一氧化氮在变应性鼻炎中的研究进展*

2018-01-13王秋丽余少卿

中国中西医结合耳鼻咽喉科杂志 2018年3期

王秋丽余少卿

一氧化氮（nitric oxide,NO）是参与多种相关生物学机制的重要介质，虽然它的生物相关性由Furchgott等[1]于1980年首次发现，但NO分子直到1987年才被两项独立的研究识别并报道[2，3]。此后，关于NO参与人体生理和病理生理的研究越来越多，现已表明，NO是调节血液循环、血小板活性、神经传递、免疫和炎症过程的关键因子[4，5]。

NO是一种结构较为简单的气体分子，在体内是由一氧化氮合酶（nitric oxide synthase,NOS）催化左旋精氨酸（L-arginine,L-Arg），使后者脱掉末端胍基氮原子而合成的生物活性物质[6]。NOS包括神经元型（nNOS或 NOS1）、内皮型（eNOS或 NOS3）和诱导型（iNOS或NOS2）三种亚型，前两者统称为结构型NOS（cNOS），主要表达于上呼吸道的上皮细胞、支配鼻腔血管的副交感神经元、内皮细胞和纤毛上皮细胞，其活性可被胞内钙离子（Ca2+）浓度的增加而激活，催化L-Arg合成少量的NO，维持机体的正常生理功能[7]，而iNOS已被证实表达于上呼吸道的巨噬细胞、中性粒细胞、内皮细胞和血管平滑肌细胞，主要是由IL-4、IFN-γ和TNF-α等促炎因子和氧化应激来激活转录因子而诱导表达的，其活性较高，且不受胞内Ca2+浓度的影响，可催化L-Arg持续合成大量NO，主要参与多种疾病的病理过程[8]。

1 NO在鼻黏膜炎症中的作用

NO是一种具有双重生物学效应的小分子物质，作为体内重要的信使分子和效应分子，已被证实参与上气道的多种病理生理过程。生理状态下合成的少量的NO具有维持上气道正常生理功能的作用，例如NO可通过调节鼻腔黏膜的纤毛运动，发挥其防御细菌、病毒和真菌感染的能力，从而有助于鼻窦无菌环境的维持[9-11]。此外，NO作为一个强效的血管舒张剂，可以通过控制鼻腔容量血管的张力来调节鼻腔气流阻力（nasal airway resistance to airflow,NAR），同时还起着鼻道增湿和加温的作用[12]。

上气道是产生NO的主要器官，其产生的量要远大于下气道，其中在鼻黏膜上皮、腺体及血管均可见iNOS表达，提示NO在鼻黏膜的生理功能上起重要作用[13]。当变应性鼻炎（allergic rhinitis,AR）炎症发生时，鼻黏膜中iNOS的表达明显增加，变应原产生的活性氧（reactive oxygen species,ROS）与炎性细胞因子等激活转录因子，诱导NOS2的表达，进而催化L-Arg持续合成大量的NO[14，15]。大量的NO导致AR患者的鼻黏膜损伤、黏液分泌过多[16]、纤毛运动不良、紧密连接缺失、细胞间距增大和基底膜中断[17]，从而加重炎症反应，NO进一步增加后可抑制嗜酸性粒细胞凋亡，进而导致鼻腔炎症进一步加重和弥漫[18]。此外，NO能够使鼻黏膜血管容量扩张、充血水肿，导致并加重鼻塞症状，并且NO还可使鼻腔血管通透性增加，导致炎性细胞浸润和白蛋白渗出，因此，NO在AR速发和迟发相反应中均起到重要的促炎作用[19]。

NO通过与许多金属蛋白酶和DNA形成复合物而直接起作用，导致酶的活化或抑制。例如，NO与鸟苷酸环化酶的血红素基团相结合[2]，作用于无活性的三磷酸鸟苷（guanosine triphosphate,GTP）环化酶，致使GTP环化酶空间结构发生变化，暴露酶的活性中心，进而催化GTP产生环苷酸鸟苷（cyclic guanosinc monophosphate,cGMP），cGMP 可参与特定蛋白激酶的活化和蛋白质的磷酸化，从而触发变应性炎症递质从肥大细胞等炎性细胞的释放，引起一系列的鼻黏膜组织反应，导致过敏症状的发生[20]。

此外，NO还可通过与O2和O2-相互作用生成活性氮氧化物（reactive nitrogen oxide species,RNOS），进而发挥其间接作用。RNOS被认为是介导涉及广泛炎症反应的病理生理过程的关键因素，体内最常见的RNOS是三氧化二氮（N2O3）和过氧亚硝基阴离子（OONO-），它们可以对不同的底物进行氮化和氧化，从而通过触发病理性炎症状态而诱导化学应力。例如，具有强大的细胞毒性和氧化性的OONO-能够与共轭酸HNO3形成硫醚氧化物、硝化酪氨酸和硝化鸟苷，并裂解DNA[21]。此外，RNOS可与含巯基的氨基酸发生化学反应，从而不可逆地灭活含有上述氨基酸的蛋白质/酶，许多连接线粒体呼吸链的蛋白质/酶是NO的作用靶点，这些蛋白质/酶中最重要的是参与ATP的生产，NO通过RNOS将其灭活[22]。

2 呼出气NO检测在临床的应用

1991年国外学者[23]首次发现并证实人与动物呼气中存在NO。1993年Alving等[24]的研究发现，哮喘患者的呼出气一氧化氮（fractional exhaled nitric oxide,FeNO）浓度较正常人明显增高，而使用糖皮质激素治疗后，其FeNO浓度显著降低，并且此现象在儿童哮喘患者中亦可被观察到。此后FeNO检测技术历经20多年的发展历史。期间各国学者通过大量的实验证据表明，FeNO测定可以作为一种非创伤性的方法直接量化气道炎症，并且逐渐应用于临床，其在诊断支气管哮喘中的应用价值已得到广泛肯定。美国胸科学会（American Thoracic Society,ATS）于2011年颁布了国际首个“FeNO临床应用指南”[25]，指出FeNO在临床实践中可作为气道炎症的标志物，用于下气道炎性疾病的诊断、治疗和管理，并制定了统一的检测标准。目前FeNO已成为呼吸科逐渐普及的一个检查项目，也是目前研究最多的一项检测气道炎症的生物学标记物，已用于协助呼吸系统疾病病因的确定、嗜酸粒细胞性哮喘表型的识别、吸入糖皮质激素等抗炎药物有效性的判断和指导抗炎药物剂量的调整等。

由于60%的哮喘患者伴有AR，临床指南已明确提出“同一气道、同一疾病”的观点[26]，国内外对AR患者的FeNO也展开了相关研究。鼻窦是产生NO的主要场所，上气道的NO水平更是下气道的100倍以上，因此FeNO在AR中的研究亦备受关注，尤其是鼻呼出NO（nasal nitric oxide,nNO）。

国际指南推荐的鼻呼气测定方法包括主动呼气和被动呼气两种。其中，鼻主动呼气检测方法是堵住一侧鼻腔，另一侧（受检侧）鼻腔由仪器连接的过滤器和橄榄头主动呼气；而鼻被动呼气检测方法是保持一侧鼻腔畅通，另一侧（受检侧）鼻腔通过仪器连接的过滤器与橄榄头抽气。检测时，受试者可通过三种不同的口部方式以配合检测，一是哼鸣法，即将舌尖抵住下齿，闭口哼鸣，使鼻腔鼻窦产生共鸣；二是憋气法，即闭口憋气；三是静音法，即吹卷呼气法。上述方法中，哼鸣法可使鼻窦口扩张，从而使鼻呼气中鼻窦气的含量更多、浓度更高，憋气法则有可能混入下气道的气体，而静音法可使软腭关闭，以阻止下气道气体进入。目前国际广泛采用的是鼻被动呼气与口部静音法相配合的技术。

目前在这方面国内外已有不少研究，虽然结果不甚一致，但更多的研究表明：AR患者上气道NO含量显著高于常人，往往有更高的nNO值，当AR患者接受糖皮质激素或者抗组胺药治疗后，随着炎症的控制，nNO值也会降低，在AR间歇期甚至可以降至正常水平。因此，有学者提出nNO值可作为AR炎症程度的标志物，并可用于AR临床疗效的评估[27]。随着近年来各项研究所用的方法与标准逐步统一，通过制定统一标准而用于AR的临床诊断治疗指日可待。

3 基于调控NO的AR治疗

各种NOS同工酶产生的NO在炎症发病中发挥的作用不尽相同，其中生理状态下iNOS不表达。当炎性因子或感染刺激时，由cNOS合成的少量NO虽可通过舒张血管、支气管来缓解炎性症状，但由iNOS合成的大量NO则可致血管扩张、血浆外渗，黏液高分泌，Th2细胞活化，嗜酸粒细胞浸润，气道上皮细胞脱落，功能变性，甚至细胞凋亡，毛细血管后静脉浆细胞渗出增多，从而加重炎症反应。因此，抑制iNOS产生NO被视为AR治疗的新思路，如在鼻腔局部使用NOS抑制剂N-硝基-L-精氨酸甲酯（L-NAME）可以减轻鼻黏膜的肿胀，减轻炎症反应[28]。

内源性NO缺乏会引起气道反应性的增高，嗜酸粒细胞性炎症加重，由于NO产生的底物是L-精氨酸，精氨酸酶（arginase,ARG）可以通过竞争底物抑制NO产生，增强的ARG不仅可通过减少内源性NO的产生，增加如腐胺和精胺等下游产物的生成，还可通过降低iNOS对精氨酸的生物利用率，进而引发氧化应激反应，导致炎症的形成。因此，活性增强的ARG可能是AR炎症内源性NO缺乏的主要原因，ARG和NOS之间的竞争与平衡对于调节气道炎症、气道高反应性和气道重塑至关重要[29]。ARG是一种双锰核金属酶，能催化水解精氨酸生成鸟氨酸与尿素，变应原激发后可以增加ARG的活性，Th2细胞因子如IL-4、IL-13能够诱导组织中ARG水平和活性的增加。同时，ARG水平的增加引起由cNOS活化产生的NO减少，从而活化NF-κB，进一步引起氧化应激反应，产生气道高反应等炎症表现，而一些药物则通过降低ARG活性或水平来减轻炎症反应，ARG抑制剂和外源性L-Arg能逆转ARG对NOS途径的影响[30]。这也成为新的药物研究思路，例如nor-NOHA等的ARG抑制剂可减少变态反应性炎症中相关炎性因子的生成。而在AR的研究中，使用半胱氨酰白三烯受体拮抗剂孟鲁司特钠就可通过降低血清ARG水平来减轻AR炎症[31]。这些研究都提示抑制炎症中增强的ARG活性可以改善变应性炎症。联合应用特异性iNOS抑制剂、ARG抑制剂和/或补充大剂量L-Arg，靶向调节NOS/ARG平衡，无疑为今后AR的治疗提供了新的思路。