生物活性小分子过亚硝酸根
早在1929年，人们就已发现臭氧与迭氮化钠作用时有过亚硝酸根(Peroxynitrite,ONOO-，在生物学和医学中又常称为过氧亚硝基阴离子)生成。ONOO-也是过氧化氢氧化亚硝酸生成硝酸过程中的中间产物。由于当时并未发现ONOO-有何重要实际意义，因此有关ONOO-的研究在一段较长时间内一直进展缓慢。1990年，Beckman等人［1］提出在生物系统中有ONOO-生成，于是有关ONOO-的研究立即受到人们的极大关注，相关研究论文数量逐年迅速上升，使有关ONOO-的研究成为生命科学研究中的一个热点之一。
1 生物系统中产生ONOO-
生物系统中能产生超氧阴离子自由基，超氧阴离子介导着多种生理和病理过程，这早已是众所周知的事实。1987年，人们又发现生物系统中能产生另一种重要的自由基小分子，这就是一氧化氮，且一氧化氮在血管舒张等一系列重要生理过程中起着关键性的作用。在一个细胞中，超氧阴离子和一氧化氮往往是同时产生的，于是Beckman等人提出生物体内的超氧阴离子和一氧化氮可迅速结合生成ONOO-：
这一看法很快就被大量实验所证实。现有的研究已经表明，在那些能同时产生O-2和NO的细胞中，如内皮细胞、神经细胞、巨噬细胞、嗜中性细胞等，都有ONOO-生成［2］。
O-2与NO反应的速率非常快(k＝7×109mol-1。L。s-1)，为扩散控制型反应，比O-2与超氧化物歧化酶SOD的反应(k＝2×109mol-1。L。s-1)要快得多，更远快于NO与铁的配位反应(k＜107mol-1。L。s-1)，因此SOD等并不能完全阻止ONOO-的产生［3］。
在生物系统中，ONOO-除可由O-2与NO反应生成外，还有其他的生成途径。其中途径之一是NO还原为NO-后再与氧气作用生成ONOO-［4］：
这一生成途径不需O-2参与，因此不受SOD影响。
2 ONOO-的结构与性质
2.1 空间构型和酸碱性
在水溶液中，ONOO-与其共轭酸ONOOH存在着酸碱质子平衡。ONOOH有cis(顺式)和trans(反式)两种主要基态空间构型，计算表明cis－ONOOH是更稳定的构型［5］，二者能级相差约为5kJ/mol。相应地ONOO-也有cis和trans两种构型，但二者何者更稳定则尚存在不同研究结果。cis－ONOOH和trans－ONOOH离解为ONOO-的酸常数略有不同，pKa值分别约为6.8和8.0［6］。
2.2 ONOOH异构化重排为硝酸
ONOOH在水溶液中极不稳定，很快异构化重排为硝酸。在37℃和生理pH条件下，ONOOH的半寿期约为0.5s［7］，但与羟自由基相比，则仍算是长寿分子。ONOO-在碱性溶液中则是较稳定的，但在中性和酸性条件下则质子化为ONOOH而迅速重排为硝酸。对于ONOOH异构化为硝酸的历程，目前提出的主要有均裂重排［8,9］和高能激发态分子内重排［10］两种机理。均裂重排机理认为，ONOOH先均裂为羟自由基和二氧化氮，二者再重新结合生成硝酸。高能激发态分子内重排机理认为，ONOOH在重排为硝酸的过程中，经历了一个高能激发过渡态，这一激发态存在着［HO··NO2］、［HO -NO2］和［HO- NO2］三种主要共振结构，用ONOOH*表示，其能量比基态约高70kJ/mol,ONOOH*再进行分子内重排生成HNO3。这两种机理各自都能说明部分实验事实，但都存在着不够完善的地方。可能的情况是在ONOOH重排为硝酸的过程中多种机理都同时存在。
2.3 ONOO-的反应性
2.3.1 强氧化性 ONOO-和ONOOH都是强氧化剂。根据计算，ONOOH单电子还原为NO2标准电极电势达2.1伏［10］，是比过氧化氢强得多的氧化剂，可氧化多种还原性物质。ONOO-和ONOOH氧化底物的反应机理存在着多重性。通常在底物浓度较大时主要表现为二级反应(对ONOOH和底物均为一级)，此时反应可能主要经历的是由基态的ONOO-或ONOOH直接与底物作用的双电子转移历程。在底物浓度较小时主要表现为一级反应(对ONOOH为一级，对底物为零级)，此时反应可能主要经历的是由激发态的ONOOH*或自由基对HO- -NO2与底物作用的单电子转移历程。例如巯基与ONOO-反应的机理，在巯基浓度较大时主要为双电子转移历程，在巯基浓度较小时主要为单电子转移历程［11］。
2.3.2 引发自由基链反应 ONOO-是自由基链反应的引发剂，如引发脂质过氧化，引发谷胱甘肽的自由基链式消耗等。引发的方式可能是经由自由基对历程，也可能是经由ONOO*的类羟自由基历程，但引发的结果是相同的。用有关自由基清除剂可抑制这种链反应。值得一提的是，NO本身是一种自由基链反应的终止剂，但当其形成ONOO-后，却成了自由基链反应的引发剂。
2.3.3 硝化芳环 ONOO-是一种硝化剂，可将含芳环的物质硝化成硝基化合物，如使酪氨酸成为硝基酪氨酸，使鸟嘌呤成为硝基鸟嘌呤等［12,13］而且ONOO-和ONOOH往往在生理pH条件下显示最强的硝化能力。硝化反应历程也存在着多重性，既有自由基取代历程，因为在硝化反应中可检测到二聚体Ar—Ar的存在，又有亲电取代历程，因为当存在亲电取代催化剂时使硝化产物的产率大为增加。
3 ONOO-与生物物质的作用及生物系统内的影响因素
3.1 与各种生物物质的作用
由于ONOO-是强氧化剂，能引发自由基链反应和硝化芳环，这就使得ONOO-在生物系统中能与多种生物物质发生反应。主要反应有：直接氧化蛋白和非蛋白巯基，使脂质、脂蛋白等过氧化，使酪氨酸、嘌呤等硝化，在氧化、过氧化、硝化等综合作用下使蛋白质改性使酶失活、使DNA断裂［14］、使细胞膜线粒体膜变性［15］等。
3.2 SOD的影响
SOD同NO竞争与O-2作用可减少ONOO-的生成量，但由于反应不如NO快，ONOO-又有其他生成途径，使SOD不能完全阻止ONOO-生成。在ONOO-介导的硝化反应中，如酪氨酸的硝化中，SOD却是一种有效的催化剂，加剧了ONOO-对酪氨酸的硝化［13］。
3.3 生物小分子抗氧剂的影响
生物体内的小分子抗氧剂主要有谷胱甘肽、维生素E、维生素C、尿酸等。这些物质对ONOO-介导的各种反应都有一定抑制作用，但它们与ONOO-反应的二级速率常数都不太大，因此抑制效率都不是很高。其中谷胱甘肽在ONOO-介导的过氧化反应中常反而起促进作用［16］。ONOO-主要将维生素E氧化成不能被维生素C还原的酮式结构，使维生素E和维生素C不能发挥其应有的协同抗氧作用。
3.4 过渡金属元素的影响
由ONOO-引发的过氧化反应并不依赖过渡金属如铁等的存在。铁的一些配合物则能显著催化ONOO-对酪氨酸等物质的硝化［12,13］，其硝化历程应是由ONOO-与铁配合物先直接作用生成中间过渡态物质后再与酷氨酸等发生亲电取代反应。
3.5 二氧化碳的影响
二氧化碳是血液和细胞液中含量较高的物质，对ONOO-介导的反应有着较大的影响。二氧化碳的存在可使ONOO-产生的羟自由基显著减少，但对ONOO-直接氧化底物如氧化巯基等的反应则影响不大。在ONOO-硝化酪氨酸的反应中，二氧化碳有着显著的催化作用，可大幅度提高硝基酪氨酸的生成量，且此时维生素C等生物抗氧剂难以抑制硝化反应的进行［17］。二氧化碳影响ONOO-的反应是由于与ONOO-作用生成了中间态物质ONOO—CO-2，ONOO—CO-2是比ONOO-更强硝化剂，氧化性与ONOO-相似，均裂产生。NO2和。CO-3，因而使捕获到的羟自由基减少。
4 ONOO-在生物系统中的意义
4.1 影响NO的生理功能
NO是重要的细胞信息传递分子，介导着血管舒张等多种生理功能。NO的量过少或过多都会导致生理异常。NO一旦形成ONOO-即失去其生理活性，从而影响其生理功能。
4.2 ONOO-的形成使NO和O-2变成强细胞毒性物质
NO本身并无氧化性，O-2氧化性也极弱，主要表现为还原性，二者单独并无多大细胞毒性。但二者结合成的ONOO-却具有强氧化性，从而显示出强细胞毒性。大量研究已表明ONOO-的形成是NO和O-2产生细胞毒性的最重要机制之一。早期研究认为生物系统内O-2引发过氧化的机理是O-2先将三价铁还原为二价铁，二价铁再与过氧化氢发生Fenton反应产生羟自由基从而导致过氧化链反应，这一机理中O-2并不是过氧化的必须物质，且与SOD可歧化O-2产生过氧化氢而抑制过氧化的事实矛盾。近年的研究则认为O-2引发过氧化的主要机制是通过生成ONOO-进行的［11］，这与SOD清除O-2抑制过氧化的事实相符。
4.3 ONOO-在免疫系统中起着重要作用
免疫系统是保护机体免受侵害的重要屏障。当免疫细胞被抗原激活后，即产生大量的ONOO-，ONOO-作用于被免疫系统识别的病菌等有害物质，使有害物质失活［18］。因此ONOO-是保护机体免受侵害的重要物质。免疫细胞激活后产生ONOO-的分子机制目前尚在深入研究中。
4.4 ONOO-介导细胞程序性凋亡
细胞程序性凋亡机制是生命科学研究中的一个重要课题。已有研究表明若同时提高细胞中NO和O-2的生成量即提高ONOO-的生成量则很快促使细胞凋亡［19］，而单独提高NO或O-2的生成量并不导致细胞凋亡。这表明ONOO-介导了细胞程序性凋亡并是凋亡过程中的关键性物质。
4.5 ONOO-可能是多种重要疾病的引发因子
由于ONOO-具有强氧化性，并引发过氧化链反应和硝化芳环，这使得ONOO-有可能成为多种疾病的引发因子。大量的研究已经表明脂蛋白过氧化和心血管内皮细胞膜受损是导致冠心病和动脉硬化的主要原因，而内皮细胞产生的ONOO-正是使脂蛋白过氧化和内皮细胞膜受损的主要物质。ONOO-使DNA断裂可导致基因突变，使酪氨酸硝化可影响酪氨酸磷酸化这一调控细胞生长、增殖、分化等有关过程的关键步骤［20］，这些都可能导致恶性肿瘤等严重疾病的发生。
5 ONOO-研究展望
在化学界和生命科学界众多学者的不懈努力下，近几年有关ONOO-的研究已经取得了巨大进展，但仍还有不少重要问题需要进一步的深入研究。在ONOO-异构化重排反应及与有关物质反应的机制方面，仍还有需要研究澄清的地方。由于生物系统的复杂性，使得有关生物系统中各类物质对ONOO-反应的影响机制及相互制约关系的研究以及ONOO-介导各种生理病理过程的机制研究都还存在大量需要研究解决的问题。ONOO-可产生于多种细胞，如何采用适当的调控方法选择性地使ONOO-只产生于某些细胞更是具有重大意义的课题。例如，若能使心血管内皮细胞少产生ONOO-，则可有效防止心血管疾病的发生。又例如，若能使肿瘤细胞产生大量ONOO-促使其程序性凋亡，则可能找到治疗肿瘤的有效方法。总之，随着研究的深入，在有关ONOO-的研究中必将会有更大的突破。
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