内皮型一氧化氮合酶脱偶联的研究进展

Therapeuti c effects of a sp i r i n and m echan is m s of a sp i r i n resist ance

HUA Yi2nan,X I E Mei2lin

(D ept of Phar m acology,M edical School of Suzhou U niversity,Suzhou　215123,China)

Abstract:A s p irin is one of the maj or drugs used f or p reventing ather othr ombotic vascular diseases,but not effective t o all patients or s o2called as p irin resistance. However,the mechanis m s of this resistance still re2 mains t o be elucidated.The recent p r ogresses is re2vie wed in the therapeatic effect of as p irin and mecha2 nis m s of the drug resistance.

Key word:as p irin;as p irin resistance;thr ombosis; p latelet;mechanis m

内皮型一氧化氮合酶脱偶联的研究进展郑建普1,卞　卡1,2,3,可　燕1,2,Murad Ferid1,3

(1.上海中医药大学穆拉德中药现代化研究中心,上海　201203;2.上海高校一氧化氮与炎症医学研究院,上海　201203;3.美国德克萨斯大学休斯顿医学院综合生物及药理学系,德克萨斯大学分子医学研究所,休斯顿　T X77030)

中国图书分类号:R205;R28911;R345144;R5431023; R7431023;R91613;R97713;R97714

文献标识码:A文章编号:1001-1978(2006)06-0659-05摘要:血管内皮功能障碍(endothelial dysfuncti on)是多种心脑血管疾病的共同病理机制,其突出表现为内皮依赖性血管舒张功能障碍,主要由NO减少及氧自由基增加所致。最新研究发现,内皮型一氧化氮合酶脱偶联(e NOS uncoup ling)是导致NO水平下降和氧自由基水平升高的重要机制,是高血压、糖尿病、动脉粥样硬化等疾病中内皮功能障碍的重要原因。通过纠正e NOS脱偶联可有效改善内皮功能,有望为保护血管内皮功能提供有效途径。

关键词:e NOS脱偶联;内皮功能障碍;一氧化氮;氧化应激;四氢生物蝶呤

血管内皮细胞(vascular endothelial cells, VECs)是分布于所有血管内侧的单层纵向细胞,在调节血管舒缩状态、凝血和纤溶,防止有害脂蛋白浸

收稿日期:2006-02-22,修回日期:2006-04-16

基金项目:上海市教委高校一氧化氮与炎症医学E研究院计划资助项目(No E204010);上海市教委重点科研资助项目(No

05ZZ11);上海市科委基础研究重点资助项目(No

05JC14056)

作者简介:郑建普(1979-),男,博士生,研究方向:心血管药理学与炎症医学,Tel:021*********,E2mail:je mpoo.tseng@

g ;

卞　卡(1958-),男,教授,博士生导师,研究方向:心脑

血管药理学与炎症医学,通讯作者,Tel:021*********,E2

mail:Ka.B ian@uth.t m 润及氧自由基损伤等方面起重要作用。大量实验研究证明,正常的血管内环境是抵御心血管疾病的基础防线,内皮细胞的健康与否直接关系到血管内环境的稳定,而一氧化氮(nitric oxide,NO)信息系统的健全又是内皮细胞发挥生理作用的关键。正常生理条件下,血管系统中的NO主要源于内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,e NOS),发挥扩张血管、调节血压、抑制血小板聚集、抗平滑肌细胞增殖等作用[1]。近年来,大量的基础及临床资料进一步证实,在诸如高血压、动脉粥样硬化、充血性心力衰竭、糖尿病及长期吸烟等病理情况下, e NOS出现功能障碍,此时e NOS不再生成NO而是产生超氧阴离子,造成NO生物利用度降低及氧化应激(oxidative stress)增加,导致或加重内皮功能障碍,该现象被称为e NOS脱偶联(e NOS uncoup2 ling)[2,3]。

1　eN O S脱偶联的产生机制

e NOS脱偶联的产生机制主要有:①NO生成底物L2精氨酸(L2arginine,L2A rg)不足,使本应转移到L2A rg的电子转移到O2从而产生超氧阴离子(O・

2

);②NO生成的重要辅助因子四氢生物蝶呤

(tetrahydr obi op terin,BH4)供应不足,导致主要的终

产物是O・

2

,而不是NO;③氧化应激使e NOS结构发生改变从而导致活性下降。

1.1　L2Arg与eN O S脱偶联　L2A rg是人体的半必需氨基酸之一,也是NO合成的底物。L2A rg在生理

浓度下,电子由NADPH转移到F AD,生成F ADH

2

,

・

9

5

6

・

中国药理学通报　Chinese Phar m acological B ulletin　2006Jun;22(6):659～63

后者与F MN歧化反应,生成两个半醌型自由基(F ADH/F MNH),使电子转移到血红素铁,后生成中间体对羟基L2A rg,最终形成NO和L2瓜氨酸。L2 A rg缺乏或浓度不足时,电子不再转移到L2A rg,而

提供给O

2生成O・

2

;况且,此时F AD/F MNH仍然有

一个电子还原血红素铁,使电子转移至O

2

生成一个O・2。因此,L2A rg缺乏时,每一摩尔的NADPH被氧

化就可以产生两摩尔的O・

2

[4]。

此外,L2A rg的同系物非对称二甲基精氨酸(asy mmetric di m ethylarginine,ADMA)与e NOS脱偶联也密切相关[5]。最近发现,ADMA水平升高与内皮功能障碍中的活性氧(reactive oxygen s pecies, ROS)增加相关,脉管系统内一定的ROS水平总是刺激ADMA的合成而抑制其降解,从而导致e NOS 活性下降或者脱偶联;e NOS脱偶联又导致ROS增加,形成一个正反馈机制。

1.2　BH4与eN O S脱偶联　生理状况下,BH4系从头合成(de novo synthesis),Ⅰ型三磷酸鸟苷环化水解酶(GTP cycl ohydr olaseⅠ,GTPCHⅠ)是合成BH4的限速酶;病理状况下,BH4可通过Salvage通路合成,即在墨蝶呤还原酶的作用下由细胞内的墨蝶呤转化而来。作为NOS同功酶的辅助因子,BH4具有稳定NOS结构、稳定NOS活性二聚体以及增加L2A rg和NOS结合力等作用[6]。更为突出的是, BH4直接影响NO和超氧阴离子的产生。当BH4含量充足时,NOS接受并储存来自NADPH的电子,

在底物L2A rg和O

2

存在时,NOS将电子转运给L2 A rg而使后者氧化成L2胍氨酸并伴随NO产生。BH4不足(生成减少或者作为还原性物质被氧化)时,激活的NOS不能催化L2A rg氧化而生成L2胍氨酸和NO,但是NOS仍然能够接受来自NADPH的电子并将电子储存在与其相结合的四羟酮醇中,然后

再将电子传递给另一底物O

2

,导致主要的终产物是超氧阴离子而非NO,此即e NOS脱偶联现象。e NOS 脱偶联所产生的超氧阴离子能迅速与NO结合,消耗NO并生成毒性更强的过氧化亚硝基(ONOO-),后者又能迅速将BH4氧化,生成BH2乃至BH,导致BH4进一步减少,从而形成恶性循环[3]。此外,正常的BH4/BH2比例也是保证NOS最大活性的一个重要因素。除影响NOS/NO通路以外,BH4本身亦具有很强的还原性和清除氧化性物质的能力,因此BH4的水平还直接影响细胞内的氧化-还原状态。有研究表明,BH4能够直接清除由黄蝶呤氧化

酶产生的O・

2

。相反,BH4缺乏很可能直接影响氧自由基的清除,不利于保护内皮细胞。1.3　氧化应激与eN O S脱偶联　ROS与活性氮(reactive nitr ogen s pecies,RNS)一起构成了体内最大的氧化还原反应体系。血管系统中,ROS主要来

源于一些氧化酶的作用,如黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase)、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶(NADH/NADPH oxidase)以及髓过氧化酶(my2 el oper oxidase)等。大量证据表明,在动脉粥样硬化、高血压、糖尿病、心衰以及吸烟等病理情况下,黄嘌呤氧化酶、NADH/NADPH氧化酶表达增加,活性增强,ROS生成增加,导致e NOS脱偶联。一方面ROS 可直接氧化体内的某些生物大分子,引起病理损伤;另一方面ROS与NO结合生成氧化性更强的ONOO-。①ONOO-不仅可氧化BH4使之生成BH2,且难以实现再回收(BH2→BH4),从而导致BH4含量下降;另外,ONOO-也会使BH4与NOS的结合力受到影响[7]。②ONOO-还能氧化L2A rg转运器(L2A rg trans porter)使胞内L2A rg水平降低从而导致e NOS脱偶联[8]。③ONOO-还能够氧化e NOS 活性中心的“锌指结构”从而加重e NOS脱偶联,从而诱发或加重内皮功能障碍[9]。再者,ONOO-还可作为硝化剂与蛋白质、脂质、核酸等生物大分子反应,引发一系列病理生理过程。目前,一些学者认为蛋白质酪氨酸硝基化可作为组织损伤程度的指标,为临床诊断和治疗提供判断依据[10]。

由于二氢叶酸还原酶(dihydr of olate reductase, DHFR)在BH4再回收(BH2→BH4)中至关重要,而最新研究发现,内皮细胞在血管紧张素Ⅱ刺激下,源于NADPH氧化酶的H

2

O2下调了二氢叶酸还原酶(dihydr of olate reductase,DHFR)的表达,升高了ROS,降低了NO生物利用度,可见ROS也可以通过DHFR/BH4途径影响e NOS活性[11]。

2　eN O S脱偶联与内皮功能损伤

血管内皮功能障碍是众多心脑血管疾病的共同病理机制,血管内皮细胞长期功能不全将会严重影响NO生物利用度,进而加重疾病进展。在诸如吸烟、高脂蛋白、糖尿病、高血压病、冠状动脉疾病、心力衰竭及脑血管疾病等病理条件下,内皮功能障碍的机制各不相同,但大量的研究表明,NO水平降低和氧自由基水平升高是导致以内皮依赖性舒张反应减弱为主要特征的内皮功能障碍的主要机制。

e NOS脱偶联可加重内皮功能障碍,主要机制有:①造成NO生成减少,生物利用度降低,影响一

系列正常NO介导的生理功能;②增加O・

2

的生成,

加重氧化应激状态;③在O・

2

和NO同时都产生的情况下,可以生成ONOO-,后者可氧化BH4和L2

・

6

6

・中国药理学通报　Chinese Phar m acological B ulletin　2006Jun;22(6)