个常见变体（2003），其包含在启动子区域的89 bp插入，预计将形成茎环二级结构。

▼ 测绘
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Kishimoto等人使用从大鼠小脑RNA制备的大鼠cDNA探针（1992）从人小脑cDNA文库中分离出人一氧化氮合酶cDNA。反过来，这又用于人鼠杂交细胞系DNA的Southern印迹分析，将NOS1基因定位到12q14-qter。Marsden等（1993）通过荧光原位杂交将NOS1基因区域化为12q24.2。徐等（1993）使用荧光原位杂交将NOS1基因定位到12q24.2-q24.31。Lee等（1995）通过种间回交的分析将同源基因分配给小鼠5号染色体。

▼ 基因功能
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Burnett等（1992） NO合成酶定位于支配海绵体的大鼠阴茎神经元和阴茎动脉外膜层的神经元丛。他们还发现，小剂量的NO合酶抑制剂消除了电生理诱发的阴茎勃起。因此，他们确定一氧化氮是勃起功能的生理介质。

Kharazia等（1994）发现纹状体中的所有神经元对一氧化氮呈阳性。合酶染色显示它们也对心肌黄递酶呈阳性。这2个活动共定位在大多数皮质神经元中，但因黄递酶强烈染色的1％神经元缺乏可检测水平的一氧化氮合酶。Kharazia等（1994年）建议这些单标记的神经元（0.01％的皮质神经元）可能包含剪接变体或新型的NOS亚型。

Deans等（1996）发现OCT2（164176）转录因子结合神经元NOS启动子区域的下游5.1启动子，但不结合上游5.2启动子。OCT2可能特异性激活神经元细胞中神经元NOS的转录。

一氧化氮是通过神经元型NO合酶在骨骼肌中合成的，NO合酶位于快速抽动纤维的肌膜。活性肌肉中NO的合成可对抗收缩力。布伦曼等（1995）表明，与骨骼肌膜NOS1分区由于与肌营养不良蛋白（酶的关联300377），在假肥大性肌营养不良（DMD;突变蛋白310200）。肌营养不良蛋白复合物与包含GLGF基序的NOS1的N末端结构域相互作用。患有DMD的人和mdx小鼠均显示出选择性的NOS1蛋白损失和来自肌膜的催化活性，证明了肌营养不良蛋白的新作用并将信号酶定位于肌细胞肉瘤。布伦曼等（1995）推测NOS1的异常调节可能有助于DMD中快扭肌纤维的优先变性。

一氧化氮合酶的神经元同工型在哺乳动物骨骼肌中高度表达。由于NO参与拮抗交感性血管收缩，部分牵涉骨骼肌收缩中的血流局部代谢调节，Thomas等（1998）假设骨骼肌中的NOS1是NO的来源，其中NO介导收缩性肌肉中交感性血管收缩的抑制。Thomas等人在mdx小鼠中建立了一种DMD模型，其中肌营养不良蛋白缺乏导致骨骼肌中NOS1的表达大大降低（1998）发现骨骼肌收缩减弱α-肾上腺素血管收缩的正常能力是有缺陷的。在缺少编码NOS1基因的突变小鼠中获得了类似的结果。这些数据共同表明，NOS1在活跃骨骼肌中α-肾上腺素血管收缩的局部代谢抑制中具有特殊作用。

Sander等人证明了小鼠中观察到的与儿童杜兴氏肌营养不良症的相关性（2000年）。他们报道说，DMS儿童中NOS1通过减弱对α-肾上腺素能受体激活的血管收缩反应而提供的锻炼骨骼肌的保护机制是有缺陷的。营养不良性肌肉的锻炼过程中，对反射性交感神经激活的血管收缩反应（以肌肉氧合减少表示）没有减弱。相反，在健康的儿童以及患有多发性肌炎或肢带型肌营养不良症的儿童中，这种保护机制是完整的，这两种肌肉疾病均不会导致神经元一氧化氮合酶的丢失。在小鼠和人的骨骼肌中，肌营养不良蛋白缺乏导致神经元一氧化氮合酶的丧失，该酶通常作为肌营养不良蛋白-糖蛋白复合物的一部分位于肌膜内。的临床观察Sander等（2000）提出，在锻炼人体骨骼肌时无抵抗的交感性血管收缩可能构成了促成DMD发病机理的血管机制。

百草枯是一种肺毒性物质，通过与细胞心肌黄递酶的氧化还原循环而产生毒性，从而提高了细胞内超氧化物水平。NO合酶参与百草枯引起的肺损伤。从理论上讲，NO与百草枯产生的超氧化物反应生成毒素过氧亚硝酸盐。Day等（1999年）询问NOS是否可以替代地充当百草枯黄递酶，并重新检查了NO /超氧化物反应是否具有毒性或保护性的问题。他们发现神经元一氧化氮合酶具有百草枯心肌黄递酶活性，与百草枯的形成负相关。百草枯诱导的内皮细胞毒性被阻止NADPH氧化的NOS抑制剂减弱，但未被不抑制的NOS抑制剂减弱；百草枯抑制内皮源性但不诱导NO引起的主动脉环松弛；并且百草枯诱导的细胞毒性在细胞因子激活的巨噬细胞中以与其阻断NO形成的能力相关的方式增强。这些数据表明NOS是百草枯黄递酶，并且这种氧化还原活性化合物的毒性涉及NO相关活性的丧失。

Kuo等人使用海胆配子（2000）显示一氧化氮合酶以高浓度存在，并在被顶体反应激活后在精子中具有活性。授精后几秒钟，在受精的钙脉冲之前，鸡蛋中的硝基他汀类药物明显增加。微量注射一氧化氮供体或重组一氧化氮合酶可概括卵子活化的事件，而事先注射生理性一氧化氮清除剂氧合血红蛋白可阻止受精后卵子的活化。Kuo等（2000年）结论是，一氧化氮合酶和一氧化氮相关的生物活性满足了蛋活化剂的主要标准：它们存在于适当的位置，在适当的时间有活性，并且对于成功受精是必要和充分的。他们认为一氧化氮可能是卵或卵母细胞的通用激活剂。

Gu等（2002） ;报道基质金属蛋白酶-9的活化（MMP9 120361在脑缺血的小鼠模型中通过NOS1）。对野生型动物中风后缺血皮层的免疫化学分析表明，活化的Mmp9与神经元内的Nos1共定位。中风后Nos1无效小鼠或用NOS抑制剂治疗的野生型小鼠中的Mmp9激活被取消。生化分析和质谱分析表明，MMP9活化是由NOS1通过在MMP9活性位点内配位Zn（2+）的半胱氨酸的S-亚硝化作用而启动的。进一步的氧化导致残留物不可逆地修饰为亚磺酸或磺酸。Gu等（2002年）注意到通过S-亚硝基化对蛋白质功能的调节可以充当类似于磷酸化或乙酰化的翻译后修饰。

Raoul等（2002）显示Fas（134637）是死亡受体家族的成员，通过p38激酶（600289）介导的nNOS的转录上调，特异性触发运动神经元的细胞死亡。ASK1（602448）和Daxx（603186）在Fas信号传导途径中的p38上游起作用。作者还表明，运动神经元细胞死亡需要NO途径和经典的FADD（602457）/ 半胱天冬酶-8（601763）细胞死亡途径的协同激活。在其他细胞类型中均未发现Fas / NO途径参与的证据。表达肌萎缩性侧索硬化的转基因小鼠的运动神经元（ALS; 105400）链接的SOD1（147450）突变显示对Fas / NO途径激活的敏感性增加。Raoul等（2002）强调此信号传导途径是运动神经元所特有的，并暗示这些细胞途径可能会导致ALS的运动神经元丢失。

使用均质的小鼠心脏制剂，Khan等人（2004）证明黄嘌呤氧化还原酶（XDH; 607633）和Nos1在心脏肌浆网中共沉淀和共定位。Nos1（而非Nos3; 163729）的缺乏导致Xdh介导的超氧化物产生显着增加，进而以Xdh抑制可逆的方式抑制了心肌的兴奋-收缩偶联。Khan等（2004年）得出的结论是，NOS1通过与XDH的相互作用而具有直接的抗氧化机制。

在大鼠暴露于低氧环境（8％氧气）后，Ward等人（2005年）发现Nos1蛋白在主动脉，肠系膜小动脉，肺动脉，脑和diaphragm肌中增加。缺氧孵育（1％氧气）后，人主动脉平滑肌细胞中NOS1表达增加。Ca（2+）依赖的一氧化氮合酶活性增加缺氧暴露大鼠内皮剥脱的主动脉节段中。NOS1抑制增强了缺氧暴露大鼠的内皮剥脱的主动脉环和肠系膜小动脉的收缩反应，而常氧血症大鼠则没有。人细胞表达的低氧诱导型mRNA包含一种新型的5-primer UTR，并且具有在5-primer UTR和紧邻的5-prime侧翼区域控制下的报告基因的转基因小鼠在暴露于缺氧后证明了reporter的表达。在主动脉，肠系膜小动脉，肾乳头和大脑中。沃德等（2005）得出结论，这种缺氧反应性NOS1启动子引起快速翻译，并且与参与组成型和细胞限制性NOS1表达的NOS1启动子不同。

Kobayashi等使用小鼠模型（2008年）表明，在许多神经肌肉疾病中看到的过度运动诱发的疲劳反应与肌肉比力产生的损失截然不同，并且在轻度运动后，骨骼肌中nNOS的肌膜定位信号是维持活动所必需的。小林等（2008年）研究表明，nNOS无效小鼠在运动后没有肌肉病理，也没有损失肌肉比力，但确实表现出这种对轻度运动的过度疲劳反应。在从肌膜膜细胞定位的nNOS小鼠定位不正确的小鼠模型中，仅通过药理增强cGMP信号即可缓解长时间不活动，该信号由对轻度运动的一氧化氮信号传导过程中肌肉nNOS激活引起。这些发现表明，对轻度运动过度疲劳反应的根本机制是缺乏由肌膜局部nNOS引起的收缩诱导信号，该信号减少了轻度运动后供应活动肌肉的血管中cGMP介导的血管调节。大量不同的肌病患者的活检组织中肌膜nNOS染色减少，小林等（2008年）得出结论，对轻度运动过度疲劳反应的患者将表现出对旨在改善运动引起的信号转导的治疗策略的临床改善。

神经元NOS通过直接与α-1-syntrophin（SNTA1; 601017）结合并与肌营养不良蛋白相互作用而定位于肌膜。在对161名获得性和非肌营养不良性遗传性神经肌肉疾病患者的回顾性研究中，Finanger Hedderick等人（2011年）发现70名（43％）的nNOS肌膜异常染色。其中包括42％的遗传性肌病患者，包括59％的先天性肌病患者。患有后天性肌病的患者中有25％，主要是炎症性肌病；57％的神经失常者，主要是脊髓性肌萎缩症（SMA; 253300）; 93％的患者患有肌张力低下，其中大多数可能患有未知的单基因疾病。这些发现表明，在广泛的神经肌肉疾病中，与主要病因无关，可以观察到nNOS错位。异常的肌膜nNOS染色与受损的运动状态和/或受损的肌肉功能之间存在显着相关性。两种小鼠肌肉萎缩模型，即给予高剂量类固醇激素和短期饥饿的小鼠，均表现出无或严重减少的nNOS肌膜染色，即使蛋白水平未降低且活动性保持不变，也提示分解代谢应激可能是伴有肌瘤性nNOS丢失。但是，冬眠的松鼠的肌肉组织没有肌肉萎缩，显示出肌膜nNOS的保存，表明监管复杂。该报告指出，nNOS错位在继发性病理生理过程中起作用，并建议保留nNOS可能在维持肌肉稳态方面具有重要意义。

▼ 分子遗传学
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关联待确认

帕金森病（PD; 168600）是一种神经退行性疾病，可导致黑质多巴胺能神经元选择性丢失。已经证明，抑制神经元NOS（nNOS）和可诱导NOS（iNOS）可以在PD模型中通过暴露于MPTP（一种类似于农药百草枯的多巴胺能神经元表面蛋白）引起的神经保护作用。Levecque等（2003年）对法国农业工人健康保险组织和488名欧洲对照组的209名PD患者进行了社区病例对照研究。观察到与iNOS外显子22的G到A多态性相关联，命名为iNOS 22（AA载体的OR为0.50; 95％CI为0.29-0.86; p = 0.01），外显子中有T到C多态性。 nNOS中的29位，指定为nNOS 29（T等位基因携带者的OR，1.53； 95％CI，1.08-2.16； p = 0.02）。在nNOS的外显子18（命名为nNOS 18）中未观察到T-to-C多态性。此外，发现nNOS多态性与当前和/或过去吸烟之间存在显着相互作用（nNOS 18，p = 0.05； nNOS 29，p ＝ 0.04）。Levecque等（2003）提出，NOS1可能是PD的修饰基因。

婴儿肥大性幽门狭窄（IHPS; 179010）的特点是幽门肌肉增大和胃出口阻塞，与NOS1表达改变有关。Saur等（2004年）研究了16名德国IHPS婴儿和9名德国对照的幽门组织中NOS1基因表达改变的分子机制。在IHPS患者中，对3-磷酸甘油醛脱氢酶进行标准化后进行定量RT-PCR（GAPD; 138400）显示总NOS1 mRNA的表达显着降低，这主要影响外显子1c。外显子1f的表达明显增加，表明该NOS1 mRNA变异的补偿性上调。分析了16位IHPS患者和81位对照的DNA样本中的NOS1外显子1c启动子突变和SNP。外显子1c的5个引物侧翼区域的测序显示16个IHPS组织中有3个发生了突变，而81个对照仅显示了野生型序列。外显子1c启动子区域（163731.0001）中-84G-A SNP（rs41279104）的A等位基因的载体）罹患IHPS的风险增加（比值比为8.0； 95％CI为2.5至25.6）。报告基因检测表明，突变的启动子活性未改变，但-84G-A SNP的A等位基因下降了约30％（p小于0.001）。Saur等（2004年）解释他们的发现，表明NOS1外显子1c调控区的遗传改变影响该基因的表达并有助于IHPS的发病机理。相反，Lagerstedt-Robinson等人（2009年）在82例瑞典患者和80例对照中发现rs41279104与婴儿肥厚性幽门狭窄之间没有关联。对照组中A等位基因的频率为29％。

Reif等（2006年）研究了NOS1作为精神分裂症（见181500）和双相情感障碍（125480）的候选基因，因为该基因位于这两种疾病的主要连锁热点上，并且一氧化氮是内源性精神病发病机制中有希望的候选分子。Reif等（2006年）在195名慢性精神分裂症患者，72名双相I患者和286名对照中，研究了5种NOS1多态性以及由位于基因转录控制区（G-84A和VNTR）的2个功能性多态性组成的单倍型。单标记关联分析表明，外显子1c启动子多态性（G-84A）与精神分裂症有关，而同义编码区多态性与疾病无关。重复多态性的长启动子等位基因与较不严重的精神病理学有关。单倍型也显示与精神分裂症显着相关。Reif等（2006年）建议，NOS1的调控多态性有助于精神分裂症的遗传风险。

有关NOS1基因变异与discussion门失弛缓症之间可能关联的讨论，请参见163731.0002（请参见200400）。

▼ 动物模型
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定向破坏神经元一氧化氮合酶的小鼠表现出大致正常的外观，运动活动，繁殖，长期增强和长期抑郁。缺乏NOS1的小鼠对大脑中动脉结扎后的神经中风有抵抗力。Nelson等（1995）报道了NOS1“敲除”小鼠的攻击行为和过度，不适当的性行为大量增加。初步观察结果表明，NOS1缺陷型雄性小鼠具有慢性侵略行为，在NOS1缺陷型雌性小鼠或同居的野生型雄性或雌性小鼠中并不明显。建议将观察结果与人类行为联系起来。

在心脏中，一氧化氮抑制L型钙通道，但刺激肌质网钙释放，从而导致对心肌收缩力的不同影响。Barouch等（2002）证明特定的一氧化氮合酶同工型的空间限制调节这一过程。内皮型一氧化氮合酶（NOS3）定位于小窝，在小窝中，β-肾上腺素能受体和L型钙通道的分隔使一氧化氮抑制β-肾上腺素能引起的肌力。然而，神经元一氧化氮合酶（NOS1）的目标是心脏肌浆网。NO 体外通过利阿诺定受体（RYR2; 180902）刺激肌质网钙释放表明NOS1对收缩性具有相反的促进作用。Barouch等（2002）证明Nos1缺陷小鼠抑制肌力反应，而Nos3缺陷小鼠由于肌浆网钙释放的相应变化而具有增强的收缩力。Nos1-/-和Nos3-/-小鼠均出现与年龄有关的肥大，尽管只有Nos3-/-小鼠为高血压。Nos1 / 3-/-双敲除小鼠抑制了β-肾上腺素能反应和明显的心室重构的加性表型。因此，NOS1和NOS3对心脏结构和功能的影响是孤立的，在某些情况下是相反的。

Wehling-Henricks等（2005）生产了肌营养不良蛋白（300377）缺陷的mdx小鼠，其中有NOS1转基因的心肌表达。转基因的表达阻止了mdx小鼠的进行性心室纤维化，并大大减少了心肌炎。动态mdx小鼠的心电图仪（ECG）显示了DMD患者所特有的心脏异常。通过NOS1转基因表达改善或纠正了mdx小鼠中的所有这些ECG异常。此外，NOS1转基因表达显着减少了心率变异性降低所反映的mdx心脏自主神经功能缺陷。Wehling-Henricks等（2005年）结论是，他们的发现表明营养不良性心脏产生NO的增加可能具有治疗价值。

伤害等（2006年）指出，除了主要的nNos-α亚型外，选择性剪接还产生催化活性的nNos-β和催化活性的nNos-γ。他们发现，nNos-β可以在缺乏nNos-α的小鼠中保持正常的勃起功能，尽管刺激反应特性有所降低，并且对NOS抑制剂的敏感性有所提高。

▼ 等位基因变异体（2个示例）：
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.0001重新分类-各种未知的意义
NOS1 -84G-A（rs41279104）
根据Lagerstedt-Robinson等人的发现，此变体以前称为“高温狭窄”，“小儿肥大症”，“易感性”（2009）。

在一项针对16名德国小儿肥厚性幽门狭窄的患者（179010）和81名德国对照组的研究中，Saur等人（2005年）（2004）发现NOS1基因的外显子1c启动子中-84G-A SNP的A等位基因携带者增加了发生IHPS的风险（比值比为8.0； 95％CI为2.5至25.6）。报告基因检测表明，-84G-A SNP的A等位基因下降了约30％（P小于0.001）。

相反，Lagerstedt-Robinson等人（2009年）在82例瑞典患者和80例对照中发现rs41279104与婴儿肥厚性幽门狭窄之间没有关联。对照组中A等位基因的频率为29％。

.0002各种未知的意义
NOS1，TYR1202TER
由于尚未确认其对门失弛缓症的贡献（参见200400），因此将该变体归类为未知意义的变体。

Shteyer等（2015）报道了两个同胞，一个6岁的女孩和一个2.5岁的男孩，患有婴儿期门失弛缓症和自闭症。这些孩子是阿拉伯裔的表兄弟姐妹的父母所生。通过姐妹的全外显子测序，Shteyer等人（2015）在NOS1基因中鉴定出纯合的c.3606C-G颠换（chr12.117,665,246GC，GRCh37），导致在C端电子供应还原酶域（NOSred）中出现了tyr1202-to（Y1202X）取代。。通过Sanger测序，在她受影响的兄弟中以纯合状态发现突变，而在未受影响的父母和未受影响的兄弟中以杂合状态发现突变。dbSNP（内部版本138）或Exome Variant Server数据库中没有该变量。