硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為NO的方式、途徑及其對(duì)心血管疾病治療研究進(jìn)展

逄璦博，孫 麗，王振國(guó)，涂 悅 綜述 呂俊剛 審校

一氧化氮(nitric oxide，NO)是一種反應(yīng)性自由基，通過一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)內(nèi)源性產(chǎn)生的，在維持心血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面起著至關(guān)重要的作用[1]。NO生物利用度或生物活性的降低與多種心血管疾病有關(guān)，而研究表明，NO不完全由NOS產(chǎn)生的，其中膳食中的硝酸鹽部分被吸收到循環(huán)系統(tǒng)中，隨后被唾液腺吸收，唾液中的硝酸鹽被位于舌后部的共性兼性厭氧細(xì)菌還原為亞硝酸鹽，吞咽后大多數(shù)唾液中的亞硝酸在胃的酸性條件下轉(zhuǎn)化為NO，小部分運(yùn)輸?shù)窖褐?，之后通過酶促反應(yīng)和非酶促反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NO，這種不依賴內(nèi)皮的NO的產(chǎn)生通常被稱為硝酸鹽-亞硝酸鹽-NO途徑[2]。而綠葉蔬菜，如甜菜根、菠菜和生菜，含有豐富的硝酸鹽，占膳食硝酸鹽攝入量的60%～80%[3]。有研究表明，膳食無(wú)機(jī)硝酸鹽/亞硝酸鹽同樣可有效降低血壓、保護(hù)缺血再灌注損傷、抑制血小板聚集、改善代謝綜合征等[4]。因此，筆者將對(duì)硝酸鹽/亞硝酸鹽的生物活化及硝酸鹽/亞硝酸鹽介導(dǎo)的心血管疾病中的潛在機(jī)制及其作用進(jìn)行綜述。

1 轉(zhuǎn)化為NO的方式及途徑

生理?xiàng)l件下內(nèi)皮型NOS可將精氨酸氧化生成NO，當(dāng)氧氣供應(yīng)受限時(shí)，由NOS產(chǎn)生的NO減少，而硝酸鹽和亞硝酸鹽可在氧氣供應(yīng)受限的情況下作為內(nèi)皮來(lái)源的NO產(chǎn)生的底物，此外硝酸鹽/亞硝酸鹽作為產(chǎn)生NO的替代途徑，還通過降低血清總膽紅素、超氧陰離子和腫瘤壞死因子-α水平，改善內(nèi)皮依賴性非依賴性舒張功能，改善血管內(nèi)皮完整性[5, 6]。研究表明，當(dāng)血紅蛋白的含氧量在50%時(shí)，血紅蛋白的亞硝酸還原酶活性最有效，而在缺氧狀態(tài)下亞硝酸鹽還可促進(jìn)紅細(xì)胞三磷酸腺苷的合成和釋放，進(jìn)而刺激內(nèi)皮型NOS產(chǎn)生NO，產(chǎn)生的NO可反過來(lái)提高紅細(xì)胞的變形能力，有利于紅細(xì)胞氧氣的運(yùn)輸[7]。

線粒體在低氧條件下也具有還原亞硝酸鹽的能力。在缺氧狀態(tài)下，線粒體內(nèi)細(xì)胞色素c可與亞硝酸鹽結(jié)合，將亞硝酸鹽還原為NO，然而該反應(yīng)需要極低的氧飽和度(2%)，細(xì)胞色素c氧化酶也被認(rèn)為是亞硝酸鹽依賴的呼吸和氧耗調(diào)節(jié)的靶點(diǎn)[8]。NO的生成和細(xì)胞色素c氧化酶的抑制可以減少缺氧時(shí)的耗氧量，加速氧向缺血器官的輸送，因此對(duì)缺血組織有潛在的治療作用。但由于在這種情況下氧分壓極低，需要進(jìn)一步的研究來(lái)證實(shí)這一觀察結(jié)果，特別是對(duì)于活體研究[9]。此外，黃嘌呤氧化還原酶也可介導(dǎo)心臟、肝臟和平滑肌組織中亞硝酸鹽產(chǎn)生NO，從而降低內(nèi)皮細(xì)胞和紅細(xì)胞中的亞硝酸鹽減少有關(guān)，并可以抑制ROS的產(chǎn)生。

2 對(duì)心血管疾病治療研究進(jìn)展

2.1 對(duì)高血壓的影響 無(wú)機(jī)硝酸鹽/亞硝酸鹽作為NO的儲(chǔ)存形式，已被證明在降血壓方面是有效的[10]。Ling等[11]探討了亞硝酸鈉對(duì)高血壓大鼠動(dòng)脈收縮壓和血管功能的影響，結(jié)果顯示通過亞硝酸鈉可顯著降低收縮壓，并改善受損的內(nèi)皮依賴性舒張功能，提高血漿總硝酸鹽/亞硝酸鹽水平和血管組織NO、cGMP水平。此外，還觀察到NOS和HSP-90磷酸化的增加，表明亞硝酸鈉還可通過NOS改善舒張功能，降低血壓的同時(shí)并不會(huì)引起低血壓[12]。

文獻(xiàn)[13]比較了甜菜根汁對(duì)老年人與年輕人血壓的影響，結(jié)果顯示兩組的收縮壓均顯著降低，但在老年組降低更為顯著，表明硝酸鹽可改善心血管健康，尤其是老年人。進(jìn)一步臨床研究顯示補(bǔ)充甜菜根汁2周后，血漿NO升高，同時(shí)收縮壓和舒張壓分別下降6 mmHg和4 mmHg，但兩組間的微血管反應(yīng)無(wú)差異，表明硝酸鹽飲食可改善患者的血壓及大血管的內(nèi)皮功能，但對(duì)微血管影響不大[14]。Blekkenhorst等[15]評(píng)估了高血壓前期或未經(jīng)治療的1級(jí)高血壓患者食用富含硝酸鹽蔬菜的影響，結(jié)果顯示短期攝入富含硝酸鹽蔬菜對(duì)血壓、動(dòng)脈僵硬、血脂和血糖沒有顯著的影響，而唾液、尿液和血漿硝酸鹽濃度及血漿亞硝酸鹽濃度顯著增加，表明飲食干預(yù)在提高硝酸鹽濃度方面是有效的，但對(duì)高血壓前期或未經(jīng)治療1級(jí)高血壓患者的血壓并無(wú)影響。而在妊娠期高血壓中的研究顯示，甜菜根汁也可改善高血壓、內(nèi)皮功能障礙和提高NO生物利用度，且不影響胎兒[16]。

2.2 對(duì)血管內(nèi)皮功能的影響 飲食中的硝酸鹽/亞硝酸鹽對(duì)血管內(nèi)皮功能具有有益的影響。研究顯示，缺乏硝酸鹽/亞硝酸鹽飲食的小鼠可出現(xiàn)血管舒張功能受損，同時(shí)主動(dòng)脈NOS下調(diào)，導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈血管痙攣，且增高心血管疾病相關(guān)病死率，包括急性心肌梗死、心肌纖維化、心源性休克，而服用硝酸鈉可逆轉(zhuǎn)上述改變，表明外源性NO產(chǎn)生系統(tǒng)在血管并發(fā)癥的預(yù)防中具有重要作用[17]。

氧化應(yīng)激和相關(guān)的促炎反應(yīng)可導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化，并導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙，研究表明，膳食中硝酸鹽/亞硝酸鹽能夠阻止活性氧(reactive oxygen species，ROS)的釋放，且可直接下調(diào)血管NADPH氧化酶的活性[18]。有學(xué)者通過建立心臟驟停的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽治療可增加S-亞硝基硫醇水平，從而可逆性特異性地抑制呼吸鏈復(fù)合體I來(lái)防止氧化酶損傷[19]。因此，對(duì)線粒體ROS生成增加引起的NO生物利用度降低的保護(hù)可能有助于防止血管疾病的發(fā)生。

2.3 對(duì)血小板反應(yīng)性和聚集性的影響 硝酸鹽/亞硝酸鹽是血小板產(chǎn)生NO的來(lái)源之一。文獻(xiàn)[20]研究顯示，短期服用硝酸鈉或亞硝酸鈉并不能改變血栓的形成，但可減少血栓的大小，同時(shí)還可抑制血小板聚集與血栓栓塞的生成，延長(zhǎng)凝血酶原時(shí)間。

臨床研究評(píng)估了膳食硝酸鹽或硝酸鉀膠囊與安慰劑對(duì)照對(duì)血小板反應(yīng)性的影響，結(jié)果顯示膳食硝酸鹽和無(wú)機(jī)硝酸鹽補(bǔ)充劑對(duì)男性有一定的抗血小板作用，但對(duì)女性沒有抗血小板作用，而男性NO主要通過血液中亞硝酸鹽的升高在紅細(xì)胞中被還原為NO，NO再通過升高血小板cGMP來(lái)抑制血小板的反應(yīng)性，但女性患者中未發(fā)現(xiàn)到血小板cGMP升高[21]。文獻(xiàn)[22]進(jìn)一步研究顯示，血小板NO的作用獨(dú)立于NOS，同時(shí)還可通過抑制磷酸二酯酶5而進(jìn)一步增強(qiáng)抗血小板作用。血小板來(lái)源的外泌體是高度促凝的，可促進(jìn)凝血酶的生成及纖維蛋白凝塊的形成，而有研究顯示補(bǔ)充硝酸鹽輔助氯吡格雷在抑制血小板的同時(shí)，可顯著降低血小板來(lái)源的外泌體，且可增強(qiáng)患者對(duì)氯吡格雷的反應(yīng)性，表明補(bǔ)充硝酸鹽可能是降低冠心病患者血栓形成的方法[23]。

上述研究表明膳食硝酸鹽或無(wú)機(jī)硝酸鹽補(bǔ)充劑有可能在作為動(dòng)脈粥樣硬化血栓形成一級(jí)預(yù)防或作為二級(jí)預(yù)防中抗血小板治療的輔助治療，可以適度降低血小板的活性。

2.4 對(duì)缺血再灌注損傷影響 缺血再灌注(IR)損傷發(fā)生后線粒體會(huì)產(chǎn)生大量的ROS，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或壞死[24]。Bj?rnsson等[25]研究顯示，大鼠肝臟缺血/再灌注前給予亞硝酸鹽可減少乏氧代謝和細(xì)胞壞死，這可能在臨床上具有重要意義。其機(jī)制研究在缺血再灌注損傷過程中，亞硝酸鹽可以將復(fù)合物I轉(zhuǎn)化為亞硝基化合物。亞硝酸鹽的另一種潛在的保護(hù)作用可能依賴于S-亞硝化，S-亞硝化通過抑制L型Ca2+通道的活性來(lái)減少Ca2+進(jìn)入，并通過激活肌漿網(wǎng) Ca2+-ATPase增加肌漿網(wǎng)對(duì)Ca2+的攝取[26]。動(dòng)物研究顯示，膳食硝酸鹽可通過抑制心臟脂質(zhì)過氧化來(lái)抵抗心肌缺血再灌注損傷，從而對(duì)心臟發(fā)揮保護(hù)作用[27]，還可通過增加心肌組織中H2S的生成來(lái)減輕冠脈缺血/再灌注損傷后的心肌梗死和左室收縮功能障礙[28]。

睪丸扭轉(zhuǎn)是一種常見的泌尿外科急癥，主要由睪丸缺血再灌注損傷引起。Lee等[29]發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充亞硝酸鹽后可通過降低超氧化物歧化酶和過氧亞硝酸鹽水平并caspase-3依賴的細(xì)胞凋亡，可減輕睪丸的損傷并恢復(fù)生精功能。

2.5 對(duì)肺動(dòng)脈高壓的影響 肺動(dòng)脈高壓是一種多因素疾病，其發(fā)病機(jī)制被認(rèn)為與NO的生物活性和反應(yīng)性降低有關(guān)[12]。Henrohn等[30]納入15例肺動(dòng)脈高壓患者進(jìn)行前瞻性研究，治療后發(fā)現(xiàn)甜菜根汁可顯著增加肺動(dòng)脈高壓患者肺NO的產(chǎn)生及降低血漿鳥氨酸水平，有利于防止缺氧誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓的發(fā)展。Tawa等[31]通過在野百合堿誘導(dǎo)大鼠肺動(dòng)脈高壓的同時(shí)及1周前、2周后口服甜菜根汁，結(jié)果顯示通過刺激硫化氫的合成而抑制右心室收縮壓升高、右心室肥厚和肺血管重塑。而在誘導(dǎo)肺動(dòng)脈高壓1周前或2周后服用甜菜根汁并沒有顯著緩解相應(yīng)的癥狀，表明經(jīng)常性服用適量的甜菜根汁可能是一種預(yù)防肺動(dòng)脈高壓的潛在方法。

Cortés等[32]比較了霧化吸入亞硝酸鹽、硝酸鹽和生理鹽水對(duì)缺氧性肺動(dòng)脈高壓動(dòng)物模型的作用，結(jié)果顯示吸入亞硝酸鹽可顯著降低肺動(dòng)脈壓，并增加NO的呼出量，而吸入硝酸鹽與生理鹽水并沒降低肺動(dòng)脈或增加NO的呼出量，表明吸入硝酸鹽對(duì)肺動(dòng)脈高壓的治療無(wú)效，但吸入亞硝酸鹽可能具有治療意義。

總之，NO是人體內(nèi)的主要信號(hào)分子，在維持血管張力、平滑肌細(xì)胞增殖、血小板活性和炎性反應(yīng)等方面起著關(guān)鍵作用，體內(nèi)NO的降低與高血壓、內(nèi)皮功能障礙、動(dòng)脈粥樣硬化等心血管疾病的發(fā)生有關(guān)。在正常情況下，人體通過NO合成酶內(nèi)源性產(chǎn)生70%的NO，而飲食中的硝酸鹽攝入通過硝酸鹽-亞硝酸鹽-NO途徑可補(bǔ)充體內(nèi)所需NO。因此，膳食硝酸鹽/亞硝酸鹽通過在血管中產(chǎn)生NO在維持血管健康方面具有重要作用。但關(guān)于膳食硝酸鹽對(duì)心血管影響的具體機(jī)制仍然不清楚。需要進(jìn)一步的研究來(lái)將膳食硝酸鹽/亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為有效的預(yù)防和治療策略，為臨床心血管疾病患者提供成本效益高的治療方法之一。