一氧化氮的心血管作用研究進(jìn)展

1、一氧化氮的心血管作用研究進(jìn)展 武 煜 , 顧振綸(蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)教研室 , 蘇州中藥研究所 , 蘇州 215007關(guān)鍵詞 :一氧化氮 (NO ; 心血管作用中圖法分類號(hào) :R54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1009-881X (2004 01-0143-03一氧化氮 (nitric oxide ,NO 是 20世紀(jì) 80年代后期發(fā)現(xiàn) 的一種新型生物信息分子 , 它與一些含氮衍生物一起通過和 生物分子及細(xì)胞的相互作用參與機(jī)體保護(hù) 、 調(diào)節(jié)及逆轉(zhuǎn)等機(jī) 制 , 特別是調(diào)節(jié)心血管系統(tǒng)中眾多的生理 和 病 理 生 理 過 程 1。 釋放 N0的化合物已經(jīng)作為評(píng)價(jià) N0在心血管系統(tǒng)生 理和治療上

2、關(guān)鍵作用的有效工具 2。 1992年美國 Science 雜 志將 N0選為當(dāng)年的明星分子 (m olecule of the 。NO , (sm muscle tell ,VS MC 、 細(xì)胞毒等作 用 , 、 動(dòng)脈粥樣硬化 (AS 、 心力衰竭 (CHF 中具有重要意義 。 本文試圖就其在 ,OgU. 管方面的研 究進(jìn)展作一綜述 。1 NO 的來源及基本生物學(xué)特征NO 的化合物有兩類 , 一類為能釋放 NO 或具有氧化還原 作用的同系物 , 稱外源性 NO , 它主要來自 NO 供休 , 如硝酸甘 油在體內(nèi)代謝釋放出 NO ; 另一類是需要酶催化后才能釋放 NO 的物質(zhì) , 稱為內(nèi)源性 N

3、O , 廣泛存在于血管內(nèi)皮細(xì)胞 (en 2 dothelial cells ,EC 、 巨噬細(xì)胞等各種細(xì)胞中 , 由左旋精氨酸胍 基末端的氮原子與分子氧在一氧化氮合酶 (nitric oxide syn 2 thase ,NOS 的催化合成 , 合成過程受底物 、 NOS 、 產(chǎn)物反饋等多 種因素調(diào)節(jié) 。NO 的化學(xué)性質(zhì)非常活潑 , 半衰期只有 510s 。 NO 有很 強(qiáng)的親脂性 , 極易透過生物膜 , 與血紅蛋白 、 肌球蛋白和可溶 性鳥苷酸環(huán)化酶 (G C 的鐵離子有高度親和性 。NO 對(duì)心血管系統(tǒng)的作用主要為調(diào)節(jié)血管張力 。 正常生 理情況下 , 血管系統(tǒng)的縮血管物質(zhì)和舒血管物質(zhì)之間的

4、動(dòng)態(tài) 平衡維持著血管正常的張力 , 血液脈沖式流動(dòng)和血液對(duì)血管 壁的剪切力 (shear stress 是內(nèi)皮細(xì)胞分泌基礎(chǔ) NO 的重要刺 激因素 。 Vallance 對(duì)一組健康志愿者由前臂動(dòng)脈內(nèi)輸入 L 2精 氨酸類似物 N G 2甲基 2L 2精氨酸 (L 2NM M A , 發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞釋 放的 NO 與外周動(dòng)脈張力調(diào)節(jié)密切相關(guān) 3。NO 可舒張血管平滑肌 , 其作用機(jī)制是 NO 和血管平滑肌 內(nèi)可溶性鳥苷酸環(huán)化酶鐵釙啉中的鐵原子結(jié)合 , 使之脫離釙 啉環(huán)平面 , 造成該酶活化 , 活化的 G C 使三磷酸鳥苷 (G TP 轉(zhuǎn) 變?yōu)榄h(huán)磷酸鳥苷 (C 2G MP , 胞內(nèi) C 2G MP

5、 濃度升高繼而激活 C 2 G MP 依賴蛋白激酶 (PKG , 該酶可分別使 4種膜蛋白和 9種 胞漿內(nèi)蛋白磷酸化從而降低細(xì)胞內(nèi) Ca 2+濃度 , 導(dǎo)致血管平滑 肌舒張 。NO 除擴(kuò)張血管外 ,反應(yīng) ,NO,52。因此 , 可作為內(nèi)源性縮血管物質(zhì)的緩沖 , 是 。 Tucker 等對(duì) 20名患者和 10名健康志愿者局部給予 NO 凝膠 , 監(jiān)測(cè)前臂和手 指的微循環(huán)反應(yīng) , 發(fā)現(xiàn)給予活性凝膠的患者前臂和手指血流 顯著增加 , 并且無不良反應(yīng) 。提示 , 對(duì)雷諾斯病的患者給予 NO 源性藥物可以同時(shí)刺激微循環(huán)體積和血流量的增加 4。2 NO 與心血管疾病2. 1 NO 與動(dòng)脈粥樣硬化導(dǎo)致動(dòng)脈粥

6、樣硬化最主要的高危因素是高脂血癥或高 膽固醇血癥 。 當(dāng)機(jī)體存在這些危險(xiǎn)因素時(shí) , 內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi) L 2精 氨酸的生物利用度下降 、 NOS 對(duì) L 2精氨酸親和力下降 、 同時(shí) 內(nèi)皮細(xì)胞合成和釋放 NO 2-增多 , 滅活 NO 加快 , 特別是氧化 脂質(zhì)蛋白更易滅活 NO ,NO 受體信號(hào)傳遞受抑制 ,NO 功能不 能得到發(fā)揮 , 不僅使血管收縮 , 還促進(jìn)平滑肌增生和激活巨 噬細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞黏附 , 誘導(dǎo)泡沫細(xì)胞生成 , 促進(jìn)血小板黏 附與聚集 , 最終導(dǎo)致粥樣硬化病變 5。而高脂血癥的出現(xiàn)又 往往是由內(nèi)皮 NO 2依賴性擴(kuò)張受損引起 , 內(nèi)皮細(xì)胞增加攝取 膽固醇能上調(diào)大量結(jié)構(gòu)蛋白 Cav

7、eolin 21并且通過調(diào)節(jié) Cave 2 olin 21和內(nèi)皮型 NO 合酶之間異種復(fù)合物的穩(wěn)定性來減少 NO 的釋放 。 Feron 等人研究了 H MG 2C oA 還原酶抑制劑 atormas 2 tatin 對(duì) Caveolin 21的調(diào)節(jié)作用 , 包括通過降低內(nèi)源性膽固醇 水平來調(diào)節(jié) eNOS 活性和 NO 釋放 , 結(jié)果表明不管細(xì)胞外 LD L 2膽固醇水平如何 ,atorvastatin 均可通過降低內(nèi)皮細(xì)胞的 Caveolin 21表達(dá)從而提升 NO 產(chǎn)量 6。 Boger 等用隨機(jī)交叉實(shí) 驗(yàn)對(duì)高胱氨酸血癥和高膽固醇血癥的猴模型進(jìn)行研究 , 結(jié)果 發(fā)現(xiàn)血漿中非對(duì)稱二甲基精氨酸

8、 (asymmetric dimethylarginine , ADM A , 一種 NOS 的內(nèi)源性抑制劑 和胱氨酸濃度呈正相關(guān)關(guān) 系 , 而 ADM A 與乙酰膽堿引起的頸動(dòng)脈松弛負(fù)相關(guān) 。在有蛋 氨酸或胱氨酸存在時(shí) , 內(nèi)皮細(xì)胞基礎(chǔ)性釋放 ADM A 顯著增 加 , 這種作用可以被 S 2腺苷高半胱氨酸阻斷但不能被維生素 B 阻斷 。 由此提示高膽固醇血癥和高胱氨酸血癥時(shí) ADM A 341中國血液流變學(xué)雜志 12004;14(1 收稿日期 :2003-11-16 作者簡(jiǎn)介 :武 煜 (1979- , 女 , 江蘇無錫人 , 在讀碩士研究生 , 研究方向 :心血管藥理學(xué)。 水平顯著升高

9、, 從而作為 NOS 的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑使人內(nèi)皮功能 受損 7。212 NO 與心衰NO 與心衰之間的關(guān)系近年已引起關(guān)注 , 但有關(guān) NO 對(duì)心 肌收縮和舒張功能的確切影響迄今尚無定論 。目前認(rèn)為 , 神 經(jīng)激素的激活和心臟重構(gòu) (rem odeling 是引起心衰發(fā)生發(fā)展 的最主要因素 。 心臟局部組織中的腎素 2血管緊張素 2醛固酮 系統(tǒng) (RAS 參與了心血管重構(gòu)的形成過程 。 國內(nèi)報(bào)道 :用 NO 合酶抑制劑 L 2NAME 對(duì) Wister 大鼠建立高血壓模型 , 大鼠左 心室壁增厚 、 心室占體重比例增大 、 心肌細(xì)胞肥大 、 血管壁增 厚 , 經(jīng)檢測(cè) , 心肌中 NO 含量降低 ,A

10、ng 的含量明顯升高 , 提 示心肌局部 NO 與 Ang 含量的變化參與了高血壓及心室重 構(gòu)的形成 。 但 NO 缺乏時(shí)血漿 ACE 活性降低而心肌中 ACE 活性升高 ; 應(yīng)用 ACEI 類藥物后 , 心肌 ACE 活性降低 , 說明血 漿中 ACE 活性的高低在 Ang 轉(zhuǎn)變?yōu)?Ang 的過程中不起作 用 , 在心室重構(gòu)起主要作用的是局部心肌中的 ACE 活性水 平 。 在抑制 NOS 對(duì)肺的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn) , 肺動(dòng)脈壓明顯升高 , 肺 小血管平滑肌增生 , 存在內(nèi)皮細(xì)胞損傷 ,的能力降低 , 導(dǎo)致血漿部 ACE 8M oraes, 使用血管緊張 素抑制劑幾分鐘或幾天后 , 平滑肌緊張性調(diào)節(jié)

11、障礙可以扭 轉(zhuǎn) , 但構(gòu)型重建相對(duì)固定 , 形成這種異常狀況部分地是由于 肺動(dòng)脈內(nèi)皮功能失調(diào)導(dǎo)致 NO 分泌量減少所致 9。因此 , 利 用增加 NO 釋放的藥物或抗內(nèi)皮功能的藥物逆轉(zhuǎn)構(gòu)形重建將 成為今后研究的熱點(diǎn) 。值得一提的是 Boerrigber 等通過犬模 型證實(shí) BAY 4122272對(duì)治療心衰有效 。 BAY 4122272是一種全 新的直接可溶性的鳥苷酸環(huán)化酶刺激物 , 實(shí)驗(yàn)中給予 10mg/ kg/min , 發(fā)現(xiàn)平均動(dòng)脈壓 、 肺動(dòng)脈壓 、 肺毛細(xì)管鍥壓 、 心輸出 量和腎血流增加 , 而腎小球?yàn)V過率 、 血漿腎素活性 、 Ang 和 醛固酮水平均未改變 。提示 BAY 41

12、22272在沒有激活 RAAS 的情況下直接刺激 G C , 對(duì)治療 CHF 有極大價(jià)值 102. 3 NO 與血栓形成正常的血管內(nèi)皮在血栓形成中起重要作用 。在血栓形 成過程中生成的凝血酶以及血小板聚集時(shí)釋放的腺苷二磷 酸和 52羥色胺都能使細(xì)胞內(nèi) Ca 2+濃度明顯上升并生成 NO , NO 進(jìn)入血小板 , 活化 G C , 增加 CG MP , 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 形成時(shí) , 如果內(nèi)皮功能正常 , 則由于血小板聚集時(shí)生成和釋 放的物質(zhì)導(dǎo)致 NO 釋放 , 故可保持血管開放 ; 但如果內(nèi)皮受 損 , 則血小板聚

13、集釋放的物質(zhì)可導(dǎo)致血管強(qiáng)烈收縮 ?，F(xiàn)有資 料表明緩激肽等激動(dòng)劑可以促進(jìn)血小板釋放 NO , 在血小板 聚集的反饋調(diào)節(jié)中有重要作用 。 資料表明 NO 的抗血小板聚 集作用可被閾值下濃度的前列環(huán)素所增強(qiáng) 。同樣 ,NO 也有 增強(qiáng)前列環(huán)素的抗血小板聚集作用 , 兩者產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng) 。 血栓合并動(dòng)脈粥樣硬化能使大約 2/3的人出現(xiàn)腦卒中 , 己發(fā)現(xiàn) Atorvastatin 可以通過上調(diào)內(nèi)皮 NOS 來防止腦卒中 。 Lau fs 等用不同濃度的 Atorvastatin 對(duì) 129IS V 野生型小鼠和 eNOS 基因敲除小鼠進(jìn)行研究 , 用反式聚合酶鏈反應(yīng)檢測(cè)主 動(dòng)脈和血小板的 eNOS mRN

14、A , 用 E LIS A 法定性地對(duì)血小板因 子 4(PF4 和 2血栓球蛋白 (2TG 進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn) , 用 Atorvas 2 tatin 治療的動(dòng)物腦損傷反應(yīng)顯著降低 , 主動(dòng)脈和血小板中 eNOS 的 mRNA 顯著上調(diào)且呈 #劑量依賴性 , 血漿 PF4和 2 TG 呈劑量依賴性下調(diào) , 且血漿膽固醇含量并未受影響 11。 H MG 2C oA 還原酶抑制劑 Atorvastatin 為我們提供了一條不影 響血漿膽固醇的預(yù)防性治療血栓的新途徑 。3 NO 的其他作用Wallerath 等在葡萄酒中發(fā)現(xiàn)多酚類植物抗毒素 resvera 2 trol , 能刺激 eNOS 的表達(dá)和活性

15、從而增加 NO 的生物作用 12。 Leikert 也通過細(xì)胞水平研究證明使用紅酒多酚提取物能增 加 eNOS 表達(dá)和 NO 釋放 , 逆轉(zhuǎn)內(nèi)皮功能失調(diào)和動(dòng)脈粥樣硬 化 , 由此提示 , 適量飲用紅葡萄酒可降低冠心病 、 高血壓的發(fā) 病率和死亡率 13。Freedam物 , , 經(jīng), 紫葡萄汁也在治療心血 14。磷酸脂質(zhì) A (M LA 是內(nèi)毒素的非毒性類物質(zhì) , 以前認(rèn)為 它只是一種抗局部貧血的物質(zhì) ,Jarrett 等對(duì)雌性 ICR 小鼠進(jìn) 行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)給予 M LA350增加 NO 釋放量并減少梗死面積 , 同時(shí)在使用阻滯劑及基因敲除小鼠實(shí)驗(yàn)中都發(fā)現(xiàn) M LA 對(duì)心 臟有重要保護(hù)作用 。全

16、反式的維甲酸 (atRA 對(duì)心血管系統(tǒng) 的發(fā)育成熟起重要作用 15。 Achan 等研究提示 :atRA可以增 加內(nèi)皮細(xì)胞 NO 合成 , 但并不增加 eNOS 表達(dá) 。 atRA 也同時(shí) 增加 DDAH (Dimethylarginine Dimmethylaminohydrolase 的表 達(dá) 。 atRA 介導(dǎo)的 NO 合成可被 DDAH 促進(jìn) 6, 這條途徑能 幫助我們解釋為什么服用維甲酸能對(duì)心血管系統(tǒng)保護(hù)起輔 助作用 。 Sam paio 等對(duì)由長(zhǎng)期抑制 NO 生物合成所致心肌受 損的大鼠模型和伴隨腎血流高壓同時(shí)合并鏈霉素引起糖尿 病所致心肌受損的大鼠模型進(jìn)行比較研究 , 發(fā)現(xiàn)高血壓

17、合并 糖尿病模擬了 L 2NAME 引起的病變大鼠模型 , 提示在高血壓 合并糖尿病心肌癥中 NO 重要的病理生理作用 17。4 一氧化氮合酶基因突變的研究常見的 eNOS 多態(tài)性預(yù)示著在成熟蛋白質(zhì)中 894位的 G 2 T 顛換 (G lu 2Asp298突變 與 NO 生物活性受損引起的心血管 疾病有關(guān) , 研究發(fā)現(xiàn) eNOS 基因 G lu 2Asp298突變更多見于變 異性心絞痛患者 。 Hibi 等人研究了 226例心梗 (MI 患者和 357例對(duì)照的 eNOS 基因 G lu 2Asp298錯(cuò)義突變者 , 發(fā)現(xiàn) eNOS 基因 G lu 2Asp298錯(cuò)義突變者發(fā)生 MI 的相對(duì)危

18、險(xiǎn)性為正?；?因者的 115倍左右 18。 Hing orzni 等人研究了英格蘭人中 298例 MI 患者和 183例對(duì)照者發(fā)現(xiàn) Asp298純合子的 MI 危險(xiǎn)是 G lu298純合子的 315倍 , 而在他們的另一項(xiàng)研究中 ,Asp298純合子的冠心病危險(xiǎn)是 G lu298純合子的 4倍以上 19。 伴隨有分子伴侶 hsp90的蛋白質(zhì)之間相互作用和通過蛋 白激酶 Akt 介導(dǎo)絲氨酸 1179磷酸化作用引起了 eNOS 的激 活 ,F ontana 等通過基因圖譜研究表明 hsp90作為 eNOS 和 Akt 的骨架參與調(diào)節(jié) eNOS 的 Akt 2依賴性磷酸化和 NO 釋放 , 即刺 激

19、含有血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的內(nèi)皮細(xì)胞使 eNOS 和 Akt 集中至441 Chin J Hem orh. 2004;14(1 和 hsp90一起的區(qū)域 , 然后磷酸化 eNOS , 使酶活化 20。近年 來對(duì)疾病的轉(zhuǎn)基因治療也成為熱點(diǎn)之一 ,Cham pion 等對(duì)小鼠 肺的 eNOS 基因轉(zhuǎn)移進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)在體的 eNOS 轉(zhuǎn)基因療法 可以選擇性降低肺血管張力對(duì) ET 21、 Ang 及缺氧下的肺加 壓反應(yīng) , 增加肺的血管擴(kuò)張效應(yīng) , 減弱由抗癌藥物博來霉素 引起的肺動(dòng)脈高壓 , 所以 eNOS 轉(zhuǎn)基因可以作為肺動(dòng)脈高壓 的一種有效治療方法 。5 結(jié)語近十多年來 ,NO 作為一種新型的生物信息遞

20、質(zhì)對(duì)基礎(chǔ) 醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)都起到了推動(dòng)作用 。美國心臟學(xué)會(huì) (AH A 主席 Fuster 博士在談到 3位美國科學(xué)家因發(fā)現(xiàn) NO 而獲得 1998年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)時(shí)說 :“ NO 及其功能的發(fā)現(xiàn)是 心血管醫(yī)學(xué)歷史上最偉大發(fā)現(xiàn)之一” 。但在實(shí)驗(yàn)室及臨床還 缺乏一種理想的方法直接 、 快速 、 精確和特異性地測(cè)定組織 、 細(xì)胞及生物體液中 NO 的含量 , 多采用測(cè)定 NO 的代謝物 NO 2-和 NO -3的方法 , 間接測(cè)定 NO 濃度 ,體內(nèi) NO 的實(shí)際量 , 因此 ,NO,; 對(duì) NO 吸入或 NO度 。 運(yùn)用免疫組化 、 原位雜交 、 PCR 技術(shù)及印跡分析等分子 生物學(xué)手段探究

21、 NO 及 NOS 與心血管疾病的確切關(guān)系將是 21世紀(jì)一個(gè)極有前途的研究領(lǐng)域 。參考文獻(xiàn)1 Janero DR. Nitric Oxide (NO 2related pharmaceuticals :con 2 tem porary approaches to therapeutical NO m odulation J . Free Radieal Biology &Medicine , 2000, 28(10 :1495 1506.2 Ignarro LJ ,et al. Nitric oxide donors and cardiovascular agents m odulat

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