一氧化氮对急性胰腺炎影响的研究进展

于春林，张国志



·综述·

一氧化氮对急性胰腺炎影响的研究进展

于春林，张国志*

华北理工大学附属医院，河北 唐山 063000

[摘要]急性胰腺炎(Acute pancreatitis,AP)是一种病情凶险，病死率高的临床常见急腹症。AP的发病机制是一个复杂的、多种因素参与的病理生理过程，目前明确的发病机制尚未完全阐明。近年来，大量研究表明一氧化氮(Nitric oxide,NO)在急性胰腺炎的发生发展中起重要的作用。本文就NO对AP的影响作一综述。

[关键词]急性胰腺炎;一氧化氮;研究进展

0　引言

近年来，急性胰腺炎(Acute pancreatitis,AP)的发病率及病死率一直处于上升趋势，国内外研究学者尚未彻底阐明其发病机制，目前存在多种发病机制假说。其中胰腺微循环障碍学说现已被公认为是AR发生发展病程中最重要的原因，并且是AP由水肿型发展为出血坏死型的决定因素，而NO作为体内的信号传递分子及调节介质，同时具有舒张血管的功能，在胰腺微循环中发挥主导作用。因此，进一步研究与掌握NO在胰腺微循环中的作用机制，对了解掌握AP发展的过程及对AP的治疗有至关重要的指导意义。

1　NO的生成及生物学特性

NO是生物体内至今为止发现的分子量最小，结构最简单的信号传递分子，是一种无色、无味的气体，分子量为30，在水中溶解度较小，其半衰期极短，具有顺磁性，由于其分子结构带有自由基，所以其化学性质极不稳定，在体内容易与其他氧自由基等物质结合生成二氧化氮等氮氧化合物。体内NO的产生主要通过两种途径：一种是通过非酶生性产生，主要通过临床药物供体生成，如硝酸甘油、硝普钠等；另一种是通过酶生性产生，主要通过一氧化氮合酶(NOS)催化前体物质生成，如内源性NO是NOS催化左旋精氨酸(L-Arg)而合成，其合成公式为L-Arg+NOS+O2=NO+L-瓜氨酸。NO广泛分布于体内各种器官及组织中，主要分布于血管内皮细胞、神经细胞以及免疫细胞中[1-2]。NO具有两面性，其发挥作用的不同主要与催化其生成的NOS类型不同有关，不同的器官及组织存在着不同的NOS，不同类型的NOS催化生成的NO所发挥的作用也不同。因此，NO的作用也存在不确定性，对不同类型的器官及组织会产生不同的作用。目前研究发现，至少存在2种不同类型的NOS，一种为结构型或原生型NOS(Constitutive NOS,cNOS)，另一种为诱导型NOS(Inducible NOS,iNOS)，其中cNOS又可分为内皮型一氧化氮合酶和神经型一氧化氮合酶[3]。cNOS主要存在于胞浆内，在机体主要分布于内皮细胞、平滑肌细胞及神经细胞等[4]。在生理状态下，体内L-Arg在cNOS催化作用下生成低浓度的NO，此时的NO作为一种信号传导分子及调节介质，具有传递信号、舒张血管、维持胃肠平滑肌张力、抑制血小板聚集以及白细胞黏附等生理作用，对机体具有保护作用。cNOS为钙依赖性酶，生理状态下合成极少，其作用具有一过性,能使血管内皮、神经组织等释放微量NO，发挥对机体的保护作用。它可以被Ca兴奋性氨基酸、乙酰胆碱以及缓激肽激活,也可被L-Arg类似物抑制。而iNOS主要分布于机体的巨噬细胞、淋巴细胞、中性粒细胞、肥大细胞以及T细胞等免疫细胞中[5]。在生理状态下iNOS基因不表达，而在病理状态下，则通过内毒素和炎症因子的激活持续产生大量地NO，持续高浓度的NO通常表现为细胞毒性作用，能杀伤肿瘤组织和外来入侵机体的病原体。iNOS为非钙依赖性酶[6]，其活性依赖于还原型辅酶Ⅱ,在病理状态下，体内的内毒素、TNF-α、γ干扰素、IL-1、IL-6等细胞炎症因子可持续激活iNOS，被激活的iNOS催化体内的巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞及T细胞等免疫细胞中的L-Arg持续大量地生成NO，高浓度的NO对机体往往产生强烈的细胞毒性作用。

因此，体内的NO在不同的生理状态对不同的器官及组织会产生不同的作用，表现出“双刃剑”的生物学特性。表现为由cNOS催化生成的低浓度NO起细胞保护作用,而iNOS催化生成的高浓度NO对细胞起毒性作用,同时体现了NO对时间和剂量的依赖性。

2　NO对胰腺微循环障碍的影响

现已研究证实，AP时胰腺微循环障碍主要表现为微血管痉挛、血管通透性改变及微循环瘀滞等。为了观察NO对AP时微循环的影响及胰腺血流变化，Liu等[7]用雨蛙肽复制大鼠实验性AP模型，结果发现，当给予NO供体L-Arg时，胰腺血流量显著增加，并随着L-Arg量的增多而增加，给予NOS抑制剂硝基-L-精氨酸(L-NNA)时，胰腺血流量显著下降。还有实验表明，将牛黄胆酸钠逆行胰导管注入制成AP模型时，胰腺、肝脏及肾脏等器官血流量急剧下降，给予L-Arg治疗后，各器官血流量有所回升，微循环状态有所改善。以上实验研究均表明，NO在AP病程中胰腺微循环障碍中发挥着非常重要的作用。其作用机制与在心血管系统中的作用一致，即通过与靶细胞中的鸟苷酸环化酶(GC)结合从而增加其活性，进而促使磷酸鸟苷环化产生大量的环磷酸鸟苷(cGMP)。大量的cGMP作为体内第二信使可以激活存在于胞浆中的依赖cGMP的蛋白激酶，使胞浆内钙离子从内向外流出，导致细胞胞浆内游离Ca2+浓度下降，肌钙蛋白C对Ca2+的亲和力降低，从而使血管平滑肌呈松弛状态。因此，NO具有强大的调节血管张力的作用，在调节局部血流灌注量中起到十分重要的作用。此外，NO除了具有局部的扩血管作用,还可以通过维持微血管的完整性以及抑制血小板聚集、白细胞黏附和激活、降低血液黏度和清除氧自由基等作用来改善微循环障碍[8]。

3　NO在AP中的保护作用

近年来，研究者对NO的研究不断深入，也取得了一些进步，为AP的治疗提供了一个崭新的方向。动物实验结果证实，给予适当剂量的NO供体如L-Arg、硝普钠及硝酸甘油时，胰腺血流量显著增加，而且胰腺水肿显著减轻，胰腺组织病理切片也得到显著改善，适量的NO对AP有保护作用。Liu等[7]用雨蛙肽制造大鼠AP模型的实验证实，NO可以明显改善胰腺血流量，而且可以减轻胰腺水肿及出血、坏死。Werner等[9]研究发现，NO可以显著改善胰腺血流量，减轻胰腺组织水肿、出血及坏死。此外，NO可以减少胰腺内胰蛋白酶原活性肽(TAPS),降低血清淀粉酶含量。有报道，吸入NO可通过降低肺动脉压、改善动脉氧分压的机制来治疗急性呼吸窘迫综合征(ARDS)及急性重症胰腺炎。Werner等[9]曾在急性重症胰腺炎大鼠实验中加入NO气体(80 ppm),结果发现，胰腺组织内胰蛋白酶原活性肽含量明显下降，证实吸入NO对重症急性胰腺炎有积极的治疗作用。

目前NO对AP的保护机制尚未完全阐清，近年来研究者对NO通过诱导细胞凋亡来保护AP的研究越来越重视。自从Albina等通过研究NO对巨噬细胞作用的实验提出NO可诱导细胞凋亡，以及Fehsel等发现NO能有效诱导胸腺细胞凋亡，NO与细胞凋亡之间关系的研究越来越受到研究者的关注[10]。20世纪90年代，Kaiser在急性水肿型胰腺炎模型中观测到大量凋亡细胞，而在急性出血坏死型胰腺炎模型中发现大量坏死细胞，凋亡细胞很少。结果表明，在AP由水肿型向出血坏死型转变的病程中，细胞凋亡起到保护作用。

目前对NO影响胰腺腺泡细胞凋亡机制的研究尚处于初步阶段，确切的机制仍需研究者进一步研究。现就目前研究状况归纳总结：①NO可能通过诱导血管平滑肌细胞凋亡来改善胰腺微循环，进而保护AP。NO可直接扩散，与血管平滑肌细胞上的可溶性GC结合，通过与血红素中的铁卟啉结合反应，从而改变了GC中血红素-铁蛋白的功能，使二者之间的共价化学键断裂，进一步使血红素中的铁卟啉对GC的抑制得到改善,进而使GC活化,使血管平滑肌细胞内第二信使cGMP生成增多，从而介导细胞凋亡。研究表明，NO诱导的细胞凋亡可以被细胞内环磷酸腺苷(cAMP)及其激动剂抑制。而NO可通过影响GC而增加cGMP的含量来拮抗cAMP的抑制，从而促进细胞凋亡。此外，NO能活化质子泵，促进细胞膜上Na+-H+交换,使细胞内H+浓度明显升高,进而使细胞因酸碱平衡紊乱而发生酸化及细胞凋亡。NO诱导血管平滑肌细胞凋亡可以使微血管完成自我修复，提升胰腺血流量，降低炎性物质的渗出及胰腺细胞坏死，进而改善胰腺微循环障碍，使AP得到保护，避免AP病情进一步恶化。②NO在体内作用生成活性氧中间物来诱导中性粒细胞凋亡。体内的NO可与O2作用生成O2-、H2O2、NO2、ONOO以及ONOOH等活性氧中间物，后者可以诱导中性粒细胞凋亡，从而使中性粒细胞的浓度大大降低，减少了其在胰腺组织的浸润，使胰腺组织得到保护。有报道，在AP动物模型实验中应用抗中性粒细胞抗体可降低血液循环中的中性粒细胞浓度，且所有AP动物均未死亡。另外，AP的病情严重程度与中性粒细胞的浓度呈正相关。中性粒细胞在AP的发生发展中有重要的作用。有报道，在AP动物实验中预先给予L-NNA后,胰腺内中性粒细胞的浓度明显增加,表明NO可以降低胰腺内中性粒细胞的浓度，使胰腺炎病情得到缓解。其保护胰腺的机制即为NO与体内O2作用生成活性氧中间物，后者可诱导中性粒细胞凋亡，从而使中性粒细胞浓度降低。

Evans等[11]归纳总结了NO及活性氧中间物的作用:①活性氧中间物可以直接破坏细胞DNA的合成,导致细胞发生基因突变进入凋亡程序。②NO及活性氧中间物可以影响糖酵解途径中关键酶的活性，减少ATP的生成，使细胞发生凋亡。③NO可以通过激活细胞内GC生成大量cGMP，进而使细胞内Ca2+浓度大量减少,激活核酸内切酶，启动细胞凋亡程序。由此可见，NO可以诱导胰腺内中性粒细胞启动凋亡程序，进而降低中性粒细胞的浓度，避免胰腺浸润在高浓度的炎症细胞中，起到了隔离保护胰腺的作用。④NO可以通过影响能量合成代谢，导致细胞发生凋亡，从而保护AP。研究发现，NO可以和呼吸电子传递链上的含铁蛋白酶结合，使其活性降低，进而破坏细胞能量合成代谢，即细胞的氧化磷酸化过程，由于细胞缺乏能量而进入细胞凋亡程序。研究发现，NO还可以通过影响能量代谢三羧酸循环中的乌头酸酶活性,使细胞有氧代谢过程受到抑制，使炎症细胞因缺少能量而发生凋亡,炎症细胞数量下降，炎症浸润减少，AP病情得到改善。⑤其他：如通过影响基因调控等来诱导细胞凋亡。

4　NO在急性胰腺炎中的损伤作用

适量的NO在机体中及AP的病程中起到舒张微血管、增加器官组织血流量、抗血小板聚集、改善微循环障碍的保护作用。但大量的NO对机体和AP的病程发展会产生不良的影响[12-13]。国内外很多AP动物实验结果证实，水肿型AP患者NO含量明显高于对照组，而出血型AP患者NO含量显著高于水肿型AP者，且NO的含量随AP病程的延长而明显增加，表明NO在AP病程恶化的过程中起决定作用。Abe等[14]在用蛙皮素复制水肿型大鼠AP模型的实验中发现，当给予NOS的抑制剂L-NNA后,胰腺组织水肿程度降低,而给予NO的供体后，胰腺组织水肿显著增加。推测NO是促进实验性AP的胰腺组织形成水肿的重要因素之一。其机制为内源性NO通过增加胰腺微血管的通透性，使微血管内血浆蛋白渗出，造成胰腺组织水肿，从而损伤胰腺。有研究表明，大量内源性NO是造成AP损伤的关键因素之一,减少内源性NO后，胰腺损害程度也随之下降，增加其含量，胰腺的损害程度也随之增加，二者存在一定的相关性。大量NO对胰腺造成破坏的原因有以下方面：①高浓度的内源性NO能直接对血管产生难治性的扩张，从而使胰腺的有效血流量降低，持续的低血流使胰腺因缺血而增加其破坏程度;②高浓度NO对胰腺细胞能产生细胞毒性作用;③NO可以激活胰腺中性粒细胞,使胰腺浸润在炎症细胞中，增加对胰腺细胞的破坏作用。此外，NO在体外可破坏胰腺的胰岛细胞,这可能是急性胰腺炎往往合并糖尿病的原因之一。NO破坏胰腺细胞的作用机制:①NO可以通过影响线粒体内三羧酸循环中乌头酸酶的活性以及呼吸链中的复合物Ⅰ和复合物Ⅱ的活性,使呼吸链传递受到障碍，能量代谢障碍，ATP合成受阻,进而导致胰腺细胞的代谢紊乱，使细胞受到破坏。②NO能降低细胞内营养物质，如蛋白质和葡萄糖的生成。③NO能破坏细胞脱氧核糖核酸的生成，影响细胞遗传物质的生成，使细胞遭到破坏。

此外，NO还参与AP时的肺损伤。研究显示，AP患者在入院24 h内死亡的人数占因该病死亡总人数的20%,其中将近95%的死亡患者合并有肺损伤。研究者在诱导实验性大鼠AP模型中,通过逆转录聚合酶链反应方法观察到大鼠肺泡巨噬细胞中iNOS的mRNA表达，发现其产生的NO及O2-含量显著高于正常大鼠肺组织，差异有统计学意义(P<0.05)。此外，加入NOS抑制剂L-N-单甲酯-L-精氨酸(L-NMMA)后，肺组织水肿明显减轻且PaO2升高，证实大量由肺泡巨噬细胞产生的NO参与AP时肺损伤的过程。其机制可能为AP时激活肺泡巨噬细胞上的iNOS，iNOS产生大量的NO,NO又在体内生成氧活性中间产物，如O2-和ONOO-等，而这些氧活性产物本身具有很强的毒性作用，可以对肺泡表面活性物质以及肺泡细胞内皮产生强大的毒性作用而使肺泡功能失活，从而导致急性肺损伤。顾言等[15]研究发现，急性肺损伤/ARDS组患者血清中NO的含量显著高于健康组(P<0.05),且治疗后存活组患者血清NO的含量较病死组明显下降(P<0.05)。以上实验均说明NO参与急性肺损伤的病理生理过程，NO的浓度与急性肺损伤的病情程度有一定的关系，NO可作为判断病情及预后的良好指标。此外，研究证实，NO可作为判断气道炎症反应程度的重要标志物[16]。但也有研究发现，NO降低了AP时肺损伤，其可能机制为NO抑制肺组织内炎症细胞的浸润以及减少自由基的产生[17-18]。

5　存在的问题与展望

尽管越来越多的研究表明NO在AP中发挥着重要作用，但NO在AP中的发病机制仍不明确，仍然有许多假说以及猜想，还需要解答许多问题，如：①在AP发展病程中，哪些时间及条件能激活胰腺细胞中的cNOS或iNOS；②随着AP病程的发展，对细胞中cNOS或iNOS是否有促进或抑制作用；③胰腺细胞上的cNOS和iNOS是否可以随着NO量而相互转化；④能对机体起保护作用的体内NO的适合剂量，以及可能对机体产生损害作用的剂量。有研究者提出用NO拮抗剂，如超氧化物歧化酶及别嘌呤醇等治疗AP。但目前NO的供体(如L-Arg)在体内产生NO的量及NOS抑制剂(如L-NNA)在体内减少NO的量均未明确，使NO治疗AP受到限制。只有通过大量的动物实验及临床基础研究工作反复研究探讨NO在AP中的作用及机制，精心研制NO供体及抑制剂药物，才能更好地治疗AP患者。

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收稿日期：2015-12-16

*通信作者

DOI:10.14053/j.cnki.ppcr.201607032

Research progress of the effect of nitric oxide on acute pancreatitis

YU Chun-lin,ZHANG Guo-zhi*

(Affiliated Hospital of North China University of Science and Technology,Tangshan 063000,China)

[Abstract]Acute pancreatitis (AP) is a common clinical acute abdomen disease and it is a dangerous disease with high mortality.AP pathogenesis is a complex pathophysiological process and multiple factors are involved,so currently definitive pathogenesis is not fully understood.In recent years,a large number of studies have shown that nitric oxide (nitric oxide,NO) plays an important role in the development of acute pancreatitis.This paper summarizes the research progress on the effect of NO on AP.

Key words：Acute pancreatitis;Nitric oxide (NO);Research progress