誘導型一氧化氮合酶在心肌梗死進程中的研究進展＊

羅素新，但素平，夏 勇

（1．重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院心血管內(nèi)科，重慶400016；2．美國俄亥俄州立大學醫(yī)學中心心肺研究所，哥倫布43210，俄亥俄州，美國）

冠心病是當今中國和世界的首要心血管疾病，心肌梗死（Myocardial infarction，MI）是其中的嚴重類型，繼發(fā)于心肌梗死后的心力衰竭是冠心病致死的最主要和最直接的原因。心梗后心肌纖維化和瘢痕組織生成是誘發(fā)心衰的重要病理變化。心肌瘢痕的形成與心肌缺血的速度、梗死相關(guān)血管的大小及部位、有無再灌注及有無側(cè)支循環(huán)等因素相關(guān)。早有研究發(fā)現(xiàn)，一氧化氮（nitric oxide，NO）是調(diào)節(jié)心血管功能的最主要的信號分子之一，具有調(diào)節(jié)血壓、擴張血管、抑制血小板聚集和白細胞黏附、抑制血管平滑肌細胞增殖的作用，進而調(diào)節(jié)心肌瘢痕的形成。當心肌梗死后心臟處于缺血應激狀態(tài)時，誘導型一氧化氮合酶（inducible NO synthase，iNOS）開始表達并生成大量NO，心肌梗死修復過程中內(nèi)源性NO被大量釋放入受損的局部心肌組織，它們直接或與其他因子交互作用，通過調(diào)節(jié)成纖維細胞、血管內(nèi)皮細胞等功能而間接參與瘢痕形成及演變過程。近年來，iNOS在心肌梗死中的作用受到高度關(guān)注，本文就此做一述評。

1 一氧化氮與一氧化氮合酶

一氧化氮（NO）是一種具有廣泛生物學效應的信使分子，為脂溶性，可快速透過生物膜擴散，生物半衰期只有3～5秒，其生成主要依賴于一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS），并在心腦血管、神經(jīng)及免疫調(diào)節(jié)等方面有著十分重要的生物學作用。NO在體內(nèi)由NOS合成，其前體為L－精氨酸，在NOS催化下，L－精氨酸與一個氧原子結(jié)合生成NO和L－瓜氨酸。在人體內(nèi)目前發(fā)揮作用的NOS有3種：I型稱為腦型（brain nitric oxide synthase，bNOS）或神經(jīng)型（neurological nitric oxide synthase，nNOS），主要分布在腦細胞和神經(jīng)細胞內(nèi)；II型稱為誘導型（iNOS），主要分布在巨噬細胞和炎癥區(qū)周圍上皮細胞內(nèi)，在受到刺激誘導后才表達；III型稱為內(nèi)皮型（endothelium nitric oxide synthase，eNOS），主要分布在血管內(nèi)皮細胞膜上，其中eNOS和nNOS合稱cNOS［1，2］。NO 在心血管系統(tǒng)發(fā)揮作用與濃度有很大相關(guān)性，生理劑量的NO可以發(fā)揮保護心肌的作用，而NO生成過量可對心血管系統(tǒng)產(chǎn)生顯著不良作用，尤其是當NO與超氧陰離子（O2－）反應形成過氧亞硝酸陰離子，后者是一種強效毒性物質(zhì)會引起心肌損傷。相關(guān)研究顯示，eNOS和nNOS生成的NO發(fā)揮保護心臟的作用，而誘導型一氧化氮合酶在生理條件下一般不表達，當受到刺激時迅速大量生成，繼而產(chǎn)生大量NO，參與心血管的許多病理過程［3］。

2 誘導型一氧化氮合酶的生物活性

2．1 誘導型一氧化氮合酶的特點 誘導型一氧化氮合酶（iNOS）在免疫系統(tǒng)主要存在于白細胞、巨噬細胞、肥大細胞，在心血管系統(tǒng)主要表達于心肌、血管內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞及心內(nèi)膜，主要受細胞因子、需氧應激、IFN－γ、TNF－α及脂多糖等誘導表達［1，4］。不同類型的NOS發(fā)揮的內(nèi)在生物活性強度不一樣，nNOS＞iNOS＞eNOS，而iNOS誘導生成的NO是eNOS的100～1000倍還多，因此當iNOS被炎癥刺激激活，生成的NO活性可持續(xù)數(shù)小時。iNOS可減少細胞內(nèi)四氫生物蝶呤（BH4）和eNOS的L－精氨酸的可用性，從而誘發(fā)eNOS的解偶聯(lián)。NO通過擴張血管，抑制中性粒細胞和血小板粘附、聚集，保持血管內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。而iNOS持續(xù)產(chǎn)生使NO量過大，在疾病狀態(tài)下，可發(fā)揮細胞毒性而有損傷細胞的可能［2］。

2．2 iNOS的基因表達 iNOS基因位于17號常染色體上，長約37kb。不同組織克隆得到的iNOS cDNA編譯的氨基酸序列差異小，且不同種屬和不同細胞類型iNOS的異構(gòu)體具高度同源性。人的iNOS啟動子很復雜，其嚴格控制iNOS基因表達。已發(fā)現(xiàn)鼠的iNOS啟動子含有與人的缺氧應答成分（hypoxiareponsive element，HRE）同源序列，其可以在IFN－γ活化的巨噬細胞內(nèi)氧分壓下降時通過與缺氧所誘生的缺氧誘導因子（hypoxia－inducible factor－1，HIF－l）結(jié)合，誘導iNOS合成NO。通過NO對白細胞粘附、血小板聚集和血管平滑肌細胞增殖的抑制發(fā)揮相關(guān)作用［5］。Wildhirt等［6］結(jié)扎兔左冠狀動脈回旋支造成心肌梗死模型，48小時后行免疫組化檢查發(fā)現(xiàn)梗死心肌浸潤的巨噬細胞中，iNOS活性增高，且巨噬細胞數(shù)目越多，則iNOS活性增高越明顯。DeBelderA研究［7］發(fā)現(xiàn)，冠心病患者的巨核細胞中iNOS表達顯著多于cNOS表達，而正常冠狀動脈患者中正好相反。在大多數(shù)人類細胞中，轉(zhuǎn)錄因子NF－κβ和STAT－1α的激活，也認為是iNOS表達關(guān)鍵步驟。Luo等［4］研究表明，用戈爾德霉素（geldanamycin，GA）或者根赤殼霉素（radicicol，RAD）抑制熱休克蛋白90的功能，可抑制在脂多糖和干擾素刺激后細胞iNOS的表達。在代謝性疾病，如糖尿病患者中iNOS的表達也明顯增強，進而NO的產(chǎn)生增加，產(chǎn)生反應性中間體過氧化亞硝酸鹽（ONOO－），后者可導致心臟的幾何結(jié)構(gòu)改變。

2．3 iNOS的調(diào)節(jié) 在生理情況下細胞不產(chǎn)生iNOS蛋白。iNOS調(diào)節(jié)主要包括Ca2＋和鈣調(diào)蛋白CAM、磷酸化和細胞因子等。iNOS因與調(diào)鈣蛋白CAM親和力高，其活性不受Ca2＋調(diào)節(jié)，而為非鈣依賴性；但iNOS磷酸化后活性降低，會使NO合成減少［8］。研究顯示［2］，在心血管組織，蛋白質(zhì)激酶B（AKT）、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）p42／44或胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK1／2）也參與iNOS活性或表達的調(diào)控。另有多種因子參與了iNOS活性的輔助調(diào)節(jié)，如TNF－Ⅱ、TNF－α、TNF－γ、脂多糖、NF－κB可上調(diào)其活性，IL－1、IL－10、IL－13以及 TGF－β可下調(diào)其活性［9，10］。

3 iNOS與心肌梗死后心肌瘢痕形成

3．1 心肌梗死后心肌瘢痕形成 心肌梗死后通過調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)和促血管生成因子，血管內(nèi)皮生長因子進而啟動一個動態(tài)而復雜的過程［11］。早期出現(xiàn)炎癥反應和中性粒細胞浸潤，這可進一步促進心肌組織損傷。心肌梗死的后期不可逆損傷的心肌細胞不能再生而被纖維組織取代，中性粒細胞浸潤后不久巨噬細胞便侵入有炎性反應的心肌以清除壞死組織。繼后心肌不斷纖維化，梗死后約第7周瘢痕形成，心肌瘢痕即是心室重構(gòu)的基礎［12］。心肌梗死后短期和長期的代償調(diào)控機制被激活，這在梗死早期帶給心臟有益效應，但到后期可能會出現(xiàn)相反的效應。最新研究［13］顯示，心肌梗死誘發(fā)心臟結(jié)構(gòu)的改變不只發(fā)生在梗死區(qū)域，也發(fā)生在非梗死區(qū)域，梗死區(qū)最突出的表現(xiàn)就是心肌瘢痕形成，在非梗死區(qū)域的表現(xiàn)是心肌肥大、新生毛細血管網(wǎng)及增加的細胞間質(zhì)膠原。

3．2 iNOS在心肌梗死后心肌瘢痕形成中的作用心肌梗死后iNOS的表達及活性會發(fā)生明顯變化，細胞內(nèi)的區(qū)域化及解偶聯(lián)的發(fā)生可能會導致NO的多重作用。目前對iNOS在缺血再灌注中的研究相對較多，而對心肌瘢痕的研究相對較少［14］。iNOS在機體創(chuàng)傷修復過程中，它們直接或與其他因子交互作用，通過調(diào)節(jié)巨噬細胞、成纖維細胞、血管內(nèi)皮細胞等功能而影響NO的生成，導致內(nèi)源性NO被大量釋放入受損的局部心肌組織，間接參與瘢痕形成與演變進展。

3．2．1 iNOS與巨噬細胞 心肌梗死后產(chǎn)生急性炎癥反應，中性粒細胞和隨后的單核細胞浸潤到炎癥區(qū)域，單核細胞在病變組織分化成巨噬細胞后，和其他吞噬細胞清除凋亡的中性粒細胞，導致炎癥消退。事實上因自噬功能的存在，只有受損細胞或細胞器不能得到有效清除，才會誘發(fā)過度炎癥反應而生成瘢痕。在炎癥過程中的關(guān)鍵步驟主要由趨化因子對中性粒細胞和單核細胞的調(diào)節(jié)，這些趨化因子生成又由iNOS生成的NO調(diào)節(jié)。而NO的調(diào)節(jié)作用由NO水平?jīng)Q定，小劑量NO可提高炎癥趨化因子的生成，如MIP－2和 MCP－1。但當 NF－κB被激活，則產(chǎn)生大量NO，就抑制上述反應，產(chǎn)生相應的細胞毒性作用［14］。最近的研究支持iNOS在冠心病發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮雙重作用。在ApoE－／－模型的小鼠中發(fā)現(xiàn)，iNOS在巨噬細胞和平滑肌細胞中表達，但平滑肌細胞在早期損害中不存在iNOS表達［15］。研究蘑菇提取物發(fā)現(xiàn)，影響巨噬細胞分泌NO的機制在于iNOS、核因子－κB和其他信號通路，能抑制巨噬細胞功能，從而使NO生成減少［16］。

3．2．2 iNOS與成纖維細胞 在心肌梗死后的早期恢復中，心肌纖維化是組織重建的主要變化。心肌間質(zhì)細胞占心肌細胞總數(shù)的2／3，其中主要是心肌成纖維細胞，它能產(chǎn)生膠質(zhì)、基質(zhì)金屬蛋白酶，也是生長因子、細胞因子和膠原合成的來源之一。心肌梗死后期，在轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF－β）和各種炎癥信號的作用下，心肌不斷纖維化以取代不可逆的損傷心肌。轉(zhuǎn)基因小鼠心臟特異性過表達iNOS而導致心肌纖維化，iNOS表達的減少，可伴隨心肌纖維化的減少［17］。既往雖然只研究出iNOS／NO通路參與心肌纖維的形成，但最近 Wan SY 等［18］研究發(fā)現(xiàn)，TGF－β家族中的激活蛋白A（Activin A）可以分泌炎癥介質(zhì)信號NO而調(diào)節(jié)成纖維細胞功能，從而參與心臟間質(zhì)纖維化，并證實iNOS mRNA表達增加，這些表明iNOS誘導產(chǎn)生的NO參與心臟的纖維化，揭示iNOS在心臟心肌瘢痕形成中有促進作用。在醛固酮干預條件下，iNOS－NO系統(tǒng)活性的降低，NO生成減少，致使心肌纖維化因素和抗心肌纖維化因素失衡，這可能為醛固酮致心肌纖維化的作用機制之一。因此，拮抗醛固酮，增加NO合成也為心肌纖維化的防治提供了新的思路［19］。PREISER等報道，NOS合成促進劑能增加成纖維細胞的膠原合成，鏡下觀察iNOS蛋白產(chǎn)物主要分布于基底層細胞、血管內(nèi)皮細胞以及瘢痕組織的成纖維細胞中，提示NO與膠原合成呈明顯正相關(guān)。成纖維細胞是皮膚傷口愈合和瘢痕增生的關(guān)鍵細胞，而iNOS在瘢痕組織中明顯表達，提示其表達可能在瘢痕增生中起重要促進作用，作用方式取決于NO生成的量，即低濃度的NO可抑制膠原合成，而過高濃度的NO則損傷機體，促進膠原合成，從而導致瘢痕增生［20］。

3．2．3 iNOS與血管內(nèi)皮細胞 NO對毛細血管的調(diào)節(jié)作用復雜，主要是因為其有促血管生成和抗血管生成的雙重作用。研究表明，瑞舒伐他汀長期治療后缺血誘導的血管生成增加與心臟中iNOS、VEGF（血管內(nèi)皮因子）和CD34（i型跨膜糖蛋白）的表達增加相關(guān)［11］。同樣，Iglarz［21］研究顯示，大鼠后肢缺血誘導的血管增生，改善通過VEGF－NO通路的激活。目前研究表明，他汀類藥物對大鼠缺血性心臟疾病的改善效果是通過上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子誘導血管生成，至少部分地依賴于iNOS誘導。心肌梗死患者過高的胰島素水平可直接損害內(nèi)皮細胞功能，導致受損內(nèi)皮細胞NO合成減少和活性下降，NO的生物利用度減少，從而影響冠狀動脈的舒縮功能，進而影響患者的預后。

4 iNOS在心肌梗死后心肌瘢痕形成中的臨床意義

心肌梗死后瘢痕組織生成是臨床上治療心梗的頑癥，目前尚沒有任何針對性的治療措施。因此，我們必須探尋新的途徑來減緩或預防心梗后瘢痕組織的生成。考慮iNOS誘導產(chǎn)生的大量NO在心肌梗死后心肌瘢痕形成過程中發(fā)揮了重要作用，故在臨床中可以考慮使用iNOS抑制劑減少iNOS表達而減少NO生成。iNOS抑制劑主要包括氨基酸類（精氨酸、賴氨酸）和非氨基酸類，后者包括非雜環(huán)類的氨基胍和雜環(huán)類的吡啶類、咪唑類等。目前的研究熱點是相關(guān)的多靶點抑制劑，如熱休克蛋白90DE特異性阻斷劑GA、RAD［4］。基因治療也被重點關(guān)注，已有相關(guān)研究提出通過操控基因調(diào)節(jié)iNOS的表達來降低NO對心臟的毒性作用。我們相信，隨著對iNOS在心肌梗死后心肌瘢痕形成中作用的深入研究，可能揭示更多減緩或預防心肌瘢痕新的治療途徑和靶點，對提高心肌梗死病人生存質(zhì)量和防止心梗后心衰有重要的指導意義。

5 小結(jié)與啟示

誘導型一氧化氮合酶在心臟缺血應激情況下表達，并產(chǎn)生大量一氧化氮而作用于免疫系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)。心肌梗死后，免疫系統(tǒng)的巨噬細胞及心血管系統(tǒng)的成纖維細胞、血管內(nèi)皮細胞參與心肌的瘢痕形成。本文對誘導型一氧化氮合酶與上述三類細胞的研究進展進行了評述，可供基礎與臨床研究借鑒。但因目前對于過多的NO在心肌梗死后心肌瘢痕形成中作用的具體機制研究還不夠，在臨床上有效選擇抑制iNOS活性的措施尚需進一步探討。

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