急性低氧肺損傷與NO、eNOS相關性研究進展

劉菲菲　灑玉萍　李永平　劉瑞欣　王志政　李蜀娟　張義超　馬忠義

【摘要】 急性肺損傷（ALI）作為呼吸系統疾病，可引起肺部的嚴重炎癥。NO作為人體重要的信使分子，對炎癥具有調節作用，而NO的產生離不開eNOS的催化作用。本文就近年來有關NO、eNOS功能及其與急性肺損傷相關性文章作一綜述，為急性肺損傷基礎研究及臨床診治與預防提供新的思路與參考。

【關鍵詞】 NO eNOS 急性低氧 肺損傷 相關性

Research Progress on the Correlation between Acute Hypoxic Lung Injury and NO， eNOS/LIU Feifei， SA Yuping， LI Yongping， LIU Ruixin， WANG Zhizheng， LI Shujuan， ZHANG Yichao， MA Zhongyi. //Medical Innovation of China， 2022， 19（09）： -188

[Abstract] Acute lung injury （ALI）， as a respiratory disease， can cause severe lung inflammation. As an important messenger molecule in human body， NO plays a regulatory role in inflammation， and the production of NO is inseparable from the catalytic effect of eNOS. This paper reviews the articles on the function of NO， eNOS and their correlation with acute lung injury in recent years， so as to provide new ideas and references for the basic research， clinical diagnosis， treatment and prevention of acute lung injury.

[Key words] NO eNOS Acute hypoxia Lung injury Correlation

First-author’s address： Qinghai University， Xining 810001， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2022.09.045

急性肺損傷（acute lung injury，ALI）是臨床上一種常見的呼吸危重病癥，炎癥細胞浸潤、炎癥介質的大量產生和彌漫性肺部炎癥是其主要的病理特征[1-2]。引發ALI的原因很多，低氧是眾多誘發、加重因素之一。研究發現：抑制炎癥的信號通路，通過促進巨噬細胞的極化平衡可達到治療ALI的效果[3-4]。作為多種炎癥信號轉導的參與者，一氧化氮（nitric oxide，NO）既是炎癥反應與免疫調節的效應因子，也是關鍵的調節因子，與多種炎癥因子相互作用[5]。一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）是催化合成NO不可缺少的因子，具有增強血管系統功能及內皮細胞存活、舒張血管的作用[6]。現將NO、eNOS及急性低氧肺損傷相關性進行簡扼綜述。

1 NO、eNOS的來源和作用

1.1 NO和eNOS的來源 NO是存在于生物體內一種重要的氣體信號分子。在NOS的催化下，由氧分子與L-精氨酸經過多步氧化還原反應生成的NO，參與人體多個系統的生理、病理過程，與炎癥關系密切[7]，通過激活sGC/cGMP通路參與血管的調節[8]。NOS主要由內皮型一氧化氮合酶（epithelial NOS，eNOS）、神經元型一氧化氮合酶（Neuronal NOS，nNOS）和誘導型一氧化氮合酶（inducible NOS，iNOS）三種亞型組成，其中eNOS和nNOS為生理表達，而iNOS為病理表達[9]。eNOS是合成NO的關鍵限速酶，在其生成過程中發揮著不可替代的作用，內皮細胞是其主要的表達點，在神經元、血小板及心肌細胞中也均有一定的體現[10]。

1.2 NO的作用 NO是目前公認的調節血管內皮功能的核心因子，其機理是通過保持血管內皮功能的完整性，使內膜不形成血栓的同時，處于非增殖的狀態，血管多能保持良好的舒張性[11]。從文獻檢索結果來看，它多與心腦血管疾病相關，目前也可用于肺部疾病的治療[12]，但相關文獻報道較少。憑借其分子量小、脂溶性強、可以輕松透過細胞膜而對人體產生作用的優勢，NO在體內作用多樣。作為中間介質，它參與人體多種生理功能的調控，可以調節免疫防御反應，具有一定的細胞毒性[13]。在炎癥的發展過程中，NO起抑制或是促進作用目前并不完全明確，一直飽受生理學領域各位專家的爭議。其主要原因可能是正常生理條件下NO主要為eNOS催化表達，具有抗炎效應，但在慢性炎癥過程中，受炎癥因子刺激，iNOS表達水平激增，遠遠超過eNOS的表達量[14]，在起到保護作用的同時，更多也是促進了炎癥的發展，但具體機制目前仍不明確。而在某些條件下（如短期或急性實驗模型），iNOS也會因時間有限卻無法完全表達[15]。因此，NO的效應常表現為兩面性。

1.3 eNOS的作用 eNOS多在內皮細胞中表達，生理性的eNOS在BH4因子的輔助作用下[16]，催化精氨酸產生NO，后擴散至血管平滑肌細胞，激活該細胞上的鳥苷酸環化酶，催化三磷酸鳥苷產生環磷酸鳥苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP），介導平滑肌舒張，從而導致血管舒張，通過調節正常的血管張力及血栓阻力，從而發揮維持血管內皮穩態的作用，這一分子信號傳導路徑被稱為eNOS-NO-cGMP通路[17]。eNOS在維持較低的肺血管壓力方面意義重大[12]，目前eNOS活性變化是反映血管內皮功能的公認指標[18]。eNOS水平表達受多種因素影響，如炎性細胞因子及游離脂肪酸（free fatty acids，FFA），其中炎癥細胞因子主要包括白介素-6（interleukin-6，IL-6）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等[19]。由于NO的半衰期較短，且eNOS與其之間關系密切，故現大多研究集中在催化生成NO的eNOS上。

2 NO、eNOS和急性肺損傷

肺是人體最大的呼吸器官，在吸入氧氣后，通過肺泡將氧氣彌散至血管之中，隨著血液的流動遍布全身，身體代謝后產生CO2，又隨著血液通過血管彌散至肺泡后排出。因此，作為氣體交換的場所，肺的功能健康對于人體而言至關重要。急性肺損傷（ALI）作為呼吸系統疾病，可引起肺部的嚴重炎癥，破壞肺泡毛細血管膜細胞，更有甚者引起急性呼吸衰竭，死亡率極高[20]。

從中醫角度而言，ALI屬于“喘證”范疇，其發病原因主要為外感六淫或稟賦不足、宿疾惡化所致正氣虛弱。肺為嬌臟且為氣之主，邪氣容易侵襲，肺氣閉塞后氣道不通，則發為喘促;另一方面，病程日久，累及至腎，腎虛不納，氣機上逆，病情更甚[21]。從現代醫學角度而言，早在2010年世界衛生組織就將ALI病因分為直接損傷及間接損傷兩大類，直接損傷包括吸入有害氣體、嚴重肺部感染及氧中毒等，而間接損傷包括全身炎性反應綜合征、嚴重的非胸部創傷、大量輸血（液）、創傷性濕肺、重癥胰腺炎、中毒、成人呼吸窘迫綜合征、體外循環、彌漫性血管內凝血等[22]。其中低氧是肺直接損傷原因的一種。

文獻[23]明確表明：低氧同炎癥相互聯系，低氧可以誘發并加重機體組織炎癥，促進肺臟等器官釋放炎性細胞因子，使其血液水平升高后，炎癥細胞聚集增加，從而加重肺水腫，影響肺的換氣功能;與此同時，在急性低氧的環境下，肺血管收縮加劇，使得肺的毛細血管壓力增加，升高的壓力進一步促進滲透，間接引起肺損傷[24]。靳華等[25]認為構成血管壁最主要的細胞為肺動脈平滑肌細胞，缺氧會促進其生成，引起肺動脈高壓從而造成肺部損傷，糾正氧化失衡對肺組織損傷有一定治療作用。目前ALI的發病機制雖未闡明，發病原因也不盡相同，但它們之間卻有著共同的病理改變，都是由于炎癥介質參與，繼而肺泡上皮及肺毛細血管內皮出現彌漫性損傷[26]，而NO和eNOS不僅參與炎癥的過程，生理性的eNOS更是具有保護血管內皮的作用，基于此，可充分認為：低氧引起的急性肺損傷與NO、eNOS關系密切。

目前認為，在進入高海拔地區前的低氧預適應、階梯式適應高海拔以及充分補充水與能量等是預防急性肺損傷等疾病最穩妥與安全的方法[27]，對于已經發現的低氧引起的ALI患者，在強調及時給予吸氧并撤離的同時，可應用藥物干預，應用藥物的原則主要包括降低肺動脈高壓、降低毛細血管通透性及抗炎等。而NO及eNOS在對血管起到保護作用的同時，也參與炎癥發生、發展的過程，臨床通過呼出氣中檢測一氧化氮可有助于尋找氣道炎性反應的病因，為診療提供依據[28]。

NO/eNOS信號通路如今已經成為許多相關疾病尋找新的治療方法的突破點，研究表明，豆蔻明及茯苓等可通過調節NO/NOS水平在大鼠中發揮抗炎作用[29-30]。國外有研究示：肺動脈高壓的產生和發展的很大一部分原因是由于可被利用的血管舒張因子如NO等生成減少，而在國內臨床上此種理論也基本得到了證實[31]。尹洋等[32]認為吸入NO可以改善患者氧合狀況，增加血氧含量，從而達到緩解肺動脈高壓的目的，臨床療效確切，但總體上來說，NO在低濃度時起保護作用，高濃度時加重組織損傷。孫夫強[33]認為NO是一種有效的選擇性肺血管擴張劑，通過給予持續肺動脈高壓的新生兒高頻振蕩通氣聯合吸入NO，高頻振蕩通氣可保持肺泡充分開放，使到達血管平滑肌的NO含量更多，從而發揮減輕肺動脈高壓的效果，但NO吸入的最低有效濃度和療程仍有待明確。高杰等[34]通過檢測大鼠肺組織內eNOS mRNA的表達發現：eNOS對大鼠慢性低氧誘導肺動脈高壓引發的癥狀及病理改變均有一定緩解作用，但機制還待進一步研究。陳洪雷等[35]認為NO可以治療用于治療ALI，機理為NO在進入血管平滑肌后通過激活鳥苷酸環化酶，增加細胞內cGMP的含量，從而激活依賴于cGMP的蛋白激酶，促使肌球蛋白輕鏈去磷酸化而松弛血管平滑肌，達到擴張血管的作用。武宙陽等[36]通過觀察大鼠肺部損傷程度及炎癥表現認為，內毒素引起的急性肺損傷可通過吸入NO改善，其可能的機制與NO抑制脂質過氧化反應，降低自由基產生相關。陳家盛等[37]通過觀察炎癥大鼠血清NO及NOS后發現：在炎癥條件下，大量NO的產生具有促炎作用。文獻[38]明確表明：高濃度的NO可以抑制急性肺損傷時的炎癥反應，減輕組織的損傷。而低濃度的一氧化氮則促進炎癥反應的發展，加重組織的損傷。

以上研究均說明，NO及eNOS在急性肺損傷中所起到的促進或是抑制作用并不明確，仍是一個較具有爭議的話題，但可以確定的是：作為炎癥信號的轉導者及血管內皮的保護者，NO及eNOS參與了低氧引起的急性肺損傷的發生及發展過程。

3 肺損傷相關性的討論及展望

NO及eNOS對炎癥過程的參與及血管內皮細胞的保護功能為臨床治療急性低氧肺損傷提供了新思路。目前對于NO、eNOS的研究仍不夠深入，其調節及作用機理仍有待進一步完善。NO、eNOS在急性肺損傷發生中的作用也仍有爭議，到底NO、eNOS是抑制急性低氧肺損傷的發展還是起抑制作用目前尚不明確。若過高的NO及eNOS對肺損傷具有加重作用，其含量閾值又為多少？但是可以確定的是，NO及eNOS對調節急性肺損傷的炎癥反應及血管內皮功能起著重要作用。NO及eNOS的發現或許成為今后人們在進一步探索急性肺損傷治療方法的新靶點。但是急性低氧肺損傷發生的過程中NO、eNOS隨著時間的推移到底有著怎樣的變化？這兩者的表達量的變化對于ALI究竟有何影響？這些問題均需等待進一步實驗研究。目前各種研究結果均提示在未來的臨床試驗中通過靶向調節NO、eNOS在血管內皮的表達，可能是預防或治療由多種損傷機制引起的肺損傷的潛在策略。

通過探討NO、eNOS在肺損傷發生過程中的參與及其作用，為進一步認識肺損傷的發病原理，減輕或預防急性肺損傷的發生，以及肺損傷的基礎研究、臨床診治與預防提供新的思路與參考。

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（收稿日期：2021-11-26）

基金項目：國家自然科學基金項目（81760890）

①青海大學 青海 西寧 810001

通信作者：灑玉萍