张俊凯 0803300135
巨雷 0803300122
摘要：一氧化氮（NO）是调节心血管系统功能的重要的细胞信使分子。NO具有抑制血小板凝聚、抑制血管平滑肌细胞（VSMC）增生、调节血管张力等生理作用，在心血管疾病，如高血压、动脉粥样硬化（AS）、慢性心力衰竭（CHF）的发生发展中具有重要意义。
关键词：一氧化氮，心血管疾病，动脉粥样硬化
1. NO的产生及生物特征
NO是一种气体自由基，分子中有一未配对电子，可形成自由基，和其他分子如氧分子、超氧自由基，或过渡金属反应。在体内极不稳定，是一种短寿分子，半衰期仅为3—5s。NO具有脂溶性，可以快速透过生物膜扩散，在体内迅速被血红蛋白、氧自由基或氢醌等灭活。
NO的化合物有两类，一类为能释放NO或具有氧化还原作用的同系物，称为源性NO。它主要来自NO供体，如硝酸甘油在体内代谢释放出NO；另一类是需要酶催化后才能释放NO的物质，称为内源性NO，广泛存在于血管内皮细胞、巨噬细胞等各种细胞中，由左旋精氨酸（l-Arg）胍基末端的氮原子与分子氧在一氧化氮合酶（NOS）的催化下合成，合成过程受底物、NOS、产物反馈等多种因素调节。NOS是NO合成过程中的关键酶。不同类型的细胞中，存在不同类型的NOS，通过不同的信号转导机制产生NO。现已知NOS有3种亚型，可以广义的将其分为两种，即结构型NOS（cNOS）和细胞因子诱导型NOS（iNOS）。cNOS包括内皮细胞型NOS（eNOS）和神经元型NOS（nNOS）。他们在组织分布、调节方式、生物活性和NO产生量方面都有区别。cNOS主要分布在内皮细胞（eNOS）和神经系统（nNOS），主要负责基础NO的合成，调节各种
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生理功能。他们是Ca和钙调素（CaM）依赖性的酶，当细胞内Ca浓度升高时被激活。cNOS
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合成少量的、短期的NO，引起NO浓度的快速增加；而当Ca浓度减少时，NO量迅速下降，形成一个波动性的NO释放，这是生理调节所必需的NO。eNOS是膜结合型的，在血管紧张度控制和血小板聚集中有一定的作用，nNOS是细胞溶质型的，发挥神经递质作用，在人的骨骼肌里已经发现了它的mRNA。iNOS是在内毒素脂多糖（LPS）或细胞因子等诱导下生成的。一些心血管疾病也可能诱导iNOS生成。iNOS存在于心肌细胞、血管平滑肌细胞、成纤维细胞、内皮
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细胞及炎症细胞中，是Ca和CaM非依赖性酶。iNOS一经诱导生成，在调解状态下可持续数小
--时，诱导产生大量NO，大量NO可与超氧阴离子（O2）反应生成过氧化亚硝基阴离子（ONOO），后者是强氧化剂，可造成细胞脂质过氧化，蛋白质洛氨酸硝基化，巯基氧化等，介导多种疾病的发生。[1]
2. NO的作用机制及自身调节
NO在体内主要通过以下3个反应发挥作用:①激活鸟甘酸环化酶（GC），发挥信号传到功能。NO-环鸟甘酸（cGMP）信号通路广泛存在于人类和动物的多种组织和细胞中，它代表一种新的细胞间信息传递和细胞功能调节的信号传导系统。NO可激活GC，使细胞内cGMP增加，启动一系列蛋白磷酸化反应，从而发挥不同的生理功能。②与红细胞中的血红蛋白结合生成亚硝酸血红蛋白而失去活性。扩散对于NO的局部调节作用非常重要，而且是其生物半衰期的决定因素，NO极易与血管腔中红细胞的氧合血红蛋白结合而被灭活，使其在血管腔中形成一个极陡的扩散梯度，发挥局部调节作用。③与超氧阴离子反应，产生毒性很强的氧化亚硝酸。
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NO极易于超氧阴离子（O2）反应，不可逆的生成过氧亚硝基阴离子（ONOO），病理条件下
-NO是体内产生的唯一能与超氧化物歧化酶（SOD）竞争O2的生物分子，当细胞内时产生大量
---的NO和O2时，生成有毒的强氧化剂ONOO，ONOO是NO的主要毒性作用形式。
NO的调节是一个复杂而紧密的过程。当细胞受到细胞因子或免疫微生物刺激时，iNOS催化产生大量NO，细胞内NO的含量的变化受底物利用度、iNOS活性、表达水平和其它结构亚
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型NOS活性影响。最近的研究显示，NO通过调节转录因子——NF-B水平，产生一个自动调整
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作用。在低浓度NO时，NF-B水平上升，上调iNOS表达；相反，在高浓度NO时，NF-B水平和DNA结合活性被抑制，减少iNOS转录。显示了NO浓度依赖双重性，及自身表达NO的紧密的自身调节。
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3. NO对心血管系统的主要生理作用
（1）调节血管张力 正常生理情况下，血管系统的缩血管物质和舒血管物质之间的动态平衡，维持着血管正常的张力；血液脉冲式流动和血液对血管壁的剪切力，是内皮细胞分泌基础NO的重要刺激因素。NO通过和血管平滑肌内可溶性GC铁卟啉中的铁原子结合，使之脱离卟啉环平面，造成该酶活化；活化的GC使鸟甘三磷酸（GTP）转变为环鸟甘酸（c-GMP），胞内c-GMP浓度升高，继而激活c-GMP依赖蛋白激酶（PKG），该酶可分别使4种膜蛋白和9种胞质内蛋白磷酸化，从
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而降低细胞内Ca浓度，导致血管平滑肌舒张。NO除扩张血管外，还可降低动脉对非肾上腺素刺激的反应，NO可通过调节血管内皮收缩和生长因子的表达而调节血管张力。研究表明，在人体的静脉组织中也有较弱的NO的基础释放.NO对于体外的动脉和静脉的作用相似，但在体内静脉系统对NO更为敏感；因此与动脉循环比较而言，静脉系统对能够产生或释放NO的硝基类扩血管物质的敏感性较高。而血流动力学和血管壁剪切力的变化，作为调节NO基础释放的司法刺激信号，似乎也是血管网控制血流通过的一个重要机制。这一机制对维持外周血管阻力的相对平衡起着至关重要的作用。 （2）抑制血小板聚集 动物实验表明，基础NO生成或通过乙酰胆碱等激活剂刺激生成的NO，均能抑制由一些聚集剂引起的核内皮损伤引起的血小板聚集。首先，人类的血小板中富含GC，NO通过激活GC，由cGMP介导的途径发挥抗血小板聚集的效应。其次，P选择蛋白（P-selectin）是血小板表面的一种细胞粘附分子，NO可以降低血小板表面P-selectin的表达，抑制血小板聚集。此外，NO也能抑制vW因子与血小板表面GPⅡb∕Ⅲa的相互作用，进而抑制活化的血小板与纤维蛋白的结合，最终抑制血小板聚集。而血小板自身也能合成NO扩散到血管腔，与血小板相互反应以维持血管内皮的完整性。然而，内皮表面的抗血栓作用，很大程度可能取决于NO和前列环素的协同作用。有报道NO和前列环素对血小板有协同的抗聚集作用，可减少局部血管痉挛和血栓形成。
（3）抑制血管平滑肌细胞细胞增生
内源性NO及外源性NO供体药物，均能抑制血管平滑肌细胞（VSMC）的增生。这种效果应可能通过各种机制来完成，如抑制糖酵解，抑制血小板粘附、分泌、聚集，减少中性粒细胞与内皮细胞的相互作用，增加细胞内cGMP水平，促进VSMC的凋亡等。体内实验研究证明，NO通过cGMP依赖机制来抑制VSMC的有丝分裂和增生。 （4）信号传递作用
NO是小分子脂溶性化合物，易通过细胞膜自由弥散，化学性质活泼，NO在细胞调节、细胞间联系及信号传递中发挥着重要的生理性调节作用，NO能起到细胞内信使、神经递质、激素的作用。[2]
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4. NO的负面作用
在生理状态下，NO主要是有cNOS合成的，往往体现其保护作用。例如NO能够有效调节血小板聚集。可以通过改变粘附分子CD11∕CD18、选择蛋白以及细胞粘附分子的表达来调节白细胞的黏着，从而防止内皮损害等。另一方面，iNOS催化生成的大量NO，课产生细胞毒素、致癌等兵力作用。例如大脑缺氧后NOS开始上调，早期NO调节脑血管张力，参与细胞信息传递。但随着NO的过渡结合，则导致神经毒性作用。NO毒性作用机制主要为：NO作用于铁蛋白，
-影响细胞呼吸及能量代谢，参与过氧化脂质的形成；加速过氧亚硝基阴离子（ONOO）及羟
-自由基（OH·）等氧化剂的生成。OH·是介导细胞损伤的重要途径，ONOO则可迅速使细胞膜脂质过氧化，并进一步抑制上皮细胞的离子通道，引起细胞损害。NO级其中间反应产物还可激活核修复多聚酶，抑制DNA合成，间接激活蛋白酶激活受体引起无效修复，最终导致生物能量耗竭，致使细胞死亡。
5. NO与心血管疾病的关系
（1）NO与高血压 NO直接参与动脉血压与器官组织血流量的调节，基础状态下动脉血管内皮就有NO释放，研究认为这种释放与血流对血管内皮细胞的切应力（shear stress）有关，通过内皮细胞的机构压力感受器激活eNOS，促进NO释放，产生血管舒张，调节血压、血流量和流速。由于静脉压力较低，NO释放较少，NO对基础状态下静脉血管张力影响较低。原发性高血压病人外周血管乙酰胆碱产生的内皮依赖的血管舒张功能降低，而对硝普钠的反应无变化，提示内皮功能不全特别是内皮依赖的血管舒张功能不全是高血压的病因之一，有高血压病家族史子女在血压未增高之前就有内皮依赖的血管舒张功能异常，提示内皮功能受损可能是高血压的病因之一，新近研究表明原发性高血压可能与eNOS的基因多态性及cNOS和BH4反应不足有关。研究还发现高血压病人NO代谢产物排泄降低，而且这种降低与高血压的时间和程度相关。[3]
（2）NO与心功能不全 在体和离体研究发现，低浓度的NO能增加心肌收缩力，而高浓度的NO则抑制心肌收缩。无论人或动物内皮细胞均有eNOS和iNOS表达，基础状态下有少量NO释放，心肌炎症或心肌受毒素刺激时，eNOS和iNOS高度表达，NO释放明显增多。这可能与心肌炎，心肌病，败血症时心功能降低有关。心力衰竭病人血管内皮细胞NOS被激活，NO排泄产物增加，但内皮依赖的血管舒张功能降低，认为可能与NOS释放耗竭有关，也有研究发现心力衰竭病人血浆L-Arg浓度降低，提示L-Arg大量消耗，这些可能与心力衰竭病人高血管压力有关。
（3）NO与动脉粥样硬化 高胆固醇（HC）是动脉粥样硬化（AS）的危险因素，HC所致血管内皮功能障碍，可氧化低密度脂蛋白（LDL）生成氧化型LDL（ox-LDL），ox-LDL主要存在于AS组织中，能降解和灭活NO，中断NO的受体后信号传递，引起局部血管收缩，VSMC增值和血小板黏附聚集，促使冠状动脉内血栓形成造成管腔狭窄，导致和加剧AS的发生、发展。在AS的斑块及血栓形成的研究中，血小板来源的NO减少，导致血小板聚集和活化，是重要的致病因素之一。Morishita等研究发现，NO可促进VSMC的凋亡，减少平滑肌的生成，抑制血管重构，减轻动脉硬化。Wber也观察到当血管壁受损时，NO的生成减少，血管收缩，平滑肌异常增生，管腔变窄，血栓形成，斑块破裂等一系列病理变化而加速动脉硬化的进程。在AS发生发展过程中，NO具有重要作用。[4] 下面就对动脉粥样硬化的详细过程及NO在其中起到的作用做详细的阐述
6. 动脉粥样硬化及NO的作用
心血管疾病包括冠心病、脑卒中和外周血管病。这些疾病的基础病理是动脉粥样硬化。动脉粥样硬化的病理机制非常复杂，涉及血管壁所有结构、循环细胞如血小板、白细胞和炎
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症细胞，特别是单核细胞/巨噬细胞（图1）。中心环节是血管内皮，它是连接循环系统与血管壁的一个动态界面。血管壁在人的一生中都在不断地变化着，但动脉粥样硬化是不同于年龄老化的病理过程，它甚至可能在儿童期就发生了，大多数工业化国家的青少年就出现了动脉粥样硬化。动脉粥样硬化本身如果没有达到晚期，通常不会威胁生命，但很多人的动脉粥样硬化却在中年期突然发作。[5]
（1）动脉粥样硬化的病理生物学
动脉粥样硬化斑块的发展包含几个阶段，但只有极少数的患者发展到最后一个阶段即血栓期，这一期与心肌梗死密切相关。动脉粥样硬化的分期如下。 ① 内皮功能活化或功能障碍期
高浓度的脂肪、高血压、烟草中的毒素和糖尿病患者的高水平血糖均能损害内皮
的功能。内皮损伤后释放趋化因子，吸引血单核细胞黏附到损伤部位，内皮表面的血管细胞黏附因子1（VCAM-1）及锚定蛋白吸引单核细胞吸附到内皮表面（图2A）。动脉粥样硬化是一个局部病灶，受到局部血流涡流的影响，靠近血管的分叉处受涡流及切应力影响特别明显。 ② 炎症期
锚定蛋白吸引单核细胞进入到动脉壁，转化为巨噬细胞，形成典型的炎症反应。
巨噬细胞的主要作用是清除受到损害的细胞，以防止由于活性氧和氮族释放所引起的炎症。完成作用后，巨噬细胞应当返回循环系统。但动脉粥样硬化的患者，由于持续存在高血脂等状况，使得巨噬细胞持续存在，导致更大的损伤。巨噬细胞还能积聚脂肪，此阶段出现了细胞外脂肪沉积或脂纹（图2B）。青少年的主动脉也会出现脂肪斑。
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③ 修复期
许多人的动脉粥样硬化斑块一生中没有进展，提示机体自身具有对抗炎症和斑块的保护 机制。如平滑肌收缩功能下降，转化为更多的能合成和分泌胶原与基质蛋白的成纤维细胞（图3A）。这个转化的好处是通过大量的机械作用重塑脂肪组织，使其表面覆盖一层纤维帽，成为一种疤痕组织。许多斑块的发展没有超过这个阶段，就可能不产生临床后果。
有时脂肪继续沉积，形成新的纤维帽，动脉壁变厚，向动脉官腔内突出，造成血管狭窄，部分血流受限。氧气和营养素供应受限，产生低氧血症，最后导致坏死。机体通过激活新生血管生成，形成侧支循环，改善营养物质的供给，限制斑块进一步扩展。
④ 血栓期
斑块的组成各异，特别是巨噬细胞（脂肪）和纤维帽的数量不同。表面纤维帽很薄的斑块容易受到损伤破裂，引起血小板聚集。血栓前蛋白如凝血酶原激酶的释放会激活凝血连锁反应，血管内膜内胶原组织的暴露，会刺激血小板形成血栓（图3B），血栓可能会完全阻塞冠状动脉，也可能移行到脑血管引起卒中。此期修复机制的作用失败，正常条件下具有保护作用的内皮完全被破坏了。 （3）脂蛋白的氧化修饰
血液中低密度脂蛋白（LDL）是引起动脉粥样硬化的一个重要因素。LDL扩散到动脉壁，通过载脂蛋白B100和基质蛋白的相互作用，在内皮下，活性氧和氮族（ROS和RNS）氧化修饰低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）。氧化锌低密度脂蛋白（ox-LDL）使周围细胞产生一个炎症反应，刺激内皮分泌趋化因子，如单核细胞趋化蛋白1（MCP-1），生长因子，巨噬细胞集落刺激因子（MCSF），这些因子吸引单核细胞移行到这个受损区域。ox-LDL还能
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刺激内皮在其表面表达细胞粘附分子1（ICAM-1），促使新来的单核细胞更容易进入动脉壁。
Ox-LDL还刺激单核细胞分化为巨噬细胞。巨噬细胞通过清道夫受体吞噬ox-LDL，形成充满脂质的泡沫细胞。激活后的巨噬细胞分泌生长因子和细胞因子，促进血管平滑肌细胞（VSMC）的迁移和增殖。增殖后的VSMC分泌过量的细胞外基质蛋白，形成动脉粥样硬化斑块中的纤维帽。在疾病的晚期，一些斑块中的泡沫细胞死亡，成为氧化脂质的一个坏死中心，脂芯有很强的血栓性（图3B）。
（4） NO的保护功能
来自循环系统的刺激通过血管内皮细胞传递给动脉壁，调节血管的张力、止血、血压和血管重塑。内皮细胞通过合成和分泌NO参与了这些生理过程的调节。内皮细胞功能受到损害后，血小板、中性粒细胞和下层的血管平滑肌细胞（VSMC）的活性也发生变化。内皮细胞是血管中NO的主要来源，细胞的正常功能受到损害后会干扰NO的产生。内皮细胞一氧化氮合酶（NOS）的亚型结构—内皮型NOS（eNOS），在某些情况下，如炎症，能够表达诱导型NOS（iNOS）。相比之下，VSMC虽然没有这种亚型结构，却能表达高水平的iNOS。这些血管中的酶类的调节作用和这些产物的生物利用度与血管性疾病的发生与发展密切相关。
NO具有广泛的作用，主要是血管保护或抗动脉粥样硬化（表1）。
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内皮源性的NO可以下调黏附蛋白的基因表达，如抑制细胞表面粘附分子P选择素、VECAM-1和ICAM-1的表达，阻止单核细胞趋化蛋白1的表达，从而防止白细胞黏附，阻止其向内皮下迁移。NO还可通过作用于脂类自由基抑制LDL氧化。NO还能有效抑制血小板黏附，阻止其向内皮下层迁移和聚集。血小板也能释放NO，NO释放的越多，血小板就不会聚集。血管损伤后激活血小板使之释放各种生长因子，包括血小板源性生长因子（PDGF）和血管内皮细胞生长因子（VEGF）。NO通过抑制这些物质的释放，防止内皮下层的平滑肌细胞暴露于这些强效的促增殖物质。NO还能抑制血栓蛋白组织因子（TF）的表达，该因子可以启动内皮细胞表面的内源性凝血途径。综上所述，NO具有众多的重要的血管保护作用，缺乏NO将显著增加血管性疾病的发生。[6]
7. NO相关的心血管疾病的治疗
1990年以后，NO在医药方面所显示出巨大潜力，吸引了全世界许多著名大学和科研单位从事这方面的基础亚久，并逐渐成为生命科学和医药研究的热点和前沿之一。21世纪以来，NO的研究方兴未艾，其发展趣事已从单纯的的基础研究逐渐向应用方面转化。所谓NO的相关治疗，主要是指通过应用NO、直接或间接产生NO的药物、以及NOS的抑制剂、激活剂来调节机体组织内的NO浓度，从而达到某些预期的效果。
近年来，NO供体型药物研究取得了重大进展。已有1个NO供体型抗心衰药Bidil于2005年在美国上市，10多个处于不同临床研究阶段。“直接型NO供体”药物是一组含亚硝基或亚硝酰基的药物，无需在体内代谢即可自发释放NO，发挥生物活性。硝普钠即属此类药物。与NO供体药物不同，磷酸二酯酶（PDE）抑制剂，通过抑制PDE，减少cGMP降解，使组织内cGMO水平升高，血管平滑肌舒张，相当于增加了NO的生物活性。西地那非（sildenafil），是临床上常用的一种选择性PDE的抑制剂。另外，一些营养保健类药物，含有l-Arg及具有抗氧化作用的维生素，也可能有促进体内NO生成的作用。NO供体与阿司匹林、他汀类、α-和β-阻断剂、Ca2+-拮抗剂、K+ATP启开剂、血管紧张素转化酶抑制药和血管紧张素Ⅱ受体拮抗药杂合的药物，在改善原药心血管作用的同时，还可能减少它们的不良反应，尤其令人注目。另外iNOS合成大量的NO可以导致败血症休克，说明体内高浓度的NO对机体有时会产生不利作用。在这种情况下，通常需要NOS抑制剂来抑制NO的过量产生，而且这种抑制剂需要有组织特异性，以免造成全身性副作用。遗憾的是，临床试
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验发现，目前的NOS抑制剂或者根本无效，或者药物的副作用很大。所以，此类药物要真正应用于临床，还有待更加深入的研究。[7]
8. 结语
近20年来，NO作为一种新型的生物信息递质，对基础医学和临床医学都起到了推动作用。以上介绍表明，NO既是维持生理条件下稳态平衡的重要物质，又是很多疾病发病机制中的关键因素。尤其在心衰、动脉粥样硬化、高血压等心血管疾病的发生、发展中，NO具有重要作用。但心血管系统疾病的发生发展机制非常复杂，影响因素众多，要彻底阐明NO在心血管系统的生物效应，明确NO与各种疾病发生发展的因果关系，尚需进一步研究。
另一方面，NO具有细胞保护和细胞毒性双重作用。在生理浓度下，NO以保护细胞作用为主，但NO的产生不足或过量，都将导致不良反应。临床上应尽量将其有利作用发挥至最大，并注意抑制其负面效应。因此，我们仍需对NO的作用机制进行更为深入的研究，从而打通这一路径，以便采取更为有效的干预机制，改善与之相关疾病的治疗效果。
参考文献
[1] 温继梨 承喜凤 陈凤英 一氧化氮与心血管疾病 内蒙古医学院学报 2008年6月 第30卷 第3期 223-228页
[2] 李妍妍 徐标 一氧化氮与心血管疾病研究进展 国外医学内科学分册 2002年10月 第29卷 第10期 426-430页
[3] 李鹏 冯毅 一氧化氮在心血管疾病中的作用 医学综述 2010年1月 第16卷 第1期 31-33页
[4] 邓次妮 沈潞华 一氧化氮合酶/一氧化氮系统与心血管疾病 心血管病学进展 2007年 第28卷 第4期 603-606页
[5] 张红珍 李丽 内皮素、一氧化氮与动脉粥样硬化及缺血性心脑血管疾病关系探讨 中西医结合心脑血管病杂志 2004年3月 第2卷 第3期 171-173页 [6] 一氧化氮和心血管疾病（待续） 中华高血压杂志 2008年9月 第16卷 第9期 847-848页
[7] 刘皋林 一氧化氮在心血管疾病中的作用和地位 第二军医大学学报 2002年6月 第23卷 第1期 90-92页
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