在含有N
N键的化合物中，二氮二醇（也称为硝基羟胺或NONOates）是一类具有[N(
O)NO]
−官能团的独特化合物。二氮二醇在生理条件下能提供化学性质明确且可调节的一氧化氮（NO）及相关氮氧化物的来源[1]、[2]。NO是一种信号分子，在生物学中具有广泛而关键的作用，调节多种生物体和病理过程中的重要生理过程。作为一种可以自由穿过膜的信号分子，NO对人类血管健康至关重要，它能够松弛血管平滑肌，从而降低血压。NO在免疫防御中也起着重要作用，由免疫细胞中的可诱导型一氧化氮合酶（iNOSs）产生，作为细胞毒性剂帮助杀死病原体并参与炎症反应。对于细菌而言，NO在代谢、应激反应和信号传导中也非常重要。NO还参与群体感应，并调节生物膜的形成和扩散[3]、[4]。NO在植物与细菌的相互作用中也有重要作用，无论是在有益的共生关系中还是宿主-病原体冲突中。在共生关系中，例如在大多数二氮二醇铁载体存在的根际环境中，NO促进信号传导以及根瘤的形成并调节氮固定[5]、[6]、[7]。二氮二醇化合物可控的NO释放特性使其成为研究血管扩张、血小板抑制、伤口愈合以及肿瘤生物学的理想对象。此外，二氮二醇已被应用于多种聚合物和小分子中，用于设计生物医学NO输送系统[8]、[9]。
二氮二醇根据[N(O)NO]−所连接的亲核试剂进行分类，包括碳（C）、氮（N）、氧（O）和硫（S）类型（图1）。在这些二氮二醇变体中，氮型二氮二醇的研究最为深入。它们的NO释放动力学受pH值和取代基的影响，最多可释放两当量的NO，并作为该类化合物结构-活性关系的经典模型[1]、[2]。硫型二氮二醇（例如SULFI/NO）是硫结合的[N(O)NO]−加合物，可以通过NO与亚硫酸盐在碱性溶液中的反应，或在生理pH值下NO或硝基硫醇与硫化物的反应制备。后一种反应可能解释了为什么硫化物会抑制NO的生理效应。SULFI/NO分解后主要释放一氧化二氮（N2O）[8]、[11]。Angeli盐是一种市售的氧型二氮二醇，可用作生理pH值下HNO的校准来源，以验证HNO检测方法。根据反应条件，它还能产生多种氮氧化物，包括亚硝酸盐（NO2−）、N2O和NO，这使其适用于使用可调谐二极管激光吸收光谱法同时直接检测NO和N2O。
本文重点介绍碳型二氮二醇化合物，这是迄今为止在天然产物中发现的唯一类型的二氮二醇。与传统的氮型二氮二醇不同，碳型化合物具有较高的稳定性，不易自发失去NO。合成的碳型二氮二醇cupferron（图1）因其对多种金属离子的亲和力而被用作螯合剂[16]。一些小分子碳型二氮二醇天然产物的例子包括L-丙氨酸、fragin、valdiazen和leudiazen（图2），它们都具有重要的生物学意义[17]、[18]、[19]。其中一些以特定的立体异构体形式存在，如L-丙氨酸和(−)-(R)-fragin，而有些则以混合物形式存在，包括(S)-和(R)-valdiazen以及(S)-和(R)-leudiazen[20]、[21]。研究表明(S)-valdiazen和(S)-leudiazen的生物活性高于它们的(R)-异构体[21]。
除了含有小分子二氮二醇的天然产物（图2）外，最近还在铁载体中发现了碳型二氮二醇，首次在根际细菌Paraburkholderia graminis产生的gramibactin（Gbt）中被发现[30]。铁载体是由细菌和真菌产生的用于螯合Fe(III)的化合物；常见的Fe(III)结合基团如图3所示[31]。Gbt含有两个二氮二醇基团，每个基团都存在于氨基酸graminine（Gra）中，以及一个β-羟基天冬氨酸作为三个双齿配体来协调Fe(III)。自从发现Gbt以来，其他Gra铁载体也被鉴定出来，包括trinickiabactin（gramibactin B）[32]、[33]、megapolibactins [33]、plantaribactin [33]、gladiobactin [33]和tistrellabactins [34]以及pandorachelin [35]（图4）。通过基因组挖掘预测，产生Gra二氮二醇氨基酸的微生物包括与植物进行共生互作的根际细菌、植物病原菌、海洋细菌和临床分离株[33]。已鉴定的二氮二醇铁载体生产者主要是根际细菌，例外的是产生tistrellabactins的海洋菌株 KA081020–065[32]、[33]、[34]、[35]。这些含有独特碳型二氮二醇基团的天然产物表现出独特的金属配位特性和光活性，这将是本文的重点讨论内容。
