NO通路与动脉粥样硬化.pdf

综 述 NO通路与动脉粥样硬化孙 静(成都医学院病理教研室,成都 610081)【摘要】NO自1986年在内皮细胞中的重要作用被发现以来,越来越受人们重视,并成为动脉粥样硬化发病机制中的一个新的研究热点。本文就NO通路与动脉粥样硬化的关系做一个简单的概述。【关键词】NO通路;ADMA-DDAH系统;动脉粥样硬化【中图分类号】R-1,R54114【文献标识码】ANOPathwayandAtherosclerosisSUNJing(Departmentof Pathology,Chengdu Medical College,Chengdu610083,China)Abstract:PeoplehaspaidmoreandmoreattentiontoNOsinceitsimportantfunctioninendotheliumwasfoundin1986,andithasbecomeanewhotresearchpointofthepathogenesisofatherosclerosis.ThispaperbrieflyreviewstherelationshipbetweenNOpathwayandatherosclerosis.Keywords:NOpathway;ADMA-DDAHsystem;atherosclerosis收稿日期 2006-12-14 修回日期 2007-03-13作者简介 孙静(1979-),女,内蒙古自治区赤峰市人,助教,硕士,主要从事心血管病理学研究。1982年Furchogott发现缓激肽可以诱导内皮细胞产生一种致血管松弛的介质,并将其命名为内皮源血管舒张因子(DERF)1,并于1986年和Lgnar2ro分别提出EDRF即一氧化氮(NO)2,此后NO生物学作用引起了众多学者关注,并成为动脉粥样硬化发病机制中的一个新的研究热点。本文就NO通路与动脉粥样硬化的关系做一个简单的概述。1 内皮细胞与动脉粥样硬化血管内皮细胞是单层扁平上皮细胞,内皮细胞的重要性越来越被人们所认识,内皮细胞不仅具有屏障,而且是非常活跃的代谢内分泌器官,能够分泌和代谢多种血管活性物质,在调节血管张力,维持血液平衡方面有重要作用,因此是众多动脉粥样硬化危险因子作用的重要靶点1,3。近年来,ross提出的“损伤反应”学说认为,血管内皮细胞结构和功能的改变是动脉粥样硬化发生发展的始动环节。2L-arg/NO通路体内多种细胞都有L-arg/NO通路。NO合成的基本底物是L-arg和氧,另外羟基L-精氨酸(L-OH-Arg)和含精氨酸的小分子多肽也是合成NO的物质。NOS是该反应的唯一限速酶。NOS有三种:cNOS、iNOS、nNOS3。cNOS主要分布于神经细胞、平滑肌细胞和血小板细胞,主要生物学效应为依赖钙离子或钙调蛋白和NADPH的参与,传递细胞间信息,又称生理性NOS。iNOS主要分布于巨噬细胞、肥大细胞、中性粒细胞等,在生理条件下不表达,只在内毒素和神经因子刺激时表达,在免疫学上有重要地位,又称病理性NOS,NOS活性受多种因素影响,雌激素、孕激素与NOS的活化及NO的合成有关。过去一直认为cNOS、nNOS是 结 构 性 酶,现 在 认 识 到cNOS、nNOS也可诱导性表达,而iNOS在多种类型细胞的生理条件下,也可作为结构性酶存在。由cNOS、nNOS和iNOS催化合成短暂的小量NO,但当在氧化应激等的刺激下,多种细胞内的iNOS催化合成持续大量的NO,对机体造成损害。因此,一氧化氮合酶在动脉粥样硬化的发病中有双重作用。成都医学院学报JOURNALOFCHENGDUMEDICALCOLLEGE2007年第2卷第1期NO的含量与生物活性的变化能够反映内皮功能的状态,NO功能低下与内皮细胞的损伤过程密切相关3。内皮源性的NO是所知的最强大的内源性的血管舒张因子。NO是血流和血压的关键调节因子。而且NO能够抑制内皮素等缩血管物质的分泌,并通过抑制血小板凝聚和黏附因子的表达阻断单核细胞与内皮细胞的黏附,同时NO能够抑制LDL的氧化和血管平滑肌的增生。而且NO抑制循环血中的一些因子与血管壁的相互作用。NO的减少通常会出现在血管疾病的早期。越来越多的证据证明NO参与了动脉粥样硬化的发生及发展。3ADMA-DDAH系统已有大量实验证明,很多心血管危险因子(如高血压、高血脂、氧化应激等)都可通过降低DDAH的活性使血浆中ADMA含量增高,导致NOS活性的抑制及NO生成减少4。这可能代表了所有心血管危险因子启动及加速动脉粥样硬化的一个共同通路,近年有学者针对L-arginine-NOS-NO途径提出了ADMA-DDAH系统5。近年研究表明,体内产生的NOS竞争抑制剂非对称性二甲精氨酸(ADMA)与L-精氨酸相比,L-精氨酸的一个碱基上出现二个甲基集团,形成不对称结构。在体内,它的生理作用是与L-argi2nine竞争性结合eNOS的活性位点7,8。如果体内ADMA增多,使得NO合成减少,血浆NO水平下降,内皮依赖性舒张功能紊乱。ADMA主要有下面两条代谢去路 通过肾脏排泄。被DDAH分解为L-胍氨酸和二甲胺7,8。其中90%以上的ADMA是通过DDAH的分解代谢的。因此DDAH是ADMA水平的一个关键性的调节因子4,7,8。DDAH广泛地存在于人血管内皮细胞及其它组织细胞中,并且其分布具有组织特异性6,8。研究发现DDAH主要有两种类型:DDAH型和DDAH 型。DDAH 型主要分布在表达神经元型的NOS组织中,DDAH型主要分布于表达内皮源性的NOS组织中。DDAH两种类型虽然有不同的组织分布但具有相似的生物功能。4NO通路及ADMA-DDAH系统与氧化应激 氧化应激是指机体或细胞内氧自由基的产生与消除失衡,或外源性氧化物质的过量摄入,导致活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)在细胞内蓄积而导致的细胞毒性作用。在多种心血管疾病中,内皮细胞氧化酶的表达上调和活性增高是引起内皮功能紊乱的重要原因10,11。内皮功能紊乱是多种心血管疾病的共同病理基础,大量研究证明,内皮功能紊乱与氧化应激有关12,氧化应激被认为是引起内皮NO系统功能障碍的重要原因13。多种致动脉粥样硬化的危险因素都可造成不同程度的氧化应激,部分原因是通过影响PRMT、DDAH的表达或活性而造成的。内源性NO合酶抑制物-不对称二甲基精氨酸(ADMA)的增多被认为是造成NO通路功能障碍的重要机制之一14,研究发现ADMA的蓄积与氧化应激有关。由于DDAH的活性中心含有一个反应性的半胱氨酸残基(reactivecysteineresidueCys-249)14,而自由巯基易被氧化,常成为氧自由基的攻击靶标,DDAH活性的抑制会造成ADMA的缓慢蓄积,减少内皮细胞NO的合成,损害内皮功能。因此氧化应激使ADMA增多的主要机制之一则被认为是由于其能损伤ADMA的降解酶DDAH,从而使ADMA降解减少而在血浆中潴留15。ADMA与L-精氨酸竞争NOS的结合位点,使NO的生成减少,可引起内皮功能障碍。近年来的研究发现ADMA不仅竞争性地抑制NOS,还有促炎症作用如可诱导单核细胞趋化蛋白-1(monocytechemotacticprotein-1,MCP-1)表达增多16,从而推论:ADMA可以增强内皮细胞的氧化应激,可能是一种内源性促使动脉粥样硬化分子,参与了动脉粥样硬化的炎症过程促使动脉粥样硬化的形成。ADMA浓度的增高所造成的NOS活性的抑制可能代表了所有心血管危险因子启动及加速动脉粥样硬化的一个共同通路,是动脉粥样硬化的一个独立危险因素。一氧化氮可以在细胞内或细胞外作用等多个水平发挥其抑制氧化修饰的效应,如作用于细胞内含有血红素或Fe-S活性中心的鸟苷酸环化酶、脂多糖加氧酶与无机铁形成稳定的化合物、或与蛋白质形成相对稳定的亚硝基巯基化合物等,这都将引起细胞内或间质氧化水平的改变而调整细胞内活性氧的产生。NO还可与LO及LOO反应生成分子量不同的多种有机过氧亚硝基化合物,从而终止脂质过氧化的链式扩增反应。27成都医学院学报JOURNALOFCHENGDUMEDICALCOLLEGE2007年第2卷第1期5NO通路及ADMA-DDAH系统与炎症炎症在动脉粥样硬化的发生发展过程中有重要作用。近年来的研究发现ADMA不仅竞争性地抑制NOS,还有促炎症作用如可诱导单核细胞趋化蛋白-1(monocytechemotacticprotein-1,MCP-1)表达增多17,从而推论:ADMA参与了动脉粥样硬化的炎症过程促使动脉粥样硬化的形成。NO还被认为是一种抗炎因子,其抗炎症的机制主要是通过抑制核因子-KB(NF-KB)活性,从而抑制动脉粥样硬化的形成18。其具体途径如下:抑制巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)的表达。抑制单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)的表达。抑制细胞黏附分子的表达。体内外的研究均证实一氧化氮/核因子-KB信号转导途径可抑制炎性细胞的趋化、黏附及分化,从而发挥抗动脉粥样硬化的作用。6NO通路及ADMA-DDAH系统与高血压 高血压是动脉粥样硬化中最常见的一个危险因素,内皮功能受损可能是高血压病的病因之一,新近研究表明原发性高血压可能与NOS的基因多态性及cNOS和BH4反应不足有关19。血压升高,血管内皮承受的切应力增高,易引起血管内皮损伤。另外,在高血压引起的切应力增高及局部和循环中血管紧张素 增多等因素作用下,血管内皮的NADH或NADPH氧化酶被激活20,同时血管损伤部位的巨噬细胞、单核细胞也被激活,发生呼吸爆发,产生大量氧自由基,由此形成高的氧化应激状态。高血压病人血清NO及NOS均较正常人低,表明高血压病人有内皮功能受损,内皮素(ET)明显升高,ADMA明显升高,NO明显降低,NO/ET下降,血管收缩,血压升高。7NO通路及ADMA-DDAH系统与高血糖 糖尿病现已认为是动脉粥样硬化的一个重要的危险因素,出现胰岛素抵抗时,NOS的辅酶BH4缺乏,病人血浆中的NO水平明显减少,血管舒张功能下降。在胰岛素抵抗或者糖尿病的病人中,高浓度的葡萄糖对DDAH有明显的抑制作用,从而造成血浆中ADMA的蓄积21,内皮依赖的血管舒张功能下降。高血糖可致氧自由基产生增多,使Ca2+内流和释放增加,激活eNOS而使NO产生增多;高血糖也可使iNOS被激活而使NO产生增多。高血糖刺激能使内皮细胞发生氧化应激,GSH-PX下降。高血糖引起糖基化终末产物(advancedglycosy2latonendproduction,AGE)累积引起的内皮损伤,导致 内皮损伤导致NO生成减少22。高血糖使蛋白激酶C的活性受损22。NO直接被糖基化终末产物灭活。8NO通路及ADMA-DDAH系统与高胆固醇血症 内皮细胞功能紊乱大多数情况下与氧化应激有关,特别是氧自由基的增加。脂质过氧化是诱导内源性NOS抑制物水平升高的原因之一。高胆固醇血症患者血浆L-Arginine/ADMA比值降低,ADMA水平与血浆总胆固醇(TC)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL)水平显著正相关23。低剂量的ox-LDL可显著抑制原生型NO合酶从而抑制NO的合成,但随着时间及浓度升高,ox-LDL对内皮细胞的损伤作用加重,从而激活诱生型NO合酶,使NO的生成增加,并与更多的超氧阴离子结合,加剧对内皮细胞损害。ox-LDL可抑制eNOS的表达,结果使NO的生成减少。具体机制24-26可能为:高胆固醇血症可到导致DDAH活性的降低,随即出现的ADMA的蓄积可能与脂质介导的内皮细胞功能紊乱有关。ox-LDL可增加血管内皮因细胞核因子-kB的活性,诱导TNF-a的表达,直接或间接应用TNF-a可诱导ADMA生成。ox-LDL可使PRMTs表达上升,ADMA合成增多。ox-LDL具有明显的细胞毒作用,它通过减少内皮源性NO水平,降低NOS活性使内皮舒张功能降低。在人内皮细胞内胆固醇上调ADMA的合成,ox-LDL不仅在酶分子水平上而且能在基因转录水平上抑制NOS活性,使NO生成减少。高胆固醇血症时,NOS的辅酶BH4缺乏。反之,NO能抑制LDL的氧化修饰25,26,而且对巨噬细胞诱导的LDL氧化有明显的抑制作用。NOS的活性与细胞对LDL的氧化修饰能力呈负相关。NO通过脂加氧基与脂过氧基的结合来实现终止脂质过氧化扩增反应。37成都医学院学报J.CDMC2007,2(1)孙 静 1NO通路与动脉粥样硬化9 小结综上所述,NO通路及ADMA-DDAH系统在动脉粥样硬化的发生发展中起重要作用,它们与氧化应激、炎症、高血压、高血糖、高胆固醇血症等许多致动脉粥样硬化的危险因素紧密相关。这就为动脉粥样硬化的治疗和研究提供了一个新的途径。尽管相关的研究越来越多,仍有很多问题有待解决。如ADMA对于动脉粥样硬化中与NO相关的其它机制中所起的作用如何?以及一些NO通路及ADMA-DDAH系统在动脉粥样硬化的发生发展中一些具体的机制如何等。参考文献:1 Landmesser,Hornig,Burkhard,et 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