冠心病與NO-cGMP及中藥調控的研究進展1)

潘會君,凌 霜,章丹丹,李亞娟,許錦文,卞 卡

冠心病全稱冠狀動脈性心臟病(coronary artery heart disease,CHD),是常見的心血管疾病,是指供給心臟營養物質的血管-冠狀動脈發生嚴重粥樣硬化或痙攣,使冠狀動脈狹窄或阻塞,以及血栓形成造成管腔閉塞,導致心肌缺血缺氧或梗死的一種心臟病。由于冠狀動脈粥樣硬化占冠狀動脈性心臟病的絕大多數(95%～99%)。因此,習慣上把冠狀動脈性心臟病視為冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(coronary atherosclerotic heart disease,CAD)。近年來大量研究顯示炎癥在CAD中起著重要作用[1]。炎癥不僅直接參與動脈粥樣硬化的形成,也導致CAD的發生。CAD病理過程始終伴隨著炎癥,炎癥刺激iNOS產生大量的NO導致組織損傷,通過與活性氧(ROS)作用生成氧化亞硝酸根(ONOO-),ONOO-細胞毒性引起內皮損傷[2];ROS本身也可導致內皮損傷;CAD進程中還存在著NOS脫耦聯產生大量NO,過量的NO對內皮產生損傷;所有這些都會形成冠脈粥樣硬化,導致冠心病的發生。冠心病導致心肌缺血,心肌和血液中的環磷酸鳥苷(cGMP)發生變化。本文將回顧冠心病與炎癥、活性氧/活性氮、一氧化氮合酶(NOS)及脫耦聯的關系,并對中藥干預NO-cGMP信號通路研究進行總結。

1 NO-cGMP信號轉導途徑

NO由NOS催化L-精氨酸與氧分子經多步氧化還原反應生成。人體內有三種不同形式的 NOS:內皮型NOS或Ⅲ型NOS(eNOS or NOS-3),神經元或腦NOS或Ⅰ型NOS(nNOS or NOS-1),誘導型 NOS或Ⅱ型NOS(iNOS or NOS-2)[3]。NO通過NO-依賴性cGMP途徑和NO-非依賴性cGM P途徑發揮其生理功能。cGM P依賴型信號傳導是NO激活可溶性鳥苷酸環化酶(sGC),sGC是一種異質二聚體,二聚體的兩個亞單位須同時表達才能被NO激活并有催化活性。sGC的全酶包括血紅素,NO與血紅素卟啉環中的Fe2+結合,將卟啉環中的Fe2+“拉出”平面,致整個酶構型改變,使酶變為激活狀態。在sGC催化下,生成cGM P,胞內cGMP水平的升高,是NO多種生物效應的分子基礎,如松弛血管平滑肌、抑制血小板聚集和參與神經傳遞等[4]。NO-依賴性cGMP途徑是NO發揮生理功能的經典途徑,cGMP的生成除了受NO的影響,還受利鈉肽影響。利鈉肽通過與具有高度親和力的靶細胞表面受體結合,激活鳥苷酸環化酶,產生第二信使cGMP,cGM P可進一步激活cGM P依賴性蛋白激酶,導致細胞內Ca2+外流,產生調節尿鈉排泄、舒張血管、抑制血管平滑肌增殖和腎素-血管緊素系統活性的作用[5]。

2 冠心病與炎癥、NO-cGMP

2.1 冠心病病理過程中NO、cGMP的變化 NO與許多疾病密切關系,在冠心病發病過程中同樣起著重要作用。動脈粥樣硬化的病理早期eNOS功能紊亂,eNOS活性降低,NO產生減少導致血小板易于黏附聚集,并釋放一些活性物質,使血管收縮,動脈內血栓形成,血管平滑肌細胞增殖,血管壁增厚,造成管腔狹窄、阻塞,促使動脈粥樣硬化形成。對動脈粥樣硬化家兔進行eNOS基因轉移,7 d后動脈粥樣硬化病變消退[6]。在NO抑制功能減弱情況下,血小板對血管壁的黏附聚集加劇形成血栓,使粥樣化進一步加重,引起血管狹窄、痙攣;內皮素的相對或絕對增多,又引起血管過度收縮,加重心肌缺血。后期,由于斑塊中有大量脂質浸潤,氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)的增多,以及由于病毒、細菌感染所釋放的內外毒素,LPS的刺激,動脈粥樣硬化血管中iNOS表達及活性增加,誘導產生大量NO,使過氧化亞硝酸鹽形成和活性增加,導致脂質過氧化和血管損傷,促進動脈粥樣硬化的發展。Ihrig等[7]研究發現,同野生型小鼠相比,iNOS基因缺陷小鼠血清膽固醇水平以及動脈粥樣硬化斑塊的發生率增加。盡管iNOS來源的大量NO有細胞毒效應,但NO的長期增加可抑制新生內膜增生、炎癥細胞浸潤和新生內膜平滑肌細胞聚集。冠心病嚴重時心肌局部缺血引起大量NO增加。Depre等[8]首次報道缺血,缺氧引起心臟cGMP增加,離體大鼠心臟,缺血10 min和缺氧引起心肌cGMP大量增加,增加約30%～50%。

2.2 冠心病與炎癥-活性氧(ROS)、活性氮(RNS) Virchow首先提出CHD是炎癥的假說,近年來大量研究證實動脈硬化是一種慢性炎癥,炎癥參與冠心病的發生發展。ROS是氧(O2)被部分還原的衍生物,重要的ROS包括超氧陰離子(O2-?)、過氧化氫(H2O2)和羥自由基(HO?)。RNS來源于一氧化氮(NO?)。過氧化亞硝酸根(ONOO?)及其質子化形式(ONOOH)是生物體系中最重要的 RNS,亞硝基過氧化羧酸(ONOOCO2?)和二氧化氮(NO2?)也同樣重要[9]。

ROS和RNS主要來源于吞噬細胞、內皮細胞和上皮細胞,活性氧簇是血管壁細胞有氧呼吸時由不同的酶催化而產生。動脈粥樣硬化(AS)發生時活性氧簇含量增多,內皮細胞損傷后誘導黏附分子和趨化因子的表達,單核細胞和淋巴細胞被激活、聚集,進一步遷移到內皮下,單核細胞轉化為巨噬細胞,產生更多的活性氧簇,形成ox-LDL。ox-LDL本身的細胞毒作用,促進巨噬細胞形成泡沫細胞,刺激內皮細胞多種炎性因子和黏附分子表達釋放,誘導內皮細胞和平滑肌細胞增生、移位,血小板的黏附聚集,進一步加劇了炎性反應[10]。同時,炎癥細胞和粥樣斑塊中的其他成分一起釋放大量的ROS,加速AS的進程,局部增多的ROS迅速與NO反應生成ONOO-,后者形成過氧硝酸(HONOO),再降解成羥自由基(OH-)和 NO-2,最終引起脂質過氧化和內皮細胞受損。ONOO-的產生可能是NO損傷血管內皮細胞的重要機制,由此可能導致動脈硬化。近年研究顯示,病理情況下,H2O2、NO2-、NO大量產生時,心肌很容易遭受蛋白質硝基化的損傷[11]。炎癥階段,蛋白質硝基化明顯增加,蛋白質酪氨酸硝基化已經被用來評價心血管疾病的組織損傷的程度。通過免疫組化發現動脈粥樣硬化中存在硝基化的蛋白質酪氨酸,Leeuwenburgh和他的同事提出活性氮介質促進動脈粥樣硬化LDL氧化[12]。

2.3 冠心病與炎癥-eNOS脫耦聯 血管內皮功能障礙是冠心病的病理機制,血管內皮細胞長期功能不全將會嚴重影響NO生物利用度。大量的研究表明,NO水平降低和氧自由基水平升高是導致以內皮依賴性舒張反應減弱為主要特征的內皮功能障礙的主要機制。近年來大量研究表明,在某些情況下,NOS除了能生成NO外還能生成O2-?。L-精氨酸或BH4濃度較低或BH4被氧化,eNOS脫耦聯,生成大量O2-?。動脈粥樣硬化與eNOS功能障礙有關,eNOS脫耦聯造成NO生物利用度降低及氧化應激增加,導致或加重內皮功能障礙[13]。

動脈粥樣硬化病理情況下,黃嘌呤氧化酶、NADH/NADPH氧化酶表達增加,活性增強,ROS生成增加,導致eNOS脫耦聯。一方面ROS可直接氧化體內的某些生物大分子,引起病理損傷;另一方面 ROS與 NO結合生成氧化性更強的ONOO-,BH4含量下降;另外,ONOO-也會使BH4與 NOS的結合力受到影響。ONOO-還能氧化L-Arg轉運器使胞內L-Arg水平降低從而導致eNOS脫耦聯。ONOO-還能夠氧化eNOS活性中心的“鋅指結構”從而加重eNOS脫耦聯,從而誘發或加重內皮功能障礙[14]。對apoE-/-小鼠轉eNOS基因研究顯示,eNOS過表達加速apoE-/-小鼠AS的發展;eNOS過表達的功能障礙是由于NO的生成減低和O2-?生成增加,同時伴有血管BH4含量降低;氧化應激能導致 AS血管BH4過量氧化和耗竭。補充BH4能逆轉eNOS功能障礙和抑制AS病變進展,說明NOS輔因子BH4不足,與AS的發生和發展有關;由apoE-/-小鼠分離的主動脈研究說明,NOS酶解耦聯與OONO-有關,不僅通過氧化細胞內BH4,而且阻止eNOS與BH4結合[15]。

3 中藥調控NO-cGM P通路

冠心病屬于中醫“胸痹”“心痛”范疇,中醫藥在長期的醫療實踐中對胸痹心痛的治療形成了系統的理論,積累了豐富的經驗。大量實驗證實,中藥提取物及單體在改善缺血和保護心肌細胞,抗動脈粥樣硬化,以及抗自由基都有很好的作用。

丹參及其制劑廣泛用于冠心病的治療,丹參通過一氧化氮-鳥苷酸環化酶途徑產生內皮依賴的血管舒張作用[16]。山楂具有降低血液中的低密度脂蛋白和極低密度脂蛋白的水平,降低血總膽固醇和三酰甘油和減輕AS的作用并對心肌缺血有保護作用,山楂水提取物都是通過一氧化氮-鳥苷酸環化酶途徑產生內皮依賴的血管舒張作用[17]。苦碟子注射液是治療冠心病心絞痛的有效藥物,苦碟子對主動脈具有內皮依賴性舒張作用,該作用可能是通過血管內皮細胞一氧化氮-鳥苷酸環化酶途徑和血管內皮細胞環氧合酶途徑介導的[18]。氧化苦參堿能對抗結扎冠狀動脈的心肌缺血。氧化苦參堿具有舒張血管作用,其機制與內皮NO-cGMP途徑和血管平滑肌大電導鈣激活鉀通道和內向整流鉀通道有關[19]。淫羊藿總黃酮能降低(腫瘤壞死因子(TNF-α)、NO、升高左心室心肌cGMP濃度有關,抑制TNF-α生成、一氧化氮合酶、磷酸二酯酶5等作用,通過多環節、多靶點干預心力衰竭[20]。

4 小 結

冠心病是世界上最常見的死亡原因之一。男性多在40歲～60歲,女性常在絕經期后表現癥狀。我國冠心病的發病率和病死率在近30年正逐年升高,并有年輕化趨勢。研究冠心病的發病機制對于防治冠心病,提高冠心病的治療效果十分重要。冠心病的早期提出脂質沉積學說,近年來的研究顯示炎癥在冠心病的發病中起著重要作用,從發病初期到終末期,始終伴隨著炎癥的發生,炎癥的發生刺激自由基的生成,大量ROS產生,同時NO與活性氧作用生成RNS,不僅ROS對血管內皮造成有損失,RNS也對血管內皮也會造成損傷。因此,NO在冠心病的發病中是一個使動因素,研究顯示冠心病心肌缺血時NO下降,cGMP明顯升高。

很多中藥對冠心病都有治療作用,對NO-cGMP信號途徑有所影響從而發揮治療作用,如丹參及丹參有效成分通過NO-cGMP途徑舒張血管。冠心病的治療過程中,逆轉內皮損傷是治療冠心病的關鍵,傳統中藥有一定的作用,很多動物實驗和體外實驗顯示中藥及中藥有效成分都有很好的抗動脈粥樣硬化的作用。開發作用于NO-cGMP途徑的創新心血管藥物將是一個具有挑戰性的研究。

內皮源性NO調節血管內皮功能方面起核心作用已經得到公認,中藥增加內源性NO的研究仍處于探索階段。因此,從中藥中開發具有NO供體作用的新藥仍須不斷地研究。氧氮自由基及炎癥與冠心病關系的深入研究,尤其是近年來蛋白質硝基化的研究,已經成為心血管疾病的一個靶點[21],這將有助于提供一種思路,即從抗氧氮自由基與蛋白質硝基化的方向開發新型治療冠心病的新藥。

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