維生素 A調(diào)節(jié)動(dòng)物一氧化氮的生成及其相關(guān)機(jī)制

?通信作者：閆素梅，教授，博士生導(dǎo)師，E?mail：yansmimau＠163.com

摘 要：動(dòng)物機(jī)體由于旺盛的新陳代謝或在受到外界有害因素刺激的情況下會(huì)產(chǎn)生大量一氧化氮（NO），進(jìn)而損傷細(xì)胞中的蛋白質(zhì)、類脂膜和DNA，引發(fā)細(xì)胞炎癥并阻斷細(xì)胞信號(hào)通路，使機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激。維生素A可以有效地調(diào)控NO的生成，提高機(jī)體抗氧化水平并清除自由基，預(yù)防細(xì)胞炎癥及氧化應(yīng)激的發(fā)生。本文主要綜述了維生素A對(duì)動(dòng)物NO生成的調(diào)節(jié)作用及其相關(guān)機(jī)理的研究進(jìn)展，對(duì)今后深入研究其調(diào)節(jié)機(jī)理、科學(xué)補(bǔ)充維生素A及提高機(jī)體的抗氧化功能具有一定參考價(jià)值。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006?267X（2015）03?0677?06

doi：10.3969/j.issn.1006?267x.2015.03.003

收稿日期：2014－10－09

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31160466）

作者簡介：石惠宇（1988—），女，內(nèi)蒙古清水河人，博士研究生，從事動(dòng)物礦物質(zhì)與維生素營養(yǎng)研究。E?mail：shihuiyu2017＠163.com

一氧化氮（NO）是一種自由基性質(zhì)的氣體分子，參與機(jī)體細(xì)胞和組織的多種生理功能 ［1］，如血管調(diào)節(jié)、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、骨形成和吸收、神經(jīng)傳遞及免疫功能 ［2］；研究證實(shí)，在許多細(xì)胞內(nèi)，一氧化氮合酶（NOS）催化左旋－精氨酸與氧分子的氧化還原反應(yīng)，不斷產(chǎn)生低濃度的內(nèi)源性NO分子 ［3］。機(jī)體產(chǎn)生的NO具有雙向調(diào)節(jié)功能。一方面，巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的NO在體內(nèi)和體外都有抗菌及抗腫瘤的作用 ［4］。另一方面，過高濃度的NO會(huì)損傷細(xì)胞的蛋白質(zhì)、類脂膜和DNA，甚至阻斷細(xì)胞信號(hào)通路，引發(fā)全身性不可控炎癥，使機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激 ［5］。因此，機(jī)體在正常情況下通過調(diào)控體系保證NO濃度處于平衡狀態(tài)，改善其抗氧化功能是非常重要的。維生素A是動(dòng)物體內(nèi)重要的必需營養(yǎng)素之一，一些研究報(bào)道，維生素A可有效地調(diào)控NO的合成，預(yù)防細(xì)胞炎癥及氧化應(yīng)激的發(fā)生，如維生素A的活性代謝產(chǎn)物視黃酸（retinoic acid，RA）可下調(diào)鼠T細(xì)胞的白介細(xì)胞素（IL）?2的基因表達(dá)進(jìn)而抑制NO的大量產(chǎn)生 ［6］；Hung等 ［7］的研究指出，RA可抑制人軟骨細(xì)胞中IL?1誘導(dǎo)的誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）、環(huán)氧酶2（COX?2）和細(xì)胞因子的合成，進(jìn)而抑制NO的大量產(chǎn)生。然而，關(guān)于其調(diào)節(jié)機(jī)理尚不清楚。本文主要闡述了維生素A對(duì)動(dòng)物機(jī)體NO生成的調(diào)節(jié)作用及其可能機(jī)制，為科學(xué)補(bǔ)充維生素A、提高機(jī)體的抗氧化功能提供依據(jù)。

1　NO生成與機(jī)體氧化應(yīng)激

NO是近年來新發(fā)現(xiàn)的生物體細(xì)胞內(nèi)及細(xì)胞間重要的氣體信使分子，在生物體內(nèi)各組織中都有分布 ［8］，而且參與機(jī)體多種生理活動(dòng)，如在神經(jīng)信號(hào)和血管舒張細(xì)胞間作為主要的信使 ［9］。NO由不同類型的NOS催化L－精氨酸生成，NOS根據(jù)其存在的部位不同分為內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）、神經(jīng)元型一氧化氮合成酶（nNOS）和iNOS。正常的生理情況下，eNOS和nNOS持續(xù)低水平表達(dá)并維持正常的生理功能，而iNOS在生物體內(nèi)處于靜默狀態(tài)并不表達(dá)。NO具有雙重量效作用。正常生理情況下，少量NO有直接殺菌作用，抑制病毒、細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、蠕蟲、腫瘤細(xì)胞 ［10］，并能加快血液循環(huán)。但是，過量的NO會(huì)損傷機(jī)體健康的細(xì)胞，引起組織的氧化應(yīng)激 ［11］；當(dāng)受到炎癥細(xì)胞因子或內(nèi)毒素等誘導(dǎo)時(shí)，iNOS被激活，導(dǎo)致產(chǎn)生大量NO，致使組織損傷，加速炎癥進(jìn)程 ［12］。同時(shí)，NO本身容易與氧自由基相互發(fā)生反應(yīng)，生成毒性更強(qiáng)的強(qiáng)氧化劑過氧化亞硝基陰離子（ONOO －）進(jìn)而介導(dǎo)細(xì)胞毒性反應(yīng)。因此，過高濃度的NO對(duì)氧自由基的損傷效應(yīng)起放大作用，可促進(jìn)炎癥反應(yīng)和組織損傷，加劇機(jī)體的氧化應(yīng)激水平 ［13］。

2　維生素A對(duì)NO生成的調(diào)節(jié)作用

維生素A是動(dòng)物正常生命活動(dòng)所必需的一類低分子脂溶性維生素，在抗氧化、免疫功能等方面均起著重要的作用 ［14］。維生素A有3種活性形式，即視黃醇（retinol）、RA、視黃醛（retinal），目前，關(guān)于維生素A對(duì)NO生成的調(diào)節(jié)作用的研究主要集中在人和小鼠等領(lǐng)域。Hung等 ［7］的研究指出，IL?1可以誘導(dǎo)人軟骨細(xì)胞產(chǎn)生iNOS、COX?2和細(xì)胞因子，iNOS被激活進(jìn)而產(chǎn)生大量的NO；但是，RA可以下調(diào)iNOS的基因表達(dá)，減少NO的過量生成。類似的還有Ertesvag等 ［6］的研究，該研究發(fā)現(xiàn)RA可下調(diào)鼠體內(nèi)T細(xì)胞IL?2的基因表達(dá)進(jìn)而抑制NO的大量產(chǎn)生。此外，Hiroyuki ［15］的研究發(fā)現(xiàn)，脂多糖（LPS）對(duì)體外培養(yǎng)的奶牛乳腺上皮細(xì)胞中IL?1和IL?6的產(chǎn)生呈現(xiàn)劑量依賴效應(yīng)。同時(shí)有研究表明，LPS可以誘導(dǎo)小鼠小膠質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞，使iNOS和腫瘤壞死因子α（TNF?α）的mRNA表達(dá)量升高，暗示LPS誘導(dǎo)產(chǎn)生的IL使iNOS的表達(dá)增強(qiáng)，生成了大量的NO，而添加RA可以抑制上述情況，即降低了iNOS的基因表達(dá)量，減少NO的濃度 ［16］。以上研究結(jié)果均提示，受LPS的刺激可以增加IL的產(chǎn)生，繼而增強(qiáng)iNOS基因表達(dá)和iNOS生成，最終增加NO的濃度，但是RA可以通過抑制iNOS的基因表達(dá)有效地調(diào)控NO的合成，抑制NO的大量產(chǎn)生，預(yù)防細(xì)胞炎癥及氧化應(yīng)激的發(fā)生，但關(guān)于其調(diào)節(jié)機(jī)制尚不清楚。

3　維生素A對(duì)NO生成的調(diào)節(jié)機(jī)理

3.1 通過硒蛋白硫氧還蛋白還原酶（TrxR）調(diào)節(jié)

Hallemeesch等 ［17］的研究指出，引起組織氧化損傷的過量NO可能與iNOS的持續(xù)活化有關(guān)。張浩等 ［13］也發(fā)現(xiàn)，人體內(nèi)由iNOS產(chǎn)生的NO與炎癥關(guān)系密不可分，是炎癥作用機(jī)制中重要的細(xì)胞內(nèi)信使和分子標(biāo)志物。因此，維生素A對(duì)NO生成的調(diào)控作用主要是針對(duì)iNOS的活性進(jìn)行調(diào)控。目前，關(guān)于維生素A對(duì)NO生成的調(diào)節(jié)機(jī)理研究甚少，綜合國內(nèi)外的一些研究結(jié)果，可以歸納為以下2個(gè)方面：一是維生素A通過TrxR調(diào)節(jié)iNOS活性進(jìn)而影響NO的生成。TrxR屬于硫氧還蛋白（Trx）系統(tǒng)，其通過尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸還原氧化型的Trx及其類似物，以減少氧化還原反應(yīng)的過度進(jìn)行 ［18－19］，它是反映機(jī)體抗氧化能力的重要硒蛋白之一。柳晨 ［8］利用轉(zhuǎn)染TRx基因的小鼠神經(jīng)嵴母瘤（Neuro?2A）細(xì)胞，建立了Neuro?2A細(xì)胞的NO毒性模型，研究了這種抗氧化基因的表達(dá)與NO的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)Trx可以保護(hù)Neuro?2A細(xì)胞免受NO誘導(dǎo)的損傷，其原因可能是Trx 的S－亞基能綁定NO，減少NO濃度，清除氧自由基，提高細(xì)胞抗氧化水平 ［14］，說明Trx體系在保護(hù)Neuro?2A細(xì)胞免受NO對(duì)其引起的損傷方面具有重要作用。Ferret等 ［20］的研究指出，Trx可保護(hù)人的2種單核巨噬細(xì)胞系THP1和U937免受二乙烯三胺/一氧化氮聚合物（DETA/NO）對(duì)其引起的損傷，細(xì)胞對(duì)NO損傷作用的易感性與TrxR和Trx的基因表達(dá)量呈負(fù)相關(guān)，同樣也說明Trx體系在保護(hù)人的2種單核巨噬細(xì)胞系免受NO對(duì)其引起的損傷方面具有重要的作用。在細(xì)胞外，Trx可以抑制IL?1和IL?2的產(chǎn)生 ［21－22］，降低iNOS被激活的可能，從而間接抑制了NO的生成。Jin等 ［23］的研究表明，飼喂高劑量（220 IU/kg BW）維生素A的荷斯坦奶牛的血清中TrxR的活性有升高趨勢(shì)。Bruzelius等 ［24］探討了奶牛乳腺上皮細(xì)胞系內(nèi)硒蛋白生物合成的調(diào)節(jié)因素，結(jié)果表明，RA可以上調(diào)TrxR1的基因表達(dá)。Chu等 ［25］發(fā)現(xiàn)在奶牛乳腺上皮細(xì)胞培養(yǎng)基中添加RA可以使TrxR1的基因大量表達(dá)。由此推測(cè)，維生素A對(duì)NO生成的調(diào)節(jié)作用可能通過對(duì)硒蛋白TrxR合成的調(diào)節(jié)，即促進(jìn)了TrxR的合成，抑制了iNOS的活性及基因的表達(dá)，進(jìn)而減少了NO的大量產(chǎn)生。然而，迄今為止，關(guān)于維生素A從TrxR?NO途徑對(duì)抗氧化功能的影響研究報(bào)道極少，其機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究。

3.2 通過IL調(diào)節(jié)

IL是一類具有生物活性的調(diào)節(jié)機(jī)體免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)的細(xì)胞因子 ［26］，一些研究表明，IL?1、IL?2和iNOS的表達(dá)呈正相關(guān)關(guān)系 ［27－28］。顧蓓蓓 ［29］的研究結(jié)果得出，大鼠乳腺上皮細(xì)胞用LPS刺激后引起TNF?α、IL?1β、NO等炎癥相關(guān)因子的濃度顯著升高，iNOS mRNA表達(dá)顯著增強(qiáng)。Hong等 ［30］發(fā)現(xiàn)，RA可以抑制體外培養(yǎng)的受LPS誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞中TNF?α的產(chǎn)生。Dheen等 ［16］研究表明，在小鼠的小膠質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞中，RA （0.1～10.0 μmol/L）對(duì)由LPS誘導(dǎo)的iNOS和TNF?α mRNA的升高顯示的抑制作用存在劑量依賴效應(yīng)。Balato等 ［31］的研究還發(fā)現(xiàn)，促炎性因子TNF?α?xí)鰪?qiáng)體外人活體皮膚組織中IL?1的基因表達(dá)，而RA可以抑制IL?1基因的大量表達(dá)。一些研究還發(fā)現(xiàn)，RA可下調(diào)鼠體內(nèi)T細(xì)胞IL?2的基因表達(dá)，從而可以抑制NO的大量產(chǎn)生 ［6］。Hung等 ［7］的研究指出，RA可抑制人軟骨細(xì)胞中受IL?1誘導(dǎo)的iNOS和細(xì)胞因子的合成，進(jìn)而減少NO的生成。這些研究結(jié)果提示，維生素A可能是通過對(duì)TNF?α和細(xì)胞因子IL的抑制作用下調(diào)iNOS的活性和iNOS基因表達(dá)，進(jìn)而抑制NO的生成。但目前關(guān)于該領(lǐng)域的研究報(bào)道仍較少，其具體的影響機(jī)理需要進(jìn)一步探討。

3.3 通過若干信號(hào)通路調(diào)節(jié)

3.3.1 核轉(zhuǎn)錄因子κB（NF?κB）信號(hào)通路

研究報(bào)道，許多刺激源都會(huì)上調(diào)iNOS基因在巨噬細(xì)胞的表達(dá)，如二氧化硅、紫外光、細(xì)胞因子和LPS ［32］，而iNOS基因表達(dá)的上調(diào)與NF?κB的活性有關(guān)，受NF?κB信號(hào)通路的調(diào)控，在iNOS的基因啟動(dòng)子后面結(jié)合著κB增強(qiáng)子元件。正常細(xì)胞中NF?κB主要以二聚體形式與NF?κB抑制蛋白（IκB）結(jié)合，以無活性狀態(tài)存在于胞漿中。當(dāng)細(xì)胞受到刺激，可誘導(dǎo)IκB磷酸化并與其二聚體解離活化，轉(zhuǎn)位于細(xì)胞核內(nèi)促進(jìn)胞內(nèi)iNOS的基因轉(zhuǎn)錄與表達(dá) ［33－34］。顧蓓蓓 ［29］的研究也有類似的發(fā)現(xiàn)，大鼠乳腺上皮細(xì)胞用LPS處理后引起TNF?α、IL?1β、NO等與炎癥相關(guān)因子濃度顯著升高，iNOS mRNA表達(dá)顯著增強(qiáng)，并且顯著上調(diào)了大鼠乳腺上皮細(xì)胞Toll樣受體（TLR?4）水平及NF?κB與DNA的結(jié)合活性；添加視黃醇后則顯著降低了由LPS引起的升高的TLR?4水平和極顯著降低了NF?κB與DNA的結(jié)合活性；即LPS通過TLR?4/NF?κB信號(hào)途徑促進(jìn)原代大鼠乳腺上皮細(xì)胞炎性相關(guān)因子的表達(dá)，而添加視黃醇能抑制相關(guān)炎性因子的過度表達(dá)，進(jìn)而抑制NF?κB與DNA的結(jié)合活性，并反饋性地下調(diào)TLR?4的表達(dá)，可見，NF?κB可能是視黃醇增強(qiáng)乳腺抗氧化功能和保護(hù)乳腺抗感染的信號(hào)通路之一，但相關(guān)的研究報(bào)道很少。

3.3.2 絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號(hào)通路

MAPK信號(hào)通路主要由p38 MAPK、c?Jun氨基末端激酶（JNK）和胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）1/2構(gòu)成。研究指出，MAPK信號(hào)通路可以對(duì)iNOS的合成進(jìn)行調(diào)控 ［35］。p38 MAPK在調(diào)節(jié)炎癥分子中起著非常重要的作用 ［36］，Toll樣受體和其配體相結(jié)合后，通過MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可以促進(jìn)iNOS產(chǎn)生，或激活胞內(nèi)激酶結(jié)構(gòu)域及下游信號(hào)通路級(jí)聯(lián)反應(yīng)，活化轉(zhuǎn)錄因子，轉(zhuǎn)錄到胞核增加iNOS mRNA表達(dá)。也有研究表明，兔的RAW 264.7巨噬細(xì)胞經(jīng)LPS誘導(dǎo)后，激活的p38 MAPK可以刺激NF?κB與DNA相結(jié)合，隨后引起iNOS基因的表達(dá)和大量NO的釋放 ［37］。同時(shí)，有報(bào)道表明，RA通過上調(diào)MAPK磷酸酶的表達(dá)，抑制磷酸化，從而阻礙MAPK介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)通路的活化 ［38－39］。Hsieh等 ［40］和Yoo等 ［41］的研究發(fā)現(xiàn)，TrxR的活性降低時(shí)，可以激活MAPK信號(hào)通路中的JNK和p38 MAPK，繼而促進(jìn)NF?kB與DNA的結(jié)合活性。因此，維生素A對(duì)NO生成的調(diào)控可能是通過調(diào)節(jié)TrxR活性從而調(diào)控MAPK通路最終抑制iNOS mRNA的表達(dá)和NO的釋放的。由此可見，維生素A調(diào)控NO的釋放可能與多種信號(hào)通路途徑有關(guān)，其具體的機(jī)理目前尚不清楚，有待于進(jìn)一步研究考證。

4　小 結(jié)

維生素A可以有效地調(diào)節(jié)NO的生成，提高機(jī)體抗氧化水平，預(yù)防氧化應(yīng)激的發(fā)生，但關(guān)于其調(diào)節(jié)機(jī)理尚不清楚。從TrxR?NO和IL?NO途徑結(jié)合NF?κB和MAPK信號(hào)通路，深入探討維生素A對(duì)NO生成的調(diào)節(jié)作用及其可能存在的機(jī)理，對(duì)科學(xué)使用維生素A、保障動(dòng)物健康、提高動(dòng)物生產(chǎn)性能和改善畜產(chǎn)品品質(zhì)具有重要的意義。