NO的合成和NO的血管效應(yīng)

于 翔 李 珍 王海亮 周及彤 張 維 魏 健 徐永強 劉 軍

(吉林大學第二臨床醫(yī)院神經(jīng)外科，吉林 長春 130041)

一氧化氮(NO)是通過激活內(nèi)皮型NO合酶(eNOS)進行調(diào)節(jié)的，是對內(nèi)皮細胞中胞漿鈣離子濃度增加反應(yīng)的產(chǎn)物;鈣離子與鈣調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合以后激活eNOS。實驗已經(jīng)證明鈣離子中載體A23187可以導致內(nèi)皮細胞鈣離子濃度的增加，隨后血管平滑肌細胞鈣離子濃度減少〔1〕。有趣的是，這些效應(yīng)在高血壓鼠的腎動脈比正常血壓鼠腎動脈要低。在幾種心血管疾病中，如高血壓發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮功能失調(diào)可以導致NO缺失。NO已經(jīng)作為血管舒張藥物用于促進血管舒張治療。這是因為通過激活可溶型鳥氨酸活化酶(sGC)，NO可以保持血管張力，從而調(diào)節(jié)血流與血管壓力〔2〕。NO的持續(xù)產(chǎn)生和釋放在血管的自我平衡中起著重要的作用。近十年來一直認為NO信號是短暫的，是血紅素快速反應(yīng)的結(jié)果，這對于理解在循環(huán)中貯藏NO是如何作用的存在一定難度。然而NO的生物作用在血中是持續(xù)的，NO能夠與其他復(fù)合物結(jié)合，因此能夠保持它的生物活性。這有助于解釋NO是如何作用于遠處而發(fā)生全身效應(yīng)的。

1 NO的合成

NO的合成是通過NOS的激活而產(chǎn)生的。第一個亞型是血管eNOS，在內(nèi)皮細胞中大量存在，并且是參與血管舒張的最重要的亞型。內(nèi)皮細胞在合成和釋放收縮和舒張因子方面起著重要的作用。主要的血管舒張因子包括NO，前列腺素I2(PGI2)和內(nèi)皮源性超極化因子(EDHF)。在內(nèi)皮細胞產(chǎn)生的調(diào)節(jié)因子中，NO被認為是參與血管舒張及自我平衡最重要的生理分子。eNOS和神經(jīng)型NOS(nNOS)是在生理調(diào)節(jié)下產(chǎn)生的，而誘導性NOS(iNOS or NOS3)是在病理生理條件下產(chǎn)生的。

1980年，F(xiàn)urchgott等〔3〕報道用乙酰膽堿只能刺激內(nèi)皮完整的兔主動脈舒張;相反，乙酰膽堿對剝除內(nèi)皮的兔主動脈沒有舒張作用，認為是EDRF導致的。第一次證明了乙酰膽堿對兔主動脈舒張和其他血管的作用是需要內(nèi)皮細胞的存在。乙酰膽堿激活內(nèi)皮細胞毒蕈堿M3受體，隨后釋放EDRF，從而導致血管平滑肌細胞的舒張。事實上，這些發(fā)現(xiàn)代表了血管生物學和血管舒張進展的一種新領(lǐng)域。此后的研究證實EDRF的本質(zhì)實際上是NO的化學結(jié)合形式。

2 NO的作用機制

NO的各種作用都依賴于NO和NO衍生物之間的協(xié)同作用。其作用機制為NO與sGC金屬中心亞鐵血紅素結(jié)合，從而激活了sGC的活性。即，NO與sGC β1輔基部位的鐵結(jié)合，因此誘導了構(gòu)象的改變，激活了sGC，從而提高了cGMP的產(chǎn)物和cGMP-依賴的血管行。NO-sGC-cGMP信號轉(zhuǎn)導通路調(diào)節(jié)各血管功能之間的舒張。

1977年，Mittal等〔4〕報道了亞硝酸根離子、硝化甘油、硝普鈉或NO在各組織的sGC活性。脒基環(huán)化酶促進了GTP生成cGMP。這些結(jié)果也說明了部分純化的鼠肝臟sGC過氧化物離子的形成，指出過氧化物離子和H2O2提供了羥基，能夠激活脒基酶。這種激活機制能夠解釋氧化組織的脒基酶活性轉(zhuǎn)變和cGMP產(chǎn)物的生成。這個機制也允許改變氧化還原作用或者自由基結(jié)構(gòu)時引起cGMP產(chǎn)物的生理調(diào)節(jié)，從而導致激素和其他生理性物質(zhì)的反應(yīng)。

3 NO與高血壓和內(nèi)皮功能失調(diào)

阻力血管是在大動脈和毛細血管之間發(fā)生血壓下降的血管聚集。雖然很難定位它們的準確解剖結(jié)構(gòu)〔5〕，但是一般認為是圍繞小動脈和微動脈的血管，直徑在15～300 μm。雖然所有的血管在某些程度上必然構(gòu)成血管床阻力，但是一般認為小動脈阻力血管表現(xiàn)為最大的阻力，最大程度的參與調(diào)節(jié)血流和血管壓力。在許多病理情況下，尤其是高血壓，阻力血管在疾病的起源上起著重要的作用，很多作者已經(jīng)證明了阻力血管的異常情況可能是這些過程的初始原因。

高血壓通常與內(nèi)皮依賴性的血管舒張受損有關(guān)。乙酰膽堿誘導的血管舒張在遺傳和實驗性高血壓嚙齒目動物模型血管的作用是遲鈍的，包括自發(fā)性高血壓(SHR)，去氧皮質(zhì)酮醋酸鹽誘導的高血壓(DOCA)，腎血管性的高血壓，灌注血管緊張素導致的高血壓(ANG)小鼠。因此，乙酰膽堿誘導在各種高血壓小鼠小腸系膜動脈血管舒張中沒有發(fā)生變化和受損，像DOCA salt，SHR，和ANG小鼠模型。但是，在阻力血管和容量血管中NO生物利用度可能有所不同〔6〕。有研究報道乙酰膽堿誘導的血管舒張在血壓正常和高血壓動物相似〔7〕。乙酰膽堿誘導的血管舒張在腎血管性〔8〕和DOCA-salt〔9〕高血壓小鼠的小腸系膜動脈沒有變化。相反，Liu等發(fā)現(xiàn)乙酰膽堿誘導的血管舒張在SHR比血壓正常小鼠的小腸系膜動脈的作用弱。Kang等發(fā)現(xiàn)在注射血管緊張素II誘導的高血壓小鼠的小腸系膜中，乙酰膽堿誘導的血管舒張作用更弱。

最近，已經(jīng)報道乙酰膽堿推動了內(nèi)皮細胞〔10〕和血管平滑肌〔11〕細胞膜穴樣內(nèi)陷，從而導致了血管舒張。在內(nèi)皮細胞中含有豐富的細胞膜穴樣內(nèi)陷，與小窩蛋白-1一起調(diào)節(jié)eNOS和NO的產(chǎn)生〔12〕。由于NO調(diào)節(jié)的內(nèi)皮細胞誘導的血管舒張被破壞，因此細胞膜穴樣內(nèi)陷中斷的作用與內(nèi)皮功能失調(diào)作用一致。許多研究證明急性NOS抑制促進了實驗鼠高血壓，部分可以被L-精氨酸(L-NAME)，NOS作用物的急性注入而轉(zhuǎn)變，而D-NAME沒有此作用。因此，慢性NOS和NOS作用物類似物L-NAME的阻礙可以誘導形成連續(xù)動脈高血壓的模型，LNAME是一種非選擇性eNOS抑制劑〔13〕。在活體注入L-NAME可以減少動脈壓力和外周血管阻力。慢性eNOS的抑制可以導致內(nèi)皮功能失調(diào)。這個模型清楚的證明了NO的缺乏能夠促成高血壓。某種程度上，減少NO的生物利用度是心血管疾病治療的一種治療目標。Bernátová等〔14〕報道注入L-NAME或者各種抗高血壓藥物可以逆轉(zhuǎn)NO的不足。

4 NO對靜脈血管張力的調(diào)節(jié)作用

相比動脈來說，靜脈在血管緊張性調(diào)節(jié)中的作用關(guān)注較少。然而，2/3的循環(huán)血量是由靜脈供給的。靜脈和小靜脈作為一種可調(diào)節(jié)的容量器官，在安靜和運動時將血液回心或者離心。靜脈系統(tǒng)儲存70%的血量，大約四分之三的血量存在于小靜脈和微靜脈。在心血管調(diào)節(jié)過程中，這些心血管系統(tǒng)的靜脈可以作為一種血液貯存器，維持適當?shù)幕匦难?。小靜脈毋庸置疑在循環(huán)系統(tǒng)中是最重要的血液貯存器。相比動脈，靜脈管壁薄，順應(yīng)性大，并且靜脈瓣能夠阻止血液倒流。靜脈的主要組成是平滑肌、纖維膠原蛋白和彈性蛋白。肌肉纖維主要負責收縮，而膠原蛋白和彈性纖維說明了血管的被動性或者黏彈性質(zhì)。靜脈有大量的膠原蛋白，但是彈性蛋白和平滑肌比動脈要少。靜脈系統(tǒng)是身體首要的容量區(qū)域，它的容量改變影響靜脈回流和心排血量。靜脈調(diào)節(jié)以及靜脈血回流的調(diào)節(jié)還不是十分清楚。身體舒縮的調(diào)節(jié)由靜脈順應(yīng)性、靜脈阻力和血容量決定的。另一方面，靜脈血回流，也受到心臟和血管因素的控制，包括動脈和靜脈阻力，動脈和靜脈順應(yīng)性，心肌收縮力，心率和血容量〔15〕。此外，身體靜脈調(diào)節(jié)很大方面由心排血量決定。盡管靜脈系統(tǒng)在一氧化碳(CO)和平均動脈血壓的控制方面具有重要性，但是有關(guān)靜脈系統(tǒng)的報道很少。增強周圍靜脈舒縮的調(diào)節(jié)和減少順應(yīng)性從而改變了到小動脈的血量，因此降低了動脈血壓。高血壓患者和實驗動物因為順應(yīng)性降低，其靜脈容量也降低。內(nèi)皮和NO對動脈循環(huán)的重要性已經(jīng)認識到。在動脈循環(huán)中，內(nèi)皮源性的NO釋放受到切應(yīng)力和激動劑的刺激，像乙酰膽堿、可巴卡和緩激肽〔16〕。NO在靜脈中調(diào)節(jié)的作用機制還不是很清楚，在不同的靜脈NO的活性是不一樣的。Vedernikov等〔17〕證明了在頸靜脈、股靜脈和腸系膜靜脈明顯為內(nèi)皮依賴性舒張。然而，這樣的活性在隱靜脈，下腔靜脈并沒有發(fā)現(xiàn)。

最近的研究證明了基礎(chǔ)的NO活性可能與調(diào)節(jié)靜脈張力有關(guān)。在清醒鼠的研究中，L-NMMA的一定劑量引起了依賴性的平均循環(huán)血壓升高，該效應(yīng)可以通過注射L-NAME而改變〔18〕，內(nèi)皮通過一種相似的方式調(diào)節(jié)動脈和靜脈張力。在牛和綿羊的肺血管床中，NO 優(yōu)先調(diào)節(jié)靜脈張力〔19〕。B?ck等〔20〕研究表明乙酰膽堿引出的內(nèi)皮依賴性的舒張在豬的肺靜脈要比動脈效應(yīng)大。動脈和靜脈釋放的NO通過激活sGC，提高了cGMP含量，已經(jīng)證明在豬的肺靜脈和動脈加入NOS抑制劑L-硝基精氨酸(L-NOARG)之后，其基礎(chǔ)張力增加，而吲哚美辛(消炎痛)，通過環(huán)氧化酶單獨抑制前列腺素類產(chǎn)物，并沒有改變血管基礎(chǔ)張力。這些結(jié)果表明在豬肺血管系統(tǒng)，是NO而不是環(huán)氧化酶調(diào)節(jié)基礎(chǔ)張力。豬肺動脈和靜脈之間NO調(diào)節(jié)的不同，是由于靜脈相比動脈釋放NO量較多，而不是兩者對NO或者cGMP的敏感度不同。這個發(fā)現(xiàn)被之前的生物學研究所支持，證明了豬肺靜脈比動脈基礎(chǔ)NO的釋放和NO結(jié)構(gòu)蛋白要多。此外，靜脈比動脈cGMP的代謝要少〔21〕。

NO是近年生物醫(yī)學領(lǐng)域研究的熱點，它作為世界生物醫(yī)學領(lǐng)域的“明星分子”備受關(guān)注，相信通過研究會為血管疾病的治療提供新的領(lǐng)域。

1 Oliveira AP，Lunardi CN，Rodrigues GJ，et al.Relaxation induced by calcium ionophore is impaired in carotid arteries from 2K-1C rats due to failed effect of nitric oxide on the smooth muscle cells〔J〕.Vasc Pharmacol，2009;50(5-6)：153-9.

2 Moncada S，Higgs EA.The discovery of nitric oxide and its role in vascular biology〔J〕.Br J Pharmacol，2006;147(1)：193-201.

3 Furchgott RF，Zawadzki JV.The obligatory role of endothelial cells in the relaxation of arterial smooth muscle by acetylcholine〔J〕.Nature，1980;288(5789)：373-6.

4 Mittal CK，Murad F.Activation of guanylate cyclase by superoxide dismutase and hydroxyl radical：a physiological regulator of guanosine 3'，5'-monophosphate formation〔J〕.Proc Natl Acad Sci U S A，1977;74(8-9)：4360-4.

5 Christensen KL，Mulvany MJ.Location of resistance arteries〔J〕.J Vasc Res，2001;38(1)：1-12.

6 Kang KT，Sullivan JC，Sasser JM，et al.Novel nitric oxide synthase-dependent mechanism of vasorelaxation in small arteries from hypertensive rats〔J〕.Hypertension 2007;49(4)：893-901.

7 Liu H，Ledingham JM，Mullaney I，et al.Endothelial function in mesenteric resistance arteries from the genetically hypertensive rat〔J〕.Clin Exp Pharmacol Physiol，2002;29(5-6)：405-11.

8 Christensen FH，Stankevicius E，Hansen T，et al.Flow-and acetylcholineinduced dilatation in small arteries from rats with renovascular hypertension-effect of tempol treatment〔J〕.Eur J Pharmacol，2007;566(1-3)：160-6.

9 White RM，Rivera CO，Davison CB.Differential contribution of endothelial function to vascular reactivity in conduit and resistance arteries from deoxycorticosterone-salt hypertensive rats〔J〕.Hypertension，1996;27(6)：1245-53.

10 Rodrigues GJ，Restini CB，Lunardi CN，et al.Decreased number of caveolae in endothelial cells impairs the relaxation induced by acetylcholine in hypertensive rat aortas〔J〕.Eur J Pharmacol，2010;627：251-7.

11 Rodrigues GJ，Restini CB，Lunardi CN，et al.Caveolae dysfunction contributes to impaired relaxation induced by nitric oxide donor in aorta from renal hypertensive rats〔J〕.J Pharmacol Exp Ther，2007;323(3)：831-7.

12 Voldstedlund M，Vinten J，Tranum-Jensen J.cav-p60 expression in rat muscle tissues.Distribution of caveolar proteins〔J〕.Cell Tissue Res，2001;306(2)：265-76.

13 Ribeiro MO，Antunes E，de Nucci G，et al.Chronic inhibition of nitric oxide synthesis.A new model of arterial hypertension〔J〕.Hypertension，1992;20(3)：298-303.

14 Bernátová I，Pechanova O，Babal P，et al.Wine polyphenols improve cardiovascular remodeling and vascular function in NO-deficient hypertension〔J〕.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2002;282：942-8.

15 Greenway CV，Lautt WW.Blood volume，the venous system，preload，and cardiac output〔J〕.Can J Physiol Pharmacol，1986;64(4)：383-7.

16 Szasz T，Thompson JM，Watts SW.A comparison of reactive oxygen species metabolism in the rat aorta and vena cava：focus on xanthine oxidase〔J〕.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2008;295(3)：1341-50.

17 Vedernikov YP，Graser T，Tiedt N，et al.Heterogeneity of the response of venous smooth muscle to arterial endothelium-derived relaxing factor(EDRF)in respect of the role of nitric oxide〔J〕.Basic Res Cardiol，1988;83(2)：122-7.

18 Glick MR，Gehman JD，Gascho JA.Endothelium-derived nitric oxide reduces baseline venous tone in awake instrumented rats〔J〕.Am J Physiol，1993;265(1-2)：47-51.

19 Ignarro LJ，Byrns RE，Wood KS.Endothelium-dependent modulation of cGMP levels and intrinsic smooth muscle tone in isolated bovine intrapulmonary artery and vein〔J〕.Circ Res，1987;60(1)：82-92.

20 B?ck M，Norel X，Walch L，et al.Antagonist resistant contractions of the porcine pulmonary artery by cysteinyl-leukotrienes〔J〕.Eur J Pharmacol，2000;401(3)：381-8.

21 Bina S，Hart JL，Sei Y，et al.Factors contributing to differences in the regulation of cGMP in isolated porcine pulmonary vessels〔J〕.Eur J Pharmacol，1998;351(2)：253-60.