急、慢性低氧與一氧化氮23

徐中華

(鎮(zhèn)江市體育科研所，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

急、慢性低氧與一氧化氮23

徐中華

(鎮(zhèn)江市體育科研所，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

一氧化氮對(duì)人體具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，在多個(gè)系統(tǒng)的生理及病理生理過(guò)程中起著重要的作用。簡(jiǎn)要介紹一氧化氮的生理作用，并從急、慢性低氧對(duì)一氧化氮分泌的影響、一氧化氮合酶適應(yīng)性變化及低氧習(xí)服對(duì)一氧化氮分泌的改善作用等方面進(jìn)行綜述，為進(jìn)一步研究一氧化氮與低氧的關(guān)系提供一些參考。

一氧化氮；一氧化氮合酶；急性低氧；慢性低氧

從無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)到作為生物體內(nèi)的信使分子和效應(yīng)分子，人們對(duì)一氧化氮（NO）有了新的認(rèn)識(shí)。自1980年NO理論的提出，并隨著相關(guān)研究的不斷深入和發(fā)展，研究人員已把NO應(yīng)用到諸多領(lǐng)域，尤其在當(dāng)代低氧理論研究中。低氧作為一種特殊的刺激，機(jī)體在低氧過(guò)程中，必將產(chǎn)生一系列的適應(yīng)性變化，國(guó)內(nèi)外關(guān)于NO與低氧關(guān)系的研究已有不少報(bào)道。本文針對(duì)NO的生理應(yīng)激功能及病理變化特點(diǎn)，就急、慢性低氧對(duì)NO分泌及其合酶的影響以及低氧習(xí)服的作用及影響進(jìn)行簡(jiǎn)短的綜述。

1 NO的生物學(xué)特性

NO是一種氣態(tài)自由基，能通過(guò)生物膜快速擴(kuò)散，在生物組織中的半衰期大約為6 s，具有高度的活性，直接參與復(fù)合物或者自由基的反應(yīng)，間接參與DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)反應(yīng)[1]。血管的內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞是NO的生成細(xì)胞，NO的生成由一氧化氮合酶（nitric oxide synthase,NOS）催化，以L(fǎng)-精氨酸為底物，以NADPH作為電子供體，生成NO和L-瓜氨酸。

NOS廣泛存在于不同的組織中，目前已經(jīng)確定的NOS的亞型有三種，分別是神經(jīng)元型（nNOS）、內(nèi)皮型（eNOS）和誘導(dǎo)型（iNOS）。其中nNOS 和eNOS依賴(lài)于鈣離子/鈣調(diào)蛋白（Ca2+/CaM），不受內(nèi)毒素等誘導(dǎo)，被統(tǒng)稱(chēng)為原生型或結(jié)構(gòu)型酶（cNOS），主要分布在神經(jīng)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和血小板等，靜息狀態(tài)時(shí)以無(wú)活性單位存在，當(dāng)細(xì)胞受到刺激后，其依賴(lài)Ca2+/CaM激活NADPH參與將L-Arg轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)-Cit并釋放NO，由于催化反應(yīng)迅速而短暫，生成的NO量少，主要參與機(jī)體的正常生理活動(dòng)[2]。iNOS存在于幾乎所有組織細(xì)胞中，其中以巨噬細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和中性粒細(xì)胞含量最多。正常生理情況下iNOS基因并不表達(dá)，但在內(nèi)毒素脂多糖（LPS）、腫瘤壞死因子（TNF）、干擾素（INF）、白細(xì)胞介素（IL-1）等因子的刺激下，iNOS即被誘導(dǎo)生成，不依賴(lài)Ca2+/CaM而持續(xù)催化產(chǎn)生大量的NO，直到底物耗盡[3]。由iNOS誘導(dǎo)產(chǎn)生的大量NO是機(jī)體防御體系中一個(gè)重要因子，在局部可以發(fā)揮抗炎和殺菌等保護(hù)性作用，而在全身則可能導(dǎo)致機(jī)體自身性破壞[4]。

2 NO的生理作用

2.1 NO在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用

NO廣泛存在于神經(jīng)系統(tǒng)中。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，NO具有介導(dǎo)興奮性氨基酸以及其他與鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶（cGMP）濃度升高有關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)，傳遞信息的功能。可能參與海馬長(zhǎng)時(shí)程突觸傳遞增強(qiáng)（LTP）以及小腦長(zhǎng)時(shí)程突觸傳遞抑制（LTD）。此外，NO還可能參與學(xué)習(xí)、記憶過(guò)程，參與神經(jīng)遞質(zhì)釋放的調(diào)節(jié)，腦血流的調(diào)節(jié)以及痛覺(jué)的調(diào)制等[2]。在外周神經(jīng)系統(tǒng)非腎上腺能非膽堿能（NANC）神經(jīng)元中，NO起神經(jīng)遞質(zhì)的作用，從而調(diào)控腸、胃等器官的功能。

2.2 NO在心血管系統(tǒng)中的作用

NO作為一種血管舒張因子，通過(guò)與其相應(yīng)的膜受體結(jié)合，激活胞內(nèi)cGMP，使cGMP含量升高，[Ca2+]下降，進(jìn)而活化cGMP依賴(lài)性蛋白激酶的機(jī)制來(lái)引起平滑肌松弛、血管擴(kuò)張、血壓降低并抑制血小板聚集和粘附。此外，NO還具有抑制血管壁內(nèi)皮下細(xì)胞增殖、降低大血管和阻力血管通透性、增加一些微血管的通透性等作用[2]。

2.3 NO在免疫系統(tǒng)中的作用

NO是免疫系統(tǒng)對(duì)付細(xì)菌、病毒、腫瘤細(xì)胞等病原體的有效武器。內(nèi)毒素、細(xì)胞因子能夠誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞等表達(dá)iNOS，繼而產(chǎn)生大量的NO，通過(guò)抑制靶細(xì)胞線(xiàn)粒體三羧酸循環(huán)、電子傳遞和細(xì)胞DNA合成途徑，殺傷入侵細(xì)菌、病毒、腫瘤細(xì)胞；同時(shí)過(guò)量的NO具有極大的細(xì)胞毒性作用，可造成正常功能的細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)、酶類(lèi)以及核酸的損傷。

3 NO與低氧的關(guān)系

3.1 急性低氧對(duì)NO分泌的影響

國(guó)內(nèi)外關(guān)于急性低氧對(duì)NO分泌影響的研究報(bào)道，大多數(shù)研究認(rèn)為急性低氧可抑制NOS的活性，從而抑制NO的產(chǎn)生和釋放。Nelin等[5]用測(cè)定灌注液NOX-和NO呼出量的方法發(fā)現(xiàn)急性低氧小豬肺灌注液NOX-下降了60%、NO呼出量下降了30%，認(rèn)為低氧抑制了生理性NO的持續(xù)釋放。Jeffrey等[6]讓小豬經(jīng)歷90min低氧，1h心肺復(fù)氧和2h的恢復(fù)，發(fā)現(xiàn)低氧后NO呼出量降低到基礎(chǔ)水平的36%并在2h恢復(fù)后進(jìn)一步降低到基礎(chǔ)水平的20%、大動(dòng)脈和肺動(dòng)脈血漿亞硝酸鹽水平下降顯著，認(rèn)為低氧-復(fù)氧后NO呼出量減少可能與支氣管上皮機(jī)能障礙有關(guān)。張慧等[7]研究發(fā)現(xiàn)中、重度低壓缺氧大鼠血液、心肌和腦皮質(zhì)NO含量顯著低于對(duì)照組。謝印芝等[8]研究指出急性低氧組（相當(dāng)于海拔7000m，4h）與常氧對(duì)照組相比，腦、肺NO水平明顯下降，NOS活力明顯下降。袁予輝、王迪潯[9]用組織化學(xué)法研究發(fā)現(xiàn)急性低氧肺動(dòng)脈，特別是中、小動(dòng)脈壁NOS活性降低。

急性低氧使NO分泌減少的機(jī)制可能有：（1）NOS活性降低使NO合成受到抑制。從酶動(dòng)力學(xué)角度看，NOS活性降低的機(jī)制可能是：低氧時(shí)NOS催化反應(yīng)平衡常數(shù)發(fā)生改變，使反應(yīng)平衡左移，NOS催化的逆反應(yīng)過(guò)程速度加快，從而導(dǎo)致NO分泌減少；（2）內(nèi)皮素（ET-1）分泌的增多。生理?xiàng)l件下，NO和ET-1作為相互拮抗的生物活性物質(zhì)，它們的合成與分泌之間處于一種動(dòng)態(tài)平衡之中。ET-1通過(guò)其β受體促進(jìn)NO的分泌，而NO則經(jīng)過(guò)cGMP途徑抑制ET-1的產(chǎn)生。當(dāng)急性低氧時(shí)，低氧的刺激作用使內(nèi)皮細(xì)胞ET-1分泌增加，從而使NO的分泌受到了抑制；（3）低氧時(shí)自由基產(chǎn)生增多。NO作為一種保護(hù)因子，可通過(guò)自由基來(lái)防止超氧陰離子自由基-對(duì)細(xì)胞的損傷，當(dāng)機(jī)體處于急性低氧狀態(tài)時(shí)，自由基產(chǎn)生增多，導(dǎo)致NO分泌減少。（4）NO對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（VEGF）的表達(dá)起負(fù)調(diào)控作用。低氧刺激使VEGF的表達(dá)增強(qiáng)，則使起負(fù)調(diào)控作用的NO分泌減少。(5)急性缺氧損害了內(nèi)皮細(xì)胞的分泌功能，使NO分泌減少。

然而，關(guān)于急性低氧對(duì)NO分泌影響研究的結(jié)果還存在著不小差異。趙善明等[10]以人工吸入含氧量為8.5%的氮氧混合氣體（相當(dāng)于海拔6500m）造成家兔急性低氧，發(fā)現(xiàn)家兔血漿NO含量明顯升高。周玉峰等[11]報(bào)道，急性低氧（相當(dāng)于海拔5000m，3d），心肌NO2-和NOS活性明顯增高。金肆等[12]運(yùn)用免疫組織化學(xué)技術(shù)檢測(cè)Wister大鼠肺血管內(nèi)皮和肺內(nèi)氣道上皮eNOS蛋白表達(dá)的變化，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是肺血管內(nèi)皮，還是肺內(nèi)氣道上皮，Wister大鼠eNOS蛋白表達(dá)在模擬4000m、6000m高原低氧處理2h后，均顯著升高。

3.2 慢性低氧對(duì)NO分泌的影響

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于慢性低氧對(duì)NO分泌影響的報(bào)道亦有不少，但結(jié)論不盡相同。Fike等[13]使新生豬暴露于低氧環(huán)境（10%O2）10-12天，發(fā)現(xiàn)血漿、肺灌注液NOX-和NO呼出量水平與對(duì)照組相比有顯著降低，全肺勻漿eNOS蛋白水平較對(duì)照組也顯著降低。林紅、蔡英年[14]通過(guò)NADPH-d組織化學(xué)染色對(duì)肺組織NOS進(jìn)行定性分析，發(fā)現(xiàn)缺氧2周后，肺組織cNOS活性顯著降低。崔建華等[15]對(duì)從平原（海拔1400m）進(jìn)駐海拔3700m和5380m高原第7天及半年的56名官兵進(jìn)行NO檢測(cè)，并與20名平原健康青年作對(duì)照，結(jié)果NO在進(jìn)駐5380m 第7天和半年及3700m第7天時(shí)較平原降低顯著，3700m居住半年時(shí)較平原無(wú)顯著性差異。 Le Cras等[16]用RNA和蛋白質(zhì)印跡技術(shù)檢測(cè)慢性低氧大鼠肺eNOS和iNOS，發(fā)現(xiàn)eNOS和iNOS的mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)均顯著增強(qiáng)。Shi等[17]也發(fā)現(xiàn)慢性低氧使心肌NOS活性升高。Louis等[18]報(bào)道慢性低氧增加成年大鼠肺eNOS蛋白水平，但降低新生豬eNOS蛋白水平。Sato等[19]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠經(jīng)慢性低氧（10%O2），盡管NOS表達(dá)增強(qiáng)但認(rèn)為慢性低氧抑制了NO的分泌。同時(shí)，有研究顯示，在低氧觀察期間，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)血管內(nèi)皮細(xì)胞NOS表達(dá)逐漸增高，在低氧2周時(shí)最為明顯?？梢?jiàn)研究結(jié)果差異較大，可能與實(shí)驗(yàn)對(duì)象、低氧程度、低氧暴露時(shí)間、所處時(shí)期機(jī)體的機(jī)能狀態(tài)、NO及NOS組織特異性等因素有關(guān)。

3.3 低氧習(xí)服對(duì)NO分泌的改善作用

低氧習(xí)服是指通過(guò)1次或多次短暫、非致死性低氧刺激后，機(jī)體獲得對(duì)更嚴(yán)重甚至致死性缺血或缺氧的耐受性。它是機(jī)體抗缺血或缺氧的一種內(nèi)源性保護(hù)現(xiàn)象，普遍存在于動(dòng)物的心、肝、腎和腦等多種組織、器官和細(xì)胞中，可以明顯地減輕高原反應(yīng)[20]。謝印芝等[8]比較大鼠常氧對(duì)照組、急性低氧組（相當(dāng)于7000m，4h）和間斷低氧習(xí)服組(先低氧習(xí)服4周，再置于7000m下4h)發(fā)現(xiàn)，與常氧對(duì)照比較，低氧大鼠（急性低氧、間斷低氧習(xí)服）腦、肺NO水平明顯下降；急性低氧組NOS活力明顯下降，而間斷低氧習(xí)服組NOS活力下降不明顯。急性低氧組和間斷低氧習(xí)服組比較，前者NOS活力明顯低于后者。認(rèn)為經(jīng)低氧習(xí)服后，NO水平及NOS活力可明顯改善。提示低氧習(xí)服可緩和機(jī)體的不良應(yīng)激反應(yīng)。這與周智等[21]報(bào)道的結(jié)論相一致。龍超良等[22]研究發(fā)現(xiàn)大鼠經(jīng)間斷低氧習(xí)服后，比不習(xí)服時(shí)心肌NO2-含量顯著增高。目前研究認(rèn)為，低氧刺激使NO產(chǎn)生和釋放障礙，是高原腦水腫、肺水腫、肺動(dòng)脈高壓等高原疾病產(chǎn)生的重要原因。究其原因可能為：一是低氧刺激對(duì)血管平滑肌肌細(xì)胞收縮的影響，二是NO負(fù)調(diào)控作用，通過(guò)VEGF表達(dá)促使血管內(nèi)皮增殖，又增加血管通透性。機(jī)體接受反復(fù)低氧條件的刺激，能在短時(shí)間內(nèi)有效產(chǎn)生對(duì)低氧的適應(yīng)，從而減輕高原疾病的癥狀，減少高原疾病的發(fā)生。

總之，無(wú)論是急性低氧還是慢性低氧，對(duì)NO的分泌及NOS的活性都會(huì)產(chǎn)生較大的影響，而低氧習(xí)服則能明顯改善這種影響作用。

4 展望

NO在低氧過(guò)程中的重要性日益受到重視。低氧可引起內(nèi)皮細(xì)胞分泌NO的改變，且受不同低氧程度、低氧方式的影響。低氧引起NO分泌的減少，被認(rèn)為是高原腦水腫、肺水腫、肺動(dòng)脈高壓等高原疾病產(chǎn)生的重要原因。NO具有雙重作用，因此低氧時(shí)如何提高NO水平并防止NO分泌過(guò)多對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的損傷是需要研究的課題。此外，機(jī)體產(chǎn)生抗缺氧有利反應(yīng)與不利反應(yīng)間平衡的低氧方式、低氧程度與低氧暴露時(shí)間及低氧引起NO水平變化的機(jī)制等都有待進(jìn)一步探討。

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Acute, Chronic Hypoxia and Nitric Oxide

XU Zhong-hua

(Zhenjiang sports science research institute, Zhenjiang 212001, Jiangsu, China)

Nitric oxid e has abroad domino of fect on human beings, p lays important role in the pro cess o f ph ysiological and pathophysiological in many systems.This article introduced the effect of nitric oxide briefly and summarizes the effects on nitric oxide secrete from the aspects of acute and chronic hypoxia,induce adaptation transformation of nitric oxide synthase,improvement effect of hypoxic acclimatization,in order to pr ovide documentary for furth er studies on th e relationship b etween nitric oxide and hypoxia.

NO; NO synthase; acute hypoxia; chronic hypoxia

徐中華 (1979-)，江蘇鎮(zhèn)江人，研究生，助理研究員，研究方向：運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)。