冠心病与NO-cGMP及中药调控的研究进展1)

潘会君,凌 霜,章丹丹,李亚娟,许锦文,卞 卡

冠心病全称冠状动脉性心脏病(coronary artery heart disease,CHD),是常见的心血管疾病,是指供给心脏营养物质的血管-冠状动脉发生严重粥样硬化或痉挛,使冠状动脉狭窄或阻塞,以及血栓形成造成管腔闭塞,导致心肌缺血缺氧或梗死的一种心脏病。由于冠状动脉粥样硬化占冠状动脉性心脏病的绝大多数(95%～99%)。因此,习惯上把冠状动脉性心脏病视为冠状动脉粥样硬化性心脏病(coronary atherosclerotic heart disease,CAD)。近年来大量研究显示炎症在CAD中起着重要作用[1]。炎症不仅直接参与动脉粥样硬化的形成,也导致CAD的发生。CAD病理过程始终伴随着炎症,炎症刺激iNOS产生大量的NO导致组织损伤,通过与活性氧(ROS)作用生成氧化亚硝酸根(ONOO-),ONOO-细胞毒性引起内皮损伤[2];ROS本身也可导致内皮损伤;CAD进程中还存在着NOS脱耦联产生大量NO,过量的NO对内皮产生损伤;所有这些都会形成冠脉粥样硬化,导致冠心病的发生。冠心病导致心肌缺血,心肌和血液中的环磷酸鸟苷(cGMP)发生变化。本文将回顾冠心病与炎症、活性氧/活性氮、一氧化氮合酶(NOS)及脱耦联的关系,并对中药干预NO-cGMP信号通路研究进行总结。

1 NO-cGMP信号转导途径

NO由NOS催化L-精氨酸与氧分子经多步氧化还原反应生成。人体内有三种不同形式的 NOS:内皮型NOS或Ⅲ型NOS(eNOS or NOS-3),神经元或脑NOS或Ⅰ型NOS(nNOS or NOS-1),诱导型 NOS或Ⅱ型NOS(iNOS or NOS-2)[3]。NO通过NO-依赖性cGMP途径和NO-非依赖性cGM P途径发挥其生理功能。cGM P依赖型信号传导是NO激活可溶性鸟苷酸环化酶(sGC),sGC是一种异质二聚体,二聚体的两个亚单位须同时表达才能被NO激活并有催化活性。sGC的全酶包括血红素,NO与血红素卟啉环中的Fe2+结合,将卟啉环中的Fe2+“拉出”平面,致整个酶构型改变,使酶变为激活状态。在sGC催化下,生成cGM P,胞内cGMP水平的升高,是NO多种生物效应的分子基础,如松弛血管平滑肌、抑制血小板聚集和参与神经传递等[4]。NO-依赖性cGMP途径是NO发挥生理功能的经典途径,cGMP的生成除了受NO的影响,还受利钠肽影响。利钠肽通过与具有高度亲和力的靶细胞表面受体结合,激活鸟苷酸环化酶,产生第二信使cGMP,cGM P可进一步激活cGM P依赖性蛋白激酶,导致细胞内Ca2+外流,产生调节尿钠排泄、舒张血管、抑制血管平滑肌增殖和肾素-血管紧素系统活性的作用[5]。

2 冠心病与炎症、NO-cGMP

2.1 冠心病病理过程中NO、cGMP的变化 NO与许多疾病密切关系,在冠心病发病过程中同样起着重要作用。动脉粥样硬化的病理早期eNOS功能紊乱,eNOS活性降低,NO产生减少导致血小板易于黏附聚集,并释放一些活性物质,使血管收缩,动脉内血栓形成,血管平滑肌细胞增殖,血管壁增厚,造成管腔狭窄、阻塞,促使动脉粥样硬化形成。对动脉粥样硬化家兔进行eNOS基因转移,7 d后动脉粥样硬化病变消退[6]。在NO抑制功能减弱情况下,血小板对血管壁的黏附聚集加剧形成血栓,使粥样化进一步加重,引起血管狭窄、痉挛;内皮素的相对或绝对增多,又引起血管过度收缩,加重心肌缺血。后期,由于斑块中有大量脂质浸润,氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)的增多,以及由于病毒、细菌感染所释放的内外毒素,LPS的刺激,动脉粥样硬化血管中iNOS表达及活性增加,诱导产生大量NO,使过氧化亚硝酸盐形成和活性增加,导致脂质过氧化和血管损伤,促进动脉粥样硬化的发展。Ihrig等[7]研究发现,同野生型小鼠相比,iNOS基因缺陷小鼠血清胆固醇水平以及动脉粥样硬化斑块的发生率增加。尽管iNOS来源的大量NO有细胞毒效应,但NO的长期增加可抑制新生内膜增生、炎症细胞浸润和新生内膜平滑肌细胞聚集。冠心病严重时心肌局部缺血引起大量NO增加。Depre等[8]首次报道缺血,缺氧引起心脏cGMP增加,离体大鼠心脏,缺血10 min和缺氧引起心肌cGMP大量增加,增加约30%～50%。

2.2 冠心病与炎症-活性氧(ROS)、活性氮(RNS) Virchow首先提出CHD是炎症的假说,近年来大量研究证实动脉硬化是一种慢性炎症,炎症参与冠心病的发生发展。ROS是氧(O2)被部分还原的衍生物,重要的ROS包括超氧阴离子(O2-◦)、过氧化氢(H2O2)和羟自由基(HO◦)。RNS来源于一氧化氮(NO◦)。过氧化亚硝酸根(ONOO◦)及其质子化形式(ONOOH)是生物体系中最重要的 RNS,亚硝基过氧化羧酸(ONOOCO2◦)和二氧化氮(NO2◦)也同样重要[9]。

ROS和RNS主要来源于吞噬细胞、内皮细胞和上皮细胞,活性氧簇是血管壁细胞有氧呼吸时由不同的酶催化而产生。动脉粥样硬化(AS)发生时活性氧簇含量增多,内皮细胞损伤后诱导黏附分子和趋化因子的表达,单核细胞和淋巴细胞被激活、聚集,进一步迁移到内皮下,单核细胞转化为巨噬细胞,产生更多的活性氧簇,形成ox-LDL。ox-LDL本身的细胞毒作用,促进巨噬细胞形成泡沫细胞,刺激内皮细胞多种炎性因子和黏附分子表达释放,诱导内皮细胞和平滑肌细胞增生、移位,血小板的黏附聚集,进一步加剧了炎性反应[10]。同时,炎症细胞和粥样斑块中的其他成分一起释放大量的ROS,加速AS的进程,局部增多的ROS迅速与NO反应生成ONOO-,后者形成过氧硝酸(HONOO),再降解成羟自由基(OH-)和 NO-2,最终引起脂质过氧化和内皮细胞受损。ONOO-的产生可能是NO损伤血管内皮细胞的重要机制,由此可能导致动脉硬化。近年研究显示,病理情况下,H2O2、NO2-、NO大量产生时,心肌很容易遭受蛋白质硝基化的损伤[11]。炎症阶段,蛋白质硝基化明显增加,蛋白质酪氨酸硝基化已经被用来评价心血管疾病的组织损伤的程度。通过免疫组化发现动脉粥样硬化中存在硝基化的蛋白质酪氨酸,Leeuwenburgh和他的同事提出活性氮介质促进动脉粥样硬化LDL氧化[12]。

2.3 冠心病与炎症-eNOS脱耦联 血管内皮功能障碍是冠心病的病理机制,血管内皮细胞长期功能不全将会严重影响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导致以内皮依赖性舒张反应减弱为主要特征的内皮功能障碍的主要机制。近年来大量研究表明,在某些情况下,NOS除了能生成NO外还能生成O2-◦。L-精氨酸或BH4浓度较低或BH4被氧化,eNOS脱耦联,生成大量O2-◦。动脉粥样硬化与eNOS功能障碍有关,eNOS脱耦联造成NO生物利用度降低及氧化应激增加,导致或加重内皮功能障碍[13]。

动脉粥样硬化病理情况下,黄嘌呤氧化酶、NADH/NADPH氧化酶表达增加,活性增强,ROS生成增加,导致eNOS脱耦联。一方面ROS可直接氧化体内的某些生物大分子,引起病理损伤;另一方面 ROS与 NO结合生成氧化性更强的ONOO-,BH4含量下降;另外,ONOO-也会使BH4与 NOS的结合力受到影响。ONOO-还能氧化L-Arg转运器使胞内L-Arg水平降低从而导致eNOS脱耦联。ONOO-还能够氧化eNOS活性中心的“锌指结构”从而加重eNOS脱耦联,从而诱发或加重内皮功能障碍[14]。对apoE-/-小鼠转eNOS基因研究显示,eNOS过表达加速apoE-/-小鼠AS的发展;eNOS过表达的功能障碍是由于NO的生成减低和O2-◦生成增加,同时伴有血管BH4含量降低;氧化应激能导致 AS血管BH4过量氧化和耗竭。补充BH4能逆转eNOS功能障碍和抑制AS病变进展,说明NOS辅因子BH4不足,与AS的发生和发展有关;由apoE-/-小鼠分离的主动脉研究说明,NOS酶解耦联与OONO-有关,不仅通过氧化细胞内BH4,而且阻止eNOS与BH4结合[15]。

3 中药调控NO-cGM P通路

冠心病属于中医“胸痹”“心痛”范畴,中医药在长期的医疗实践中对胸痹心痛的治疗形成了系统的理论,积累了丰富的经验。大量实验证实,中药提取物及单体在改善缺血和保护心肌细胞,抗动脉粥样硬化,以及抗自由基都有很好的作用。

丹参及其制剂广泛用于冠心病的治疗,丹参通过一氧化氮-鸟苷酸环化酶途径产生内皮依赖的血管舒张作用[16]。山楂具有降低血液中的低密度脂蛋白和极低密度脂蛋白的水平,降低血总胆固醇和三酰甘油和减轻AS的作用并对心肌缺血有保护作用,山楂水提取物都是通过一氧化氮-鸟苷酸环化酶途径产生内皮依赖的血管舒张作用[17]。苦碟子注射液是治疗冠心病心绞痛的有效药物,苦碟子对主动脉具有内皮依赖性舒张作用,该作用可能是通过血管内皮细胞一氧化氮-鸟苷酸环化酶途径和血管内皮细胞环氧合酶途径介导的[18]。氧化苦参碱能对抗结扎冠状动脉的心肌缺血。氧化苦参碱具有舒张血管作用,其机制与内皮NO-cGMP途径和血管平滑肌大电导钙激活钾通道和内向整流钾通道有关[19]。淫羊藿总黄酮能降低(肿瘤坏死因子(TNF-α)、NO、升高左心室心肌cGMP浓度有关,抑制TNF-α生成、一氧化氮合酶、磷酸二酯酶5等作用,通过多环节、多靶点干预心力衰竭[20]。

4 小 结

冠心病是世界上最常见的死亡原因之一。男性多在40岁～60岁,女性常在绝经期后表现症状。我国冠心病的发病率和病死率在近30年正逐年升高,并有年轻化趋势。研究冠心病的发病机制对于防治冠心病,提高冠心病的治疗效果十分重要。冠心病的早期提出脂质沉积学说,近年来的研究显示炎症在冠心病的发病中起着重要作用,从发病初期到终末期,始终伴随着炎症的发生,炎症的发生刺激自由基的生成,大量ROS产生,同时NO与活性氧作用生成RNS,不仅ROS对血管内皮造成有损失,RNS也对血管内皮也会造成损伤。因此,NO在冠心病的发病中是一个使动因素,研究显示冠心病心肌缺血时NO下降,cGMP明显升高。

很多中药对冠心病都有治疗作用,对NO-cGMP信号途径有所影响从而发挥治疗作用,如丹参及丹参有效成分通过NO-cGMP途径舒张血管。冠心病的治疗过程中,逆转内皮损伤是治疗冠心病的关键,传统中药有一定的作用,很多动物实验和体外实验显示中药及中药有效成分都有很好的抗动脉粥样硬化的作用。开发作用于NO-cGMP途径的创新心血管药物将是一个具有挑战性的研究。

内皮源性NO调节血管内皮功能方面起核心作用已经得到公认,中药增加内源性NO的研究仍处于探索阶段。因此,从中药中开发具有NO供体作用的新药仍须不断地研究。氧氮自由基及炎症与冠心病关系的深入研究,尤其是近年来蛋白质硝基化的研究,已经成为心血管疾病的一个靶点[21],这将有助于提供一种思路,即从抗氧氮自由基与蛋白质硝基化的方向开发新型治疗冠心病的新药。

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