內(nèi)皮型一氧化氮合酶在心血管疾病中的調(diào)節(jié)作用研究進(jìn)展*

王穎婷 嘎 珍 張林泉 喬 潔 馮雪雯 伏子龍

西藏民族大學(xué)醫(yī)學(xué)部高原低氧與生命健康實(shí)驗(yàn)室，陜西省咸陽市 712000

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，居民生活水平也日益提升，生活方式和飲食隨之發(fā)生變化。與不良生活和飲食習(xí)慣相關(guān)的疾病在人群中的分布形式也發(fā)生變化。心血管疾病患病率及死亡率呈上升趨勢，心血管疾病已成為我國城鄉(xiāng)居民死亡的首要病因[1]。一氧化氮(Nitric oxide，NO)與心血管疾病發(fā)生發(fā)展有著密切的關(guān)系。

1 一氧化氮合酶

NO主要由一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase，NOS)催化L-精氨酸(L-arg)生成或NO供體在體內(nèi)經(jīng)過酶促或非酶促作用生成和釋放。NOS可分為鈣依賴性和非鈣依賴性NOS，前者包括內(nèi)皮型NOS(Endothelial Nitric oxide synthase，eNOS)和神經(jīng)型NOS(nNOS)，后者包括誘導(dǎo)性NOS(iNOS)。

eNOS在調(diào)節(jié)血壓、血管重塑、心肌收縮性及血管新生中有重要的作用，研究證實(shí)心肌細(xì)胞激活eNOS的生理作用是由鳥苷酸環(huán)化酶的激活所引起的，其對心肌細(xì)胞功能的影響依賴于環(huán)鳥苷酸(Cyclic guanosine monophosphate，cGMP)[2-3]。nNOS主要分布于神經(jīng)系統(tǒng)，主要調(diào)節(jié)神經(jīng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，此外在骨骼肌和心肌組織中也有表達(dá)。通過使用nNOS抗體選擇性染色發(fā)現(xiàn)絕大部分nNOS染色分布在心臟的心房肌、沿心外膜的冠狀動(dòng)脈[3]。一般認(rèn)為iNOS在正常心肌細(xì)胞中不表達(dá)，在病理狀態(tài)下，可被脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)和細(xì)胞因子誘導(dǎo)，使心肌細(xì)胞iNOS表達(dá)活化。iNOS與心血管疾病密切相關(guān)，在心臟炎癥時(shí)，如病毒性心肌炎、心肌梗死與心臟移植物排斥等，均證實(shí)在內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、浸潤的巨噬細(xì)胞與淋巴細(xì)胞以及心肌細(xì)胞中有iNOS的存在。

2 NOS與心血管疾病

2.1 eNOS與高血壓 高血壓(Hypertension)是指以體循環(huán)動(dòng)脈血壓(收縮壓和/或舒張壓)增高為主要特征，可伴有心、腦、腎等器官功能或器質(zhì)性損害的臨床綜合征。高血壓是目前我國常見的慢性非傳染性疾病之一，與遺傳因素、年齡、肥胖、日常行為生活方式、精神壓力較大等因素息息相關(guān)?；钚匝?Reactive oxygen species, ROS)過度產(chǎn)生引起的氧化應(yīng)激在高血壓的發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用，過多的ROS會(huì)導(dǎo)致NO生物利用度的降低，且能引起內(nèi)皮功能受損，進(jìn)而導(dǎo)致血管舒張不足和血壓升高，主要表現(xiàn)為血管對內(nèi)皮依賴性血管擴(kuò)張劑和血管收縮的反應(yīng)程度降低，導(dǎo)致循環(huán)血流量和外周血管阻力增加，最終導(dǎo)致高血壓[4]。

高血壓的發(fā)生也與血管內(nèi)皮異常密不可分，而血漿NO的含量減少或活性降低又與后者直接相關(guān)。檢測高血壓大鼠發(fā)現(xiàn)血漿NO含量及eNOS水平顯著降低，同時(shí)使用NOS非特異性抑制劑L-NAME可導(dǎo)致大鼠血壓明顯升高，血漿NO含量及eNOS水平顯著降低，NOS非特異性抑制劑L-NAME還可導(dǎo)致外周血管阻力增加和內(nèi)皮功能障礙，也與血漿NO減少和eNOS表達(dá)的降低有關(guān)。給L-NAME誘導(dǎo)導(dǎo)致高血壓大鼠灌胃葛根[5]可有效升高NO含量及eNOS水平，擴(kuò)張血管發(fā)揮降血壓的作用，或灌胃米糠油及賴諾普利[6]可顯著增加血漿NO水平和 eNOS 表達(dá)，從而增加 NO 生物利用度。

肺動(dòng)脈高壓(Pulmonary Hypertension, PAH)的特征是肺血管阻力增加，右心衰和過早死亡，疾病進(jìn)展過程涉及血管壁重塑、炎癥和肺血管收縮等，年齡<60歲的確診患者5年生存率約為70%，10年生存率約為60%，不同種族或民族的人群存在一定的差異[7]。PAH也與內(nèi)皮功能障礙及缺乏 NO 生物利用度有密切的關(guān)系，因此已經(jīng)有研究者考慮補(bǔ)充NO可能是治療PAH的方式之一。已經(jīng)有研究者發(fā)現(xiàn)短期補(bǔ)充NO，提高NO的生物利用度可改善血管舒張能力、抗炎作用、抑制血小板活化和抑制平滑肌細(xì)胞生長，但也有研究者發(fā)現(xiàn)短期補(bǔ)充外源性NO對PAH癥狀有一定的緩解作用，但NO半衰期短，因此對于長期治療來說不切實(shí)際[8]。因此，將目光轉(zhuǎn)移到內(nèi)源性NO來源的eNOS上，eNOS能夠持續(xù)增加肺動(dòng)脈血管NO的生物利用度。有研究者注射了野百合堿 (Monocrotaline, MCT)，建立嚴(yán)重的肺動(dòng)脈高壓動(dòng)物模型，分離大鼠血液生長內(nèi)皮細(xì)胞(Blood Outgrowth Endothelial Cells， BOEC)進(jìn)行原代培養(yǎng)，并對其進(jìn)行了基因改造，以過度表達(dá)人類 eNOS 加綠色熒光蛋白 (rBOEC/eNOS)。rBOEC/eNOS 組血清和肺NOx升高，心室肥大、肺小動(dòng)脈肌化和肺泡密度降低[9]。

長期高鹽飲食也可導(dǎo)致高血壓的發(fā)生，5%NaCl飼料喂養(yǎng)大鼠16周后與0.5%NaCl飼料喂養(yǎng)相比，高鹽可顯著升高大鼠血壓，主動(dòng)脈eNOS蛋白表達(dá)也顯著降低，可能與長期高鹽飲食導(dǎo)致大鼠RASS系統(tǒng)激活，醛固酮升高引起內(nèi)皮組織損傷，導(dǎo)致eNOS蛋白表達(dá)降低，NO生成減少與血壓升高有關(guān)，且對高鹽所致高血壓大鼠eNOS蛋白表達(dá)與收縮壓進(jìn)行Pearson相關(guān)分析表明，eNOS蛋白表達(dá)與收縮壓呈負(fù)相關(guān)[10-11]。

2.2 eNOS與動(dòng)脈粥樣硬化 動(dòng)脈粥樣硬化是我國心血管疾病的主要構(gòu)成，2019年我國心血管病疾病負(fù)擔(dān)有61%由動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病所致，高血脂、血清低密度脂蛋白(Low-density lipoprotein，LDL)、大氣顆粒物污染及飲酒是動(dòng)脈粥樣硬化的主要危險(xiǎn)因素[12]。動(dòng)脈血管發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化主要是以機(jī)體脂質(zhì)代謝障礙為病變基礎(chǔ)，主要表現(xiàn)為脂質(zhì)和復(fù)合糖類積聚、內(nèi)皮受損、出血及血栓形成，進(jìn)而纖維組織增生及鈣質(zhì)沉著，并有動(dòng)脈中層的逐漸蛻變和鈣化，導(dǎo)致動(dòng)脈壁增厚變硬、血管腔狹窄。從遺傳學(xué)、流行病學(xué)證據(jù)以及臨床隨機(jī)對照試驗(yàn)等研究結(jié)果均表明LDL是動(dòng)脈粥樣硬化的明確病因[13]。

從食物中長期攝入過量的膽固醇和甘油三酯類物質(zhì)會(huì)引起機(jī)體脂類物質(zhì)代謝紊亂而發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，生成過量的ROS與 LDL生成氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoproteins, ox-LDL)進(jìn)而引起內(nèi)皮損傷[14]。有研究者采用ox-LDL處理人冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞(HCAECs)誘導(dǎo)細(xì)胞損傷模型，研究羥基紅花黃色素A對內(nèi)皮細(xì)胞的保護(hù)作用及機(jī)制研究，發(fā)現(xiàn)與正常對照組比較，模型組細(xì)胞培養(yǎng)液NO較低，且模型組eNOS的蛋白水平也較低，而羥基紅花黃色素A的濃度與NO水平及eNOS的表達(dá)成正相關(guān)，且能提高細(xì)胞存活率，減少細(xì)胞損傷[15]。因此，保護(hù)血管內(nèi)皮的完整性及降低LDL是預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)鍵。

ApoE-/-小鼠聯(lián)合高脂飼料喂養(yǎng)12周制備動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)物模型，模型組小鼠與正常對照組比較血清中eNOS的表達(dá)及NO的水平顯著降低，同時(shí)檢測胸主動(dòng)脈eNOS及iNOS蛋白表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)模型組eNOS表達(dá)低于正常對照組，而iNOS卻較高；此外，動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成過程中內(nèi)皮細(xì)胞處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，導(dǎo)致DNA損傷，引起PARP1表達(dá)升高，進(jìn)而ARG2的表達(dá)也升高，ARG2與eNOS競爭性結(jié)合L-arg，降低eNOS活性。以上兩種原因共同促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的形成，金絲桃苷和辛伐他汀可通過調(diào)節(jié)eNOS改善血管內(nèi)皮功能[16]。血管eNOS的異常表達(dá)和功能障礙都與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展密切相關(guān)，并且已經(jīng)提出了一些針對eNOS的新治療策略，eNOS藥物可能是繼傳統(tǒng)降脂、抗血小板、擴(kuò)血管藥物后又一類有效的動(dòng)脈粥樣硬化治療藥物，包括上調(diào)eNOS表達(dá)和抑制eNOS解偶聯(lián)[17]。

2.3 eNOS與克山病 權(quán)萍等[18]探索NO在潛在型和慢型克山病(Keshan disease，KD)中的作用，研究發(fā)現(xiàn)KD患者血清NO水平顯著高于病區(qū)正常對照，心功能不全Ⅰ～Ⅲ級的KD患者，血清NO水平隨著心衰程度的加重而逐漸升高，心功能不全達(dá)Ⅳ級NO水平下降，推測可能是因?yàn)楦邼舛鹊腘O對心肌細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用和負(fù)性肌力的作用，使心肌代償能力下降，從而影響血清NO水平，NO在心肌損傷及心衰中有一定作用，慢型和潛在型KD存在NO代謝紊亂的特點(diǎn)。還有研究表明慢型KD患者外周血nNOS、iNOS及eNOS的活性顯著高于病區(qū)正常對照，NO水平與nNOS和iNOS的活性成正相關(guān)[19]。

2.4 eNOS與心衰 心肌損傷后機(jī)體代償機(jī)制激活，導(dǎo)致心室負(fù)荷加重，心臟結(jié)構(gòu)發(fā)生適應(yīng)變化，出現(xiàn)心室肥大，但機(jī)體代償能力有限，超過機(jī)體負(fù)荷，就會(huì)導(dǎo)致心衰的發(fā)生。野百合堿可誘導(dǎo)大鼠右心室重構(gòu)，表現(xiàn)為大鼠體重減輕、右心室最大壓和右心室/體重指數(shù)明顯升高、細(xì)胞出現(xiàn)肥大且排列紊亂，同時(shí)伴有炎性細(xì)胞浸潤，腹腔注射NOS催化生成NO的底物L(fēng)-arg，便可有效緩解以上癥狀，且能增加eNOS 及下游蛋白激酶G1(PKG-1)蛋白的表達(dá)。若腹腔同時(shí)注射L-arg和NOS的非特異性抑制劑則對野百合堿所致的心室重構(gòu)無任何緩解作用[20]。

2.5 eNOS對血管老化的調(diào)節(jié)作用 在正常生理情況下心血管老化與內(nèi)皮細(xì)胞調(diào)節(jié)的血管舒張密切相關(guān)。NO會(huì)通過自分泌和/或旁分泌的形式影響心肌功能，若cGMP生成增加，則促使肌細(xì)胞松弛。NO及NOS水平在不同年齡差異較大，NO與年齡相關(guān)的研究存在爭議。有研究表明機(jī)體衰老過程中，隨年齡的增長NO及NOS水平顯著升高，且與氧自由基等因子在衰老過程中有協(xié)同作用[21]；但另有研究表明NO隨著年齡的增長而降低[22]。

大量研究表明NO和eNOS在各種心肌病和心臟功能障礙中有重要的作用，對于心血管疾病的治療措施可考慮針對eNOS提出新治療策略，但還有待進(jìn)一步研究。