鐮狀細胞病（sickle cell disease，SCD）是一類遺傳性疾病，由異常的血紅蛋白S (HbS)所致的血液病，因紅細胞呈鐮刀狀而得名。最初見于非洲惡性瘧疾流行區的黑人中。HbS雜合子對惡性瘧疾具有保護性，單核吞噬系統將鐮狀細胞連同瘧原蟲一起清除，瘧疾不治自愈，使HbS雜合子患者得以生存。此病在非洲多見，目前美國也不少。鐮狀細胞病可分為HbS純合子的鐮狀細胞貧血(簡稱鐮貧)，雙重雜合子兼有HbS和HbA的鐮貧——地中海貧血和鐮貧——HbC病，三者都有明顯臨床癥狀。另外尚有HbS雜合子的鐮狀細胞特征，基本無癥狀。

曾有研究發現，一氧化氮（NO）氣體能使鐮狀細胞貧血癥患者的血紅蛋白恢復至正常形態，進而使其攜帶更多的氧氣，有助于鐮狀細胞貧血癥患者減緩痛苦，提高生活質量。但是，一氧化氮生物利用度（bioavailability）調節鐮狀細胞病臨床表現的分子機制仍不明確。

最近，喬治亞攝政大學喬醫學院的分子血液學家Tohru Ikuta博士、麻醉和圍手術期醫學系前任主席C. Alvin Head博士，以共同通訊作者的身份，在2014年3月20日的國際著名學術期刊《Blood》雜志發表一項研究稱，低水平的氧和一氧化氮，似乎對鐮狀細胞病患者具有一種不幸的協同效應。

在這項研究中，研究人員利用缺乏內皮一氧化氮合成酶（endothelial NO synthase，eNOS）的小鼠模型，調查研究了缺氧和一氧化氮生物利用度對鐮狀紅血細胞（sickle red blood cell，sRBC）粘附力的影響。因為eNOS小鼠的一氧化氮代謝物含量與SCD小鼠相同，但是它們沒有低氧血癥（hypoxemia，指血液中含氧不足，動脈血氧分壓低于同齡人的正常下限，主要表現為血氧分壓與血氧飽和度下降）。

這項研究指出，在鐮狀細胞疾病中，低水平的氧和一氧化氮這兩種情況很常見，大大增加了紅細胞對血管內壁的粘附力，可能導致使人衰弱的痛苦危機。但是研究人員表示，有一個好消息是，恢復一氧化氮的正常水平，能大幅降低紅細胞的粘附力。

該研究還指向一種潛在的新治療靶點——自我粘附分子P-選擇素（P-selectin），研究人員發現它在增加紅血細胞粘附力的過程中，發揮了重要作用。低水平的氧和一氧化氮，都能夠增加P-選擇素的表達。

在流感、感冒、劇烈運動或暴露于高海拔地區時，缺氧或低氧含量可能會襲擊到每個人。此外，鐮狀細胞病患者可能還具有氧輸送的慢性問題。

氧是由血紅蛋白攜帶，血紅蛋白穿過血流，到達橢圓形彈性紅血細胞內部的靶組織。Ikuta稱，在鐮狀細胞病中，血紅蛋白的鐮狀結構可以阻礙這次“旅程”，通常也引起奇形怪狀的脆弱的紅血細胞。這些紅細胞會將其內容物溢出到血流中，在血流中氧氣逐漸與一氧化氮相連，患者很快就發現，他們本身的氧氣和一氧化氮不足。

為了理解低水平氧和一氧化氮之間的關系，研究人員將鐮刀狀紅血細胞注入不能產生一氧化氮的小鼠體內。細胞立即開始粘附到血管壁上，而正常小鼠則不受影響。當氧的濃度降低或缺氧時，缺乏一氧化氮的小鼠模型中細胞粘附力顯著增加。

Ikuta稱：“這是一種協同作用。這表明，缺氧和低水平一氧化氮共同協作，使鐮狀細胞病患者的病情加重。”

他們通過讓小鼠吸入短暫的NO氣體（在臨床試驗中患者已經使用），恢復了正常的一氧化氮水平，此后，當氧含量降低時細胞粘附力沒有增加。有趣的是，超出正常水平的一氧化氮水平并沒有產生額外的好處。相反，恢復正常一氧化氮水平，似乎是降低紅細胞粘附力的最有效方法。

用一氧化氮療法減輕鐮狀細胞病患者痛苦的臨床試驗，產生了相互矛盾的結果，一些患者稱疼痛增加。Ikuta指出，這些新的研究結果，以及鐮狀細胞病患者其一氧化氮具有顯著可變性這個事實，可能解釋其中的原因。

他說，一氧化氮療法可能只對間歇性或慢性低水平患者有療效。“答案是，一些患者可能不需要這個。同時，我們的研究結果表明，超過生理水平的一氧化氮水平增加，并沒有治療效果。”他指出，我們可以很容易地測量一氧化氮在血液中的濃度，在疼痛危機期間，每個患者血液中的一氧化氮水平更可能下降。