一氧化氮与心血管疾病研究进展

第四军医大学军事预防医学系   
张平

【摘  要】一氧化氮(nitric oxide ,NO) 是20 世纪80 年代后期发现的一种新型生物信息分子,在体内是一种重要的生理功能调节物质，研究发现一氧化氮具有调节血管张力、稳定血管容积、抑制平滑肌增生、对抗血小板聚集等作用。在动脉硬化、高血压，冠心病、心力衰竭等心血管系统的疾病的发病机制中扮演着重要角色，这就为我们治疗心血管疾提供了一个新的位点。本文就将一氧化氮与心血管系统研究的最新进展作一综述。

【关键词】一氧化氮；心血管疾病；一氧化氮合酶

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引言

一氧化氮（NO）作为生物体一种多功能分子，是L-精氨酸在一氧化氮合酶(NOS)催化下生成的。NOS包括三种同工酶:内皮型(eNOS)、神经型(nNOS)和诱生型(iNOS)。前两种又称为结构型NOS(cNOS),主要存在于内皮细胞和神经细胞,是Ca²⁺和钙调素(CaM)依赖性的酶。cNOS活性只能维持几秒到几分钟,由它们催化生成的NO量较少,但具有广泛的生理功能,在心血管,NO具有调节血压、扩张血管、抑制血小板聚集和白细胞黏附、抑制血管平滑肌细胞增殖的作用,因此在防止心血管疾病的发生发展方面发挥重要的保护作用。iNOS是内毒素脂多糖(LPS)和/或细胞因子等诱导下生成的，iNOS存在于心肌细胞、血管平滑肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞及炎症细胞中,是Ca²⁺和CaM非依赖性的酶。iNOS一经诱导生成,在非调节状态下可持续数小时,诱导产生大量NO,大量NO可与超氧阴离子(O₂^-)反应生成过氧化亚硝基阴离子(ONOO^-),从而导致细胞和组织损伤的病理过程，与心血管系统疾病的发生和发展有着密切关系。

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NO与动脉粥样硬化（AS）

导致动脉粥样硬化最主要的高危因素是高脂血症或高胆固醇血症。当机体存在这些危险因素时,内皮细胞内L-精氨酸的生物利用度下降、NOS对L-精氨酸亲和力下降、同时内皮细胞合成和释放NO₂^-增多,灭活NO加快,特别是氧化脂质蛋白更易灭活NO,NO受体信号传递受抑制,NO功能不能得到发挥,不仅使血管收缩,还促进平滑肌增生和激活巨噬细胞与内皮细胞黏附,诱导泡沫细胞生成,促进血小板黏附与聚集,最终导致粥样硬化病变^[1]。而高脂血症的出现又往往是由内皮NO-依赖性扩张受损引起,内皮细胞增加摄取胆固醇能上调大量结构蛋白Caveolin-1并且通过调节Caveolin-1和eNOS之间异种复合物的稳定性来减少NO的释放。Feron等人研究了HMG-CoA还原酶抑制剂atormas-tatin对Caveolin-1的调节作用,包括通过降低内源性胆固醇水平来调节eNOS活性和NO释放,结果表明不管细胞外LDL-胆固醇水平如何,atorvastatin均可通过降低内皮细胞的Caveolin-1表达从而提升NO产量^[2]。Boger等用随机交叉实验对高胱氨酸血症和高胆固醇血症的猴模型进行研究,结果发现血浆中非对称二甲基精氨酸(asymmetricdimethylarginine,ADMA,一种NOS的内源性抑制剂)和胱氨酸浓度呈正相关关系,而ADMA与乙酰胆碱引起的颈动脉松弛负相关。在有蛋氨酸或胱氨酸存在时,内皮细胞基础性释放ADMA显著增加,这种作用可以被S-腺苷高半胱氨酸阻断但不能被维生素B阻断。由此提示高胆固醇血症和高胱氨酸血症时ADMA水平显著升高,从而作为NOS的竞争性抑制剂使人内皮功能受损^[3]。

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NO与高血压

在正常生理条件下，内皮细胞可合成和释放NO，激活血管平滑肌的鸟苷酸环化酶（GC），使cGMP浓度升高，游离钙浓度降低，从而维持血管的舒张，稳定血压。当各种因素损伤血管内皮细胞时就导致NO的合成和释放障碍，内皮依赖性血管扩张能力减弱，导致血压升高，而高血压患者内皮eNOS活性又是降低的，就形成了恶性循环。Panza研究发现,原发性高血压患者的基础NO释放减少,这种缺陷并非是合成NO的底物L-Arg不足,而是与内皮功能障碍有关。Falloon等采用人皮下动脉离体灌注方法进一步证实,原发性高血压患者存在内皮依赖性血管舒张缺陷。王雄伟等^[4]观察到,高血压病人血清NO及NOS均较正常人低,表明高血压病人有内皮功能受损。蒋立新等^[5]发现高血压病人血液内皮素(ET)明显高于正常人,NO低于正常人,NO/ET下降,血管收缩,血压升高。张莉^[6]在用降压剂使高血压患者血压显著下降时,也发现ET显著下降和NO显著升高,表明血管内皮损伤,NO下降可能与高血压的形成密切相关。

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NO与心力衰竭

一般认为NO对心肌收缩力的影响呈计量依赖性：生理浓度的NO可以促进和维持心肌的收缩功能，而高浓度则使收缩功能减弱。2001年Paulus等^[7]综述了近几年有关NO与CHF的研究,初步肯定NO可缩短心肌的收缩期,加强心舒张,降低左室前负荷和耗氧量,防止钙泵依赖的ATP酶下调,对衰竭心脏有保护作用。有研究^[8]观察了心脏特异性eNOS转基因小鼠eNOS过表达对心肌梗死后左室重构的影响,同野生型小鼠相比,eNOS转基因小鼠冠脉结扎后左室收缩功能和舒张功能改善,左室肥厚和心肌肥厚减轻。

    
然而，不好的一方面，现在一般认为心衰时iNOS来源的大量NO是心脏重构的介质，促进了心衰的发展，其可能机制是:(1)NO长时间作用于线粒体,不可逆性地抑制线粒体功能,造成细胞能量代谢障碍,导致心功能受损;(2)NO可与O₂^-生成ONOO^-,后者是强氧化剂,可造成细胞脂质过氧化,蛋白质酪氨酸硝基化,巯基氧化;ONOO^-亦具有负性肌力作用,介导促炎因子引起心功能障碍;(3)NO促进心肌细胞凋亡,导致心功能受损。郑斌等^[9]观察了应用选择性iNOS抑制剂S-methylisothiourea(SMT)治疗心肌梗死大鼠,发现SMT干预可降低血浆NO水平,减轻心室扩张,减轻心室重量,改善心功能。提示iNOS及其来源的NO在心肌梗死后心室重构和心功能障碍的发生发展过程中起促进作用。

4 NO与心肌缺血-再灌注

现在研究认为NO在心肌缺血再灌注损伤起双重作用。在缺血-再灌注高胆固醇血症家兔心脏模型中^[10],由于中性粒细胞激活以及冠脉循环的NO产生受损,心肌梗死范围增加,给予外源性NO供体SNAP,心肌梗死的范围逆转,在培养心肌细胞的缺氧-复氧模型中,内源性iNOS激活产生的NO加重心肌细胞损伤,谷胱甘肽过氧化物酶受抑制可能为暴露于NO后对氧化应激敏感性增加的机制。因此在缺血-再灌注心脏中,NO可能发挥双重作用,通过冠脉循环发挥心脏保护效应以及对心肌细胞的直接毒性效应。

5　NO与冠状动脉粥样硬化性心脏病(CHD)

CHD发病机理中,血管内皮损伤,L-Arg-NOS-NO途径障碍有着重要的意义。内皮细胞受损使NO释放减少,导致VCMC增生,从而使动脉管壁逐渐变厚。同时,NO的减少还可使在血管张力和结构调节中起重要作用的ET释放增加,从而加强冠状动脉管壁的重塑过程^[11]。Seccombe用再灌注损伤内皮后,发现NO下降,血管痉挛,血小板黏附和聚集加强,可导致血栓形成和血管阻塞,从而阻断冠脉血流。Hartman等在临床观察中发现,CHD患者血浆NO水平降低,eNOS的形成受抑制,ET的缩血管作用明显加强,使冠脉血流量显著下降,主动脉血压明显升高造成冠脉血流储备下降,易形成冠脉缺血。阮云军等^[12]在变异性心绞痛的研究中发现冠状动脉痉挛患者的管壁NO储备量明显低于正常,血中NO减少,认为NO的减少参与了冠状动脉痉挛的发生。当内皮受损时,应激状态时冠状动脉血管以收缩作用占优势,这种情况在动脉粥样硬化及有NO释放异常的绝经后妇女的冠状动脉中出现,雌激素可预防这种血管收缩,这种预防作用被认为是通过刺激NO产生,延长NO的半衰期而完成的。Freadman等对急性冠状动脉综合症(ACS)和稳定性心绞痛(SAD)患者分组进行心导管检查时,取血测定血小板产生的NO量,2组患者血小板NO产生量有明显差异，提示血小板产生NO量的减少为ACS的独立预报因子。

6　NO与血栓形成

正常的血管内皮在血栓形成中起重要作用。在血栓形成过程中生成的凝血酶以及血小板聚集时释放的腺苷二磷酸和5-羟色胺都能使细胞内Ca²⁺浓度明显上升并生成NO,NO进入血小板,活化GC,增加CGMP,使血小板不易聚集;血小板也有NOS,其合成的NO可防止血小板黏附、聚集。血栓形成时,如果内皮功能正常,则由于血小板聚集时生成和释放的物质导致NO释放,故可保持血管开放;但如果内皮受损,则血小板聚集释放的物质可导致血管强烈收缩。现有资料表明缓激肽等激动剂可以促进血小板释放NO,在血小板聚集的反馈调节中有重要作用。资料表明NO的抗血小板聚集作用可被阈值下浓度的前列环素所增强。同样,NO也有增强前列环素的抗血小板聚集作用,两者产生协同效应。血栓合并动脉粥样硬化能使大约2/3的人出现脑卒中,己发现Atorvastatin可以通过上调eNOS来防止脑卒中。Laufs等用不同浓度的Atorvastatin对129ISV野生型小鼠和eNOS基因敲除小鼠进行研究,用反式聚合酶链反应检测主动脉和血小板的eNOS mRNA,ELISA法定性地对血小板因子4(PF4)和β-血栓球蛋白(β-TG)进行检测发现,用Atorvas-tatin治疗的动物脑损伤反应显著降低,主动脉和血小板中eNOS的mRNA显著上调且呈剂量依赖性,血浆PF4和β-TG呈剂量依赖性下调,且血浆胆固醇含量并未受影响^[13]。HMG-CoA还原酶抑制剂Atorvastatin为我们提供了一条不影响血浆胆固醇的预防性治疗血栓的新途径。

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结 语

近十年来,NO作为一种新型的生物信息递质对基础医学和临床医学的发展都起到了推动作用,涉及到医学、药学和生物学的各个领域,特别是在心血管系统领域有举足轻重的作用。美国科学家因发现NO在心血管系统中的作用而获得1998年诺贝尔生理学和医学奖。在病理过程中,NO既具保护作用也能加剧组织损伤,具“双刃性”,在生理浓度下,NO以细胞保护作用为主，但NO的产生不足或过量都将导致不良反应。血管内皮NO的释放异常参与了AS、高血压、CHD、CHF等冷热病的病理生理过程,保护内皮功能,提升内源性NO水平已成为治疗心血管疾病的重要手段之一。我们有理由相信，随着研究的深入，一氧化氮将会给我们带来心血管疾病治疗的福音