内源性活性甲醛——新的血管舒张因子？

Endogenous formaldehyde (FA) derived from metabolic process in human body (plasma FA: 17-143 μM). FA is a gas (boiling point: -19.5℃). Here raises a question: Is gaseous FA play a regulatory role in physiological processes? Our research indicated that formalin solution (300-500μM) caused mice aorta relaxation. However, this relaxation effect induced by such high level of FA is considered to be meaningless. FA in water is actually methylene glycol, we therefore believe that FA in water solution is actually deactivated. We propose it is the gaseous FA rather than methylene glycol that causes the vascular relaxation effect. This hypothesis is confirmed by using FA in DMSO in the vascular relaxation experiments. FA in DMSO (active FA) at 1μM and 0.1μM could cause the relaxation of mice aorta and mesenteric artery, respectively. This project will study the production of endogenous active FA, the vascular relaxation effects of active FA and its underlying mechanisms. The proposed study presents a novel gaseous molecule FA with potential physiological activity in human body.

内源性甲醛是人体自身代谢产生的（血浆甲醛：17～143 μM）。甲醛常温下是气体（沸点 -19.5℃），那么内源性甲醛作为一个气体小分子是否具有生理调控功能？我们前期研究表明，300～500μM甲醛水溶液可引起小鼠主动脉舒张。如此高浓度甲醛引起的舒张效应不具有生物学意义。我们推测水溶液中的甲醛已经失去活性，因气体甲醛分子（HCHO）容易与水分子结合形成水合甲醛（HO-CH2-OH）。进而推测：起生物学作用的是气体甲醛，水合甲醛是失活甲醛。我们用溶解于DMSO的气体甲醛进行血管功能实验，发现1μM的“活性甲醛”（DMSO甲醛）即可引起小鼠主动脉舒张，0.1μM的“活性甲醛”可引起小鼠肠系膜动脉舒张。本项目拟采用体外及动物实验，结合血管生理、蛋白质组学等方法对内源性甲醛（“活性甲醛”）的产生机制、血管舒张效应及其分子机制进行研究。预期该项目提出的“内源性活性甲醛”这一概念有重要的科学意义。

甲醛的沸点为-19.5℃，常温下以气体形式存在，极易与水结合生成水合甲醛，那么内源性甲醛作为一个气体小分子，可能与NO类似，参与调节血管舒张。由于气体甲醛分子（HCHO）容易与水分子结合形成水合甲醛（HO-CH2-OH），37℃下的反应速率常数为15.7/s（显然内源性气体甲醛在水中的半衰期是毫秒级）。我们推测内源性甲醛以气体形式（我们称之为“活性甲醛”）产生后不能远距离发挥生物效应，而是以自分泌或者旁分泌的方式发挥局部效应，而与水结合生成的水合甲醛失去生理活性。本实验室搭建了一个无水甲醛气体生产装置，通过该装置制备了无水甲醛（无水甲醛气体和无水甲醛DMSO溶液）通过体外血管环实验对比研究了水合甲醛和无水“活性甲醛”对心血管系统的作用。结果表明，低浓度（10、20、30μM）“活性甲醛”可舒张小鼠肠系膜动脉血管环，与水合甲醛相比，舒张效果更明显。“活性甲醛”对小鼠肠系膜动脉的舒张作用为一氧化氮非依赖性的，但与非选择性钾离子通道和内向整流钾离子通道有关，也与Ca2+ 依赖性钾离子通道部分相关，与ATP敏感性钾离子通道无关。 “活性甲醛”引起的血管传张效应可能与其影响血管平滑肌细胞内钙及升高细胞内cGMP水平有关。此外，我们验证了荧光探针3-氨基，4-氨甲基-2’，7’-二氟荧光素二乙酸盐（3-Amino,4-aminomethyl-2’,7’-difluorescein diacetate, DAF-FM DA）作为内源性甲醛探针的可行性，结果表明，DAF-FM DA也可与甲醛反应产生荧光，并可通过高效液相色谱法检测。