第 14 章：环磷酸鸟苷信号通路（Cyclic GMP Signaling）

14.1 Introduction

cGMP 于 1960 年由 Smith 等人合成（Smith et al. 1961），随后在大鼠尿液中鉴定出内源生成的 cGMP（Ashman et al. 1963）。1970 年代末 Murad 团队（Kots et al. 2009）与 Ignarro 团队（Ignarro 1989）分别证明一氧化氮（NO）通过激活可溶性鸟苷酸环化酶（soluble guanylyl cyclase, sGC）刺激 cGMP 生成。1980 年 Furchgott 和 Zawadzki 发现内皮可释放一种可扩散物质引起血管舒张，并将之命名为内皮源性舒张因子（endothelium-derived relaxing factor, EDRF）。七年后 Moncada 团队证明 NO 即 EDRF（Palmer et al. 1987）。自此大量证据表明 cGMP 是介导 NO 与硝基血管舒张剂引起的广泛生物学效应（特别是血管舒张）的主要第二信使（Gao 2010; Vanhoutte et al. 2016）。除 sGC 之外，鸟苷酸环化酶活性也存在于多种组织匀浆的颗粒组分中；这种酶与质膜结合，称为颗粒型鸟苷酸环化酶（particulate guanylyl cyclase, pGC）（Hardman and Sutherland 1969; Kuhn 2016）。pGC 的首次特异性刺激由 Hughes 等人于 1978 年在肠组织中获得，所用刺激物是大肠杆菌稳定毒素。1981 年 De Bold 等人在大鼠心房中发现一种利钠因子（De Bold et al. 1981），此因子后来被确认为内源性 pGC 激活剂，由心房特异颗粒释放并在急/慢性心房牵张时分泌入循环（Kuhn 2016）。目前已确立，由 sGC 与 pGC 共同合成的 cGMP 主要通过激活 cGMP 依赖性蛋白激酶（cGMP-dependent protein kinase, PKG）发挥作用；在血管平滑肌中，cGMP-PKG 信号通路是调控血管活性（特别是舒张）的主导机制（Francis et al. 2010; Gao 2010; Hofmann and Wegener 2013; Vanhoutte et al. 2016）。

14.2 sGC

sGC 是约 150 kDa 的异二聚体，存在两种同工酶形式：α1/β1 与 α2/β1。通过同源性筛选曾鉴定出一种 β2 亚基，但它似乎是假基因。α1/β1 异二聚体存在于大多数组织中，而 α2/β1 异二聚体仅在有限组织中表达，如脑、胎盘、脾和子宫（Budworth et al. 1999）。α1 或 α2 亚基敲除小鼠研究表明，α1/β1 同工酶形式占主动脉 sGC 活性的 90% 以上，并且是血小板中唯一的 sGC 二聚体；α1/β1 与 α2/β1 在脑中表达量相当（Mergia et al. 2006）。sGC 的每个亚基（α 或 β）均由 NH2 端血红素-NO/氧结合（HNOX）结构域、PAS 样结构域（命名源自最初发现它的三种蛋白：period clock protein、ARNT protein 和 single minded protein）、卷曲螺旋结构域以及 COOH 端催化结构域组成。β 亚基的 HNOX 结构域含有一个辅基血红素；NO 与处于亚铁态的血红素结合，使血红素从 HNOX 结构域的 His-105 上脱离，并产生一个传递至催化结构域的构象变化，最终将 GTP 转化为 cGMP 并释放副产物焦磷酸。证据显示，血红素与 NO 的化学计量结合仅导致酶的部分激活；额外的 NO 结合（无论是在血红素铁上还是半胱氨酸残基上）才能使酶完全激活，使 sGC 活性升高 100–200 倍。α 亚基因缺乏锚定血红素的氨基酸而不含血红素辅基。PAS 结构域参与异二聚体形成，并可能在信号从 HNOX 结构域向催化结构域的传递中起作用。sGC 的催化活性位点位于两个亚基的界面，由 α 与 β 亚基的残基共同构成。α1/β1 异二聚体还含有一个假对称位点，可能作为变构核苷酸结合位点与催化性核苷酸结合位点沟通；生理浓度的 ATP 通过与该假对称位点结合而抑制 sGC（Derbyshire and Marletta 2012; Montfort et al. 2017）。β1 亚基缺陷小鼠（导致 sGC 活性完全丧失）出现明显的血压升高和 NO 依赖性血管舒张的消失，提示 sGC 在 NO 诱导的血管反应中起主导作用（Friebe et al. 2007; Friebe and Koesling 2009; Potter 2011）。估计体内 sGC 在亚铁态血红素存在下被浓度约 0.1–5 nM 的 NO 激活（Hall and Garthwaite 2009）。在氧化应激下血红素可被氧化为高铁态，使酶对 NO 不再敏感；并且高铁血红素易于从脱辅基酶中脱离。新开发的 NO 与血红素非依赖性 sGC 激活剂 BAY 58-2667（cinaciguat）和 HMR1766（ataciguat）能够通过结合酶的血红素口袋选择性激活氧化/脱血红素形式的酶，从而引起显著的血管舒张。这些药物选择性地靶向 sGC 在疾病条件下（如系统性及肺动脉高压、心力衰竭、动脉粥样硬化和下肢动脉闭塞性疾病）存在的一种修饰状态；HMR1766 目前正作为 PAOD 患者口服治疗药物处于临床开发阶段（Schmidt et al. 2009; Follmann et al. 2013）。sGC 活性还受胞内氧化还原状态调节，方式是影响 sGC 二聚体与单体之间的动态平衡：还原性环境促进 sGC 单体化，氧化性环境促进酶的二聚化。由于二聚体是催化活性形式而单体无活性，sGC 活性因所处氧化还原环境不同而改变。在猪冠状动脉与肺动脉中，发现 sGC 二聚体状态对还原剂和氧化剂的响应与胞内 cGMP 水平及对 NO 的舒张反应密切相关。有趣的是，缺氧在猪冠状动脉中增加 sGC 二聚体水平和活性，但在肺动脉中却降低其二聚体水平和活性（Zheng et al. 2011; Ye et al. 2013）；这种差异似乎源于两种血管床间氧化还原环境的相反变化（Dou et al. 2013）。人们普遍相信 cGMP 是 sGC 生成的唯一第二信使，但 Garbers 等人在 1970 年代就提出 sGC 也可能合成其他核苷 3′,5′-环单磷酸（cNMPs）的可能性（Garbers et al. 1975）。最近 Seifert 团队（Beste et al. 2012）使用高灵敏度和高选择性的 HPLC-串联质谱技术，发现纯化的大鼠重组 sGC 可合成六种不同的 cNMPs，包括 cGMP 和肌苷 3′,5′-环单磷酸（cIMP）。随后在猪冠状动脉中发现，缺氧下 sGC 被 NO 激活时 cIMP 生成增加；cIMP 可能通过激活 Rho 激酶（ROCK）介导缺氧引起的血管收缩增强（Chen et al. 2014）。cIMP 由肌苷 5′-三磷酸（ITP）生成，而 ITP 主要来源于 ATP 的脱氨。正常情况下，ITP 大部分被肌苷三磷酸酶（ITPA）降解（Sakumi et al. 2010）。缺氧下 ITP 水平可能由于 ATP 脱氨增加和/或 ITPA 活性受抑而升高，从而促进 cIMP 的生成（Gao 2016; Leung et al. 2016）（图 14.1）。除缺氧外，黑种草（Nigella sativa）的生物活性成分百里醌（thymoquinone）也被发现可在离体猪冠状动脉、大鼠主动脉和肠系膜动脉中刺激 sGC 产生 cIMP，并伴随血管收缩的增强（Detremmerie et al. 2016）。

14.3 pGCs

pGC 是跨膜鸟苷酸环化酶。哺乳动物基因组编码七种 pGC，即 GC-A 到 GC-G，主要调节质膜下的 cGMP 微域（Piggott et al. 2006）。GC-A 被 A 型利钠肽（ANP）和 B 型利钠肽（BNP）激活，参与动脉血压/血容量和能量平衡的调节；GC-B 被 C 型利钠肽（CNP）激活，参与软骨内骨化；GC-C 与肠道离子运输和上皮更新相关；GC-E 和 GC-F 在视网膜感光细胞中表达，其活性对光转导至关重要；GC-D 和 GC-G 在人类中为假基因，在啮齿类中则参与嗅觉信号转导（Potter 2011; Kuhn 2016; Sharma et al. 2016）。在结构上，pGC 是同源二聚体，每个单体包含一个胞外配体结合结构域、一段短跨膜区，以及一个由近膜蛋白激酶同源结构域（KHD）和 cGMP 合成环化酶结构域组成的胞内 COOH 端区段。这些结构域之间由一段两亲性 α 螺旋隔开，该螺旋参与同源二聚化，而同源二聚化是 pGC 催化活性所必需。KHD 的功能尚未完全阐明：其缺失会导致 GC-A 处于低水平但组成型激活状态，并使受体对 ANP 不应答；KHD 还参与 pGC 与其他胞内蛋白（如热休克蛋白 90/Hsp90，稳定 GC-A）的直接相互作用（Potter 2011; Kuhn 2016; Sharma et al. 2016）。在组织分布上，GC-A 在血管平滑肌细胞（VSMCs）中表达丰富，在内皮细胞（ECs）中密度更高；小鼠 SMC 特异性敲除 GC-A 可消除 ANP 的直接舒血管作用。GC-B 在心脏中高水平表达，在 VSMCs 中也有相对较高的水平。在心血管系统内，CNP 主要由 ECs 释放，对静脉的舒张作用强于动脉；与之相反，ANP 对动脉的舒张作用强于静脉。在小鼠中选择性破坏内皮 CNP 会导致内皮功能障碍、高血压、动脉粥样硬化和动脉瘤形成（Tolsa et al. 2002; Moyes et al. 2014; Kuhn 2016）。除激活 GC-A 和 GC-B 外，利钠肽还以高亲和力结合第二个受体——利钠肽受体-C（NPR-C），其选择性为 ANP > CNP > BNP。NPR-C 有一段短的胞质域，无鸟苷酸环化酶活性，在 VSMCs 和 ECs 中均有表达（Maack 1992）。在 NPR-C 基因（Npr3）失活的小鼠中，循环 ANP 的半衰期比野生型长三分之二，提示 NPR-C 起到清除受体的作用（Matsukawa et al. 1999）。NPR-C 是同源二聚体，每个亚基的胞内区段仅由 37 个氨基酸组成，形成重叠的 Gi/o 结合序列。利钠肽与 NPR-C 的结合可能通过 G 蛋白偶联信号影响血管活性。一项研究表明，给予专门开发的小分子 NPR-C 激动剂可促进离体阻力动脉舒张并在野生型动物中降低血压；这种效应在缺乏 NPR-C 的小鼠中减弱，提示 NPR-C 信号本身在血管张力调控中具有功能性贡献（Moyes et al. 2014; Kuhn 2016）。

14.4 cGMP-Hydrolyzing PDEs

在血管系统中，胞内 cGMP 主要由 cGMP 结合的 cGMP 特异性 PDE（即 5 型 PDE，PDE5 或 PDE5A）水解。PDE5 由单个 PDE5A 基因编码，经可变启动子使用产生三种 NH2 端变体（PDE5A1、PDE5A2 和 PDE5A3）。该酶是同源二聚体，每个单体约 100 kDa，NH2 端含两个 cGMP 激活的 PDE、腺苷酸环化酶和 Fh1A 结合（GAF）结构域（GAF-A 和 GAF-B 结构域），COOH 端为催化结构域。GAF-A 结构域是 cGMP 的变构结合位点；GAF-B 被证明具有调节功能并可能具有较弱的 cGMP 结合活性。在全酶中，cGMP 与 GAF-A 的结合较弱；cGMP 与催化位点的结合可刺激 cGMP 与 GAF-A 的结合，从而提高催化位点对 cGMP 的亲和力。此外，当 GAF-A 被 cGMP 占据时，PDE5 经历一个构象变化，使 Ser-102 暴露并被 PKG 快速磷酸化，进而提高 GAF-A 对 cGMP 的亲和力以及催化位点对 cGMP 的亲和力（Bender and Beavo 2006; Francis et al. 2010; Azevedo et al. 2014）。PDE5 通常被认为是胞质蛋白，在平滑肌和血小板中表达相对较高。PDE5 存在三种同工酶形式（PDE5A1–PDE5A3）：PDE5A1 和 PDE5A2 广泛表达，而 PDE5A3 的表达仅限于平滑肌（Bender and Beavo 2006; Azevedo et al. 2014; Maurice et al. 2014）。PDE5 抑制剂研究对阐明 PDE5 的生理功能极有帮助，PDE5A 最确立的功能是作为血管平滑肌收缩的调节者，通过调节 cGMP 实现。在猪冠状动脉中，PDE5 抑制剂 zaprinast 可基本消除血管的 cGMP 水解活性，并伴随对 NO 供体 DETA NONOate 引起的舒张的显著增强（Liu et al. 2014）。PDE5 在肺血管系统中高度表达（Sanchez et al. 1998; Corbin et al. 2005），抑制 PDE5 可减轻肺血管收缩，PDE5 抑制剂已被证明对肺动脉高压治疗有效（Francis et al. 2010）。除 PDE5 外，还有几种其他 PDE 同工酶能够水解 cGMP，即 PDE1、PDE2 和 PDE3。PDE1 的特征是其调控结构域中存在两个 CaM 结合位点，其催化活性在很大程度上由胞质 Ca2+ 水平决定；PDE1 有三种同工酶（PDE1A–PDE1C），PDE1A 和 PDE1B 水解 cGMP 的能力强于水解 cAMP，而 PDE1C 以同等效力水解两种环核苷酸（Bender and Beavo 2006; Francis et al. 2010）。在培养的大鼠主动脉 VSMCs 中，PDE1A1 的活性被血管紧张素 II（Ang II）刺激，ANP 诱导的 cGMP 积累被 Ang II 减少，提示 PDE1A1 被血管收缩剂诱导的 Ca2+ 升高所激活；血管收缩剂可能通过加速 cGMP 水解来抵消 ANP 引起的血管舒张。PDE1A1 活性在硝酸盐耐受血管中上调，这种机制有助于解释硝酸盐耐受时 NO/cGMP 介导的血管舒张减弱（Kim et al. 2001）。PDE2 调控区有两个 GAF 结构域（GAF-A 和 GAF-B），cGMP 与 GAF-B 的结合可刺激酶的活性；因此 PDE2 被称为 cGMP 刺激型 cGMP/cAMP PDE，对 cAMP 和 cGMP 的水解效力相当（Bender and Beavo 2006; Francis et al. 2010）。研究表明，抑制 PDE2 可通过增强 cGMP 和 cAMP 信号引起肺血管舒张并改善肺动脉高压（Bubb et al. 2014）。PDE3 有两种同工酶 PDE3A 和 PDE3B，两者氨基酸同一性很高（大部分催化区约 80%），动力学特性也非常相似。它们对 cAMP 和 cGMP 的亲和力也相似（Km 分别为 0.2 μM 和 0.1 μM），但 cGMP 的水解速率仅为 cAMP 水解速率的十分之一；由于 cGMP 能在催化位点与 cAMP 竞争并抑制 cAMP 的水解，PDE3 被称为 cGMP 抑制型 cGMP PDE（Bender and Beavo 2006; Francis et al. 2010; Keravis and Lugnier 2012）。这一性质在新生绵羊肺静脉中得到功能体现：PGE2 引起的血管舒张被内皮源性 NO 引起的 cGMP 升高所增强，这似乎涉及 cGMP 抑制 PDE3 所导致的 cAMP 水解减少（Gao et al. 1998）。在持续性肺动脉高压新生羔羊中，抑制 PDE3 也被发现可增强肺动脉对前列环素的舒张反应（Lakshminrusimha et al. 2009）。

14.5 PKG

PKG 是一种丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶，由 cGMP 特异性激活。哺乳动物中已鉴定出两种 PKG：PKG I 和 PKG II，它们由不同基因编码。PKG I 的 N 端（前约 100 个残基）由两个可变剪接的外显子编码，形成两种同工酶 Iα 和 Iβ。在各种细胞类型中尚未发现 PKG I 和 PKG II 共存。PKG I 在血小板、平滑肌、肺和某些脑核中高度表达；PKG Iα 在肺、心脏、血小板和小脑中占优势；Iα 和 Iβ 两种类型在平滑肌中均高度表达。PKG II 主要在小肠粘膜、肾、软骨细胞和脑中检测到。在细胞水平上，PKG I 主要位于胞质中，尽管在某些细胞类型（如血小板）中与膜相关；PKG II 通过 N 端豆蔻酰化锚定于质膜（Francis et al. 2010; Hofmann and Wegener 2013）。所有 PKG 都是相同链平行排列的同源二聚体。PKG Iα、PKG Iβ 和 PKG II 亚基的单体分别约 77 kDa、78 kDa 和 87 kDa，具有共同的结构特征：每个单体由 NH2 端调控结构域和 COOH 端催化结构域组成。调控结构域包括由延伸的亮氨酸拉链基序提供的二聚化和定位结构域、一个自抑制结构域以及两个串联的变构 CNB 结构域（CNB-A 对 cGMP 具有高亲和力，CNB-B 具有低亲和力）。催化结构域包含 Mg2+/ATP 结合结构域和底物结合结构域。每个 PKG I 单体 NH2 端的亮氨酸拉链基序与同源二聚化、与特定蛋白的选择性相互作用以及亚细胞定位有关。在无 cGMP 时，自抑制结构域直接接触催化位点残基并抑制酶的催化活性；cGMP 与调控结构域中 CNB 结构域的结合诱发构象变化，解除这种抑制，从而激活激酶活性。PKG Iα 每个亚基上的两个变构 cGMP 结合位点的亲和力相差约 10 倍，cGMP 介导的激活表现出强正协同性；全酶的四个 CNB 位点全部被 cGMP 占据是酶完全激活所必需。PKG I 与 PKG II 在催化速率上相似，但底物特异性不同。PKG Iα 和 PKG Iβ 既不表现出底物特异性差异，催化速率也无差异；但 PKG Iα 对 cGMP 的亲和力（Kd ~0.1 μM）约为 PKG Iβ（Kd ~0.5–1.0 μM）的 10 倍（Francis et al. 2010; Kim et al. 2016）。在 PKG I 缺陷小鼠中，颈动脉内推注 NO 供体硝普钠（SNP）引起的血压下降几乎被消除；提睾肌微动脉中 SNP 引起的舒张也降低 80%；这些观察提示 PKG I 在 NO/cGMP 引起的血管舒张中起主导作用（Koeppen et al. 2004）。PKG I 发挥作用的一种机制是降低胞质 Ca2+：通过激活大电导 Ca2+ 激活的 K+ 通道（BKCa），引起膜超极化、减少胞外 Ca2+ 内流，从而引起血管舒张。在人冠状微动脉中，flow 和 H2O2 引起的压力梯度/浓度依赖性舒张可被 BKCa 通道阻断剂 iberiotoxin 消除，并被 PKG 抑制剂 Rp-8-Br-PET-cGMP 显著抑制。用 H2O2 处理冠状动脉平滑肌细胞（SMCs）可引起 PKG Iα 的可逆二聚化；H2O2 还以对 PKG Iα 抑制剂 DT-2 敏感的方式增加 BKCa 通道的开放概率；因此 H2O2 可能通过 PKG Iα 的二聚化与激活以及随后平滑肌 BKCa 通道的开放来舒张微动脉（Zhang et al. 2012）。研究表明，PKG I 可通过在 Ser-1072 位点磷酸化 BKCa 通道的孔形成 α 亚基来激活该通道（Fukao et al. 1999）。还有证据表明，PKG 可通过抑制电压门控 Ca2+ 通道（Ruiz-Velasco et al. 1998; Harraz et al. 2014）和瞬时受体电位 1/3（TRPC1/3）通道（Chen et al. 2009）所介导的 Ca2+ 内流引起血管舒张。血管收缩时胞内 Ca2+ 的升高不仅来自胞外 Ca2+ 的内流，还来自肌浆网（SR）通过肌醇 1,4,5-三磷酸受体（IP3R）和 ryanodine 受体释放的 Ca2+。一种 125 kDa 的 PKG 底物——IP3R 相关 cGMP 激酶底物（IRAG）——已被发现通过其卷曲螺旋结构域与 IP3R type Iβ 相关联。IRAG 在 Ser-696 位点被 PKG Iβ 磷酸化，磷酸化后导致 SR 释放 Ca2+ 减少（Ammendola et al. 2001）。在 IRAG 敲除小鼠中，主动脉对 NO、ANP 和 cGMP 的舒张反应显著减弱；这些舒张剂对 Ca2+ 升高的抑制在 IRAG 缺陷 VSMCs 中也受抑。因此 PKG Iβ 可能通过对 IRAG 的作用抑制 SR 的 Ca2+ 释放，从而介导 NO 和 ANP 诱导的血管舒张（Desch et al. 2010; Schlossmann and Desch 2011）。PKG I 还可通过在 Ser-16 位点磷酸化受磷蛋白（PLB）促进 Ca2+ 重摄取进入 SR；PLB 是肌浆/内质网 Ca2+-ATP 酶（SERCA）的调节因子。在 PLB 敲除小鼠主动脉中，血管收缩剂处理后胞质 Ca2+ 的稳态水平低于野生型；但 PLB 敲除与野生型主动脉对 NO 供体的舒张反应无显著差异，提示 PLB 在 PKG 介导的血管舒张中可能不起主要作用（Lalli et al. 1999）。PKG 也可能通过降低肌丝对 Ca2+ 的敏感性引起血管舒张，机制是通过磷酸化肌球蛋白磷酸酶靶亚基 1（MYPT1，MLCP 的调节亚基）的 Ser-695 和 Ser-852 位点（人序列）激活肌球蛋白轻链磷酸酶（MLCP），从而增强调节性肌球蛋白轻链（MLC）的去磷酸化并降低血管收缩力。MYPT1 的 Thr-696 和 Thr-853 位点（人序列）也可被 ROCK 磷酸化，ROCK 被血管收缩剂激活后导致 MLCP 活性下降、MLC 磷酸化增加、血管收缩力增强。MYPT1 中 Ser-695 与 Thr-696 以及 Ser-852 与 Thr-853 两组位点彼此相邻；PKG 对 Ser-695 和 Ser-852 的磷酸化已被证明能防止 ROCK 对 Thr-696 和 Thr-853 的磷酸化，反之亦然（Wooldridge et al. 2004; Gao et al. 2007, 2008; Somlyo and Somlyo 2003）。除在 MYPT1 上对抗 ROCK 外，PKG 还通过在 Ser-188 位点磷酸化 RhoA 本身抑制 RhoA 的活性，导致 ROCK 活性降低和 MLCP 活性增强（Sauzeau et al. 2000; Loirand et al. 2006）。此外，PKG 还可通过在 Ser-13 位点磷酸化 telokin 影响 MLCP 活性。Telokin 是一种平滑肌特异性的 17 kDa 酸性蛋白，其序列与肌球蛋白轻链激酶（MLCK）的非催化 COOH 端相同，并在平滑肌中独立表达。磷酸化的 telokin 与全长 phospho-MYPT1/PP1 相互作用，促进其与 phosphomyosin 的结合，从而加速 20 kDa 肌球蛋白调节性轻链的去磷酸化（Choudhury et al. 2004; Khromov et al. 2012）（图 14.2）。在小鼠肠系膜和提睾肌微循环中，由 ANG II（Gq/α 介导）诱发的血管收缩被 ANP 通过 PKG 依赖性激活 G 蛋白信号调节蛋白 2（RGS-2）所抑制。RGS-2 是 Gq/α 的 GTP 酶激活蛋白（GAP）；PKG I 对 RGS-2 的磷酸化加速 Gα 亚基水解 GTP 的速率，从而失活信号转导（Tang et al. 2003; Osei-Owusu and Blumer 2015）。硝酸甘油（一种细胞内 sGC 激活剂）引起的猪颈动脉舒张与热休克蛋白 20（HSP20）Ser16 位点磷酸化的显著增加相关；HSP20 是已知结合细肌丝的蛋白家族的一员。一段短肽（HSP20 残基 110–121，简称 HSP20 110-121）在原肌球蛋白存在下与含 actin 的细肌丝结合后，可消除剥皮猪颈动脉中 Ca2+ 激活的力，伴随 actin 激活的肌球蛋白 ATP 酶活性部分降低。这些结果提示 cGMP/PKG 介导的 HSP20 Ser16 磷酸化可能通过 HSP20 与肌丝细丝的结合以及抑制横桥循环在平滑肌舒张中发挥作用（Rembold et al. 2000）。已鉴定出 PKG I 的 30 余种底物，其中许多在血管收缩性调节中的作用仍有待阐明（Schlossmann and Desch 2009）。

14.6 CNG Channels

CNG 通道在视觉和嗅觉信号转导中的关键作用已得到公认，但关于 CNG 通道在血管活性调节中作用的研究相对较少（Kaupp and Seifert 2002; Wong and Yao 2008; Biel 2009）。CNG 通道是非选择性阳离子通道，可被 cGMP 或 cAMP 直接激活，允许生理性的 Na+ 和 K+ 通过。哺乳动物 CNG 由两类亚基组成：A 亚基（CNGA1–4）和 B 亚基（CNGB1 和 CNGB3）。其中 CNGA1–3 亚基可形成功能性同源四聚体通道；CNGA4 和 CNGB 亚基被视为调节性亚基，可与 CNGA1–3 亚基组合形成功能性异源四聚体通道。在血管系统中，CNGA1–4 和 CNGB1 在多种物种的各血管床中均有表达（Wong and Yao 2008; Biel 2009）。在功能研究方面，大鼠肺动脉内皮细胞（PAECs）中记录到 cGMP 和 cAMP 可刺激一种阳离子通透、偏好 Na+ 的电流；该电流可被 CNG 通道阻断剂 LY83583 抑制。逆转录-聚合酶链反应克隆进一步鉴定出 PAECs 中表达一种嗅觉型 CNG 通道（由两个 CNGA2、一个 CNGA4 和一个 CNGB1 亚基组成的异源四聚体）。该 CNG 通道可被钙池操纵性 Ca2+ 内流激活并伴随 PAECs 膜的去极化，提示 CNG 通道活性可能参与对钙池操纵性钙内流的反馈抑制（Wu et al. 2000）。在猪 PAECs 中，用高浓度（1 mM）NO 供体 NOC-18 处理 18 h 可上调 CNGA2 的 mRNA 和蛋白水平；该效应伴随胞外 Ca2+ 内流的延长，并可能参与 NO 介导的细胞毒性（Zhang et al. 2002）。

本章个人批注

本章是上一章 cAMP 信号通路的"镜像"——cGMP 在血管平滑肌中与 cAMP 共同构成舒张信号的另一支柱。整章最值得注意的结构是 cGMP 合成的双源（sGC 与 pGC）+ 双下游（PKG 与 CNG 通道）+ 多底物终止（PDE1/2/3/5）。我读下来感觉这条通路最微妙的部分其实是 14.2 末尾的 cIMP：传统上 cGMP 是 sGC 的"唯一"产物，但 Seifert 和 Gao 团队近年通过质谱发现 sGC 还能在缺氧下从 ATP 脱氨产物 ITP 合成 cIMP，而 cIMP 经 ROCK 反向引起收缩。这是一个很重要的概念，因为它把"NO/cGMP → 舒张"的经典模型破开一个口子，提示 sGC 实际上是双向的——既可合成"舒张性"cGMP，也可合成"收缩性"cIMP，且缺氧切换两种产物的相对比例。这与同书 18 章（Hypoxic Vasoreactivity）很可能形成伏笔。14.5 中 PKG 调节 MLCP 的机制也很值得对照 12 章的 ROCK 通路：MYPT1 的 Ser-695/852 与 Thr-696/853 互为"开关"，PKG 磷酸化前者抑制 ROCK 对后者的磷酸化，ROCK 反之亦然——这正是血管张力"双向调控"的分子基础。14.4 关于 PDE3 的"cGMP-inhibited cAMP PDE"描述是少见的"cGMP/cAMP cross talk"具体机制：cGMP 抑制 PDE3 的 cAMP 水解，从而间接放大 cAMP 信号——这与 13.4 中通过 cGMP 激活 PDE2 放大 cAMP 信号恰好方向相反，构成 cAMP/cGMP 信号的"双向交叉"。14.6 的 CNG 通道虽然在血管系统研究较少，但作者点出其在 PAECs 中可被钙池操纵性 Ca2+ 内流激活并介导膜去极化，提示其在内皮 Ca2+ 信号中的反馈作用；这与第 8 章 EDRF/NO 部分可能形成潜在联系。

与上下章的衔接（一段话）

第 14 章与第 13 章 cAMP 信号通路共同构成全书的"环核苷酸信号"姊妹篇：13 章讲 cAMP 通路（合成 ACs / 水解 PDEs / 效应 PKA），14 章讲 cGMP 通路（合成 sGC+pGCs / 水解 PDEs / 效应 PKG + CNG）。两章结构高度对称，差异在于 cGMP 的合成由 NO（sGC）和利钠肽（pGC）双源驱动，而 cAMP 的合成主要靠 G 蛋白偶联的 tmAC；cGMP 的 PDE 主要为 PDE5（已有临床靶向药），cAMP 的 PDE 主要为 PDE4。作者把 14 章放在 13 章之后、Part IV（Heterogeneity in Vasoreactivity）之前，是因为平滑肌的环核苷酸信号是"通用"的舒张/收缩基础，而 Part IV 要展开冠状动脉、脑动脉、肺动脉等不同血管床的特殊反应模式，必须先在 13、14 章把"通用工具"交代清楚。从更长远看，14 章为后续章节（特别是 15 章冠状动脉、18 章缺氧血管反应）埋下两个伏笔：一是 cGMP/PKG 对肌丝 Ca2+ 敏感性的抑制（MYPT1 机制），二是 sGC 在缺氧下产生 cIMP 反向收缩的发现——后者将在 18 章中作为缺氧血管反应的重要分子机制再次出现。