氧化氮合酶在骨关节炎中的作用

氧化氮合酶在骨关节炎中的作用陈磊1,2，凌沛学1,2*，张天民1,2（1.山东大学药学院，济南，250012；2.山东省生物药物研究院博士后科研工作站，济南，250101）摘要：目的综述诱导型氧化氮合酶在骨关节炎发病过程中的作用以及氧化氮合酶抑制剂用于治疗骨关节炎的研究进展。方法着重以近几年国内外该领域有代表性的文献为依据,进行分析、归纳、总结。结果与结论由氧化氮合酶催化生成的氧化氮是体内重要的信号分子和效应分子。氧化氮合酶抑制剂抑制体内氧化氮生成,有望在骨关节炎治疗中发挥作用。关键词：氧化氮合酶，氧化氮，骨关节炎骨关节炎(osteoarthritis，OA)是一种以关节软骨变性、破坏及骨质增生为特征的慢性关节病。在全球范围内是最常见的一种关节病变，其发病率随年龄增长而增加。临床上症状以关节肿痛、骨质增生及活动受限最为常见。OA的发病无地域及种族差异，可分为原发性和继发性。继发性OA有明确的致病原因,如创伤、炎性关节病、先天性或发育性骨关节病、代谢性或内分泌性疾病等；原发性OA病因及发病机制尚不十分明确，可能与年龄增长、过度使用、损伤、肥胖、遗传等多种因素密切相关[1]。一般认为OA是在力学和生物学因素共同作用下软骨细胞、细胞外基质及软骨下骨三者降解和合成失衡的结果。本文将就诱导型氧化氮合酶（induciblenitricoxidesynthase，iNOS）在OA进程中的作用及氧化氮合酶抑制剂作综述。1氧化氮合酶研究表明,氧化氮(nitricoxide,NO)与OA的发生发展有密切关系[2]。在OA患者和模型动物体内NO自由基含量增加,关节内NO含量增加可破坏关节软骨,引起临床症状。NO是由氧化氮合酶（NOS）催化L-精氨酸生成的。NO是生物体内重要的信号分子和效应分子，可介导许多生物学过程。但是NO在体内的代谢过程较为复杂，半收稿日期：2008-09-3作者简介：陈磊（1982-），男，硕士研究生。*通讯作者，凌沛学，男，研究员，博士生导师，Tel:[phone]E-mail:[e-mail]衰期短，难以测定，现在多通过研究NOS来间接反应NO在组织中的表达。目前发现的NOS亚型有三种:神经型氧化氮合酶（nNOS）于中枢神经系统及周围神经系统的神经组织内产生NO，协助细胞通讯及与原生膜联合。内皮型氧化氮合酶（eNOS）于血管内产生NO及协助调节血管功能。诱导型氧化氮合酶（iNOS）利用NO的氧化压力，协助巨噬细胞在免疫系统中对抗病原体。其中nNOS和eNOS合称为组成型NOS（cNOS），两者在其他组织细胞中表达较少，其活性依赖于Ca2+活性合成的NO呈脉冲性释放，量少且持续时间较短，在神经传递、平滑肌收缩、瞬间时血压调节，维持血管扩张和血液供应中发挥重要作用。在免疫刺激或一些细胞因子如IL-1、TNF-α的作用下，许多细胞如巨噬细胞、淋巴细胞、肝细胞等都可表达iNOS，其活性不依赖于Ca2+，合成的NO量多且维持的时间较长，主要参与机体的免疫防御及免疫损伤反应[3]。因此，研究iNOS在组织中的表达可以间接反映NO在组织细胞中的定性、定量及生理功能。2iNOS在OA中的作用在周围细胞因子及软骨降解产物的作用下，OA软骨细胞表达iNOS能催化产生大量的NO[4]。研究发现OA患者软骨细胞iNOS上调而正常的软骨标本中没有可测定iNOS[5]。在同等条件下，iNOS缺乏的大鼠，其软骨的蛋白多糖丢失明显降低，进一步证实iNOS在软骨损伤中起重要的作用[6]。iNOS抑制剂可明显的减轻OA软骨的损伤程度。这都说明iNOS是NO产生过程中的关键酶，在OA的发病过程中起着重要的作用。OA中NO主要来源于软骨细胞，免疫组化研究[7]证明正常关节软骨细胞不表达iNOS，而OA中病变的软骨细胞则表达iNOS，iNOS主要通过促使软骨细胞产生NO从而对OA进程产生影响。NO的作用主要有：①NO抑制软骨细胞增生,促使软骨细胞凋亡。早在1995年Blanco等[8]研究表明硝普钠等NO供体产生的外源性NO可诱导培养的软骨细胞凋亡。目前已知OA关节软骨细胞凋亡以NO途径为主，但是NO诱导软骨细胞凋亡的具体机制尚不清楚。②抑制软骨细胞蛋白聚糖的合成,促使蛋白聚糖胶原蛋白的分解。Studer等[9]将iNOS基因转入软骨细胞，发现软骨细胞产生的大量NO能抑制软骨基质蛋白聚糖的合成，促进蛋白聚糖和胶原蛋白的降解；有研究[10-11]认为高浓度的NO可通过刺激基质金属蛋白酶活性来增加蛋白聚糖胶原蛋白的降解。3iNOS抑制剂治疗OA随着NO在OA发病机制中所起的作用越来越受到重视，iNOS抑制剂的应用研究也发展起来。2007年美国纽约大学医学院关节疾病公报[12]中指出iNOS抑制剂是一种新的有效的改善疾病的骨关节炎药物（disease-modifyingosteoarthritisdrug，DMOAD)。在一些实验中[6]将大鼠iNOS去除一部分则不能形成关节炎模型；在另一项研究中[13]给予狗一定量的iNOS抑制剂L-N6-亚氨乙基-赖氨酸（L-NIL），最终减弱了OA的进程。以上研究表明,使用iNOS抑制剂可明显抑制关节的炎性病变,改善关节局部微循环,促进关节软骨的修复。理论上，iNOS是体内产生NO的限速酶，抑制iNOS即可减少关节内NO的生成，减轻NO对关节软骨的破坏作用。动物实验也显示，iNOS抑制剂能够抑制iNOS的表达，减少软骨细胞产生NO，同时抑制基质金属蛋白酶的活性和胶原酶活性及基因表达，减轻关节软骨缺损和滑膜炎的严重程度，并逐渐恢复软骨细胞合成蛋白聚糖的能力。金大地等[11]在OA患者标本培养中加入iNOS抑制剂，抑制了过量NO的释放，改善了软骨代谢环境，对软骨有一定的保护作用。孙炜等[14]通过直接的动物实验证实了iNOS抑制剂能提高软骨修复组织的质量。iNOS抑制剂可分为两大类，氨基酸类多为L-精氨酸同类物，通过竞争性占领底物(L-精氨酸)与iNOS的结合位点来抑制NO活性。其效应可由L-精氨酸逆转，对iNOSmRNA和cNOSmRNA表达均有抑制作用；非氨基酸类iNOS抑制剂可选择性抑制iNOSmRNA表达。尽管多数研究显示氨基酸类iNOS抑制剂在治疗OA方面有较好效果，但其在抑制过多NO释放的同时，对软骨nNOS和eNOS正常的生物学作用造成影响，而后两者在正常生理条件下可作为一种信号调节机体多种功能，维持组织正常代谢。McCartney-Francis等[15]对OA小鼠长期注射氨基酸类iNOS抑制剂L-NIL，结果显示不仅不能减轻炎症急性反应，而且加重了慢性侵袭性炎症程度，这可能是nNOS和eNOS正常功能受到影响所致。然而，非氨基酸类iNOS抑制剂如氨基胍，可选择性抑制iNOSmRNA表达，减少由NO过量释放引发的生物学效应，同时不影响nNOS和eNOS的正常生理功能。从这一点看可能有更好的临床应用前景。另外有些非iNOS抑制剂类药物治疗OA的作用机制可能也与NO有关，如透明质酸现已成为临床治疗OA的常用药物。Diaz-Gallego等[16]在OA动物模型关节腔内注入透明质酸，观察到软骨细胞凋亡明显减轻同时NO生成也显著减少。郝亚荣等[17]通过动物实验认为透明质酸钠并没有使iNOS下调的作用。总之，OA是一种涉及多种因素共同作用的复杂疾病，NO作为生物体内重要的信号分子和效应分子，广泛参与OA软骨细胞和软骨基质的代谢过程，在OA的发病中可能起到重要作用,对NO及iNOS抑制剂在OA中的研究丰富了对OA发病机制和临床治疗的认识，为OA治疗开辟了一条新的路径。然而OA是一个复杂的病变过程，其具体作用机制还有许多不明确之处，有必要进行更深人的探索和研究。REFERENCES[1]WANGMM.osteoarthritis[J].JChinPhysician(中国临床医生),2005,33(5):9.[2]ROBERTM,ASHOKR,STEVENB.Theroleofnitricoxideininflammationimmunity[J].ArthritisRheum,1998,41:1141-1151.[3]KRONCKEKD,FEHSELK,SUSCHEKC,et,al.Induciblenitricoxidesynthase-derivednitricoxideingeneregulation,celldeathandcellsurvival[J].IntImmunopharmacol,2001,1(8):1407-1420.[4]LOPEZ-ARMADAMJ,CARAMESB,LIRES-DEANM,etal.Cytokines,tumornecrosisfactor-αandinterleukin-1β,differentiallyregulateapoptosisinosteoarthritisculturedhumanchondrocytes1[J].OsteoarthritisCartilage,2006,14(7):660-669[5]PEIM,QUMY,YUCL.Inducednitricoxidesynthaseandinterleukin1receptorantagonistproteinproductionandeffectinsynovialandchondraltissuefrompatientswithosteoarthritis[J].ChinJSportsMed(中国运动医学杂志),2000,19:246－248.[6]VANDENBERGWB,VANDELOOF,JOOSTENLA,etal.AnimalmodelsofarthritisinNOS2-deficientmice[J].OsteoarthritisCartilage,1999,7:413-415.[7]LOTZM.Theroleofnitricoxideinarticularcartilagedamage[J].RheumDisClinNorthAm,1999,25:269-282.[8]BLANCOFJ,LOTZM,SCHWAH,etal.Chondrocyteapoptosisinducedbynitricoxide[J].AmJPathol,1995,146:75-85.[9]STUDERR,JAFFURSD,STEFANOVIC-RACICM,etal.Nitricoxideinosteoarthritis[J].OsteoarthritisCartilage.1999:7(4):377-379.[10]VUOLTEENAHOK,MOILANENT,HAMALAINENM,etal.Regulationofnitricoxideproductioninosteoarthriticandrheumatoidcartilage[J].ScandJRheumatol,2003,32(1):19-24.[11]JINDD,SUNW,WANGJX,etal.Potentialclinicalevaluationofnitricoxidesynthaseinhibitorforthetreatmentofosteoarthritis[J].ChinJOrthop(中华骨科学杂志),2002,22(6):367-371.[12]SVETLANAKRASNOKUTSKYS,JONATHANSAMUELSJ,StevenB,etal.Osteoarthritisin2007[J].BullNYUHospJointDis2007;65(3):222-228.[13]PELLERIERJ,JOVANOYICD,FERNANDESJC,etal.Reductioninthestructuralchangesofexperimentalosteoarthritisbyanitricoxideinhibitor[J].OsteoarthritisCartilage，1999，7