一氧化氮在各生理系統(tǒng)中的作用

鄭洋濱，劉寧，艾力奇，洪燕，董文南

1.江西省藥品檢驗檢測研究院，國家藥品監(jiān)督管理局中成藥質(zhì)量評價重點實驗室，江西省藥品與醫(yī)療器械質(zhì)量工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330029；2.南昌大學第一附屬醫(yī)院，江西 南昌 330006

一氧化氮（NO）是一種新型的生物信使分子，廣泛分布在生物體的各個組織和器官中，參與機體內(nèi)的多種生理和病理的過程［1］。NO 在生物體內(nèi)不穩(wěn)定，半衰期短，親脂性高，易透過生物膜，而且和肌球蛋白、血紅蛋白和可溶性鳥苷酸環(huán)化酶（GC）的鐵離子具有極高的親和性。NO 在心、腦、血管、神經(jīng)、免疫調(diào)節(jié)等方面有著十分重要的作用。研究還發(fā)現(xiàn)，NO 不僅具有多方面的生理和病理學意義，還有廣闊的藥理學前景。因此，在1992 年NO 被美國Science 雜志評選為當年的明星分子?，F(xiàn)就NO在生物體內(nèi)的作用做如下綜述。

1 NO 的發(fā)現(xiàn)與生物體內(nèi)來源

早在1980 年，科學家就發(fā)現(xiàn)，很多血管擴張劑如乙酰膽堿（Ach）的舒血管作用是由于血管內(nèi)皮細胞能產(chǎn)生一種血管舒張因子（EDRF）。經(jīng)過進一步的研究證明［2］，EDRF 的舒血管作用是因為它能提高細胞內(nèi)的cGMP 的水平，并且還證明EDRF就是NO。在1988 年，Palmer 等［3］發(fā)現(xiàn)在哺乳動物體內(nèi)，可以由L-精氨酸（L-Arg）合成NO。在生物體內(nèi)，已發(fā)現(xiàn)多種類型的細胞都能產(chǎn)生NO，這些細胞都能由一氧化氮合酶（NOS）的異構(gòu)酶家族催化產(chǎn)生NO。目前已知的NOS 主要有兩種類型，鈣依賴型NOS（cNOS）和非鈣依賴型NOS（又稱誘導型NOS，iNOS），而鈣依賴型又分為神經(jīng)型NOS（nNOS）和內(nèi)皮型NOS（eNOS）。NOS 以活性氧和L-Arg 為底物，以還原型輔酶Ⅱ（NADPH）作為輔助因子，生成NO 和L-瓜氨酸。

2 NO 在心血管系統(tǒng)中的作用

NO 對在心血管系統(tǒng)中的作用已被廣泛認知，硝普鈉作為NO 前體藥的代表藥物之一，已廣泛應用于各種高血壓急癥、心力衰竭以及肺水腫的治療中。NO 在心血管系統(tǒng)中可能作為一種生理適應機制發(fā)揮作用，NO 對心血管系統(tǒng)主要有調(diào)節(jié)血管張力、預防血栓、調(diào)節(jié)心功能等作用。

2.1 NO 對高血壓的調(diào)節(jié)

人體內(nèi)的NO 以旁分泌和自分泌的方式作用于血管平滑肌，使之舒張，抑制血管平滑肌細胞的增殖和誘導細胞凋亡［4］。其作用機制可能是NO 提高血管平滑肌內(nèi)的GC 的活性，促進磷酸鳥苷環(huán)化產(chǎn)生環(huán)磷酸鳥苷（cGMP），使細胞內(nèi)的cGMP 水平增高，激活依賴cGMP 的蛋白激酶（PKG）,該酶可使4 種膜蛋白和9 種胞質(zhì)內(nèi)蛋白磷酸化從而降低細胞內(nèi)Ca2+濃度，使血管平滑肌舒張，降低血壓［5］。高血壓患者血漿中的NO 含量較正常人降低，可在早期就表現(xiàn)出內(nèi)皮功能紊亂，導致NOS 活性下降，NO 合成不足，引起血管平滑肌收縮，平滑肌細胞增殖肥大，血壓升高。

2.2 NO 對心功能的作用

NO 可以通過縮短心臟收縮期，來調(diào)節(jié)心臟的生理功能，在病理情況下，NO 能通過增高cGMP 水平，使細胞內(nèi)的游離Ca2+減少，從而減弱心肌收縮力，促進心臟擴張［6］。Winlaw 等［7］研究發(fā)現(xiàn)，心衰患者體內(nèi)NO 合成增強，并且與心衰程度呈正相關(guān)。王雪芹等［8］通過觀察外源性NO 吸入對低氧性呼吸衰竭患兒心功能影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)NO 治療后的觀察組左室射血分數(shù)、心臟指數(shù)以及心率均高于對照組。提示外源性NO 可以改善低氧性呼吸衰竭患兒的心功能。

2.3 NO 與血栓的關(guān)系

雖然NO 的抗血栓的機制尚未完全清楚，但已有研究證實，NO 能抑制血小板活化，從而預防血栓。正常的血管內(nèi)皮細胞釋放的NO 能夠進入血小板，活化GC，增加cGMP，使血小板不易聚集；而且血小板內(nèi)的NOS 合成的NO 也可防止血小板黏附、聚集。當人體內(nèi)出現(xiàn)血栓時，血管內(nèi)皮細胞釋放的NO 可以保持血管開放；當內(nèi)皮細胞受損，無法釋放充足的NO，將會引發(fā)血管舒縮功能異常、血管平滑肌增殖和血小板凝集，導致血管痙攣、局部血栓形成，引起一系列的心血管疾病。周春亭，王朝輝［9］的研究發(fā)現(xiàn)，采用外源性的NO 治療急性缺血性卒中，可有效改善患者的血管內(nèi)皮功能及血小板功能，從而降低血栓形成的風險。

3 NO 在免疫系統(tǒng)中的作用

當人體內(nèi)的內(nèi)毒素或T 淋巴細胞激活巨噬細胞和多核細胞時，iNOS 和超氧化物陰離子的大量合成，導致NO 也被大量合成。NO 可以通過抑制靶細胞（細菌、腫瘤細胞等）線粒體中的三羧酸循環(huán)、細胞DNA 合成和電子傳遞等途徑，將靶細胞殺傷。這在殺傷侵入體內(nèi)的真菌、細菌等微生物方面起著至關(guān)重要的作用。因此，NO 在巨噬細胞將靶細胞殺傷的過程中起著信使分子的作用。同時，NO 作為信號分子在B 淋巴細胞和T 淋巴細胞的組成的適應性免疫系統(tǒng)，也發(fā)揮著重要的作用［10］。

4 NO 與神經(jīng)系統(tǒng)的關(guān)系

NO 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，以神經(jīng)遞質(zhì)的形式參與到多種生理功能中，既能參與大腦的記憶學習過程，調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，又能對腦血流進行調(diào)節(jié)。

4.1 NO 參與大腦記憶學習

NO 可協(xié)調(diào)涉及兩種增強突觸前膜和突觸后膜的可塑性機制，即長時程抑制（LTD）和長時程增強效應（LTP）兩種形式，LTD 是小腦運動學習體系中的一種機制，LTP 則是與學習和記憶有關(guān)。NO 作為一個細胞間的信號，參與了小腦LTD 的產(chǎn)生，NO 在小腦LTD 的作用主要是激活細胞內(nèi)的可溶性GC，增加細胞內(nèi)cGMP 及激活PKG。其機制可能是通過突觸后興奮性氨基酸的α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異唑丙酸（AMPA）受體磷酸化，從而減弱其對突觸前刺激的反應［11］。NO 在海馬中LTP 的作用主要是通過cGMP 和激活PKG，cGMP在和弱電刺激相結(jié)合時可以產(chǎn)生類似于LTP 的長時間增強作用；激活PKG 可以增強突觸的傳遞，抑制則可以阻斷海馬LTP 的產(chǎn)生［11］。因此，NO 可誘導與學習、記憶有關(guān)的LTP，并在LTP中起逆信使作用。

4.2 NO 對疼痛感覺的傳導

NO 能在多個水平參與疼痛神經(jīng)的傳導，包括外周神經(jīng)和中樞神經(jīng)。NO 的合成能夠增強從脊髓傳入到大腦皮質(zhì)而引起的相應的行為反應，NO 和N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體共同參與了大多數(shù)痛覺反射，NO 會根據(jù)不同的疼痛刺激而產(chǎn)生不同抗疼痛與加重疼痛的作用。劉玉紅等［12］的研究發(fā)現(xiàn)，通過大鼠雙側(cè)尾核注射微量NO 前體物質(zhì)，能夠顯著降低大鼠的痛閾，給予NOS 抑制劑則提高大鼠的痛閾值，提示NO 能夠誘發(fā)大鼠的痛覺過敏。

4.3 NO 對神經(jīng)元的損害與保護

當人體由于腦缺血時間過長而引起神經(jīng)細胞損傷時，會大量釋放谷氨酸，進而激活NMDA 受體，使nNOS 過度表達,生成過量的NO，產(chǎn)生的NO 會加劇腦缺血的組織損傷。而激活eNOS 產(chǎn)生的NO，可以通過舒張腦血管對腦缺血起保護作用。在胡文忠，王曉強［13］的研究中發(fā)現(xiàn)，NO可以通過抑制c-Jun氨基末端激酶磷酸化、舒張腦血管，抑制神經(jīng)毒性、對抗活性氧簇等作用對腦缺血再灌注模型大鼠的海馬神經(jīng)元起保護作用。

5 NO 與消化系統(tǒng)的關(guān)系

NO 在消化系統(tǒng)中具有調(diào)節(jié)胃黏膜血流量、抑制血小板和白細胞在血管內(nèi)皮上的黏附、調(diào)節(jié)胃腸動力等作用［14］。

5.1 NO 對胰腺疾病的作用

NO 對急性胰腺炎發(fā)病是一把雙刃劍，NO 對其既有保護作用，又有細胞毒性及促炎作用。在吳婷，王昭智［15］的研究中發(fā)現(xiàn)，增加急性壞死性胰腺炎患者胰腺組織中的NO 含量，可以降低胰腺炎的嚴重程度。在急性胰腺炎（AP）形成初期，NO 具有改善胰腺微循環(huán)障礙，擴張局部血管，增加組織器官血流量等作用。在急性胰腺炎形成后期，iNOS 的作用逐漸占據(jù)主導地位，并表現(xiàn)為有害作用。Abe 等［16］的研究發(fā)現(xiàn)，當給予水腫型AP 模型大鼠NO 供體后，胰腺組織的水腫程度明顯增加，因此推測NO 是促進模型大鼠胰腺組織水腫的重要因素之一。此外，iNOS 釋放的NO 能促進胰腺癌細胞的增殖及侵襲。

5.2 NO 對胃及小腸黏膜的保護作用

NO 可以擴張胃黏膜血管，增加胃黏膜血流，因此對胃黏膜具有很好的保護作用。喬偉麗等［17］通過實驗發(fā)現(xiàn),在缺血/再灌注的胃黏膜損傷模型造模前，一次性腹腔注射給予大鼠左旋精氨酸（L-Arg）200 mg/kg，能明顯減輕胃黏膜的損傷面積，增加增殖細胞，減少細胞的凋亡。而在造模前給予左旋硝基精氨酸甲酯（L-NAME）12 mg/kg，則會加重胃黏膜的損傷，減少增殖細胞，增加細胞的凋亡。因此，認為NO 對胃黏膜具有保護作用。目前認為，NO 主要是通過維持胃黏膜的上皮完整性、調(diào)節(jié)胃黏膜血管基礎張力增加胃黏膜血流量、抑制胃酸分泌以及抗氧自由基等方式起到對胃黏膜的保護作用［18］。而NO 在小腸黏膜中的作用主要為維持腸黏膜微循環(huán)的屏障功能及促進急性損傷后的上皮修復［19］。

6 NO 在泌尿系統(tǒng)中的作用

在泌尿系統(tǒng)中，NO 是維持腎臟灌注和腎小球濾過的重要因子。NO 在維持腎血流量中有十分重要的作用，在Rudic［20］的研究中發(fā)現(xiàn)，高血壓且伴有腎血管阻力升高患者，尿中NO 代謝產(chǎn)物的排泄低下；高血壓且腎血管阻力無明顯的變化的患者，尿中NO代謝產(chǎn)物排泄正常，表明NO 合成的減少可能會引發(fā)腎血管的過度收縮，減少腎血流量從而造成血管阻力升高。NO 的釋放減少往往意味著內(nèi)皮細胞功能的紊亂，而這種紊亂常常發(fā)生在慢性腎臟病或者終末期腎臟病的早期。此外，在泌尿系統(tǒng)中，NO 還具有抑制腎小管對鈉的重吸收，以及調(diào)節(jié)腎小球微循環(huán)的作用。

7 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，對NO 的作用機制的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)為許多生命過程與病理現(xiàn)象帶來了新的認識。NO已成為一種非常重要的生理性和病理性的因子。NO不僅在各系統(tǒng)中作為一種信使發(fā)揮重要作用，而且是一類新型神經(jīng)遞質(zhì)中的代表。NO 已涉及到生物學及臨床醫(yī)學各個方面，目前正處于開端，運用新的科學手段探究NO 及NOS 在人體各系統(tǒng)中的作用，將是今后一個重要的研究方向。