神經(jīng)元型一氧化氮合酶與胃腸動(dòng)力障礙關(guān)系的研究進(jìn)展*

肖和達(dá) 湯禮軍

(610008)

神經(jīng)元型一氧化氮合酶與胃腸動(dòng)力障礙關(guān)系的研究進(jìn)展*

肖和達(dá) 湯禮軍#成都軍區(qū)總醫(yī)院全軍普外中心

(610008)

一氧化氮合酶(NOS)是體內(nèi)生成一氧化氮(NO)的關(guān)鍵酶，具有重要的生物學(xué)意義。隨著對(duì)NOS的生化和分子學(xué)特征的研究深入，干預(yù)NOS-NO途徑在胃腸動(dòng)力障礙中起有重要作用。本文就神經(jīng)元型一氧化氮合酶(nNOS)與胃腸動(dòng)力障礙關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述。

一氧化氮合酶Ⅰ型； 一氧化氮； 胃腸活動(dòng)； 腸神經(jīng)系統(tǒng)

一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)分布廣泛，主要存在于內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、神經(jīng)吞噬細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞中，根據(jù)常規(guī)分型可分為常態(tài)下存在的神經(jīng)元型一氧化氮合酶(nNOS)和內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)以及在損傷后誘導(dǎo)表達(dá)的誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)，其中nNOS主要位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)組織內(nèi)。胃腸道的神經(jīng)支配包括外來自主神經(jīng)和腸神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system, ENS)。ENS由胃腸道壁內(nèi)神經(jīng)成分組成，其結(jié)構(gòu)和功能不同于交感神經(jīng)系統(tǒng)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)，而與中樞神經(jīng)系統(tǒng)相類似，具有完整的反射弧，在胃腸動(dòng)力的神經(jīng)調(diào)節(jié)中起有重要作用。NO是ENS中非腎上腺素非膽堿能(non-adrenergic non-cholinergic, NANC)神經(jīng)的主要抑制性神經(jīng)遞質(zhì)之一，ENS中NOS陽性神經(jīng)元分泌的NO在刺激胃腸道分泌以及松弛胃腸道平滑肌中發(fā)揮重要作用[1]。既往動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已證實(shí)ENS中NOS陽性神經(jīng)元數(shù)量改變與胃腸動(dòng)力障礙具有一定相關(guān)性。本文就nNOS與胃腸動(dòng)力障礙的關(guān)系作一綜述。

一、nNOS

1. nNOS的生物學(xué)特性：nNOS基因位于人染色體12q24.2～24.3上，由1 434個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)160.8 kDa(1 Da=0.992 1 u)[2]。

2. nNOS的分布：nNOS主要集中在神經(jīng)元細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞，在心肌細(xì)胞、骨骼肌和平滑肌中亦有分布，在細(xì)胞中主要定位于質(zhì)膜，但在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中可定位于細(xì)胞核[3]。NOS免疫反應(yīng)陽性產(chǎn)物主要分布于胃腸道黏膜層上皮細(xì)胞、內(nèi)分泌細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、固有層組織細(xì)胞和肌間神經(jīng)叢以及黏膜下神經(jīng)叢神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，特別是胃竇和幽門部，對(duì)胃腸道蠕動(dòng)起重要的調(diào)控作用[4-6]。

3. nNOS活性的調(diào)控：nNOS活性的調(diào)控受多方面影響，首先在轉(zhuǎn)錄水平上可能存在轉(zhuǎn)錄調(diào)控，如應(yīng)切力、張力、低氧以及細(xì)胞因子等可對(duì)其活性產(chǎn)生影響；其次，翻譯水平上mRNA穩(wěn)定性對(duì)NOS活性起有重要作用，nNOS在剪切中因缺乏編碼鈣調(diào)蛋白(CaM)結(jié)構(gòu)域的外顯子，拼接后將失去轉(zhuǎn)化左旋精氨酸(L-arginine，L-Arg)的活性；對(duì)于翻譯后修飾，NOS磷酸化是快速調(diào)節(jié)酶活性的一種方式，NOS可被蛋白激酶A(PKA)、蛋白激酶C(PKC)、Ca2+/CaM依賴性蛋白激酶(CaMK)磷酸化，其中CaMK磷酸化可使NOS活性顯著下降；此外，各種底物以及輔助因子均能干預(yù)NOS活性[7-8]。nNOS包含兩個(gè)催化結(jié)構(gòu)域，分別是C末端的還原結(jié)構(gòu)域和N末端的氧化結(jié)構(gòu)域，其中C端與細(xì)胞色素P450還原酶具有顯著的同源性，含有類似還原酶的血紅素輔基-鐵原卟啉Ⅸ，故NOS一條多肽鏈上包含了氧化酶和還原酶催化活性的不同結(jié)構(gòu)域，極有可能是真核生物系統(tǒng)中惟一自給自足的P450酶[9-11]。二聚體是nNOS的活性形式，其形成需結(jié)合四氫生物蝶呤(tetrahydrobiopterin, BH4)、亞鐵血紅素和L-Arg，近年研究多認(rèn)為BH4為NO合成的必須輔助因子[4,12]。

二、NO的合成

NO是一種極不穩(wěn)定的生物自由基，分子小，微溶于水，具有脂溶性，可快速透過生物膜擴(kuò)散，生物半衰期僅3～5 s。NOS是體內(nèi)合成NO的限速酶，在胃腸道動(dòng)力調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用。人體消化道中從口腔到肛門均有NOS分布，其中小腸分布最多；胃腸壁各層均可見NOS，其中環(huán)形平滑肌中最多。NOS催化合成NO機(jī)制目前并不十分清楚，但公認(rèn)包括兩個(gè)單氧化過程。首先，一分子O2、一分子還原型輔酶Ⅱ(NADPH)和BH4反應(yīng)生成中間產(chǎn)物N-羥基-精氨酸(NHA)，然后在黃素輔酶參與下繼續(xù)氧化生成L-胍氨酸、NADP+和NO，生成的NO立即與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的鳥苷酸環(huán)化酶發(fā)生反應(yīng)，使環(huán)磷鳥苷(cGMP)生成增加來發(fā)揮其生理作用。因NOS是Ca2+/CaM依賴性酶，生理?xiàng)l件下由Ca2+激動(dòng)劑觸發(fā)的酶活性持續(xù)時(shí)間短暫(數(shù)秒鐘)，從而導(dǎo)致Ca2+/CaM水平對(duì)NOS的活性控制敏感，亦是NO合成的敏感因素[13]。

三、nNOS對(duì)胃腸動(dòng)力的調(diào)控

1. NO在胃腸道中的作用：體內(nèi)合成的NO幾乎參與了人體各種疾病的發(fā)生過程[9,14]。NO在消化系統(tǒng)中可能參與調(diào)節(jié)胃腸黏膜血流、調(diào)節(jié)胃腸黏膜分泌功能以及保護(hù)胃腸黏膜，但目前NO對(duì)胃腸動(dòng)力調(diào)節(jié)作用的研究結(jié)果存在一定差異[4,15-17]。NO為ENS中重要的抑制性NANC神經(jīng)遞質(zhì)，與其他NANC神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮協(xié)同調(diào)節(jié)胃腸道運(yùn)輸?shù)淖饔?，特別是食管下端、幽門、回盲瓣肛門等重要分界點(diǎn)的括約肌。目前一般認(rèn)為NO增多，括約肌松弛，但有研究發(fā)現(xiàn)胃腸動(dòng)力改變的腸壁肌間神經(jīng)節(jié)中NOS陽性神經(jīng)元未見明顯改變[18-20]。

2. nNOS調(diào)控胃腸動(dòng)力的機(jī)制：胃腸蠕動(dòng)依靠胃腸平滑肌的收縮產(chǎn)生，平滑肌收縮繼發(fā)于動(dòng)作電位，而動(dòng)作電位是在慢波去極化的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，慢波是胃腸蠕動(dòng)的基本電節(jié)律，受胃腸道起搏細(xì)胞Cajal間質(zhì)細(xì)胞(interstitial cells of Cajal, ICC)的調(diào)控[21-22]。NO具有高度脂溶性，合成后以擴(kuò)散的方式到達(dá)靶細(xì)胞ICC等，與細(xì)胞中可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(soluble guanylyl cyclase, SGC)結(jié)合，通過改變SGC的空間構(gòu)型來提高酶活性，從而使細(xì)胞內(nèi)cGMP生成增加，激活依賴cGMP蛋白激酶的鈣泵，最終參與細(xì)胞間的信息傳遞[23]。研究表明當(dāng)cGMP激活蛋白激酶G(PKG)，PKG阻止Ca2+內(nèi)流或促進(jìn)Ca2+跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞，PKG同時(shí)也可選擇性抑制肌漿網(wǎng)釋放或促進(jìn)鈣泵將Ca2+泵回肌漿網(wǎng)，引起胞質(zhì)內(nèi)Ca2+降低[7,10]。由此可見，作為nNOS陽性神經(jīng)元細(xì)胞與胃腸平滑肌細(xì)胞間信息傳遞的信使，NO增加使Ca2+內(nèi)流減少，直接促使平滑肌舒張。此外，有研究證實(shí)NO可抑制興奮性遞質(zhì)釋放來抑制肌肉收縮[24]。

3. 腸道nNOS與胃腸動(dòng)力相關(guān)研究：胰腺炎大鼠胃腸動(dòng)力改變時(shí)，腸黏膜下以及肌間神經(jīng)元中NOS表達(dá)無明顯變化；甚至有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)伴有胃腸動(dòng)力障礙的急性壞死性胰腺炎大鼠回腸NOS蛋白表達(dá)下降[16-18,23]。有研究發(fā)現(xiàn)nNOS基因敲除大鼠胃部明顯擴(kuò)張且幽門括約肌肥大，這與嬰幼兒肥大性幽門狹窄的病理非常相似，說明胃排空蠕動(dòng)與機(jī)體nNOS表達(dá)有密切關(guān)系。此外，研究發(fā)現(xiàn)先天性巨結(jié)腸癥是直腸平滑肌和腸肌間神經(jīng)叢中缺乏NOS所致[5-6]。由此可見，人體胃腸運(yùn)動(dòng)與nNOS表達(dá)存在密切聯(lián)系。

四、總結(jié)與展望

NO可由nNOS以及其另外兩種同工酶作用于L-Arg轉(zhuǎn)化產(chǎn)生，目前已用于心血管疾病、胃腸動(dòng)力障礙、重癥呼吸系統(tǒng)疾病、神經(jīng)痛以及神經(jīng)退行性疾病等的治療中。健康狀態(tài)下機(jī)體各部位NO濃度以及NOS活性維持在一定范圍，心血管系統(tǒng)中NO合成減少將對(duì)血管內(nèi)皮喪失保護(hù)作用，但神經(jīng)系統(tǒng)中NO含量增加將產(chǎn)生神經(jīng)毒性[25]。目前針對(duì)體內(nèi)nNOS活性的研究主要集中于腦神經(jīng)系統(tǒng)中nNOS抑制劑的研究，nNOS的抑制機(jī)制主要包含競爭性抑制底物結(jié)合、抑制配體或輔酶、阻止蛋白二聚體形成、拮抗CaM等[9,26]。Lychkova[27]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)NOS抑制劑可預(yù)防胃食管反流病的發(fā)展，NOS抑制劑可改變ENS中nNOS的表達(dá)，部分原因可能是ENS可發(fā)生重塑，ENS細(xì)胞以及胞外組織在受到外部刺激后可發(fā)生形態(tài)學(xué)改變，因此ENS作為直接影響胃腸道功能的一級(jí)神經(jīng)節(jié)結(jié)構(gòu)，ENS重塑與胃腸道功能改變密切相關(guān)。

nNOS陽性神經(jīng)元是ENS中主要抑制性神經(jīng)元之一，調(diào)節(jié)nNOS活性將直接影響胃腸動(dòng)力的變化，nNOS主要在正常生理狀態(tài)下使組織緩慢釋放NO，維持機(jī)體生理需要量，當(dāng)機(jī)體處于病理狀態(tài)下腸壁nNOS陽性神經(jīng)元發(fā)生重塑從而影響腸道動(dòng)力。NO對(duì)于血管內(nèi)皮的保護(hù)作用同樣適用于腸壁血管，發(fā)現(xiàn)其與一些胃腸黏膜保護(hù)機(jī)制存在聯(lián)系，這種在同一環(huán)境下，NO的不同作用存在將是今后的研究方向。同樣，根據(jù)目前對(duì)腦神經(jīng)nNOS抑制劑的研究，胃腸動(dòng)力障礙對(duì)nNOS活性的抑制研究也具有一定的臨床意義。對(duì)于nNOS與胃腸動(dòng)力障礙的研究，不局限于促進(jìn)或抑制的關(guān)系進(jìn)展，NO的矛盾作用決定了兩者之間的關(guān)系是存在相對(duì)性的。同時(shí)尋找治療胃腸動(dòng)力障礙的切入時(shí)機(jī)可能是今后研究的重點(diǎn)。

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(2017-04-02收稿；2017-05-06修回)

ProgressofResearchonRelationshipBetweenNeuronalNitricOxideSynthaseandGastrointestinalMotilityDisorders

XIAOHeda,TANGLijun.

CenterofGeneralSurgery,GeneralHospitalofChengduMilitaryRegion,Chengdu(610008)

TANG Lijun, Email: tlj1316@sina.com

Nitric oxide synthase (NOS) is a key enzyme for production of nitric oxide (NO)invivo. With the deepening of study on biochemical and molecular characteristics of NOS, the intervention of NOS-NO pathway playing an important role in gastrointestinal motility disorder is appreciated. This article reviewed the progress of research on relationship between neuronal nitric oxide synthase (nNOS) and gastrointestinal motility disorders.

Nitric Oxide Synthase Type Ⅰ; Nitric Oxide; Gastrointestinal Motility; Enteric Nervous System

10.3969/j.issn.1008-7125.2017.11.011

*本課題由國家自然科學(xué)基金(81500409)、四川省科技廳基礎(chǔ)研究(2015JY0161)資助

#本文通信作者，Email: tlj1316@sina.com