潘會(huì)君,凌 霜,章丹丹,李亞娟,許錦文,卞 卡

冠心病全稱冠狀動(dòng)脈性心臟病(coronary artery heart disease,CHD),是常見(jiàn)的心血管疾病,是指供給心臟營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的血管-冠狀動(dòng)脈發(fā)生嚴(yán)重粥樣硬化或痙攣,使冠狀動(dòng)脈狹窄或阻塞,以及血栓形成造成管腔閉塞,導(dǎo)致心肌缺血缺氧或梗死的一種心臟病。由于冠狀動(dòng)脈粥樣硬化占冠狀動(dòng)脈性心臟病的絕大多數(shù)(95%～99%)。因此,習(xí)慣上把冠狀動(dòng)脈性心臟病視為冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(coronary atherosclerotic heart disease,CAD)。近年來(lái)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(dòng)脈粥樣硬化的形成,也導(dǎo)致CAD的發(fā)生。CAD病理過(guò)程始終伴隨著炎癥,炎癥刺激iNOS產(chǎn)生大量的NO導(dǎo)致組織損傷,通過(guò)與活性氧(ROS)作用生成氧化亞硝酸根(ONOO-),ONOO-細(xì)胞毒性引起內(nèi)皮損傷[2];ROS本身也可導(dǎo)致內(nèi)皮損傷;CAD進(jìn)程中還存在著NOS脫耦聯(lián)產(chǎn)生大量NO,過(guò)量的NO對(duì)內(nèi)皮產(chǎn)生損傷;所有這些都會(huì)形成冠脈粥樣硬化,導(dǎo)致冠心病的發(fā)生。冠心病導(dǎo)致心肌缺血,心肌和血液中的環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)發(fā)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(lián)的關(guān)系,并對(duì)中藥干預(yù)NO-cGMP信號(hào)通路研究進(jìn)行總結(jié)。

1 NO-cGMP信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

NO由NOS催化L-精氨酸與氧分子經(jīng)多步氧化還原反應(yīng)生成。人體內(nèi)有三種不同形式的 NOS:內(nèi)皮型NOS或Ⅲ型NOS(eNOS or NOS-3),神經(jīng)元或腦NOS或Ⅰ型NOS(nNOS or NOS-1),誘導(dǎo)型 NOS或Ⅱ型NOS(iNOS or NOS-2)[3]。NO通過(guò)NO-依賴性cGMP途徑和NO-非依賴性cGM P途徑發(fā)揮其生理功能。cGM P依賴型信號(hào)傳導(dǎo)是NO激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(sGC),sGC是一種異質(zhì)二聚體,二聚體的兩個(gè)亞單位須同時(shí)表達(dá)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(huán)中的Fe2+結(jié)合,將卟啉環(huán)中的Fe2+“拉出”平面,致整個(gè)酶構(gòu)型改變,使酶變?yōu)榧せ顮顟B(tài)。在sGC催化下,生成cGM P,胞內(nèi)cGMP水平的升高,是NO多種生物效應(yīng)的分子基礎(chǔ),如松弛血管平滑肌、抑制血小板聚集和參與神經(jīng)傳遞等[4]。NO-依賴性cGMP途徑是NO發(fā)揮生理功能的經(jīng)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(guò)與具有高度親和力的靶細(xì)胞表面受體結(jié)合,激活鳥苷酸環(huán)化酶,產(chǎn)生第二信使cGMP,cGM P可進(jìn)一步激活cGM P依賴性蛋白激酶,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+外流,產(chǎn)生調(diào)節(jié)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(tǒng)活性的作用[5]。

2 冠心病與炎癥、NO-cGMP

2.1 冠心病病理過(guò)程中NO、cGMP的變化 NO與許多疾病密切關(guān)系,在冠心病發(fā)病過(guò)程中同樣起著重要作用。動(dòng)脈粥樣硬化的病理早期eNOS功能紊亂,eNOS活性降低,NO產(chǎn)生減少導(dǎo)致血小板易于黏附聚集,并釋放一些活性物質(zhì),使血管收縮,動(dòng)脈內(nèi)血栓形成,血管平滑肌細(xì)胞增殖,血管壁增厚,造成管腔狹窄、阻塞,促使動(dòng)脈粥樣硬化形成。對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化家兔進(jìn)行eNOS基因轉(zhuǎn)移,7 d后動(dòng)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(duì)血管壁的黏附聚集加劇形成血栓,使粥樣化進(jìn)一步加重,引起血管狹窄、痙攣;內(nèi)皮素的相對(duì)或絕對(duì)增多,又引起血管過(guò)度收縮,加重心肌缺血。后期,由于斑塊中有大量脂質(zhì)浸潤(rùn),氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)的增多,以及由于病毒、細(xì)菌感染所釋放的內(nèi)外毒素,LPS的刺激,動(dòng)脈粥樣硬化血管中iNOS表達(dá)及活性增加,誘導(dǎo)產(chǎn)生大量NO,使過(guò)氧化亞硝酸鹽形成和活性增加,導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化和血管損傷,促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展。Ihrig等[7]研究發(fā)現(xiàn),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(dòng)脈粥樣硬化斑塊的發(fā)生率增加。盡管iNOS來(lái)源的大量NO有細(xì)胞毒效應(yīng),但NO的長(zhǎng)期增加可抑制新生內(nèi)膜增生、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)和新生內(nèi)膜平滑肌細(xì)胞聚集。冠心病嚴(yán)重時(shí)心肌局部缺血引起大量NO增加。Depre等[8]首次報(bào)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(shuō),近年來(lái)大量研究證實(shí)動(dòng)脈硬化是一種慢性炎癥,炎癥參與冠心病的發(fā)生發(fā)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(guò)氧化氫(H2O2)和羥自由基(HO?)。RNS來(lái)源于一氧化氮(NO?)。過(guò)氧化亞硝酸根(ONOO?)及其質(zhì)子化形式(ONOOH)是生物體系中最重要的 RNS,亞硝基過(guò)氧化羧酸(ONOOCO2?)和二氧化氮(NO2?)也同樣重要[9]。

ROS和RNS主要來(lái)源于吞噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞,活性氧簇是血管壁細(xì)胞有氧呼吸時(shí)由不同的酶催化而產(chǎn)生。動(dòng)脈粥樣硬化(AS)發(fā)生時(shí)活性氧簇含量增多,內(nèi)皮細(xì)胞損傷后誘導(dǎo)黏附分子和趨化因子的表達(dá),單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞被激活、聚集,進(jìn)一步遷移到內(nèi)皮下,單核細(xì)胞轉(zhuǎn)化為巨噬細(xì)胞,產(chǎn)生更多的活性氧簇,形成ox-LDL。ox-LDL本身的細(xì)胞毒作用,促進(jìn)巨噬細(xì)胞形成泡沫細(xì)胞,刺激內(nèi)皮細(xì)胞多種炎性因子和黏附分子表達(dá)釋放,誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞增生、移位,血小板的黏附聚集,進(jìn)一步加劇了炎性反應(yīng)[10]。同時(shí),炎癥細(xì)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(jìn)程,局部增多的ROS迅速與NO反應(yīng)生成ONOO-,后者形成過(guò)氧硝酸(HONOO),再降解成羥自由基(OH-)和 NO-2,最終引起脂質(zhì)過(guò)氧化和內(nèi)皮細(xì)胞受損。ONOO-的產(chǎn)生可能是NO損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞的重要機(jī)制,由此可能導(dǎo)致動(dòng)脈硬化。近年研究顯示,病理情況下,H2O2、NO2-、NO大量產(chǎn)生時(shí),心肌很容易遭受蛋白質(zhì)硝基化的損傷[11]。炎癥階段,蛋白質(zhì)硝基化明顯增加,蛋白質(zhì)酪氨酸硝基化已經(jīng)被用來(lái)評(píng)價(jià)心血管疾病的組織損傷的程度。通過(guò)免疫組化發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化中存在硝基化的蛋白質(zhì)酪氨酸,Leeuwenburgh和他的同事提出活性氮介質(zhì)促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化LDL氧化[12]。

2.3 冠心病與炎癥-eNOS脫耦聯(lián) 血管內(nèi)皮功能障礙是冠心病的病理機(jī)制,血管內(nèi)皮細(xì)胞長(zhǎng)期功能不全將會(huì)嚴(yán)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(dǎo)致以內(nèi)皮依賴性舒張反應(yīng)減弱為主要特征的內(nèi)皮功能障礙的主要機(jī)制。近年來(lái)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(lián),生成大量O2-?。動(dòng)脈粥樣硬化與eNOS功能障礙有關(guān),eNOS脫耦聯(lián)造成NO生物利用度降低及氧化應(yīng)激增加,導(dǎo)致或加重內(nèi)皮功能障礙[13]。

動(dòng)脈粥樣硬化病理情況下,黃嘌呤氧化酶、NADH/NADPH氧化酶表達(dá)增加,活性增強(qiáng),ROS生成增加,導(dǎo)致eNOS脫耦聯(lián)。一方面ROS可直接氧化體內(nèi)的某些生物大分子,引起病理?yè)p傷;另一方面 ROS與 NO結(jié)合生成氧化性更強(qiáng)的ONOO-,BH4含量下降;另外,ONOO-也會(huì)使BH4與 NOS的結(jié)合力受到影響。ONOO-還能氧化L-Arg轉(zhuǎn)運(yùn)器使胞內(nèi)L-Arg水平降低從而導(dǎo)致eNOS脫耦聯(lián)。ONOO-還能夠氧化eNOS活性中心的“鋅指結(jié)構(gòu)”從而加重eNOS脫耦聯(lián),從而誘發(fā)或加重內(nèi)皮功能障礙[14]。對(duì)apoE-/-小鼠轉(zhuǎn)eNOS基因研究顯示,eNOS過(guò)表達(dá)加速apoE-/-小鼠AS的發(fā)展;eNOS過(guò)表達(dá)的功能障礙是由于NO的生成減低和O2-?生成增加,同時(shí)伴有血管BH4含量降低;氧化應(yīng)激能導(dǎo)致 AS血管BH4過(guò)量氧化和耗竭。補(bǔ)充BH4能逆轉(zhuǎn)eNOS功能障礙和抑制AS病變進(jìn)展,說(shuō)明NOS輔因子BH4不足,與AS的發(fā)生和發(fā)展有關(guān);由apoE-/-小鼠分離的主動(dòng)脈研究說(shuō)明,NOS酶解耦聯(lián)與OONO-有關(guān),不僅通過(guò)氧化細(xì)胞內(nèi)BH4,而且阻止eNOS與BH4結(jié)合[15]。

3 中藥調(diào)控NO-cGM P通路

冠心病屬于中醫(yī)“胸痹”“心痛”范疇,中醫(yī)藥在長(zhǎng)期的醫(yī)療實(shí)踐中對(duì)胸痹心痛的治療形成了系統(tǒng)的理論,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。大量實(shí)驗(yàn)證實(shí),中藥提取物及單體在改善缺血和保護(hù)心肌細(xì)胞,抗動(dòng)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(guò)一氧化氮-鳥苷酸環(huán)化酶途徑產(chǎn)生內(nèi)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(duì)心肌缺血有保護(hù)作用,山楂水提取物都是通過(guò)一氧化氮-鳥苷酸環(huán)化酶途徑產(chǎn)生內(nèi)皮依賴的血管舒張作用[17]?？嗟幼⑸湟菏侵委煿谛牟⌒慕g痛的有效藥物,苦碟子對(duì)主動(dòng)脈具有內(nèi)皮依賴性舒張作用,該作用可能是通過(guò)血管內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮-鳥苷酸環(huán)化酶途徑和血管內(nèi)皮細(xì)胞環(huán)氧合酶途徑介導(dǎo)的[18]。氧化苦參堿能對(duì)抗結(jié)扎冠狀動(dòng)脈的心肌缺血。氧化苦參堿具有舒張血管作用,其機(jī)制與內(nèi)皮NO-cGMP途徑和血管平滑肌大電導(dǎo)鈣激活鉀通道和內(nèi)向整流鉀通道有關(guān)[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(guān),抑制TNF-α生成、一氧化氮合酶、磷酸二酯酶5等作用,通過(guò)多環(huán)節(jié)、多靶點(diǎn)干預(yù)心力衰竭[20]。

4 小 結(jié)

冠心病是世界上最常見(jiàn)的死亡原因之一。男性多在40歲～60歲,女性常在絕經(jīng)期后表現(xiàn)癥狀。我國(guó)冠心病的發(fā)病率和病死率在近30年正逐年升高,并有年輕化趨勢(shì)。研究冠心病的發(fā)病機(jī)制對(duì)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(zhì)沉積學(xué)說(shuō),近年來(lái)的研究顯示炎癥在冠心病的發(fā)病中起著重要作用,從發(fā)病初期到終末期,始終伴隨著炎癥的發(fā)生,炎癥的發(fā)生刺激自由基的生成,大量ROS產(chǎn)生,同時(shí)NO與活性氧作用生成RNS,不僅ROS對(duì)血管內(nèi)皮造成有損失,RNS也對(duì)血管內(nèi)皮也會(huì)造成損傷。因此,NO在冠心病的發(fā)病中是一個(gè)使動(dòng)因素,研究顯示冠心病心肌缺血時(shí)NO下降,cGMP明顯升高。

很多中藥對(duì)冠心病都有治療作用,對(duì)NO-cGMP信號(hào)途徑有所影響從而發(fā)揮治療作用,如丹參及丹參有效成分通過(guò)NO-cGMP途徑舒張血管。冠心病的治療過(guò)程中,逆轉(zhuǎn)內(nèi)皮損傷是治療冠心病的關(guān)鍵,傳統(tǒng)中藥有一定的作用,很多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和體外實(shí)驗(yàn)顯示中藥及中藥有效成分都有很好的抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用。開(kāi)發(fā)作用于NO-cGMP途徑的創(chuàng)新心血管藥物將是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究。

內(nèi)皮源性NO調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮功能方面起核心作用已經(jīng)得到公認(rèn),中藥增加內(nèi)源性NO的研究仍處于探索階段。因此,從中藥中開(kāi)發(fā)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(guān)系的深入研究,尤其是近年來(lái)蛋白質(zhì)硝基化的研究,已經(jīng)成為心血管疾病的一個(gè)靶點(diǎn)[21],這將有助于提供一種思路,即從抗氧氮自由基與蛋白質(zhì)硝基化的方向開(kāi)發(fā)新型治療冠心病的新藥。

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