一氧化氮及一氧化氮合酶的生理作用與糖尿病視網(wǎng)膜病變的關(guān)系

季 華 翟祥娟 季 強(qiáng) (山東醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，山東 濟(jì)南 250002)

一氧化氮(NO)廣泛分布于生物體各組織中，是一種重要生物信使分子和效應(yīng)分子，具有多種生理功能〔1〕，NO合成過多或不足或NO合酶(NOS)異常與許多疾病的發(fā)生機(jī)制有關(guān)。本文就內(nèi)源性NO的生理功能及與糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)發(fā)病關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述。

1 NO的合成

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)機(jī)體內(nèi)多種類型的細(xì)胞都產(chǎn)生NO，血管內(nèi)皮細(xì)胞，是生理條件下產(chǎn)生NO最主要的細(xì)胞。血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)、巨噬細(xì)胞、血小板吞噬細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肝細(xì)胞等多種細(xì)胞也可合成釋放少量NO。左旋精氨酸(LArg)是生成NO的前體物質(zhì)，L-Arg分子內(nèi)胍基中的氮原子被氧化，生成NO與瓜氨酸，催化這一反應(yīng)的酶是NOS，NOS為一組同工酶:根據(jù)NOS對鈣離子(Ca2+)依賴性的差異分為結(jié)構(gòu)性NOS(cNOS)和誘生型NOS(iNOS)兩大類，cNOS為NOS的生理存在形式，又分為神經(jīng)元型(nNOS)和內(nèi)皮型(eNOS)是Ca2+和鈣調(diào)素(CaM)依賴性的酶，在生理條件下根據(jù)需要合成及釋放少量NO，作為一種信號分子參與各種生理過程;誘導(dǎo)性(iNOS)不受細(xì)胞內(nèi)Ca2+/CaM濃度的調(diào)節(jié)，生理狀態(tài)下一般不表達(dá)，在炎癥介質(zhì)的誘導(dǎo)下表達(dá)，催化合成大量NO，其活性可維持?jǐn)?shù)小時至數(shù)天，參與自身免疫反應(yīng)，導(dǎo)致組織細(xì)胞損傷〔2，3〕。因此也稱為免疫性 NOS。nNOS也稱 NOSⅠ，在大腦、外周神經(jīng)和腎組織中表達(dá)。iNOS也稱NOSⅡ。存在于VSMC、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和心肌細(xì)胞中。eNOS也稱NOSⅢ，它主要在內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)〔4〕。視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的各層組織細(xì)胞、眼球內(nèi)的各部分色素組織均有NOS定位依據(jù)〔5～7〕。

2 NO的生理作用

2.1 舒張血管平滑肌 血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的NO是強(qiáng)大的舒血管物質(zhì)，可通過彌散或載體轉(zhuǎn)運至VSMC內(nèi)，激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(sGC)，生成大量環(huán)鳥苷酸(cGMP)，引起血管擴(kuò)張，降低血管阻力及血壓。

2.2 抑制血小板黏附聚集 NO能使血小板可溶性sGC活化，生成CGMP抑制血小板凝集，防止血小板黏附于血管壁，拮抗血栓形成，改善微循環(huán)，降低外周阻力。

2.3 抑制血管平滑肌細(xì)胞增生 內(nèi)源性和外源性NO供體藥物，均能抑制VSMC增生。Gary等已在體內(nèi)試驗研究證明NO通過CGMP誘導(dǎo)機(jī)制抑制VSMC的有絲分裂，從而抑制VSMC的增生和遷移，防止動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展。

2.4 其他作用 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)及視網(wǎng)膜由nNOS產(chǎn)生的NO作為一種神經(jīng)信息，傳遞調(diào)節(jié)神經(jīng)元的活動。參與氣管、肺、內(nèi)分泌、消化道及男性功能調(diào)節(jié)。另外由NOS產(chǎn)生的過量的NO參與各種病理過程。導(dǎo)致組織損傷、細(xì)胞凋亡、炎癥和局部缺血、梗死。

3 NO與PR

DR是糖尿病最常見最嚴(yán)重的眼科微血管并發(fā)癥，是目前世界上主要致盲眼病之一，慢性高血糖是DR的主要發(fā)病原因。葡萄糖自身氧化和糖蛋白的傳遞作用可產(chǎn)生一種活性氧(ROS)，糖尿病患者高血糖使ROS-NO在視網(wǎng)膜中產(chǎn)生增多。其氧化產(chǎn)物產(chǎn)生細(xì)胞毒作用，損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，是糖尿病微血管損傷的主要原因。過量NO超氧化，生成過氧亞硝酸陰離子(ONOO)，ONOO是強(qiáng)氧化劑，可通過細(xì)胞毒作用導(dǎo)致細(xì)胞損傷及死亡;同時使酪氨酸生成3-硝基酪氨酸(3-NT)損傷組織細(xì)胞;它還可破壞DNA雙鏈結(jié)構(gòu)，造成DR。這可能與DR早期病理改變視網(wǎng)膜毛細(xì)血管周細(xì)胞喪失有關(guān)。由于NO在視網(wǎng)膜增多，從而激活超氧化物歧化酶，使具有抗氧化作用的黃嘌呤氧化酶生成減少〔4〕，因而抗自由基防御功能下降，DR組織抗氧化機(jī)能處于低下狀態(tài)，提示氧化損傷在DR發(fā)生發(fā)展中起重要作用。有研究表明糖尿病患者外周血中NO含量升高，明顯高于對照組，特別是早期沒有發(fā)生DR組，以后又成下降趨勢，這說明NO含量與 DR的發(fā)生發(fā)展均相關(guān)〔8〕。Salceda等〔9〕的研究認(rèn)為糖尿病能誘導(dǎo)視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞NO水平升高，使血-視網(wǎng)膜屏障(BRB)通透性增高，導(dǎo)致BRB破壞，引起DR。研究表明糖尿病早期階段，NO過量生成，增加視網(wǎng)膜局部血流量及通透性增高，導(dǎo)致血管功能異常。用NO抑制劑可使視網(wǎng)膜血流及血管通透性恢復(fù)正常〔10〕。

4 NOS與DR的關(guān)系

4.1 eNOS與DR的關(guān)系 由eNOS產(chǎn)生的具有生理濃度的NO是維持視網(wǎng)膜正常張力不可缺少的。在高血糖情況下eNOS活性降低，產(chǎn)生NO減少，使血管舒張功能紊亂，局部血流量降低，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。血小板聚集、血栓形成，破壞毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)，促進(jìn)微動脈瘤形成，視網(wǎng)膜缺氧，血管滲透性增加。同時NO抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖能力下降，促使新生血管形成，導(dǎo)致增生性視網(wǎng)膜病變，因此增生性視網(wǎng)膜病變可能與糖尿病高血糖致eNOS活性降低、NO減少有關(guān)。

4.2 nNOS與DR的關(guān)系 nNOS主要存在于大腦，外周神經(jīng)細(xì)胞中，其產(chǎn)生生理濃度的NO參與神經(jīng)信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)和微循環(huán)、內(nèi)分泌的調(diào)節(jié)，并起神經(jīng)保護(hù)作用〔5，6〕。所以糖尿病致視網(wǎng)膜nNOS活性降低與微血管病變相關(guān)。使糖尿病早期階段，NO不能發(fā)揮其神經(jīng)保護(hù)作用，造成視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞功能受損。

4.3 iNOS與DR的關(guān)系 iNOS存在于平滑肌細(xì)胞，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和心肌細(xì)胞中，但以神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞為主。在正常情況下iNOS不表達(dá)，在炎癥介質(zhì)的誘導(dǎo)下表達(dá)，糖尿病高血糖時，體內(nèi)很多組織iNOS表達(dá)均增強(qiáng)，其中包括視網(wǎng)膜，可表達(dá)于視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞等細(xì)胞質(zhì)中〔11〕。同時也導(dǎo)致糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)元膠質(zhì)細(xì)胞凋亡〔12〕。

NO是一種新型的細(xì)胞信使分子，同時又是一種血管活性物質(zhì)，參與機(jī)體許多重要生理功能及病理過程，其生成不足或生成過量都會引起相應(yīng)器官，系統(tǒng)的疾病。它參與了DR的發(fā)生發(fā)展過程，對眼部血流及神經(jīng)保護(hù)有重要作用，DR內(nèi)NO的變化，可能是糖尿病高血糖導(dǎo)致iNOS活性增高與eNOS，nNOS活性降低共同作用的結(jié)果，因此認(rèn)為在DR的病理過程中，尤其在疾病早期有效調(diào)控NO兩種同工酶的活性，對延緩糖尿病視網(wǎng)膜組織損傷和視功能的維持有重要作用。

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