一氧化氮与心血管疾病

一氧化氮与心血管疾病

氧气氮（no）是一种大气污染物。它是由吸入性呼吸、蒸汽和垃圾燃烧产生的有害气体组成的。它可能会破坏臭氧层，导致酸雨，甚至致命疾病。作为一种化学物质，它被广泛应用于战争。然而，这种最常见、最简单的noi在动物和人类等等动物中具有许多难以理解的生理和病理生物作用，形成了一个独立的学科。研究和开发了几种no工具药物，并根据no机学研究开发了治疗阳光炎的药物“viga”。由于美国82岁的约翰f.福rc霍珀尔获得了1998年诺格科学奖，并赞扬了它的创造性。它还建立了一个新概念的生物系统信号转导原理：细胞产生的气体信号可以通过细胞调节其他细胞的功能。1no的生物合成NO是一种含不成对电子的简单气体分子,具有易扩散、反应性强、性质活泼而很不稳定,生物半衰期很短(约3—5s)等特性.NO具有许多神经递质的特性,但也有其自身的特性,因而被一些采取高精技术寻找更为复杂生物分子的科学家忽略.哺乳动物体内许多组织细胞可产生NO,如内皮细胞、神经细胞、巨噬细胞、嗜中性粒细胞和血小板等,其靶细胞也多种多样.NO的生物合成与组织细胞含有一氧化氮合酶(Nitricoxidesynthases,NOS)有关,NO由细胞内左型-精氨酸(L-Arginie,L-Arg)经NOS作用合成.由于不同种类细胞中NOS的种类有差别,其细胞合成机制及产生NO的量上也有着本质的区别.在生理状态下,L-Arg作为前体物质在细胞内原生型NOS(ConstitutiveNOS,cNOS)作用下,以L-Arg为底物,经氧化,脱氢,裂解,水解等反应最终生成低浓度的NO和L-瓜氨酸(L-Citrulline,L-Cit),NO主要发挥细胞信号转导功能及其他功能,而L-cit再通过精氨酸代琥珀酸(Argino-succinate,AS),重新合成L-Arg.在病理状态下,通过免疫学,炎症刺激激活诱生型NOS(InducidleNOS,iNOS)表达和促进NO持续大量释放,由此途径产生的NO往往表现为细胞毒(Cytotoxic)作用.2汉字前脑后神经型nos,在cre-9-10NOS是一个同功酶,各组织细胞中此酶活性有所不同,其氨基酸组成和性质也有区别,一些NOS的亚型已经存在,属裂合酶类(Lyases).两种属原生型或结构型NOS(ConstitutiveNOS,cNOS),一种是可被免疫学刺激所诱导产生的诱生型NOS(inducibleNOS,iNOS).最初在血管内皮细胞中发现的cNOS的亚型被命名为内皮型NOS(endthelialNOS,eNOS).亚细胞定位于细胞膜≫细胞液,人类eNOS基因定位于7q35-7q36,分子量133KD,作用后生成低浓度NO.大鼠小脑上的此酶已被纯化,其分子量为150KD且已克隆成功,它与细胞色素P450有相似的氨基酸序列,是一种与细胞色素P450还原酶相似的含有亚铁血红蛋白的合酶.eNOS对Ca2+有依赖性,该酶有NADPH、FAD、FMN和钙调蛋白的结合位点及磷酸化位点,表明该酶由多种因子调节.eNOS不仅存在于血管内皮细胞,也存在于血小板及大脑的某些神经核团,含量以小脑和嗅球最高;在持续的刺激作用下可诱导产生eNOS.在怀孕期间,也可诱导产生eNOS.在脑、脊髓和外周神经系统中发现的被称为神经元型NOS(neuronalNOS,nNOS).亚细胞定位大概于细胞液,人类nNOS基因定位于12q24.2,分子量133KD,作用后生成低浓度NO.对Ca2+有依赖性,也受与eNOS相同的多种因子调节,在支气管和气管的上皮,骨骼肌中也发现了nNOS.由免疫学、炎症刺激所诱导产生的称之为诱生型NOS(inducibleNOS,iNOS).亚细胞定位于细胞液≫细胞膜,人类iNOS基因定位于17cen-17q11.2,分子量为131KD,作用后生成大量的NO,为非钙依赖性,该酶受基因表达,尤其是巨噬细胞和中性粒细胞对内毒素和/或不同的细胞因子反应过程中激活诱导,可表达大量iNOS,产生大量NO;另外,在持续的刺激作用下,在怀孕期间可诱导产生iNOS,在人支气管和某些胎儿组织中似乎普遍存在iNOS.一氧化氮合酶抑制剂(Nitricoxidesynthasesinhibitor)是一些精氨酸类似物,多用来研究NOS-NO通路的生理和生化功能;另外通过影响NOS活性,限制NO的细胞毒作用.目前常用的有:①Lω-单甲基-精氨酸(N-monomethyl-L-arginine,L-NMMA);②L-硝基-精氨酸(Nω-nitro-L-arginine,L-NA);③L-氨基-精氨酸(Nω-amino-L-arginine,L-NAA);④7-硝基-吲哚(7-nitroindazole,7-NI);⑤氨基胍(Aminoguanidine);⑥L-刀豆氨酸(L-Canavanine);⑦不对称性L-双甲基-精氨酸(N-N-climethyl-L-arginine,L-ADMA);⑧对称性L-双甲基-精氨酸(N-N-dimethyl-L-arginie,L-SDMA).以上NOS抑制剂对nNOS、eNOS、和iNOS的抑制作用各有侧重且缺乏选择性,但7-NI对nNOS表现明显的特异性.现在研究得知亚硝基类的血管舒张剂的临床效应是来源于其释放NO的能力,因此,这类药物被命名为“NO供体”.常见的有:①硝酸甘油(GTN);②亚硝基氰化钠盐或硝普钠(SNP);③S-亚硝基-L-半胱氨酸(CysNO);④S-亚硝基谷胱甘肽(GSNO);⑤S-亚硝基-N-乙酰基-L-半胱氨酸(N-ac-CgsNO);⑥S-亚硝酸-N-乙酰基-DL-青霉素胺(SNAP);⑦斯诺普利(CapNO);⑧吗啡-斯德酮亚胺(SIN-1).2no、心理方面的作用NO是神经元间信息沟通的传递物质,但其作用方式不同于经典生物活性物质或神经递质,即通过与细胞膜或细胞内特异性受体结合,经过细胞内特定细胞信号转导途径引起细胞产生功能变化.在神经系统、血管平滑肌和胃肠道等,NO均是通过激活可溶性鸟苷酸环化酶,使cGMP浓度升高而发挥出生物效应.如神经系统中NO既不贮存于突触小泡中,也不以胞吐方式释放,而是靠其脂溶性细胞内、细胞间游弋,通过化学/自由基(freeradical)反应发挥作用并灭活.硝基化物、乙酰胆碱、缓激肽和外源性“NO供体”等都是作用于血管内皮细胞,使其释放NO,通过升高环鸟苷酸(cGMP)水平,使血管平滑肌松弛而达到降压效果.此外,NO可通过刺激生成cGMP来抑制其血小板聚集和粘附,起抗血栓作用.在巨噬细胞上产生的NO,对微生物和肿瘤细胞有抑制其生长的毒副作用.此外,海马中的N-甲基-D门冬氨酸(NMDA)受体激活也可能通过促进cGMP的产生,其可能存在的机理是:从突触前膜部释放的兴奋性氨基酸(如Glu)结合到突触后膜的NMDA受体或其他受体上,引起膜的去极和紧接着的Ca2+内流.Ca2+结合钙调蛋白,激活NOS,催化L-Arg氧化产生NO和瓜氨酸,NO以自由扩散方式通过细胞膜,并激活邻近突触前和突触后部位的可溶性鸟苷酸环化酶,产生cGMP,即通过NMDA受体-NO-cGNP通路,对与学习记忆有关的海马长时程增强效应(Long-termpotentiation,LTP)和突触可塑性产生很大影响.由于NO的关键功能是刺激cGMP生成,那么cGMP又通过什么机制发挥功能?就目前来看至少有三个方面的机制:①通过调节离子通道;②作用于cGMP依赖性蛋白激酶;③通过cGMP激活或抑制的磷酸二酯酶,改变cAMP含量发挥作用.NO的细胞毒作用机制不太清楚,但一般认为过氧化亚硝基阴离子(peroxynitriteanion,ONOO-)是NO和氧自由基(O⋅−22⋅-)引起细胞毒作用的主要中介物质.在内毒素、细胞因子等刺激下iNOS基因表达增加,生成的大量NO与O⋅−22⋅-迅速结合形成ONOO-,它再分解产生毒性很大的自由基(OH-.、NO-2)发挥氧化作用.但目前更多的认识倾向于ONOO-的机制,它作为强氧化剂,可作用于许多酶和蛋白质使其氧化失活、与脂质发生反应导致脂质过氧化,与核酸作用引起DNA裂解,作用于细胞的呼吸器官线粒体,影响其能量代谢,产生细胞毒作用,使细胞的机能、代谢障碍及能量耗竭,导致细胞损伤或死亡.但在正常情况下NO以生理作用为主时,ONOO-能够刺激cGMP生成,降低NO过多造成的细胞毒性作用而参与机体的调整和防护作用.4no的生物活性及意义NO在生物体的功能和应用方面显得尤为突出,是目前医学研究的热点之一.主要表现在以下几个方面:1)神经系统:神经细胞产生的NO,作为一种非经典“气体性”信使分子,能迅速向各个方向传递,并激活附近的细胞,完成细胞间的信息传递功能,又可能参与多种神经系统疾病的病理过程.在神经系统中,目前将传递功能取决于释放NO或其传递机制需要NO介导的神经纤维叫氮能神经.属于此神经的主要在外周有植物神经丛,如肾上腺髓质中的神经节细胞与嗜铬细胞接触的神经纤维、小肠的肠肌丛的胞体和神经纤维、视网膜中支配色素上皮和脉络膜血管的自主神经以及非肾上腺素能非胆碱能(NANC)神经.刺激这些神经后有NO释放,应用能直接释放NO的药物硝普钠所产生的效应同刺激这些神经所引起的效应相同,使用NOS抑制剂可阻断这些神经所引起的舒张反应.例如,阴茎动脉上的舒血管神经合成的NO作为神经递质可使血管扩张,阴茎海绵体舒张.美国辉瑞公司生产的“伟哥”,其作用就是依据其机制的.NO在中枢神经系统的突触可塑性中起重要作用.海马突触活动的长时程增强效应(Long-termpotentiation,LTP),是一种神经原学习及记忆机制的模式,“NO供体”SNP能产生类似LTP的现象,而NOS抑制剂能阻断LTP,这一效应还可被高浓度L-Arg所翻转,因而认为LTP的生成需要NO参与.LTP是强直刺激后的突触传导增强现象,在学习与记忆过程中,新的突触联系的建立需要LTP的易化,介导突触前、后相互作用并诱导LTP需要一个逆向弥散性信号,这信号就是NO.此外,NO对视觉的适应调节、嗅觉的气味区分及痛觉的信号传递过程起一定的调控作用.NO过量产生或病理性刺激时可导致神经毒性.神经损伤可诱导iNOS表达和促进NO过量释放,NOS抑制剂在CNS缺血、创伤、感染和退行性疾病中具有明显的神经保护作用,而NOS神经元又能抵抗损伤.由此可见,对这一作用的深入研究,对寻找新药来控制这些疾病具有潜在的治疗价值.2)心血管系统:血管内皮细胞产生的NO是心血管系统最关键的信号分子,它通过细胞膜迅速传递到心血管平滑肌细胞,使血管扩张,从而调节血压和血流分布,调节脑血流量,并防止血栓的形成.物理性刺激如切应力,化学性刺激如Ca2+导入剂A23187、受体激动剂Ach、缓激肽、P-物质、组胺、5-HT、血管紧张素、凝血酶、ADP等激动受体引起Ca2+内流增加而激活NOS,产生NO来对抗缩血管物质去甲肾上腺素等的缩血管作用,调节血压与器官的灌流,且SOD能增强NO的作用.NO对胶原、ADP、凝血酶诱导的血小板聚集均有对抗作用,可被NOS抑制剂L-NMMA所减弱,被PGI、SOD增强.NO也可抑制血小板的白细胞在血管内皮上的粘附,以防止血栓形成.当高血压病人血管内皮损伤时,会使内皮细胞生成NO的能力下降,血管舒缩失去平衡,此时可用外源性硝酸甘油予以补充,并阻止动脉粥样硬化的形成.依据此原理,目前在开发的研制选择性心脏和血管药物方面有望得到突破.3)休克:炎症时白细胞(如巨噬细胞)产生过量的NO具有细胞毒作用,可杀死入侵的细菌、寄生虫和恶性肿瘤,同时可损伤正常组织(如胰岛正常细胞)参与机体自身免疫.中毒性休克时,细菌感染能够导致败血症和有效循环血容量不定,在这一过程中,NO起着不良的作用,因为白细胞与细菌产物结合,产生大量NO,引起血管扩张,血压下降,加重休克.故在休克病人重症监护治疗中应用NOS抑制剂是非常有用的.一些研究提示,NO还介导脂多糖,肿瘤坏死因子、IL-1等细胞因子的病理作用,抑制T细胞增值,提高NK细胞活性,显示NO与机体免疫功能有关.4)肺:临床实践吸入NO可降低肺动脉高压,可减轻高原肺水肿.某些重症病人吸入NO治疗取得良好效