一氧化氮對急性胰腺炎影響的研究進展

于春林，張國志

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·綜述·

一氧化氮對急性胰腺炎影響的研究進展

于春林，張國志*

華北理工大學附屬醫(yī)院，河北 唐山 063000

[摘要]急性胰腺炎(Acute pancreatitis,AP)是一種病情兇險，病死率高的臨床常見急腹癥。AP的發(fā)病機制是一個復雜的、多種因素參與的病理生理過程，目前明確的發(fā)病機制尚未完全闡明。近年來，大量研究表明一氧化氮(Nitric oxide,NO)在急性胰腺炎的發(fā)生發(fā)展中起重要的作用。本文就NO對AP的影響作一綜述。

[關(guān)鍵詞]急性胰腺炎;一氧化氮;研究進展

0　引言

近年來，急性胰腺炎(Acute pancreatitis,AP)的發(fā)病率及病死率一直處于上升趨勢，國內(nèi)外研究學者尚未徹底闡明其發(fā)病機制，目前存在多種發(fā)病機制假說。其中胰腺微循環(huán)障礙學說現(xiàn)已被公認為是AR發(fā)生發(fā)展病程中最重要的原因，并且是AP由水腫型發(fā)展為出血壞死型的決定因素，而NO作為體內(nèi)的信號傳遞分子及調(diào)節(jié)介質(zhì)，同時具有舒張血管的功能，在胰腺微循環(huán)中發(fā)揮主導作用。因此，進一步研究與掌握NO在胰腺微循環(huán)中的作用機制，對了解掌握AP發(fā)展的過程及對AP的治療有至關(guān)重要的指導意義。

1　NO的生成及生物學特性

NO是生物體內(nèi)至今為止發(fā)現(xiàn)的分子量最小，結(jié)構(gòu)最簡單的信號傳遞分子，是一種無色、無味的氣體，分子量為30，在水中溶解度較小，其半衰期極短，具有順磁性，由于其分子結(jié)構(gòu)帶有自由基，所以其化學性質(zhì)極不穩(wěn)定，在體內(nèi)容易與其他氧自由基等物質(zhì)結(jié)合生成二氧化氮等氮氧化合物。體內(nèi)NO的產(chǎn)生主要通過兩種途徑：一種是通過非酶生性產(chǎn)生，主要通過臨床藥物供體生成，如硝酸甘油、硝普鈉等；另一種是通過酶生性產(chǎn)生，主要通過一氧化氮合酶(NOS)催化前體物質(zhì)生成，如內(nèi)源性NO是NOS催化左旋精氨酸(L-Arg)而合成，其合成公式為L-Arg+NOS+O2=NO+L-瓜氨酸。NO廣泛分布于體內(nèi)各種器官及組織中，主要分布于血管內(nèi)皮細胞、神經(jīng)細胞以及免疫細胞中[1-2]。NO具有兩面性，其發(fā)揮作用的不同主要與催化其生成的NOS類型不同有關(guān)，不同的器官及組織存在著不同的NOS，不同類型的NOS催化生成的NO所發(fā)揮的作用也不同。因此，NO的作用也存在不確定性，對不同類型的器官及組織會產(chǎn)生不同的作用。目前研究發(fā)現(xiàn)，至少存在2種不同類型的NOS，一種為結(jié)構(gòu)型或原生型NOS(Constitutive NOS,cNOS)，另一種為誘導型NOS(Inducible NOS,iNOS)，其中cNOS又可分為內(nèi)皮型一氧化氮合酶和神經(jīng)型一氧化氮合酶[3]。cNOS主要存在于胞漿內(nèi)，在機體主要分布于內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞及神經(jīng)細胞等[4]。在生理狀態(tài)下，體內(nèi)L-Arg在cNOS催化作用下生成低濃度的NO，此時的NO作為一種信號傳導分子及調(diào)節(jié)介質(zhì)，具有傳遞信號、舒張血管、維持胃腸平滑肌張力、抑制血小板聚集以及白細胞黏附等生理作用，對機體具有保護作用。cNOS為鈣依賴性酶，生理狀態(tài)下合成極少，其作用具有一過性,能使血管內(nèi)皮、神經(jīng)組織等釋放微量NO，發(fā)揮對機體的保護作用。它可以被Ca興奮性氨基酸、乙酰膽堿以及緩激肽激活,也可被L-Arg類似物抑制。而iNOS主要分布于機體的巨噬細胞、淋巴細胞、中性粒細胞、肥大細胞以及T細胞等免疫細胞中[5]。在生理狀態(tài)下iNOS基因不表達，而在病理狀態(tài)下，則通過內(nèi)毒素和炎癥因子的激活持續(xù)產(chǎn)生大量地NO，持續(xù)高濃度的NO通常表現(xiàn)為細胞毒性作用，能殺傷腫瘤組織和外來入侵機體的病原體。iNOS為非鈣依賴性酶[6]，其活性依賴于還原型輔酶Ⅱ,在病理狀態(tài)下，體內(nèi)的內(nèi)毒素、TNF-α、γ干擾素、IL-1、IL-6等細胞炎癥因子可持續(xù)激活iNOS，被激活的iNOS催化體內(nèi)的巨噬細胞、中性粒細胞、淋巴細胞及T細胞等免疫細胞中的L-Arg持續(xù)大量地生成NO，高濃度的NO對機體往往產(chǎn)生強烈的細胞毒性作用。

因此，體內(nèi)的NO在不同的生理狀態(tài)對不同的器官及組織會產(chǎn)生不同的作用，表現(xiàn)出“雙刃劍”的生物學特性。表現(xiàn)為由cNOS催化生成的低濃度NO起細胞保護作用,而iNOS催化生成的高濃度NO對細胞起毒性作用,同時體現(xiàn)了NO對時間和劑量的依賴性。

2　NO對胰腺微循環(huán)障礙的影響

現(xiàn)已研究證實，AP時胰腺微循環(huán)障礙主要表現(xiàn)為微血管痙攣、血管通透性改變及微循環(huán)瘀滯等。為了觀察NO對AP時微循環(huán)的影響及胰腺血流變化，Liu等[7]用雨蛙肽復制大鼠實驗性AP模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當給予NO供體L-Arg時，胰腺血流量顯著增加，并隨著L-Arg量的增多而增加，給予NOS抑制劑硝基-L-精氨酸(L-NNA)時，胰腺血流量顯著下降。還有實驗表明，將牛黃膽酸鈉逆行胰導管注入制成AP模型時，胰腺、肝臟及腎臟等器官血流量急劇下降，給予L-Arg治療后，各器官血流量有所回升，微循環(huán)狀態(tài)有所改善。以上實驗研究均表明，NO在AP病程中胰腺微循環(huán)障礙中發(fā)揮著非常重要的作用。其作用機制與在心血管系統(tǒng)中的作用一致，即通過與靶細胞中的鳥苷酸環(huán)化酶(GC)結(jié)合從而增加其活性，進而促使磷酸鳥苷環(huán)化產(chǎn)生大量的環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)。大量的cGMP作為體內(nèi)第二信使可以激活存在于胞漿中的依賴cGMP的蛋白激酶，使胞漿內(nèi)鈣離子從內(nèi)向外流出，導致細胞胞漿內(nèi)游離Ca2+濃度下降，肌鈣蛋白C對Ca2+的親和力降低，從而使血管平滑肌呈松弛狀態(tài)。因此，NO具有強大的調(diào)節(jié)血管張力的作用，在調(diào)節(jié)局部血流灌注量中起到十分重要的作用。此外，NO除了具有局部的擴血管作用,還可以通過維持微血管的完整性以及抑制血小板聚集、白細胞黏附和激活、降低血液黏度和清除氧自由基等作用來改善微循環(huán)障礙[8]。

3　NO在AP中的保護作用

近年來，研究者對NO的研究不斷深入，也取得了一些進步，為AP的治療提供了一個嶄新的方向。動物實驗結(jié)果證實，給予適當劑量的NO供體如L-Arg、硝普鈉及硝酸甘油時，胰腺血流量顯著增加，而且胰腺水腫顯著減輕，胰腺組織病理切片也得到顯著改善，適量的NO對AP有保護作用。Liu等[7]用雨蛙肽制造大鼠AP模型的實驗證實，NO可以明顯改善胰腺血流量，而且可以減輕胰腺水腫及出血、壞死。Werner等[9]研究發(fā)現(xiàn)，NO可以顯著改善胰腺血流量，減輕胰腺組織水腫、出血及壞死。此外，NO可以減少胰腺內(nèi)胰蛋白酶原活性肽(TAPS),降低血清淀粉酶含量。有報道，吸入NO可通過降低肺動脈壓、改善動脈氧分壓的機制來治療急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)及急性重癥胰腺炎。Werner等[9]曾在急性重癥胰腺炎大鼠實驗中加入NO氣體(80 ppm),結(jié)果發(fā)現(xiàn)，胰腺組織內(nèi)胰蛋白酶原活性肽含量明顯下降，證實吸入NO對重癥急性胰腺炎有積極的治療作用。

目前NO對AP的保護機制尚未完全闡清，近年來研究者對NO通過誘導細胞凋亡來保護AP的研究越來越重視。自從Albina等通過研究NO對巨噬細胞作用的實驗提出NO可誘導細胞凋亡，以及Fehsel等發(fā)現(xiàn)NO能有效誘導胸腺細胞凋亡，NO與細胞凋亡之間關(guān)系的研究越來越受到研究者的關(guān)注[10]。20世紀90年代，Kaiser在急性水腫型胰腺炎模型中觀測到大量凋亡細胞，而在急性出血壞死型胰腺炎模型中發(fā)現(xiàn)大量壞死細胞，凋亡細胞很少。結(jié)果表明，在AP由水腫型向出血壞死型轉(zhuǎn)變的病程中，細胞凋亡起到保護作用。

目前對NO影響胰腺腺泡細胞凋亡機制的研究尚處于初步階段，確切的機制仍需研究者進一步研究?，F(xiàn)就目前研究狀況歸納總結(jié)：①NO可能通過誘導血管平滑肌細胞凋亡來改善胰腺微循環(huán)，進而保護AP。NO可直接擴散，與血管平滑肌細胞上的可溶性GC結(jié)合，通過與血紅素中的鐵卟啉結(jié)合反應，從而改變了GC中血紅素-鐵蛋白的功能，使二者之間的共價化學鍵斷裂，進一步使血紅素中的鐵卟啉對GC的抑制得到改善,進而使GC活化,使血管平滑肌細胞內(nèi)第二信使cGMP生成增多，從而介導細胞凋亡。研究表明，NO誘導的細胞凋亡可以被細胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷(cAMP)及其激動劑抑制。而NO可通過影響GC而增加cGMP的含量來拮抗cAMP的抑制，從而促進細胞凋亡。此外，NO能活化質(zhì)子泵，促進細胞膜上Na+-H+交換,使細胞內(nèi)H+濃度明顯升高,進而使細胞因酸堿平衡紊亂而發(fā)生酸化及細胞凋亡。NO誘導血管平滑肌細胞凋亡可以使微血管完成自我修復，提升胰腺血流量，降低炎性物質(zhì)的滲出及胰腺細胞壞死，進而改善胰腺微循環(huán)障礙，使AP得到保護，避免AP病情進一步惡化。②NO在體內(nèi)作用生成活性氧中間物來誘導中性粒細胞凋亡。體內(nèi)的NO可與O2作用生成O2-、H2O2、NO2、ONOO以及ONOOH等活性氧中間物，后者可以誘導中性粒細胞凋亡，從而使中性粒細胞的濃度大大降低，減少了其在胰腺組織的浸潤，使胰腺組織得到保護。有報道，在AP動物模型實驗中應用抗中性粒細胞抗體可降低血液循環(huán)中的中性粒細胞濃度，且所有AP動物均未死亡。另外，AP的病情嚴重程度與中性粒細胞的濃度呈正相關(guān)。中性粒細胞在AP的發(fā)生發(fā)展中有重要的作用。有報道，在AP動物實驗中預先給予L-NNA后,胰腺內(nèi)中性粒細胞的濃度明顯增加,表明NO可以降低胰腺內(nèi)中性粒細胞的濃度，使胰腺炎病情得到緩解。其保護胰腺的機制即為NO與體內(nèi)O2作用生成活性氧中間物，后者可誘導中性粒細胞凋亡，從而使中性粒細胞濃度降低。

Evans等[11]歸納總結(jié)了NO及活性氧中間物的作用:①活性氧中間物可以直接破壞細胞DNA的合成,導致細胞發(fā)生基因突變進入凋亡程序。②NO及活性氧中間物可以影響糖酵解途徑中關(guān)鍵酶的活性，減少ATP的生成，使細胞發(fā)生凋亡。③NO可以通過激活細胞內(nèi)GC生成大量cGMP，進而使細胞內(nèi)Ca2+濃度大量減少,激活核酸內(nèi)切酶，啟動細胞凋亡程序。由此可見，NO可以誘導胰腺內(nèi)中性粒細胞啟動凋亡程序，進而降低中性粒細胞的濃度，避免胰腺浸潤在高濃度的炎癥細胞中，起到了隔離保護胰腺的作用。④NO可以通過影響能量合成代謝，導致細胞發(fā)生凋亡，從而保護AP。研究發(fā)現(xiàn)，NO可以和呼吸電子傳遞鏈上的含鐵蛋白酶結(jié)合，使其活性降低，進而破壞細胞能量合成代謝，即細胞的氧化磷酸化過程，由于細胞缺乏能量而進入細胞凋亡程序。研究發(fā)現(xiàn)，NO還可以通過影響能量代謝三羧酸循環(huán)中的烏頭酸酶活性,使細胞有氧代謝過程受到抑制，使炎癥細胞因缺少能量而發(fā)生凋亡,炎癥細胞數(shù)量下降，炎癥浸潤減少，AP病情得到改善。⑤其他：如通過影響基因調(diào)控等來誘導細胞凋亡。

4　NO在急性胰腺炎中的損傷作用

適量的NO在機體中及AP的病程中起到舒張微血管、增加器官組織血流量、抗血小板聚集、改善微循環(huán)障礙的保護作用。但大量的NO對機體和AP的病程發(fā)展會產(chǎn)生不良的影響[12-13]。國內(nèi)外很多AP動物實驗結(jié)果證實，水腫型AP患者NO含量明顯高于對照組，而出血型AP患者NO含量顯著高于水腫型AP者，且NO的含量隨AP病程的延長而明顯增加，表明NO在AP病程惡化的過程中起決定作用。Abe等[14]在用蛙皮素復制水腫型大鼠AP模型的實驗中發(fā)現(xiàn)，當給予NOS的抑制劑L-NNA后,胰腺組織水腫程度降低,而給予NO的供體后，胰腺組織水腫顯著增加。推測NO是促進實驗性AP的胰腺組織形成水腫的重要因素之一。其機制為內(nèi)源性NO通過增加胰腺微血管的通透性，使微血管內(nèi)血漿蛋白滲出，造成胰腺組織水腫，從而損傷胰腺。有研究表明，大量內(nèi)源性NO是造成AP損傷的關(guān)鍵因素之一,減少內(nèi)源性NO后，胰腺損害程度也隨之下降，增加其含量，胰腺的損害程度也隨之增加，二者存在一定的相關(guān)性。大量NO對胰腺造成破壞的原因有以下方面：①高濃度的內(nèi)源性NO能直接對血管產(chǎn)生難治性的擴張，從而使胰腺的有效血流量降低，持續(xù)的低血流使胰腺因缺血而增加其破壞程度;②高濃度NO對胰腺細胞能產(chǎn)生細胞毒性作用;③NO可以激活胰腺中性粒細胞,使胰腺浸潤在炎癥細胞中，增加對胰腺細胞的破壞作用。此外，NO在體外可破壞胰腺的胰島細胞,這可能是急性胰腺炎往往合并糖尿病的原因之一。NO破壞胰腺細胞的作用機制:①NO可以通過影響線粒體內(nèi)三羧酸循環(huán)中烏頭酸酶的活性以及呼吸鏈中的復合物Ⅰ和復合物Ⅱ的活性,使呼吸鏈傳遞受到障礙，能量代謝障礙，ATP合成受阻,進而導致胰腺細胞的代謝紊亂，使細胞受到破壞。②NO能降低細胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)和葡萄糖的生成。③NO能破壞細胞脫氧核糖核酸的生成，影響細胞遺傳物質(zhì)的生成，使細胞遭到破壞。

此外，NO還參與AP時的肺損傷。研究顯示，AP患者在入院24 h內(nèi)死亡的人數(shù)占因該病死亡總?cè)藬?shù)的20%,其中將近95%的死亡患者合并有肺損傷。研究者在誘導實驗性大鼠AP模型中,通過逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應方法觀察到大鼠肺泡巨噬細胞中iNOS的mRNA表達，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的NO及O2-含量顯著高于正常大鼠肺組織，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。此外，加入NOS抑制劑L-N-單甲酯-L-精氨酸(L-NMMA)后，肺組織水腫明顯減輕且PaO2升高，證實大量由肺泡巨噬細胞產(chǎn)生的NO參與AP時肺損傷的過程。其機制可能為AP時激活肺泡巨噬細胞上的iNOS，iNOS產(chǎn)生大量的NO,NO又在體內(nèi)生成氧活性中間產(chǎn)物，如O2-和ONOO-等，而這些氧活性產(chǎn)物本身具有很強的毒性作用，可以對肺泡表面活性物質(zhì)以及肺泡細胞內(nèi)皮產(chǎn)生強大的毒性作用而使肺泡功能失活，從而導致急性肺損傷。顧言等[15]研究發(fā)現(xiàn)，急性肺損傷/ARDS組患者血清中NO的含量顯著高于健康組(P<0.05),且治療后存活組患者血清NO的含量較病死組明顯下降(P<0.05)。以上實驗均說明NO參與急性肺損傷的病理生理過程，NO的濃度與急性肺損傷的病情程度有一定的關(guān)系，NO可作為判斷病情及預后的良好指標。此外，研究證實，NO可作為判斷氣道炎癥反應程度的重要標志物[16]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，NO降低了AP時肺損傷，其可能機制為NO抑制肺組織內(nèi)炎癥細胞的浸潤以及減少自由基的產(chǎn)生[17-18]。

5　存在的問題與展望

盡管越來越多的研究表明NO在AP中發(fā)揮著重要作用，但NO在AP中的發(fā)病機制仍不明確，仍然有許多假說以及猜想，還需要解答許多問題，如：①在AP發(fā)展病程中，哪些時間及條件能激活胰腺細胞中的cNOS或iNOS；②隨著AP病程的發(fā)展，對細胞中cNOS或iNOS是否有促進或抑制作用；③胰腺細胞上的cNOS和iNOS是否可以隨著NO量而相互轉(zhuǎn)化；④能對機體起保護作用的體內(nèi)NO的適合劑量，以及可能對機體產(chǎn)生損害作用的劑量。有研究者提出用NO拮抗劑，如超氧化物歧化酶及別嘌呤醇等治療AP。但目前NO的供體(如L-Arg)在體內(nèi)產(chǎn)生NO的量及NOS抑制劑(如L-NNA)在體內(nèi)減少NO的量均未明確，使NO治療AP受到限制。只有通過大量的動物實驗及臨床基礎(chǔ)研究工作反復研究探討NO在AP中的作用及機制，精心研制NO供體及抑制劑藥物，才能更好地治療AP患者。

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收稿日期：2015-12-16

*通信作者

DOI:10.14053/j.cnki.ppcr.201607032

Research progress of the effect of nitric oxide on acute pancreatitis

YU Chun-lin,ZHANG Guo-zhi*

(Affiliated Hospital of North China University of Science and Technology,Tangshan 063000,China)

[Abstract]Acute pancreatitis (AP) is a common clinical acute abdomen disease and it is a dangerous disease with high mortality.AP pathogenesis is a complex pathophysiological process and multiple factors are involved,so currently definitive pathogenesis is not fully understood.In recent years,a large number of studies have shown that nitric oxide (nitric oxide,NO) plays an important role in the development of acute pancreatitis.This paper summarizes the research progress on the effect of NO on AP.

Key words：Acute pancreatitis;Nitric oxide (NO);Research progress