一氧化氮合酶（NOS）与心血管疾病

甘肃省人民医院 马丽雅 （综述）兰州大学第一临床医学院 张辉锋

    在人体内，一氧化氮合酶（No synthetase，NOs）催化左旋精氨酸（L-Arg）生成一氧化氮（NO）。这一生化过程，称为左旋精氨酸、一氧化氮通路（L-arginine-NO Pathway）。NOS分为两型、三种，两型即原生型（也称结构型）NOS（constitutive NOS，cNOS）和诱生型NOS（inducible NOS，iNOS），三种NOS同工酶：分别为内皮细胞型NOS（endothelial NOS，eNOS）、神经原型NoS（neuronal N0S，nN0S） 和诱导型NOS （inducible NOS，iNOs）；前两者均属于cNOS，cNOS主要存在于内皮细胞和神经细胞，是Ca²⁺和钙调素（CaM）依赖性酶。在体内cNOS活性只能维持几秒至几分钟，它们催化生成的NO量较少，但具有广泛的生理功能。在心血管系统里，NO具有调节血压、扩张血管、抑制血小板聚集、白细胞黏附和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。心血管系统的病变可能诱导iNOS生成，在内毒素脂多糖（LPS）和/或细胞因子如：肿瘤坏死因子α（TNFα）、白介素21（IL 21）、干扰素γ2（IFNγ2）等的诱导下iNOS生成。在非调节状态下iNOS可持续数小时，诱导产生大量NO，NO和体内的超氧阴离子O^2-迅速反应生成过氧化亚硝酸离（ONOO^-）。ONOO^-具有强氧化性，在酸性条件下可以分解生成多种有毒物质，促使细胞膜发生脂质过氧化，引起抗坏血酸、尿酸、巯基蛋白和氧化物质的耗竭，也能使含巯基的酶或蛋白质氧化，破坏酶的活性，介导多种心血管系统疾病的发生。

    1998年度的诺贝尔生理学和（或）医学奖授予了美国的三位科学家Robert F.Furchgott、Louis J.Ignarro和Ferid Murad，以表彰他们在“一氧化氮作为心血管系统的信号分子”上的发现。这一举动引发了各国科学家对NO的生物效应及其作用机制的更高的研究热情。这之后10年间全球发表了大量关于NO的生物效应及作用机制的文章。正如Yetik-Anacak G，Catravas JD所言，在生物医学的各个领域，包括心血管功能、神经传导、组织修复、癌症、感染以及机体的免疫等等，很难找到哪个领域和NO无关^[1] 。本文就一氧化氮合酶与心血管系统的疾病方面的相关研究作一简要综述。

    1、一氧化氮合酶和高血压

    早在1987年，美国Ignarro IJ等^[2]和英国Palmer RM 等^[3]同时独立报道了内源性舒张因子（EDRF）的化学结构就是NO。两个研究得出相同的结果，使这一结论更为人信服。动物及人体试验均表明，高血压存在不同程度的内皮细胞功能障碍，具体表现在乙酰胆碱（Ach）等扩血管物质引发的内皮依赖性血管舒张能力下降，其中L-Arg-NO通路的功能低下，NO 合成不足具有重要作用^[4] 。随后，Murad F^[5]的报道指出，EDRF可能不仅仅是NO一种物质，它可以是能释放NO的复合物。目前认为EDRF可能是NO加上一个或多个高度不稳定的亚硝基硫醇基。高血压病为多因素起病，何种因素起主导作用目前尚不十分确定；但许多研究证实，NO是平衡交感神经和肾素一血管紧张素收缩血管的内源性血管舒张物质。基础状态下动脉血管内皮能释放NO，研究认为这种释放与血流对血管内皮细胞的切应力（shear-stress）有关，通过内皮细胞的机构压力感受器激活eNOS，促进NO释放，产生血管舒张，调节血压、血流量和流速作用。eNOS在生理条件下可表达，内皮细胞可合成、释放NO，激活血管平滑肌内的鸟苷酸环化酶（GC），使eGMP浓度升高，游离钙的浓度降低，血管舒张；使外周阻力血管维持正常舒张状态，稳定血压。当各种因素引起内皮细胞受损，NO合成与释放发生障碍，内皮依赖性血管扩张能力减弱，可引起血压升高。有高血压病家族史子女在血压未增高之前已存在内皮依赖的血管舒张功能异常，提示内皮功能受损可能是高血压病的病因之一；在高血压病的患者中，由于内皮细胞eNOS活性降低，NO合成减少，反过来又加速了高血压的发生发展。此外，研究表明eNOS的基因多态性可能影响对应编码的eNOS活性，进而使NO合成减少，外周阻力增加，导致血压升高^[6] 。通过eNOS基因转导技术增加NO产生能够抑制寒冷诱导的高血压，表明增加eNOS的表达可减少高血压的发生^[7] 。有研究发现，在自发性高血压大鼠（SHR）的颈总动脉、脑底动脉环（Willis环）和脑微血管eNOS蛋白和mRNA表达减少，iNOS蛋白和mRNA表达增加^[8] 。高血压时iNOS表达及活性增加，但其增加的确切机制尚不清。另有研究发现，在高血压前期，SHR大鼠nNOS活性及NO下降；高血压形成后，下丘脑及脑干内nNOS活性增加。这提示，高血压前期皮质和脑干nNOS活性减弱在高血压的发病中起了重要作用，血压升高后nNOs活性增加可能是对压高血压的保护性反应，脑内nNOS活性减弱可能参与高血压的发病^[9] 。

    2、一氧化氮合酶和动脉粥样硬化（AS）和冠心病（CAD）

    在与AS和CAD 的关系中，关于iNOS和eNOS的调节作用研究的较多，就iNOS与AS关系的研究有不完全相同的结果。Morishita R等^[10]研究发现，NO可促进血管平滑肌细胞（VSMC）的凋亡，减少平滑肌的生成，抑制血管重构，减轻动脉硬化。当血管内壁受损时，NO生成减少，平滑肌可异常增生，导致管腔变窄，血栓形成，斑块破裂等一系列病理变化；进而，加速动脉硬化的进程。Ihrig M等^[11]对iNOS基因敲除小鼠的研究表明：同野生型小鼠相比，敲除小鼠血清胆固醇水平以及粥样斑块的发生率反而增加；这可能与NO 的长期增加抑制了新生内膜的增生、炎症细胞的浸润和新生内膜平滑肌细胞的聚集，从而对抗了过量NO的细胞毒作用有关。eNOS基因与AS的关系的研究中，Colombo MG等^[12]通过对201例冠脉造影诊断冠心病的患者和114位对照者研究发现，eNOS的Asp/Asp基因型携带者患冠心病的危险性增加，而且eNOS基因Glu298-Asp变异与狭窄血管枝数和Duke评分有关联性，Asp/Asp基因型者多为多支多处病变，而Glu/Glu基因型和Glu/Asp则多为单支；认为eNOS基因Glu298→Asp多态性与冠心病的存在和严重程度有关。当eNOS活性降低时，NO产生减少，血小板易于黏附聚集，并释放一些活性物质，使血管收缩，动脉内血栓形成。进一步研究表明，对动脉粥样硬化家兔进行eNOS转基因处理后，7 d后动脉粥样硬化病变消退^[13] 。总之，在AS的斑块及血栓形成的研究中，血小板来源的NO减少导致血小板聚集和活化，是重要的致病因素之一^[14] 。

    3、一氧化氦合酶和心肌缺血一再灌注损伤（MR/I）

    目前认为NO在MR/I过程中具有双重作用，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。血管内皮细胞的eNOS催化生成的NO通过弥散作用进入血管平滑肌和血流，以旁分泌方式作用于VSMC，是一种保护作用。iNOS催化生成的NO可发生快速氧反应生成氧自由基，以自分泌方式作用于心肌细胞，氧化应激反应敏感性的增加可能是iNOS激活产生的NO加重了心肌细胞的损伤。Kumaru U等^[15]的研究发现MR/I时，NO产生受损，心肌损伤、梗死面积扩大，如给予外源性NO供体SNAP，心肌损伤、梗死的范围可得以缩小和逆转。Bendall JK等^[16]的研究认为，心肌缺血伴随有0₂^2-大量生成，NO与O₂、0₂^2-反应生成ONOO^-，ONOO^-的强氧化作用造成细胞脂质过氧化，蛋白质酪氨酸硝基化、巯基氧化等，从而导致NO的生物利用率和保护作用下降。在新近的报道中，Gok S等^[17]提出了NO-cGMP-PKG-mi-toKATP轴的概念，认为NO的保护心肌作用主要通过该轴实现。

    4、一氧化氮合酶和血管成形术后再狭窄

    血管成形术及经皮冠状动脉成形支架植入术（PTCA）时血管内皮细胞的损伤不可避免。受损的内皮细胞分泌NO和PGI 减少，炎症细胞浸润，裸露部位血小板黏附、聚集。由血小板、单核细胞、巨噬细胞等活性因子释放促生长因子等，进而VSMC在内皮缺失的部位移行和过度增殖并能分泌细胞外基质蛋白导致血管内膜重构，从而导致血管再狭窄的发生^[18] 。为寻求解决再狭窄的方法，Von Der Thusen JH等^[19]对ApoE基因敲除的小鼠施行导丝血管成形术造成血管再狭窄模型，再使用腺病毒作为载体将eNOS基因导入损伤血管节段，对照组只导人腺病毒。结果显示eNOS基因转导组内膜增生得到明显抑制，血管腔面积增大，血管狭窄程度降低。FishbeinI等^[20]用转染有iNOs基因的腺病毒结合到金属支架表面，将支架置人大鼠颈动脉16 d后，新生内膜面积、内膜/中层面积比以及管腔再狭窄百分比均显著下降。血管局部转染eNOS或iNOS的cDNA为血管成形术后再狭的预防与控制提供了一种有效的新手段，可能发展成为预防PTCA术后再狭窄一种潜在的新方法。

    5、一氧化氮合酶与心力衰竭（HF）

    研究表明，生理浓度的浓度NO能增加心肌收缩力，而过高浓度NO则抑制心肌收缩；进一步的研究表明，iNOS、eNOS和nNOS在心脏内均有表达，在生理情况下和HF的发病过程中，不同的NOS的活性及其表达的不同，其对应催生的NO对HF所起的作用也不尽相同。Horinaka S等^[21]研究表明，iNOS表达与HF收缩功能恶化有关。iNOS来源的大量NO在左室从代偿性肥厚发展为心衰过程中发挥了重要作用，是心脏重构的重要因素之一，促进心衰的发生和发展。当心力衰竭时，病人的氧化应激状态导致心脏iN0S的活性和表达增加，合成过多的NO，产生含过氧亚硝基的代谢产物，引起心肌收缩功能障碍的进一步加重^[22] 。eNOS来源的NO在HF中发挥有益作用，当心衰时，eNOS表达减少，其催化生成的NO下降，NO依赖的冠状动脉舒张功能受损，促进了心功能不全的恶化。Janssens S等^[23]通过结扎小鼠冠状动脉制造心肌梗死模型，对心脏特异性eNOS转基因小鼠和野生型小鼠心肌梗死后左室重构进行对比；结果显示，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。Yetik-Anacak G和Catravas JD^[1]报道显示给予HF患者口服L-Arg后，患者的症状可以明显缓解。检测发现，受试者的血浆中内皮缩血管肽浓度下降，N0的浓度升高，说明体内NO浓度增高，可以通过cGMP途径抑制内皮缩血管肽的产生，进而抑制其缩血管的作用，缓解心衰的症状。nNOS在心脏中主要表达于心房肌、冠状动脉和心脏的传导系统，在心衰中的活性和表达研究相对较少，作用还不十分清楚。

    6、结语

    NO作为心血管系统的主要信使分子，参与许多病理生理过程的调节。在当年为Robert F.Furchgott等颁奖时，Sten Lindahl教授曾致辞评价：“有关NO作为心血管系统信号分子的发现，不仅揭示了硝酸甘油等血管舒张药物的作用机理，而且将为诸多疾病的诊断和治疗开辟广阔的前景”。随着对NO和NOs的进一步研究，相信在不远的将来，通过对NO和NOS的干预将成为心血管系统疾病的诊断和治疗新方法。

    参考文献（略）

    文章来源：《医学临床研究》2010年2月第27卷第2期