In 1980 entdeckte Robert F. Furchgott von der Cornell Universität, dass die innere Zellschicht von Blutgefäßen ( das Endothel) eine vasoaktive Substanz erzeugt, welche die Entspannung der glatten Gefäßmuskelzellen in Antwort zu Acetylcholin (ACh) bewirkt. Heutzutage wissen wir, dass nicht nur ACh, sondern auch einige andere zirkulierende Hormone und Neurotransmitter, wie z.B. die Substanz P (SP), Histamin(His), Bradykinin(BK) oder ATP die Freisetzung eines „endothel-bezogenen Entspannungfaktors (EDRF)“ auslösen. In 1987 wurde diese Substanz als Stickstoffoxid (NO), enzymatisch hergestellt aus der Aminosäure L-Arginin durch Enzyme, die als NO-Synthasen (NOS) bezeichnet werden, identifiziert. Die endotheliale Isoform von NOS wird konstitutionell exprimiert und reguliert durch die intrazelluläre Konzentration von Ca2+-Ionen, welche eine Bindung an Calmodulin, einer essentiellen Untereinheit aller NOS Isozyme, bewirbt. NO stimuliert die lösliche Guanylatcyclase (sGC) in benachbarten glatten Muskelzellen und dies resultiert in einer Anreicherung des zyklischen Nukleotids cGMP, welche eine Entspannung der glatten Muskelzellen bewirkt, wahrscheinlich durch Stimulation einer cGMP-abhängigen Proteinkinase.
Andere vasoaktive Substanzen, welche vom Endothel frei gesetzt werden, sind der aktive Metabolit der Arachidonsäure (AA) Prostazyklin (PGI2) und der erst jetzt identifizierte „endothel-bezogene-hyperpolarisations-Faktor“ (EDHF). PGI2 agiert durch G-Protein beeinflusste Stimulation der Adenylatzyklase und einer konsequenten Anreicherung von cAMP. Endotheliale Dysfunktion resultiert in insuffizienter Bildung von NO und mag die Ursache schwerer kardiovaskulärer Erkrankungen, inklusive einiger Formen des Bluthochdrucks sein. Umgebungen, welche NO freisetzen, (Nitrovasodilatoren: organische Nitrate, Sodium-Nitroprussid) werden medizinisch genutzt für die Behandlung kardiovaskulärer Erkrankungen.