一氧化氮的神经毒性

一氧化氮的神经毒性

1987年，发现仔猪细胞中含有内源性氮的内源性氮（niticoxyde，no）。此后,人们对NO在全身各系统的病理生理作用进行了深入的研究。在中枢神经系统(CNS)中,NO是一种高扩散、短寿命的生物信使分子,参与脑内许多生理过程,如:脑组织发育过程中突触的发生,与学习、记忆有关的突触可塑性及脑血流量的调节。但过量的NO还表现出细胞毒性,可引起神经损伤,介导神经系统变性的病理过程。本文就NO在帕金森病(PD)发病机理中的作用作一综述。1nos,no就其合成在CNS中存在着左旋-精氨酸(L-Arg)-NO途径。L-Arg与O2在一氧化氮合酶(NOS)作用下生成NO和瓜氨酸,瓜氨酸合并一个NH3后又转化为L-Arg。这一系列变化构成了L-Arg及瓜氨酸循环。此过程中,由辅助因子还原型辅酶Ⅱ(NADPH)提供电子,黄素核苷(FMN)、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、四氢生物喋呤(BH4)和铁原子传递电子。NO并不象经典的神经递质储存在突触的囊泡中并通过膜去极化的出胞作用释放,NO的合成取决于神经元性NOS(nNOS)的量。NO能从一个神经元弥散到另一个神经元,对细胞间成分直接发挥作用。NO与某一底物作用后就失效了。因NO含有一个未成对的电子,表现出极其活跃的生物化学性质,能与各种能接纳或提供单电子的物质共轭结合。目前已有三种特异的NOS被纯化、克隆:神经元性NOS(nNOS),内皮细胞性NOS(eNOS),巨噬细胞性NOS(mNOS)。nNOS和eNOS均属于结构型NOS(cNOS),它在生理情况下即有活性,在细胞内钙增加时可进一步活化,可以脉冲式少量释放出NO。mNOS为非Ca2+依赖性的和诱导型的NOS(iNOS),在某些病理情况下可经诱导而大量产生,与NO的持续大量释放有关。2no在pd发病机制中的作用2.1mptp为动物免疫药物的应用PD是一种常见的神经退行性疾病,常见的临床症状有运动障碍,肌僵直,静止性震颤,其典型病理特征为患者中脑黑质的多巴胺(DA)神经元大量死亡。1-甲基-4苯基-1,2,3,6四氢吡啶(MPTP)可导致酪氨酸羟化酶硝基化,使该酶失活,从而导致神经细胞中DA水平下降,神经元死亡,因此,学者们常用MPTP制备PD动物模型。Schulz等把MPTP注入小鼠,同时注入nNOS选择性抑制剂7-硝基吲哚(7-nitroindazole,7-NI),发现7-NI以剂量依赖方式抑制MPTP神经毒性作用。另有研究表明7-NI对狒狒的MPTP神经毒性有完全拮抗作用。Przedborski等把MPTP注入nNOS基因敲除的变异鼠,并与野生鼠比较,发现敲除nNOS基因的小鼠对MPTP的毒性有抵抗力。以上证据支持大量的NO产生使DA能神经元易损性增加的假说,也提示NO至少部分参与了MPTP的神经毒性,在PD的病因学中发挥重要作用。2.2glu、环磷酸鸟苷内镜兴奋性神经毒性作用可能参与PD的发病过程,如果兴奋性氨基酸释放过多或灭活机制受损将对神经细胞产生毒性作用。兴奋性氨基酸有Glu和天冬氨酸。Glu产生兴奋性毒性损害是由于NO生成增多,对神经细胞有直接的杀伤作用。NO在中枢神经系统中介导Glu从突触前膜释放,Glu与突触后膜的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体结合后,钙通道开放,钙离子内流,胞内钙浓度超载并与钙调蛋白结合,从而激活cNOS,引起NO合成增加,NO迅速扩散到相邻的细胞,引起环磷酸鸟苷(cGMP)水平升高而产生生物学效应。升高的cGMP在CNS主要有3个作用途径:①影响膜离子通道;②激活或抑制磷酸二酯酶;③作用于cGMP依赖性蛋白激酶,导致许多蛋白质磷酸化和去磷酸化。由此可见,当NO大量生成时,通过作用于NMDA受体介导Glu的神经毒性作用。2.3氧化ndv后细胞内no-研究认为,NO本身无毒,它所产生的神经毒性多是过氧化亚硝基阴离子(ONOO-)作用的结果。ONOO-等活性氧引发的氧化损伤是NO引起神经损伤的重要途径。NO与超氧阴离子(O2-)相互作用形成ONOO-,后者是一种极其活跃的强氧化剂,它不仅自身有细胞损伤作用,还可与H+形成ONOOH,继而迅速分解成许多毒性代谢产物如羟自由基(OH-)、NO2-和NO3-等。OH-能快速与活细胞内所有分子反应,并有很强的亲和力,导致DNA单链或双链的断裂及脱氧核糖中嘌呤碱基、嘧啶碱基、膜脂质层碳水化合物、蛋白质的化学改变,进一步引起损伤线粒体电子传递系统的一系列反应,对特定的组织器官造成损伤。ONOO-主要通过以下途径在神经退行性疾病中发挥作用:①胶质细胞通过激活细胞因子等诱导产生ONOO-。②神经元细胞可通过以下3种途径产生ONOO-:a.谷氨酸兴奋性递质的释放增加;b.线粒体机能障碍;c.L-精氨酸的耗竭。其中线粒体是细胞内ONOO-的主要来源。ONOO-不仅具有抑制细胞线粒体氧化呼吸链的作用,还可抑制线粒体呼吸链酶的活性,并抑制顺乌头酸酶、肌酸激酶,损伤线粒体膜及线粒体DNA。a、b两种途径生成的ONOO-可直接引起神经元损伤及炎症性反应过程的加剧,而c途径可直接启动PD等神经退行性疾病的病理过程。2.4慢性毒性作用NO抑制多种与线粒体电荷传递系统及柠檬酸循环有关的酶,作用于这些酶共有的催化活动中心,阻止线粒体呼吸链中复合物I的活性,使线粒体呼吸链功能受损,细胞能量衰竭,细胞发生“缓慢去极化”,ATP生成缺乏,导致神经细胞对神经毒作用的敏感性增高,细胞发生变性死亡。这一“缓慢兴奋性毒性作用”被认为是PD等神经变性疾病细胞死亡的机制。研究发现,PD病人黑质线粒体呼吸链中复合物I活性率降低30%~40%,而其他脑区尚未发现复合物I功能损害,表明复合物I活性率降低具有高度的组织选择性。2.5神经元内聚集PD患者脑内黑质中铁含量增高,而且主要分布在黑质的致密部,即神经元变性坏死的部位。铁在黑质DA神经元中聚集,可直接影响DA神经元对变性的敏感性。NO使铁离子从铁蛋白上游离下来,从而与H2O2反应生成毒性更强的羟自由基。然而,其他一些神经变性疾病,如进行性核上性麻痹(PSP)和多系统萎缩(MAS)的黑质含铁量也相应地增多,提示铁含量增高不是PD黑质神经元变性的原因,而是变性的结果。2.6pars抑制剂研究发现硝普钠和Sin-1两种NO供体可激活大鼠脑中多聚ADP-核糖合成酶(PARS)。应用PARS抑制剂可消除NMDA和NO介导的神经毒性。研究认为NO在导致DNA链断裂时,激活PARS,活化后的PARS以NAD+为底物,对受体蛋白进行修饰,最后导致ATP耗竭。因此,NO通过激活PARS,使ATP耗竭,导致细胞损伤甚至死亡。2.7小胶质细胞参与了mptp的活性成分小胶质细胞以及相关的炎症反应在PD等神经退行性疾病形成过程中起重要作用。胶质细胞对神经元起支持、营养作用,对维持神经系统的正常功能具有非常重要的作用。胶质细胞也是中枢神经系统的免疫细胞,在致炎因子的作用下,反应性小胶质细胞可被激活而分泌炎性细胞因子,对神经元有毒性作用。实验发现,细胞因子和内毒素作用于星形细胞、小胶质细胞后,使其表达iNOS产生NO。Dehner等发现在iNOS缺陷的小鼠,MPTP诱导黑质DA能神经元的死亡的作用被抑制,推测由小胶质细胞产生的NO也参与了MPTP神经毒性作用。Liberatore等也发现,注射MPTP后的小鼠黑质纹状体中iNOS上调。大量生成的NO损伤神经细胞线粒体,引发氧化损伤,并诱导细