NO供体型心血管药物的研究进展

一氧化氮供体型心血管药物的研究进展摘要：近年来，一氧化氮(NO)供体型心血管药物引起了人们的广泛关注，这是由于一氧化氮具有舒张血管、降低血压、抑制血小板黏附和聚集的作用，在维持血管张力、调节血压及血流动力学等方面起着十分重要的作用。

因此给予一定剂量外源性的NO将对心血管疾病的治疗具有重要的意义。

NO的外源性来源主要是NO供体，它们能够在体内有效释放出NO，而且本身还可参与体内多种生理功能的调节。

本文简要介绍了NO的产生及特征、作用机制及调节以及NO对心血管疾病的主要生理作用，重点论述了NO供体的化学性质、生物学特点及其最新的研究进展，最后对NO 供体的研发作了展望。

关键词：NO；作用机制；生理作用；心血管疾病；NO供体药物1 NO及其供体的简要介绍一氧化氮( nitric oxide，NO )是一种具有多种生物学活性的气体小分子物质，它存在于人体各种组织和细胞中，广泛参与调节各种生理病理过程，如血管扩张、神经信号传导、免疫炎症的调节、肿瘤发生与转移等[1]。

此外，人们还发现NO对植物的呼吸作用、光形态建成、种子萌发、根和叶片的生长发育、气孔运动、各种胁迫的响应及抗病防御反应等生理过程都有一定的作用[2]。

NO的生物半衰期极短，正常生理状态下机体可产生适当水平的NO以维持各系统的机能，但许多慢性疾病如高血压、动脉粥样硬化等可造成血管内皮细胞损伤，使NO产生减少，此时补充外源性NO是一种必要的治疗措施，NO供体(nitric oxide donor)正是应这一临床需求而产生的。

NO供体是一类能在体内释放出NO的前体药物，是指不需经NOS催化自行或与其它物质作用产生NO的物质。

鉴于其潜在的应用价值，越来越多的NO供体被开发和应用于各种相关疾病的治疗。

然而传统的作为NO供体的药物在使用时存在很多缺陷，如：缺乏靶向性和组织特异性、药物作用时间过短、生理稳定性差、对人体毒副作用大、有效剂量难以掌握和控制等。

近年来，一系列致力于解决上述难题的新型NO供体被开发和研制出来，增加了NO应用于临床治疗中的广泛性和可行性。

2 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，和其它分子如氧分子、超氧自由基，或过渡金属反应[3]。

在体内极不稳定，是一短寿分子，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，称外源性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，可以广义地将其分为两种，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)。

它们在组织分布、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，调节各种生理功能。

它们依赖Ca2+的存在，当细胞内Ca2+浓度升高时被激活。

cNOS合成少量的、短期的NO，引起NO浓度的快速增加；而当Ca2+浓度减小时，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在多种细胞中均有表达[4]，并且是非Ca2+依赖型，但它在静息细胞内是不表达的，当细胞受到细胞因子或免疫微生物刺激时iNOS催化合成非生理浓度的大量NO，产生一系列病理作用[5]。

3 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[6]：①激活鸟苷酸环化酶(GC)，发挥信号传导功能。

NO-环鸟苷酸(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，发挥局部调反应，节作用。

③与超氧阴离子反应，产生毒性很强的过氧化亚硝酸。

NO极易与O¯2不可逆地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O¯2的生物分子，当细胞同时产生大量的NO和O¯2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含量的变化受底物利用度、iNOS活性、表达水平和其它结构亚型NOS活性影响。

最近的研究显示，NO通过调节转录因子—NF-ΚB水平，产生一个自动调整作用。

在低浓度NO时，NF-ΚB水平上升，上调iNOS表达；相反，在高浓度NO时，NF-ΚB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[7]。

4 NO对心血管系统的主要生理作用4.1 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使鸟苷三磷酸(GTP)转变为环鸟苷酸(c-GMP)，胞内c-CMP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，从而降低细胞内Ca2+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基础释放的始发刺激信号，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。

4.2 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和内皮损伤引起的血小板聚集[8]。

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黏附分子，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原的结合，最终抑制血小板聚集[9]。

而血小板自身也能合成NO，血小板活化、聚集时NOS被激活，生成的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。

4.3 抑制血管平滑肌细胞增生内源性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[10]。

这种效应可能通过各种机制来完成，如抑制糖酵解，抑制血小板黏附、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[11]。

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。

5 NO在心血管疾病发生、发展中的作用血管内皮功能紊乱，导致NO的合成障碍，是心血管系统中很多疾病发生发展的关键一步。

内皮功能紊乱是指内皮依赖性血管舒张缺陷，血管内皮活性不足，并发血管内皮抗凝、消炎功能障碍的一种综合征。

L-Arg不足，NOS抑制物的存在，血管内膜增厚致NO扩散受限，NO合成反应中的辅助因子缺乏，都直接或问接地造成NO的合成不足或者扩散障碍，NO的生物利用度下降，成为内皮功能紊乱发生的机理。

各种心血管疾病的发生，都与血管内皮功能紊乱有密切的关系[12]。

5.1 NO与高血压许多研究证实，NO是平衡交感神经和肾素血管紧张素收缩血管的内源性血管舒张物质。

高血压病人，血管紧张素II的产生增多、活性增强，诱导血管内皮产生的超氧阴离子、氧自由基增加，加快NO合成反应中辅助因子-四氢生物喋呤(BH4)的消耗，进而抑制NO的产生。

动物实验研究结果表明，在高血压大鼠模型体内，NO的合成减少，NOS的抑制物—非对称性二甲基精氨酸(asymmetrical dimethylarginine，ADMA)含量增加，提示高血压伴随有内皮功能紊乱，表明血管内皮损伤，NO下降可能与高血压的形成密切相关。

但在引发高血压的多种原因中，何种因素起主导作用目前尚不清楚[13]。

5.2 NO与动脉粥样硬化(AS)AS是一个异常促有丝分裂的过程及异常的细胞增生。

高胆固醇(HC)是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，能直接降解和灭活NO，中断NO的受体后信号传递，引起局部血管收缩，VSMC增殖和血小板黏附聚集，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[14]。

Morishita等[15]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也观察到当血管内壁受损时，NO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。

5.3 NO与与充血性心力衰竭(CHF)心力衰竭时，病人的氧化应激状态使iNOS的表达增加，合成过多的NO，产生含过氧亚硝基的代谢产物，引起心肌收缩功能障碍，说明NO是心力衰竭病情发展的重要因素之一。