作為氧化亞氮(NO)前體可誘發血管舒張,從而減少MELAS征患者的卒中樣發作。Kubota的研究表明MELAS卒中樣發作急性期給予L-精氨酸治療后癥狀改善,磁共振波譜分析顯示頂葉皮質乳酸峰降低、N-乙酰天門冬氨酸(NAA)峰正常,這些都提示L-精氨酸可改善線粒體能量狀態及細胞活力。還有研究表明L-精氨酸可通過影響谷氨酸的吸收和γ-氨基丁酸的釋放調節神經元的興奮性。雖然L-精氨酸的安全性和確切作用尚需長期隨機對照試驗來證實,但其為臨床工作帶來了希望。