一氧化氮在缺血性腦血管疾病中的作用及研究進(jìn)展

徐梅先 楊娟

一氧化氮(NO)作為一種新型的細(xì)胞內(nèi)信使分子，廣泛參與機(jī)體心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)及呼吸系統(tǒng)等的生理和病理調(diào)節(jié)，它能舒張血管、降低血壓、抑制血管平滑肌的增生，抑制血小板的凝聚和黏附，并作為一種神經(jīng)遞質(zhì)在神經(jīng)元的信息傳遞中起重要作用。近年來(lái)對(duì)NO在缺血性腦血管疾病中的作用研究逐漸深入，這一方向已逐漸成為臨床和實(shí)驗(yàn)室的研究重點(diǎn)。

1 NO的特性及在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用

體內(nèi)NO是通過(guò)一氧化氮合成酶(NOS)催化生成的，即NOS催化L-精氨酸和氧反應(yīng)，并通過(guò)Ca2+/鈣調(diào)素機(jī)制生成NO和胍氨酸。NOS可分為神經(jīng)元型NOS(nNOS)、內(nèi)皮細(xì)胞型NOS(eNOS)、誘發(fā)型NOS(iNOS)，nNOS和eNOS在正常狀態(tài)下即表達(dá)，并需要鈣離子的參與，有鈣依賴性，發(fā)揮信息傳遞分子作用;而iNOS多數(shù)情況下只在免疫應(yīng)答和神經(jīng)損傷后才表達(dá)。NO在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)中都有廣泛分布。正常情況下，NO以非量子形式在合成的部位依靠本身的脂溶性向四周彌散，調(diào)節(jié)附近細(xì)胞的功能，完成信息傳遞功能，是一種特殊的可擴(kuò)散的神經(jīng)遞質(zhì)。NO參與很多神經(jīng)生理功能:參與突出可塑性的形成;參與學(xué)習(xí)和記憶。研究表明，NO與大腦海馬中長(zhǎng)時(shí)程突觸增強(qiáng)效應(yīng)和小腦長(zhǎng)時(shí)程突觸壓抑效應(yīng)密切相關(guān)，參與腦的高級(jí)活動(dòng)，從而對(duì)學(xué)習(xí)和記憶功能具有重要意義［1］;參與神經(jīng)遞質(zhì)的釋放;參與N-甲基-D-天冬門氨酸(NMDA)受體通道的調(diào)節(jié);參與腦血管舒縮活動(dòng)的調(diào)節(jié)。此外，NO與痛覺(jué)傳導(dǎo)密切相關(guān)，但無(wú)炎癥并發(fā)的急性和慢性疼痛與NO無(wú)關(guān);NO在嗅覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)的感應(yīng)傳導(dǎo)中也發(fā)揮重要作用;NO釋放過(guò)量還可誘發(fā)癲癇，導(dǎo)致腦損傷和記憶缺損;老年癡呆癥和帕金森綜合癥的發(fā)生也與NO的過(guò)量產(chǎn)生有關(guān)。

2 不同來(lái)源NO在腦缺血時(shí)的作用

2.1 由eNOS催化生成的NO可有效降低細(xì)胞凋亡的發(fā)生，減輕腦缺血再灌注所致的神經(jīng)細(xì)胞的損傷［2］，缺乏eNOS轉(zhuǎn)基因小鼠持續(xù)大腦中動(dòng)脈栓塞(MCAO)后腦梗死面積較野生型增大，這就說(shuō)明eNOS在腦缺血時(shí)具有神經(jīng)保護(hù)作用。在腦缺血時(shí)eNOS上調(diào)，通過(guò)維持缺血區(qū)的腦血流而起神經(jīng)保護(hù)作用。2.2 nNOS和iNOS參與生成的NO在不同時(shí)期介導(dǎo)了神經(jīng)損傷 過(guò)度表達(dá)的nNOS在缺血和興奮性毒性損傷的早期起關(guān)鍵作用，但是直接抑制其生成會(huì)引起嚴(yán)重的不良反應(yīng)，因?yàn)樗谥袠猩窠?jīng)系統(tǒng)有非常重要的生理作用。有研究報(bào)道:缺乏nNOS突變小鼠MCAO后24 h及72 h，梗死面積較野生型明顯減少，神經(jīng)功能缺損減輕，由此推測(cè)nNOS介導(dǎo)缺血早期的神經(jīng)毒性作用［3］。通過(guò)N氨基末端氨基酸殘基1-133［nNOS-N(1-133)］［4］的過(guò)度表達(dá)可以阻斷nNOS突觸后密集蛋白-95(PSD-95)的相互作用，從而抑制谷氨酸鹽誘導(dǎo)的興奮性中毒以及缺血性腦損傷。通常認(rèn)為iNOS參與缺血后期神經(jīng)損傷作用。但是有報(bào)道［5］:由iNOS促進(jìn)生成的NO參與缺血性腦病腦組織損傷的各個(gè)階段，S608L(150C/T)基因的多態(tài)性與急性腦卒中患者的發(fā)病有關(guān)，并致使患者在梗死的第1～3天以及第7～21天壞死灶的血流動(dòng)力學(xué)發(fā)生明顯變化。

3 腦缺血時(shí)NO的變化

在正常情況下，腦血管內(nèi)皮細(xì)胞持續(xù)釋放NO，NO激活鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶，使血管平滑肌處于舒張狀態(tài)，保持腦血流量維持在生理水平。有研究報(bào)道，刺激大鼠一側(cè)坐骨神經(jīng)引起對(duì)側(cè)皮質(zhì)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)區(qū)局部血流增加，腦內(nèi)局部給NOS抑制劑L-硝基精氨酸酯(L-NAME)可完全消除這一血流的增加，而NO前體L-精氨酸又可對(duì)抗L-NAME的這一作用，提示NO參與腦皮質(zhì)區(qū)興奮時(shí)局部血流的調(diào)節(jié)［6］。Sato等［7］通過(guò)電子偏磁共振方法發(fā)現(xiàn):腦缺血15 min，再灌注時(shí)未測(cè)得NO，而缺血60 min時(shí)再灌注發(fā)現(xiàn)有NO產(chǎn)生，因此認(rèn)為缺血15 min以上，可造成細(xì)胞不可逆損害，并且缺血和再灌注時(shí)產(chǎn)生的NO機(jī)制可能不同，缺血時(shí)與生理性反應(yīng)有關(guān)，而再灌注時(shí)NO的產(chǎn)生可能與組織損害有關(guān)。腦缺血發(fā)生后即刻出現(xiàn)短暫的NO增高主要由神經(jīng)元的nNOS及血管內(nèi)皮的eNOS介導(dǎo)，抑制或延遲nNOS促進(jìn)生成的NO是神經(jīng)保護(hù)的重要機(jī)制之一［8］。24 h后出現(xiàn)延遲性的更為顯著的NO增高，這可能源于iNOS的緩慢上調(diào)。早期生成的NO由于其短暫的特性，較少可能產(chǎn)生神經(jīng)毒性作用;相反，它通過(guò)NO/cGMP途徑擴(kuò)張腦血管，增加腦血流，抗血小板聚集，從而對(duì)抗缺血性腦損傷，起著保護(hù)作用。而中晚期梗死灶內(nèi)的炎性細(xì)胞、吞噬細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生大量iNOS，由此造成NO的過(guò)度釋放，產(chǎn)生細(xì)胞毒性作用。

4 NO對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)和損傷的機(jī)制

NO的神經(jīng)保護(hù)作用是通過(guò)增加局部腦血流實(shí)現(xiàn)的。腦缺血可引起血管應(yīng)急性收縮，使缺血區(qū)腦血流減少，此時(shí)機(jī)體反應(yīng)性增加NO，作用于血管平滑肌，舒張血管，減少血管張力，增加腦血流，防止血小板和白細(xì)胞的聚集與黏附，下調(diào)N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體而起到神經(jīng)保護(hù)作用。

另外，NO還參與腦缺血的病理?yè)p傷過(guò)程。NO對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的損傷機(jī)制主要包括以下幾點(diǎn):(1)過(guò)量的NO能與超氧離子自由基(O-2)作用，生成過(guò)氧亞硝基離子(ONOO-)以及繼發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)生成毒性更強(qiáng)的NO-2和OH-，引起強(qiáng)烈的神經(jīng)毒性，不但氧化細(xì)胞脂質(zhì)蛋白質(zhì)，還破壞DNA鏈結(jié)構(gòu)［9，10］，引起神經(jīng)元死亡。(2)通過(guò)抑制酶的活性而抑制線粒體的呼吸及能量代謝。林兆奮等［11］研究推測(cè)腦缺血再灌注時(shí)谷氨酸釋放激活NOS導(dǎo)致NO及氧化產(chǎn)物形成，對(duì)線粒體呼吸功能抑制，損傷電子傳遞系統(tǒng)，最終導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡。(3)改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而影響DNA修復(fù)，引起細(xì)胞死亡。(4)NO引起多巴胺大量釋放，多巴胺可能參與缺血引起的神經(jīng)細(xì)胞損傷。

5 相關(guān)藥物對(duì)腦缺血時(shí)的神經(jīng)保護(hù)作用

藥物通過(guò)不同的機(jī)制影響NO的含量，達(dá)到腦保護(hù)的作用。尼莫地平能夠減少腦缺血早期nNOS活性和陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)，推測(cè)可能的機(jī)制是，作為L(zhǎng)型鈣通道阻斷劑，尼莫地平能夠抑制腦缺血時(shí)Ca2+內(nèi)流，進(jìn)而降低鈣依賴性的nNOS活性，減少nNOS催化生成的NO含量，表現(xiàn)腦保護(hù)的作用［12］。柑桔素能有效的抑制脂多糖誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，與小膠質(zhì)細(xì)胞相比，對(duì)巨噬細(xì)胞iNOS的生成抑制作用更強(qiáng)［13］。川芎嗪在大鼠腦缺血前30 min腹腔注射，可明顯抑制大腦皮層和海馬NOS的增多，降低NOS的活性，對(duì)腦缺血可能有保護(hù)作用［14］。高壓氧能抑制腦缺血再灌注期腦皮層NO的生成，減輕神經(jīng)細(xì)胞凋亡，從而保護(hù)腦細(xì)胞［15］。異丙酚通過(guò)抑制iNOS蛋白表達(dá)對(duì)大鼠腦遲發(fā)性神經(jīng)元損傷起保護(hù)作用［16］，具有多途徑、多位點(diǎn)的腦保護(hù)特性。缺血后立即血管內(nèi)注射L-Arg或硝普鈉和3-嗎啉-斯德酮亞安(SIN-1)可減少梗死范圍。該作用與增加缺血陰暗區(qū)血流有關(guān)。缺血后30 min以上使用L-Arg無(wú)效，缺血2 h以上給予NO供體亦失去效果，且會(huì)加重腦梗死。

NO在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要作用，適量的NO釋放，能引起生物體內(nèi)一系列的生理功能，而釋放的過(guò)量或不足，均會(huì)引起一系列病理作用。腦缺血時(shí)NO合成增加，早期能起到腦保護(hù)作用，晚期則通過(guò)多種途徑促使神經(jīng)細(xì)胞凋亡。NO在腦保護(hù)和損傷中的作用機(jī)制及病理生理過(guò)程尚不明確，很多藥物的作用還處于臨床前研究。隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，NO必定會(huì)為缺血性腦血管疾病診治提供更多的價(jià)值。

1 Lipton SA.Neuronal protection and destruction by NO.Cell Drath Differ，1999，6:943-951.

2 張秋玲，孫遠(yuǎn)標(biāo)，白波.一氧化氮對(duì)抗腦缺血再灌注所致腦細(xì)胞凋亡的機(jī)制探討.中國(guó)比較醫(yī)學(xué)雜志.2007，17:706-709，769.

3 Dun NJ，Dun SL，Wang RKS，et al.Coloealiation of nitric oxide synthase and somatostatin immunoreactivity in rat dentate hilar neurns.Proc Natl Acad Sci USA，1994，91:2955-2959.

4 Zhou L，Li F，Xu HB，et al.Treatment of cerebral ischemia by disrupting ischemia-induced interaction of nNOS with PSD-95.Nat Med.2010，16: 1439-1443.

5 Tupitsyna TV，Bondarenko EA，Botsina Alu，et al.The role of polymorphic variants of gene of inducible NO-synthase NOS2 in brain infarction in patients with acute ischemic stroke.Mol Gen Mikrobiol Virusol，2010，3:3-7.

6 Simsek G，Uzun H，Aydin S，et al.The role of nitric oxide on bone metabolism in ovariectomized rats following chronic ethanol intake.Life Sci，2005，76:1965-1974.

7 Sato S，Tominaga T，Ohnishi T，et al.Electron paramagnetic resonance study on nitric oxide production during brain focal ischecia and reperfusion in the Rat.Brain Res，1994，647:91-96.

8 Yuan Z，Liu W，Liu B，et al.Normobaric hyperoxia delays and attenuates early nitric oxide production in focal cerebral ischemic rats.Brain Res，2010，17:248-254.

9 Ding ZL，Marchand VC，Palmier B，et al.Neuroprotective effects of(S)-N-4-4-(3，4-dihydro-6-hydroxy-2，5，7，8-tetramethyl-2H-1-benzopyran-2-yl)carbonyl?-1-piperazinyl?phenyl?-2-thio-phenecarboximid-amide(BN 80933)，an inhibitor of neuronal nitric-oxide synthase and an antioxidant，in model of transient focal cerebral ischemia in mice.J Pharmacol Exp Ther，2003，306:588-594.

10 何美霞，邢世會(huì)，曾進(jìn)勝，等.實(shí)驗(yàn)性大鼠大腦皮層梗死后繼發(fā)丘腦損害與DNA氧化損傷.中國(guó)神經(jīng)精神疾病雜志，2007，33:707-710.

11 林兆奮，繆明永，王學(xué)敏，等.內(nèi)源性NO對(duì)腦缺血再灌注后線粒體NADH-CoQ還原酶、琥珀酸脫氫酶活力的影響.第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，22:4-6.

12 張勁松，何斌，邵斌霞，等.尼莫地對(duì)腦缺血早期神經(jīng)元型一氧化氮合酶的影響.中國(guó)神經(jīng)精神疾病雜志，2008，34:742-744.

13 Chao CL，Weng CS，Chang NC，et al.Naringenin more effectively inhibits inducible nitric oxide synthase and cyclooxygenase-2 expression in macrophages than in micro-glia.Nutr Res，2010，30:858-64.

14 朱曉琴，唐省三，李萍.川芎嗪對(duì)大鼠腦缺血-再灌注腦內(nèi)NOS變化的作用.江漢大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，32:9-11.

15 劉磊，趙士福.高壓氧抑制一氧化氮生成改善缺血性腦細(xì)胞凋亡.中國(guó)微循環(huán)，2005，9:21-23.

16 尚宇，趙璠，范杰，等.異丙酚對(duì)全腦缺血/再灌注大鼠海馬iNOS表達(dá)的影響.中國(guó)應(yīng)用生理學(xué)雜志，2007，23:209-210.