一氧化氮和心血管疾病

一氧化氮与心血管疾病内容•一氧化氮（NO,nitricoxide）发现与证实•NO的合成与释放•NO的作用与机制•NOS（NOsynthase）分布与分类•NO心血管生理学作用•NO在心血管疾病中的作用•NO供体•NOS抑制剂NO的发现•1980年，Furchgott等报道Ach、缓激肽和ATP等引起的血管舒张依赖于血管内皮的存在，并是由一种不稳定的体液介质（EDRF）介导。•1986年：Furchgott和美国的Ignarro同时提出EDRF就是NO。•1988年：Palmer证实L-精氨酸（L-Arg）为NO生成的前体，R-Arg的导构体（R-Arg）可以抑制NO的合成。•1998年：Furchgott、Ignarro和Murad荣获Nobel生理学和医学奖。NO生理作用的认识首先要归功于微量分析技术•NO在生命体内的浓度极低,仅为μmol/L级甚至更低,而且ＮＯ在体内的存留时间很短,半衰期仅为6ｓ,因此发现它、检测它非常困难。•为了全面揭示NO在生命过程中的作用,如何实现NO的实时在体连续检测是一个关键的问题。因为NO只有在体内才能显示正常的生理作用,离体分析已经不能满足生命科学研究的要求,因此将微型传感器直接插入体内进行在体实时检测,才是研究生命体内分子作用机理的最有效的方法。•目前检测体内ＮＯ最有效的方法是电分析方法。电化学方法测量NO有许多独特的优点：第一,使用的微电极直径可以小至2～6μｍ;第二,该方法有极高的灵敏度和很强的抗干扰能力,其检测限低至10-9mol/μｍ，第三,该方法的响应时间小于10ｍｓ.分析化学工作者对ＮＯ实时在体检测方法的不断完善,必将有力地促进对NO生理作用的研究EDRF和NO比较：•都能引起血管条短暂舒张；•减少血小板粘附，抑制血小板聚集并使聚集的血小板解聚；•半衰期都很短；•作用都可被血红蛋白和亚甲蓝所抑制；•都是通过激活鸟苷酸环化酶使细胞内cGMP含量增加而发挥作用。•用化学方法测定NO，证明缓激肽可引起NO释放。NO的生物学特性•化学性质活泼：其T1/2仅2-5sec；•易与氧反应，生成新的毒性自由基可被O2-灭活而生成过氧化亚硝酸阴离子(ONOO-)。在酸性条件下：ONOO-+氧化性及对细胞的毒性作用均明显强于NO。NO细胞内的合成•L-Arg，L-OH-Arg和含精氨酸的小分子多肽是合成NO的前体。•在组织中，L-Arg以还原型辅酶II（NADPH）作为电子供体。•生成的NO以扩散的形式到达并进入靶细胞。NO合成和释放的影响因素引起NO合成和释放的刺激主要有两种：•化学性刺激（如Ach、缓激肽等）；•机械性刺激（如血管张力、剪应力、EC变形及血液脉冲流动等）：剪应力加大可激活位于EC表面的机械性感受器，使NOS活性增强。*NO及NO前体可以反馈性抑制主动脉EC中的NOS，而不影响NO对VSM的直接舒张作用NO作用机制•NO弥散进入VSM细胞内，通过与鸟苷酸环化酶(GC)中血红素卟啉环中的Fe2+结合，将卟啉环中的Fe2+拉出表面，引起GC构型发生改变而激活，从而使三磷酸鸟苷（GTP）转变为环磷酸鸟苷（cGMP），导致细胞内cGMP水平升高。•cGMP水平升高—调节离子通道—依赖于cGMP的蛋白激酶—激活cGMP的磷酸二酯酶—抑制cGMP的磷酸二酯酶NO的细胞毒性•病理状态下，NO短暂升高，一方面，它对人体可起到有益作用（抗菌、抗寄生虫、抗病毒或杀伤肿瘤）；另一方面，不加控制的高水平NO则对人体有害：—ONOO-+—与一些酶的铁-硫中心结合，影响线粒体电子传递、柠檬酸循环和DNA合成。NOS分类及分布•应用蛋白质生化和分子克隆技术已分离出至少3种独立的NOS基因，并以组成或克隆的先后顺序命名为：①神经型（ncNOS）或称I型NOS：脑、平滑肌、骨骼肌、肝细胞以及胰、胃、肾等②巨噬细胞型（iNOS）又称免疫型或II型NOS：巨噬细胞、肥大细胞、神经胶质细胞、单核细胞、内皮细胞以及心肌细胞③内皮型（ecNOS）或III型NOS：血管内皮细胞NOS在细胞内存在形式NOS是一种含铁的单胺氧化酶，根据对Ca2+的依赖性，在细胞内的存在形式分为：•结构型NOS(cNOS)：活性受Ca2+和CaM浓度的调控；主要分布于血管内皮细胞、血小板，神经组织中次之。•诱导型NOS(iNOS)：活性与Ca2+浓度无关，但需要脂多糖（LPS）和细胞因子如IL-1和IFN-激活后才能表达。也可被塞米松、皮质类固醇、雌激素、生长转化因子、IL-4、IL-8及IL-10所抑制。NO的生理病理作用神经系统作用•与经典的神经介质不同，NO在神经元之间或神经元与胶质细胞之间进行顺向和逆向的信息传递。它在心脑血管，神经系统和免疫系统有很广泛的功能。已经证明内皮细胞、神经元和神经纤维末稍(非肾上腺和非胆碱神经纤维，NANC)以及神经胶质细胞内均有NO合酶(NOS)。•现已克隆出3种重要的NOS(nNOS,eNOS和iNOS)，在脑和内皮细胞中的NOS很相似，差别在于脑内的nNOS存在于细胞浆内，内皮的eNOS则与细胞膜相结合。从功能上NOS可分为原生型NOS(constitutivenOS,cNOS)和诱导型NOS(inducibleNOS,iNOS)两类，前者包括nNOS和eNOS。NO在脑循环和脑损伤过程中起重要作用•对脑循环作用：NO是很强的血管扩张剂，抑制血小板聚集和白细胞粘连。在生理状态下，由内皮、神经元和胶质细胞生成的NO作用于平滑肌细胞内的乌苷酸环化酶，生成cGMP，引起脑血管扩张，脑血流(CBF)增加。生成的NO还可通过负反馈限制NO的生成。持续的NO生成，使脑血管保持正常张力传递神经信息•近年发现NO是一种新的神经递质，扮演着信使分子的作用,其作用方式不同于经典的信息传递模式。人类长期记忆和学习能力的获得，有赖于加强前后突触细胞间的联系，当后突触反复受到刺激时会产生越来越强的响应，长期记忆便可形成。在这一过程中,有一种被称为“逆行信使”的物质从后突触通过突触隙到达前突触促使其释放递质，从而使后突触得到反复刺激.现在认为,这一神秘的“逆行信使”正是NO。•研究人员将NO抑制剂注入小白鼠的大脑中，结果发现它们失去了记忆,再也走不出水迷宫。但机体内的NO浓度水平有二重性，过量的NO会引起不良后果，大脑中NO过量则会引起脑损伤。老年痴呆至少可分为三种，即老年性痴呆、血管性痴呆（VD）和混合性痴呆•遗传因素AD具有家族聚集性，约20％的患者有阳性家族史。分子生物学研究证明，第21、19、14和1号染色体上有异常基因位点，这些受累基因所编码的蛋白质分别为：β淀粉样蛋白（β—AP）、载脂蛋白E（ApoE）、早酪蛋白-1（PS-1）和早老蛋白-2（PS-2）。这些基因的突变和多肽性改变与AD发病有关。β-AP是由β—淀粉样前体蛋白（β-APP）异常裂解而生成的，是老年斑形成的主要成分。ApoE基因是影响老化途径最重要的遗传学因素之一。•神经递质学说与AD相关的递质改变有乙酰胆碱系统、单胺系统、氨基酸类和神经肽递质，其中胆碱乙酰转移酶和乙酰胆碱类递质的减少是AD的重要原因。AD患者有大脑皮质和海马部位乙酰胆碱转移酶活性降低，直接影响了乙酰胆碱的合成和胆碱能系统的功能。此外，AD无患者生长抑素、促肾上腺皮质释放因子及去甲肾上腺素均明显减少，多巴胺羟化酶活性均显著降低。•病毒感染实验证明，使羊脑组织变形的病毒接种于小白鼠脑内可出现典型的老年斑。体外实验显示，疱疹病毒感染能使嗜铬细胞PC12细胞乙酰胆碱转移酶水平降低。提示病毒感染可能是本病的原因之一。•金属作用部分AD患者脑内铝浓度可达正常脑的10—30倍，老年斑（SP）核心中有铝沉积、偷袭致痴呆时亦可见脑铝增多，因此，推测铝与痴呆有关。•免疫功能紊乱，自由基损伤免疫功能紊乱，自由基损伤等均有与AD的发病有关。AD的脑反应性抗体比对照组高20％，说明本病患者的自身抗体含量增加，可能对神经元的消失和衰老起作用。•一氧化氮（NO）在中枢神经系统中起信使和递质样作用，适量的NO对神经元具有保护作用，NOS阳性神经元能抵御某些神经毒素的毒害，但脑内NO的过量释放对其周围神经元又有毒性作用。观察生成的NO的专一合成酶NOS，可间接了解NO在组织中的分布。•建立大鼠血管性痴呆模型后研究发现，VD组大鼠在饲养四周后海马内NOS阳性神经元表达明显减少，分析可能与缺血早期NOS大量表达产生具有神经毒性作用的NO有关。免疫调节•当生物体受到外界物质入侵时,体内各器官和组织中的巨噬细胞会被激活,吞噬入侵物质(吞噬作用),这就是免疫反应。此外巨噬细胞还可以不通过吞噬作用而直接杀死微生物,这一过程就与NO有关。•人们早就知道免疫系统的活动与尿中硝酸盐含量升高有关,显然NO是硝酸盐的前体。•据报道,NO作为机体的免疫系统的一部分,至少有两种作用方式,一是依靠自身的毒性直接杀死细菌;二是阻断细菌的代谢途径。在后一种方式中,NO攻击某些酶中的金属离子,导致酶畸变,病毒细胞无法分裂和生长。NO在巨噬细胞中的受控生成,是巨噬细胞杀死癌症细胞和入侵微生物的重要原因。生殖系统作用•调节性功能NO与男性的性生理过程有直接的关系.当生殖器神经得到性兴奋的信息后即产生NO,引起生殖器血管扩张,血液涌入而完成勃起.若NO的生成出现障碍,所有重要的血管不能扩张就会导致勃起障碍.•雌激素的作用绝经前妇女心血管疾病的发病率和死亡率均低于男性，但绝经后迅速上升，达到与男性相似。目前认为绝经前，雌激素可能对动脉粥样硬化和心肌梗死有预防作用，其机制尚不完全清楚，已发现心血管系统有雌激素受体，雌激素可能刺激高密度脂蛋白的生成，减少低密度脂蛋白，因而可降低血中胆固醇。雌激素能使血管内皮细胞产生NO，使血管扩张，改善循环。血管上皮细胞有雌激素受体，雌激素对钙有拮抗作用，可能抑制动脉粥样硬化和斑块的生成。癌症•在多种肿瘤病人体内检测到NO水平增加。•ＮＯ可能参与了肿瘤发生发展过程，而晚期肿瘤患者血ＮＯ下降趋势有可能成为预后不良的临床指标•一氧化氮（ＮＯ）参与了体内的多种病理生理过程，由于ＮＯ合酶（ＮＯＳ）广泛存在于各种肿瘤细胞中〔１〕，ＮＯ与肿瘤发生发展的关系已日益受到关注。•自由基是一类化学性质活跃的物质，它可使生物膜脂质过氧化，蛋白质变性、细胞坏死，甚至基因突变，引发肿瘤。NO在心血管中的生物学作用（一）舒张血管，降低血压—短期机制：a.NO作用机制；b.减少血管对非肾上腺素能刺激的反应。—长期机制：通过调节内皮血管收缩和生长因子的表达。*正常生理情况下，它改变血管的基础张力，调节血压和组织血流量。血液中的乙酰胆碱(ACh)、缓激肽，以及血小板释放的5-羟色胺、凝血酶原、ADP等活性物质均是通过L-arg-NO途径而发挥扩血管作用的。NO作用机制：•NO弥散进入VSM细胞内，激活鸟苷酸环化酶，从而使三磷酸鸟苷转变为环磷酸鸟苷。使得肌球蛋白去磷酸化，进而使VSM松驰，血管扩张血压下降。（二）维持心输出量•负性肌力和降低心肌氧耗量*内源性或外源性NO对离体豚鼠心脏*用L-NAME动脉注射•对心肌收缩力和氧耗量无明显影响*麻醉犬：L-NAME，可使体循环阻力增加和剂量依赖性的血压升高。•参与冠脉收缩与舒张的动态平衡，使动脉始终维持较低张力，对冠脉基础血流量无影响。（三）抑制血小板粘附聚集，参与内皮抗血栓作用•有效的血小板抑制剂*可抑制由ADP诱导的血小板聚集*血小板中含有NOS，其活性随血小板激活而增加。•与前列环素抗血小板聚集有协同作用内皮表面的抗血栓作用取决于两者作用的协同。•使血小板中甘油醛3‘磷酸脱氢酶发生ADP核糖基化。（四）抑制能量代谢NO通过3种不同途径抑制ATP的产生：—通过转移ATP-核糖到3-磷酸甘油醛脱氢酶阻止葡萄糖分解；—通过结合到顺式-乌头酸酶的血红素基团阻断三羧酸循环；—结合到辅酶Q还原酶的血红素基团而抑制氧化磷酸化。NO病理生理作用（一）败血症休克—低血压•机制：G-释放的内毒素可以触发MФ和T淋巴细胞炎性细胞因子引起败血症休克和释放IL-1、IL-2、TXA2、IFN-和TNF-