徐中華

(鎮(zhèn)江市體育科研所，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

急、慢性低氧與一氧化氮23

徐中華

(鎮(zhèn)江市體育科研所，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

一氧化氮對人體具有廣泛的生物學效應，在多個系統(tǒng)的生理及病理生理過程中起著重要的作用。簡要介紹一氧化氮的生理作用，并從急、慢性低氧對一氧化氮分泌的影響、一氧化氮合酶適應性變化及低氧習服對一氧化氮分泌的改善作用等方面進行綜述，為進一步研究一氧化氮與低氧的關(guān)系提供一些參考。

一氧化氮；一氧化氮合酶；急性低氧；慢性低氧

從無機小分子物質(zhì)到作為生物體內(nèi)的信使分子和效應分子，人們對一氧化氮（NO）有了新的認識。自1980年NO理論的提出，并隨著相關(guān)研究的不斷深入和發(fā)展，研究人員已把NO應用到諸多領域，尤其在當代低氧理論研究中。低氧作為一種特殊的刺激，機體在低氧過程中，必將產(chǎn)生一系列的適應性變化，國內(nèi)外關(guān)于NO與低氧關(guān)系的研究已有不少報道。本文針對NO的生理應激功能及病理變化特點，就急、慢性低氧對NO分泌及其合酶的影響以及低氧習服的作用及影響進行簡短的綜述。

1 NO的生物學特性

NO是一種氣態(tài)自由基，能通過生物膜快速擴散，在生物組織中的半衰期大約為6 s，具有高度的活性，直接參與復合物或者自由基的反應，間接參與DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)反應[1]。血管的內(nèi)皮細胞和神經(jīng)細胞是NO的生成細胞，NO的生成由一氧化氮合酶（nitric oxide synthase,NOS）催化，以L-精氨酸為底物，以NADPH作為電子供體，生成NO和L-瓜氨酸。

NOS廣泛存在于不同的組織中，目前已經(jīng)確定的NOS的亞型有三種，分別是神經(jīng)元型（nNOS）、內(nèi)皮型（eNOS）和誘導型（iNOS）。其中nNOS 和eNOS依賴于鈣離子/鈣調(diào)蛋白（Ca2+/CaM），不受內(nèi)毒素等誘導，被統(tǒng)稱為原生型或結(jié)構(gòu)型酶（cNOS），主要分布在神經(jīng)細胞、內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞和血小板等，靜息狀態(tài)時以無活性單位存在，當細胞受到刺激后，其依賴Ca2+/CaM激活NADPH參與將L-Arg轉(zhuǎn)變?yōu)長-Cit并釋放NO，由于催化反應迅速而短暫，生成的NO量少，主要參與機體的正常生理活動[2]。iNOS存在于幾乎所有組織細胞中，其中以巨噬細胞、血管平滑肌細胞和中性粒細胞含量最多。正常生理情況下iNOS基因并不表達，但在內(nèi)毒素脂多糖（LPS）、腫瘤壞死因子（TNF）、干擾素（INF）、白細胞介素（IL-1）等因子的刺激下，iNOS即被誘導生成，不依賴Ca2+/CaM而持續(xù)催化產(chǎn)生大量的NO，直到底物耗盡[3]。由iNOS誘導產(chǎn)生的大量NO是機體防御體系中一個重要因子，在局部可以發(fā)揮抗炎和殺菌等保護性作用，而在全身則可能導致機體自身性破壞[4]。

2 NO的生理作用

2.1 NO在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用

NO廣泛存在于神經(jīng)系統(tǒng)中。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，NO具有介導興奮性氨基酸以及其他與鳥苷酸環(huán)化酶（cGMP）濃度升高有關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)，傳遞信息的功能?？赡軈⑴c海馬長時程突觸傳遞增強（LTP）以及小腦長時程突觸傳遞抑制（LTD）。此外，NO還可能參與學習、記憶過程，參與神經(jīng)遞質(zhì)釋放的調(diào)節(jié)，腦血流的調(diào)節(jié)以及痛覺的調(diào)制等[2]。在外周神經(jīng)系統(tǒng)非腎上腺能非膽堿能（NANC）神經(jīng)元中，NO起神經(jīng)遞質(zhì)的作用，從而調(diào)控腸、胃等器官的功能。

2.2 NO在心血管系統(tǒng)中的作用

NO作為一種血管舒張因子，通過與其相應的膜受體結(jié)合，激活胞內(nèi)cGMP，使cGMP含量升高，[Ca2+]下降，進而活化cGMP依賴性蛋白激酶的機制來引起平滑肌松弛、血管擴張、血壓降低并抑制血小板聚集和粘附。此外，NO還具有抑制血管壁內(nèi)皮下細胞增殖、降低大血管和阻力血管通透性、增加一些微血管的通透性等作用[2]。

2.3 NO在免疫系統(tǒng)中的作用

NO是免疫系統(tǒng)對付細菌、病毒、腫瘤細胞等病原體的有效武器。內(nèi)毒素、細胞因子能夠誘導巨噬細胞等表達iNOS，繼而產(chǎn)生大量的NO，通過抑制靶細胞線粒體三羧酸循環(huán)、電子傳遞和細胞DNA合成途徑，殺傷入侵細菌、病毒、腫瘤細胞；同時過量的NO具有極大的細胞毒性作用，可造成正常功能的細胞膜、蛋白質(zhì)、酶類以及核酸的損傷。

3 NO與低氧的關(guān)系

3.1 急性低氧對NO分泌的影響

國內(nèi)外關(guān)于急性低氧對NO分泌影響的研究報道，大多數(shù)研究認為急性低氧可抑制NOS的活性，從而抑制NO的產(chǎn)生和釋放。Nelin等[5]用測定灌注液NOX-和NO呼出量的方法發(fā)現(xiàn)急性低氧小豬肺灌注液NOX-下降了60%、NO呼出量下降了30%，認為低氧抑制了生理性NO的持續(xù)釋放。Jeffrey等[6]讓小豬經(jīng)歷90min低氧，1h心肺復氧和2h的恢復，發(fā)現(xiàn)低氧后NO呼出量降低到基礎水平的36%并在2h恢復后進一步降低到基礎水平的20%、大動脈和肺動脈血漿亞硝酸鹽水平下降顯著，認為低氧-復氧后NO呼出量減少可能與支氣管上皮機能障礙有關(guān)。張慧等[7]研究發(fā)現(xiàn)中、重度低壓缺氧大鼠血液、心肌和腦皮質(zhì)NO含量顯著低于對照組。謝印芝等[8]研究指出急性低氧組（相當于海拔7000m，4h）與常氧對照組相比，腦、肺NO水平明顯下降，NOS活力明顯下降。袁予輝、王迪潯[9]用組織化學法研究發(fā)現(xiàn)急性低氧肺動脈，特別是中、小動脈壁NOS活性降低。

急性低氧使NO分泌減少的機制可能有：（1）NOS活性降低使NO合成受到抑制。從酶動力學角度看，NOS活性降低的機制可能是：低氧時NOS催化反應平衡常數(shù)發(fā)生改變，使反應平衡左移，NOS催化的逆反應過程速度加快，從而導致NO分泌減少；（2）內(nèi)皮素（ET-1）分泌的增多。生理條件下，NO和ET-1作為相互拮抗的生物活性物質(zhì)，它們的合成與分泌之間處于一種動態(tài)平衡之中。ET-1通過其β受體促進NO的分泌，而NO則經(jīng)過cGMP途徑抑制ET-1的產(chǎn)生。當急性低氧時，低氧的刺激作用使內(nèi)皮細胞ET-1分泌增加，從而使NO的分泌受到了抑制；（3）低氧時自由基產(chǎn)生增多。NO作為一種保護因子，可通過自由基來防止超氧陰離子自由基-對細胞的損傷，當機體處于急性低氧狀態(tài)時，自由基產(chǎn)生增多，導致NO分泌減少。（4）NO對血管內(nèi)皮細胞生長因子（VEGF）的表達起負調(diào)控作用。低氧刺激使VEGF的表達增強，則使起負調(diào)控作用的NO分泌減少。(5)急性缺氧損害了內(nèi)皮細胞的分泌功能，使NO分泌減少。

然而，關(guān)于急性低氧對NO分泌影響研究的結(jié)果還存在著不小差異。趙善明等[10]以人工吸入含氧量為8.5%的氮氧混合氣體（相當于海拔6500m）造成家兔急性低氧，發(fā)現(xiàn)家兔血漿NO含量明顯升高。周玉峰等[11]報道，急性低氧（相當于海拔5000m，3d），心肌NO2-和NOS活性明顯增高。金肆等[12]運用免疫組織化學技術(shù)檢測Wister大鼠肺血管內(nèi)皮和肺內(nèi)氣道上皮eNOS蛋白表達的變化，發(fā)現(xiàn)無論是肺血管內(nèi)皮，還是肺內(nèi)氣道上皮，Wister大鼠eNOS蛋白表達在模擬4000m、6000m高原低氧處理2h后，均顯著升高。

3.2 慢性低氧對NO分泌的影響

目前國內(nèi)外關(guān)于慢性低氧對NO分泌影響的報道亦有不少，但結(jié)論不盡相同。Fike等[13]使新生豬暴露于低氧環(huán)境（10%O2）10-12天，發(fā)現(xiàn)血漿、肺灌注液NOX-和NO呼出量水平與對照組相比有顯著降低，全肺勻漿eNOS蛋白水平較對照組也顯著降低。林紅、蔡英年[14]通過NADPH-d組織化學染色對肺組織NOS進行定性分析，發(fā)現(xiàn)缺氧2周后，肺組織cNOS活性顯著降低。崔建華等[15]對從平原（海拔1400m）進駐海拔3700m和5380m高原第7天及半年的56名官兵進行NO檢測，并與20名平原健康青年作對照，結(jié)果NO在進駐5380m 第7天和半年及3700m第7天時較平原降低顯著，3700m居住半年時較平原無顯著性差異。 Le Cras等[16]用RNA和蛋白質(zhì)印跡技術(shù)檢測慢性低氧大鼠肺eNOS和iNOS，發(fā)現(xiàn)eNOS和iNOS的mRNA和蛋白質(zhì)的表達均顯著增強。Shi等[17]也發(fā)現(xiàn)慢性低氧使心肌NOS活性升高。Louis等[18]報道慢性低氧增加成年大鼠肺eNOS蛋白水平，但降低新生豬eNOS蛋白水平。Sato等[19]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠經(jīng)慢性低氧（10%O2），盡管NOS表達增強但認為慢性低氧抑制了NO的分泌。同時，有研究顯示，在低氧觀察期間，隨著時間的延長血管內(nèi)皮細胞NOS表達逐漸增高，在低氧2周時最為明顯?？梢娧芯拷Y(jié)果差異較大，可能與實驗對象、低氧程度、低氧暴露時間、所處時期機體的機能狀態(tài)、NO及NOS組織特異性等因素有關(guān)。

3.3 低氧習服對NO分泌的改善作用

低氧習服是指通過1次或多次短暫、非致死性低氧刺激后，機體獲得對更嚴重甚至致死性缺血或缺氧的耐受性。它是機體抗缺血或缺氧的一種內(nèi)源性保護現(xiàn)象，普遍存在于動物的心、肝、腎和腦等多種組織、器官和細胞中，可以明顯地減輕高原反應[20]。謝印芝等[8]比較大鼠常氧對照組、急性低氧組（相當于7000m，4h）和間斷低氧習服組(先低氧習服4周，再置于7000m下4h)發(fā)現(xiàn)，與常氧對照比較，低氧大鼠（急性低氧、間斷低氧習服）腦、肺NO水平明顯下降；急性低氧組NOS活力明顯下降，而間斷低氧習服組NOS活力下降不明顯。急性低氧組和間斷低氧習服組比較，前者NOS活力明顯低于后者。認為經(jīng)低氧習服后，NO水平及NOS活力可明顯改善。提示低氧習服可緩和機體的不良應激反應。這與周智等[21]報道的結(jié)論相一致。龍超良等[22]研究發(fā)現(xiàn)大鼠經(jīng)間斷低氧習服后，比不習服時心肌NO2-含量顯著增高。目前研究認為，低氧刺激使NO產(chǎn)生和釋放障礙，是高原腦水腫、肺水腫、肺動脈高壓等高原疾病產(chǎn)生的重要原因。究其原因可能為：一是低氧刺激對血管平滑肌肌細胞收縮的影響，二是NO負調(diào)控作用，通過VEGF表達促使血管內(nèi)皮增殖，又增加血管通透性。機體接受反復低氧條件的刺激，能在短時間內(nèi)有效產(chǎn)生對低氧的適應，從而減輕高原疾病的癥狀，減少高原疾病的發(fā)生。

總之，無論是急性低氧還是慢性低氧，對NO的分泌及NOS的活性都會產(chǎn)生較大的影響，而低氧習服則能明顯改善這種影響作用。

4 展望

NO在低氧過程中的重要性日益受到重視。低氧可引起內(nèi)皮細胞分泌NO的改變，且受不同低氧程度、低氧方式的影響。低氧引起NO分泌的減少，被認為是高原腦水腫、肺水腫、肺動脈高壓等高原疾病產(chǎn)生的重要原因。NO具有雙重作用，因此低氧時如何提高NO水平并防止NO分泌過多對機體產(chǎn)生的損傷是需要研究的課題。此外，機體產(chǎn)生抗缺氧有利反應與不利反應間平衡的低氧方式、低氧程度與低氧暴露時間及低氧引起NO水平變化的機制等都有待進一步探討。

[1]牟冬生.一氧化氮的研究進展[J],湖北民族學院學報(醫(yī)學版),2001,01.

[2]鐘慈聲,孫安陽主編.一氧化氮的生物醫(yī)學.上海：上海醫(yī)科大學出版社.1997:6-9.

[3]Kilbourm RC, Robert G, Owen W. Griffith Overproduction of Nitric Oxide in Cytokine-Mediated and Septic Shock .J Natl Cancer Inst .1992,84:827-831.

[4]陳澍,翁心華.一氧化氮在多系統(tǒng)器官功能衰竭中的作用.中華傳染病雜志,1997,15（1）:54-56.

[5]Nelin LD, Thomas CJ,Dawson CA. Effect of hypoxia on nitric oxide production in neonatal pig lung. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 1996,271: 8-14.

[6]Jeffrey M, Pearl MD ,et al. Acute hypoxia and reoxygenation impairs exhaled nitric oxide release and pulmonary mechanics. J Thorac Cardiovasc Surg 2000,119:931-938.

[7]張慧,沈俊等.不同低氧方式和低氧程度對大鼠不同部位一氧化氮含量的影響.海軍醫(yī)學雜志,2005,26（4）：294-297.

[8]謝印芝,楊曦明等.低氧大鼠腦、肺組織NO、NOS變化及其機理研究.高原醫(yī)學雜志,2000,10（1）：4-6.

[9袁予輝,王迪潯.急、慢性缺氧對肺組織一氧化氮合成酶活性的影響.中國病理生理雜志,1997,13（6）：566-569.

[10]趙善民,何顯教等.急性低氧對家兔血漿SOD、MDA、NO和紅細胞ATP酶的影響.臨床和實驗醫(yī)學雜志,2003,2（3）：155-157.

[11]周玉峰,黃梅等.低氧大鼠冠狀血管儲備的變化及一氧化氮和內(nèi)皮素-1的調(diào)節(jié)作用.中國病理生理雜志,2001,17（3）：255-258.

[12]金肆,葉仕橋等.急性低氧時Wistar大鼠與高原鼠兔肺組織內(nèi)皮型一氧化氮合酶基因表達的變化.中國組織化學與細胞化學雜志,2005,14（5）：572-576.

[13]Fike CD, Kaplowitz MR, Thomas CJ, and Nelin LD. Chronic hypoxia decreases nitric oxide production and endothelial nitric oxide synthase in newborn pig lungs. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol.1998,274：517-526.

[14]林紅,蔡英年.低氧對大鼠肺組織一氧化氮合酶分布及活性的影響.中國醫(yī)學科學院學報,1997,19（2）：110-115.

[15]崔建華,張西洲等.不同海拔高度居住高原不同時間健康青年血漿內(nèi)皮素和一氧化氮的測定.西藏醫(yī)藥雜志,1999,20（4）：1-3.

[16]Le Cras TD，Xue C,et al. Chronic hypoxia upregulates endothelial and inducible NO synthase gene and protein expression in rat lung. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol ，1996，270: 164-170

[17]Shi Y，Pritchard KA， et al. Chronic myocardial hypoxia increases nitric oxide synthase and decreases caveolin-3.Free Radical Biology and Medicine.2000,29(8):695-703.

[18] Louis G, Jose W. et al. Developmental differences in pulmonary eNOS expression in response to chronic hypoxia in the rat.J Appl Physiol.2002,93:311-318.

[19] Sato K, Rodman DM, and McMurtry IF. Hypoxia inhibits ETB receptor-mediated NO synthesis in hypertensive rat lungs. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 1999,276: 571-581.

[20]夏前明,李福祥等.低氧習服過程中肺組織一氧化氮水平及鈉-鉀-ATP酶活性的變化.中國臨床康復,2005,9（11）：104-106.

[21]周智,楊曦明等.低氧對大鼠肺組織NO、NOS變化的影響.海軍總醫(yī)院學報,2001,14（4）：210-212.

[22]龍超良,尹昭云,汪海.低氧習服對大鼠心肌總蛋白、丙二醛和一氧化氮含量的影響.航天醫(yī)學與醫(yī)學工程,2004,17（2）：114-116.

Acute, Chronic Hypoxia and Nitric Oxide

XU Zhong-hua

(Zhenjiang sports science research institute, Zhenjiang 212001, Jiangsu, China)

Nitric oxid e has abroad domino of fect on human beings, p lays important role in the pro cess o f ph ysiological and pathophysiological in many systems.This article introduced the effect of nitric oxide briefly and summarizes the effects on nitric oxide secrete from the aspects of acute and chronic hypoxia,induce adaptation transformation of nitric oxide synthase,improvement effect of hypoxic acclimatization,in order to pr ovide documentary for furth er studies on th e relationship b etween nitric oxide and hypoxia.

NO; NO synthase; acute hypoxia; chronic hypoxia

徐中華 (1979-)，江蘇鎮(zhèn)江人，研究生，助理研究員，研究方向：運動人體科學。