羅文峰，黃晨，郭惠莊，葉裕豐，李莉，陳漢威

(廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院，廣州511400)

一氧化氮(NO)參與了一系列生理功能的調控過程，具有促進傷口愈合、預防血管再狹窄和抗菌等作用[1, 2]。多種疾病的發(fā)生發(fā)展都與NO密切相關，如心血管病變、腫瘤、神經(jīng)病變等。臨床上利用NO供體藥物調控機體內NO水平，從而達到預防和治療疾病的目的[3]。但現(xiàn)有的NO供體存在半衰期短、生物利用度低、不良反應大和靶向性差等不足。近年來，NO緩釋載體由于具有可靶向修飾、長效緩釋、精準控釋等優(yōu)點，被越來越多的研究者關注，已經(jīng)成為該領域研究熱點。NO緩釋載體可將外源性的NO導入有機體中，在機體內發(fā)揮NO的生物學作用，在心血管疾病、腫瘤、創(chuàng)傷等疾病防治的研究方面取得了一系列成果，為NO緩釋載體進入臨床奠定了基礎。本文對NO緩釋載體在生物醫(yī)學領域的最新研究進展進行綜述。

1 NO的生物合成以及生理學作用

NO具有較強的極性，常溫下呈氣態(tài)，易溶于脂，容易通過細胞膜擴散，易被氧化成NO2。體內NO的來源主要有生物體內合成、空氣中吸入和NO供體藥物。根據(jù)來源的不同，體內的NO可以分為內源性和外源性兩種。內源性NO的合成途徑主要是鳥氨酸循環(huán)的一氧化氮合酶(NOS)支路，在鳥氨酸循環(huán)過程中，NOS將L-精氨酸直接氧化成瓜氨酸并產生NO，內源性NO在生物體內的半衰期極短，濃度很低，不易被檢測；外源性NO主要由具有存儲和釋放NO的供體提供，NO供體的理化性質直接影響NO傳遞方式和傳遞效率[4]。

生物體內游離狀態(tài)的NO極少且其半衰期極短。盡管如此，NO在生物體內仍然參與很多生理活動的調控，在生物體內發(fā)揮著至關重要的作用。在分子水平的研究揭示NO的調控作用與多條信號通路相關，其中促進細胞存活的通路有PI3K/AKT、ERK、NF-κB和STAT3 等，誘導細胞凋亡的通路包括BCL-2、BCL-xL和MCL-1等[5, 6]。不同生理功能對NO的需求量都有差異，在不同組織中，NO在特定濃度下才能發(fā)揮功能，過高或者過低濃度都會對組織造成損傷，導致疾病的發(fā)生[7]。所以如何合理利用NO預防與治療疾病，已成為近10年來的研究熱點。

2 NO緩釋載體的構建

近年研究發(fā)現(xiàn)，通過引進外源性NO干預病變組織的生理功能，可達到預防或者治療疾病的目的，例如促進傷口愈合、預防血管硬化和抗血管再狹窄、抗腫瘤、抗菌等[1,2]。但是單純的NO供體不良反應大，NO生物利用度低，無法靶向控制釋放。三硝酸甘油是最常見的NO供體之一，已被作為心血管疾病治療藥物在臨床上廣泛應用，但是它會引起頭痛、內皮功能紊亂和藥物耐受等不良反應[8]。為了克服NO供體的這些不足，改善NO的生物利用度，并且實現(xiàn)精準靶向緩釋，研究者們構建了多種功能的NO緩釋載體。選擇合適的NO供體，構建NO緩釋體系，對克服NO在體內半衰期短和快速失去生物活性的不足起到至關重要的作用。

目前多種載體材料都可以用于構建NO緩釋載體，根據(jù)NO觸發(fā)釋放機制的不同，可以分為酶促/非酶促釋放型NO緩釋載體、光控釋放NO緩釋載體、多功能NO緩釋載體等[1]。還可以根據(jù)不同組織對NO的特殊需求，設計靶向性可控釋放的NO緩釋載體。隨著納米藥物載體的快速發(fā)展，納米NO緩釋載體具有穿透性強、可控釋放、易修飾靶向基團、在靶組織區(qū)域釋放有效濃度NO等作用，從而實現(xiàn)精準治療的目的。

3 NO緩釋載體在生物醫(yī)學領域的研究與應用

3.1 NO緩釋載體在心血管疾病研究中的應用 NO是維持心血管系統(tǒng)內環(huán)境穩(wěn)定的重要信使分子，具有擴張血管平滑肌、舒張血管、使血壓下降的作用。研究發(fā)現(xiàn)，當血管內皮細胞損傷或者功能紊亂時，NO釋放減少，極易造成心血管功能紊亂，從而引發(fā)一系列心腦血管疾病，如高血壓、動脈粥樣硬化、心肌梗死、腦梗死等嚴重疾病[9]。所以臨床上采用NO供體藥物將心血管系統(tǒng)的NO濃度維持在適當?shù)乃?，以達到預防和治療心血管病變的作用。

三硝酸甘油、硝普鈉等NO供體藥物已經(jīng)成為臨床上常用的心血管疾病治療手段，但是單純NO供體存在藥效短、生物利用度低、濃度不可控的缺點。NO緩釋材料能很好地克服這些不足，實現(xiàn)可控釋放NO，為心血管疾病的防治提供新的方案。Katsumi等[10]設計出一種能夠緩釋NO的亞硝基硫醇-BSA聚合物，該聚合物能夠將亞硝基硫醇的NO釋放時間提升2～4倍，在小鼠模型中證實了其降血壓的效果遠比亞硝基硫醇理想。Chen等[11]將NO供體與姜黃素分子共混，制備出超分子水凝膠，這種水凝膠能夠持續(xù)釋放一定濃度的NO，具有良好的生物相容性，并且能夠上調細胞表達基質金屬蛋白酶、轉化生長因子和沉默信息調節(jié)因子，將這種水凝膠用于心肌梗死小鼠的治療，結果表明NO的緩釋能夠顯著減少膠原沉積，提升壞死心肌層的重構，抑制心肌細胞凋亡和心肌肥大，改善心血管功能，表明NO緩釋有望成為心血管疾病治療的新方法。

3.2 NO緩釋載體在抗腫瘤研究中的應用 大量研究表明，NO與大多數(shù)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉移等過程均有密切的關系，研究也發(fā)現(xiàn)NO具有抗腫瘤的作用，這兩種決然不同的效應主要取決于腫瘤的類型、腫瘤部位、腫瘤發(fā)展時間和NO局部水平等因素[12]。現(xiàn)有研究表明，NO主要通過影響細胞凋亡、細胞周期、細胞遷移和侵襲、組織代謝和組織血管生成等與腫瘤相關的因素，來發(fā)揮其致癌/抑癌作用。

基于NO與腫瘤的密切關聯(lián)，研究者們希望通過干預組織內NO的水平與代謝過程來預防和治療腫瘤疾病，尤其是引入NO緩釋材料對腫瘤進行防治方面，開展了大量的基礎與臨床研究。張瀟等[13]設計制備了一種近紅外光可控釋放NO緩釋材料，將其應用于腫瘤治療中，發(fā)現(xiàn)控制NO水平可以與多種腫瘤治療策略發(fā)生協(xié)同效應，甚至可以直接誘導腫瘤細胞凋亡壞死，該納米材料在近紅外激光的驅動下，能夠實現(xiàn)在生物體內較深部位可控釋放NO分子，具有反應靈敏、NO產率高、可控性好等特點，非常適合運用于腫瘤治療領域。Guo等[14]合成了一種新型的線粒體靶向NO緩釋熒光分子，該分子可以在808 nm的光照下釋放一定水平的NO，體外和體內試驗證明了當NO緩釋分子到達腫瘤細胞線粒體部位后，在光驅動下可釋放一定水平的NO，引起線粒體自噬，進而誘導細胞凋亡，達到殺傷腫瘤細胞的效果，從而實現(xiàn)對腫瘤的靶向精準治療，克服以往腫瘤放療、化療對患者帶來的不良反應。

3.3 NO緩釋載體在創(chuàng)傷愈合研究中的應用 創(chuàng)傷經(jīng)久不愈或者愈合后形成病理性瘢痕是一直困擾外科臨床的難題。研究發(fā)現(xiàn)，NO在創(chuàng)傷愈合過程中不僅能起到抗菌的作用，而且影響著創(chuàng)傷愈合過程的每一個生理過程，能有效縮短創(chuàng)傷愈合的時間和有效抑制瘢痕的形成[15, 16]。因此，NO作為促進創(chuàng)傷愈合的信使分子引起了研究熱潮。

NO緩釋材料能夠提供長效、濃度可控的游離NO，可以滿足創(chuàng)傷愈合對NO的長期需求，保證創(chuàng)傷愈合過程在NO的作用下進行。Lee等[17]采用3D打印技術制造出一種具有NO緩釋功能的硅橡膠墊片，利用電化學還原的方式可以將儲存在硅橡膠中的NO釋放出來，NO緩釋時效超過4 d，該墊片釋放的NO不僅具有很好的殺菌性能，還能夠促進創(chuàng)傷愈合，能夠滿足創(chuàng)傷愈合對NO的長期需求，為褥瘡、糖尿病足等難愈性創(chuàng)口提供經(jīng)濟、長效、安全的治療方法。Zhou等[18]采用靜電紡絲技術制備了聚己內酯/殼聚糖-NO緩釋貼片，該貼片在傷口愈合過程中可持續(xù)穩(wěn)定釋放NO，通過調控炎癥反應、血管新生、表皮重構等生理過程，促進創(chuàng)口愈合以及減少瘢痕增生，能很好地保護創(chuàng)口并改善創(chuàng)口愈合情況，有望成為新型的創(chuàng)口輔料，用于難愈性創(chuàng)口的治療。

3.4 NO緩釋載體在干細胞治療研究中的應用 近年來，大量研究表明，干細胞治療能夠改善或者治愈多種臨床上難以治愈的疾病，例如心血管疾病、糖尿病、神經(jīng)系統(tǒng)損傷、惡性腫瘤等[19～22]。研究表明，NO對干細胞的活性、遷移、增殖、分化和凋亡等生理功能都起著重要的調控作用，能夠強化干細胞治療的效果。

Nie等[23]制備了殼聚糖-NO緩釋水凝膠，將胚胎干細胞放在含有殼聚糖-NO緩釋水凝膠的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，表現(xiàn)出良好的生物相容性。在半乳糖苷酶的催化下可釋放出適量水平的NO，在NO環(huán)境下，胚胎干細胞選擇性地上調Flk-1和VE-鈣黏素，并增強向內皮細胞分化的能力，表明NO緩釋材料能夠影響干細胞的生理功能，增強干細胞治療心血管疾病的效果。Du等[24]設計了梳形殼聚糖-NO緩釋聚合物，并將其與骨髓間充質干細胞共培養(yǎng)，通過分析骨髓間充質干細胞外泌體中生長因子和microRNA的表達差異，表明NO緩釋聚合物釋放的NO可通過刺激干細胞分泌VEGF和miR-126到外泌體中，進而促進內皮祖細胞增殖產生內皮細胞，增強血管修復和新生能力。這就意味這NO不僅能夠影響干細胞本身的功能，還能通過干細胞的旁分泌作用對自體細胞產生影響，重新激活其功能，達到治療疾病的目的。

綜上所述，大量研究已經(jīng)尋找到了一些NO緩釋載體用于疾病的防治，例如水凝膠、聚合物、微球、蛋白質等載體，并在心血管疾病、腫瘤、創(chuàng)傷愈合等疾病的應用研究方面取得了積極的研究成果。但生物醫(yī)學領域對能夠大量儲存且長效穩(wěn)定釋放NO載體的需求越來越迫切，今后的研究方向將集中于如何延長NO緩釋時間和控制NO緩釋濃度，進而揭示NO濃度與持續(xù)時間對疾病預防和治療的影響機制，從而能更好地促進NO緩釋治療疾病的成果向臨床轉化，對疾病防治提供有益的手段。