一氧化氮在血管性痴呆发病及防治中的作用

丁佳统，郭家豪，洪芬芳，杨树龙

(南昌大学a.第二临床医学院2019级； b.基础医学院2018级； c.医学实验教学中心； d.基础医学院生理教研室，南昌330006)

血管性痴呆是仅次于阿尔茨海默病的第二种最常见的痴呆症，其特征是进行性认知障碍、记忆丧失及思维或语言功能紊乱[1]。一氧化氮(NO)在血管性痴呆的发病机制中发挥了双重作用：一方面，NO可作为神经保护剂，抑制神经性病变的进程；另一方面，NO可引发氧化应激等作用，加重认知障碍[2-3]。本文着重讨论以NO异常变化为核心特征的多个危险因素在血管性痴呆发病机制中扮演的角色以及基于NO浓度与其生物利用度调整的血管性痴呆防治方法。

1 血管性痴呆及其主要危险因素

血管性痴呆是一种常见的认知障碍性疾病，主要起源于腔隙性卒中[4]，通常由脑血管疾病引起。在病变过程中，脑血管内皮细胞易受到损伤，其功能性障碍的发生往往先于血管性痴呆的发作，可引起脑血流调节障碍及血脑屏障的损伤，激活大脑胶质细胞及炎症反应，损伤大脑白质、神经元细胞及突触，导致认知障碍[1]。血管性痴呆患者常具有多项共同的病理改变特征：如海马组织β淀粉样蛋白沉积、新生血管形成、神经元肥大、神经炎症和神经组织坏死[5]等。

血管性痴呆的主要危险因素有：1)高盐饮食可引起脑血管内皮NO缺乏，进而导致认知功能障碍；2)高血压损伤脑血管结构和功能，影响血流供应，损伤认知能力[6]；3)轻度-中度高同型半胱氨酸血症(HCy:15～100 μmol·L-1)影响超氧化物的生成及NO信号传导通路的正常功能，是中风及认知障碍的独立危险因素[7]；4)慢性脑缺血发生时，脑血流量长期处于低灌注状态，将导致认知功能减退和加速神经退行性变化[8]；5)氧化应激及线粒体功能损伤可损伤血脑屏障及脑实质细胞，在血管性痴呆等退行性神经系统疾病的主要发病机制中扮演帮凶[9]；6)肥胖引起脑血管内皮功能障碍，损伤微血管功能，可诱发微血管性痴呆[10]。

2 NO及其生物合成

NO在心血管、免疫及神经系统中发挥重要作用，是一氧化氮合酶的酶促产物，后者将L-精氨酸转化为L-瓜氨酸并合成NO。一氧化氮合酶包含3种异构体：神经元异构体(nNOS)、诱导异构体(iNOS)及内皮异构体(eNOS)[11]。部分类型的一氧化氮合酶存在基因多样性，如内皮组成型一氧化氮合酶3(NOS3)及诱导型一氧化氮合酶(NOS2A)，但依据SINGLETON等[12]的研究，一氧化氮合酶基因的多样性不会增加阿尔茨海默病或路易体痴呆等痴呆症的风险。

不同来源的NO可能具有不同作用。eNOS是维持心血管稳态的必需酶，其产生的NO具有血管扩张作用，参与血管舒缩功能和局部血流的调节，具有神经保护功能，该来源的NO选择性减少可能与认知功能的损伤有关，KATUSIC等[13]研究发现内皮NO的缺失对神经元细胞的功能有不利影响。NO水平的异常升高也可能影响认知功能，SALERNO等[14]对相关病例进行研究后发现，在一些急、慢性神经退行性疾病中nNOS产生的NO过多，表明两者之间可能具有相关性。根据不同来源的NO的不同作用，选择性抑制或升高相应一氧化氮合酶的活性以调整相应来源的NO浓度或生物利用度可能为各种疾病提供新的治疗方法。

3 NO在血管性痴呆发病机制中的作用

正常的NO浓度及其生物利用度水平对维持脉管、神经等组织的功能具有重要意义，若偏离正常范围则可能成为血管性痴呆的危险因素。以下内容将阐述高盐饮食、血管损伤、氧化应激及化学物质等因素对NO浓度或生物利用度的影响，以及失调的NO在血管性痴呆发病机制中的作用。

3.1 NO减少

血管内皮NO合成及利用的减少可能通过至少两种机制导致痴呆的发展：1)促进动脉粥样硬化、血管过度收缩及脑血流调节紊乱的发生及发展；2)削弱神经保护[15]。

3.1.1 高盐饮食

FARACO等[16]研究发现，在小鼠中，高盐饮食可导致认知功能障碍。饮食中过多的盐可诱导微管相关tau蛋白过度磷酸化，引起大脑内皮NO缺失以及大脑灌注量不足，导致认知功能障碍。该过程的机制可能是高盐饮食引起机体NO缺乏，降低了神经元钙蛋白酶亚硝基化水平，提升了相关酶的活性，进而激活细胞周期蛋白依赖性激酶5，导致tau磷酸化，诱导认知障碍的发生，而促进内皮NO的生成可抑制这种变化。

3.1.2 高同型半胱氨酸血症

轻度-中度高同型半胱氨酸血症(HCy:15～100 μmol·L-1)是中风及认知障碍的独立危险因素。HCy<100 μmol·L-1时主要损伤血管的结构与功能，造成NO信号传导通路受损以及超氧化物生成增多[7]。SHARMA等[17]发现高同型半胱氨酸血症-高脂血症的实验动物出现学习及记忆障碍等症状，同时伴有血清亚硝酸盐/硝酸盐水平降低，表明高同型半胱氨酸血症-高脂血症可促进大鼠血管性痴呆的发展，而该病理过程可能与NO的减少存在关联。DAL PR等[18]则认为高同型半胱氨酸血症可能诱导了血管循环障碍及高血压的发生，进而与血管性痴呆的发病产生联系。血液中高浓度的同型半胱氨酸可阻碍NO介导的血管舒张功能，引发内皮细胞NO合成受损。NO合成及作用的减少可引起脑循环受损，引发淀粉样β蛋白增多，抑制内皮功能，进一步阻碍NO合成，形成恶性循环，成为血管性痴呆的重要触发因素。

3.1.3 中风

中风是一种脑部疾病，可能发生于任何时间及年龄，尤其是在55岁后发生率增加，缺血性中风则是血管性痴呆的主要危险因素。中风的发生与脑组织血氧供应的绝对或相对不足有关，当脑组织的微循环发生血流淤滞时，神经元的氧气供应相应减少，脑组织发生缺血缺氧，进而引发中风[19]，增加血管性痴呆的风险。TAN等[20]的研究首次证明了部分内皮一氧化氮合酶缺乏会导致自发性血栓性脑梗死，这可能与该酶产生的NO在维持血管功能及抗血栓等方面的作用有关。脑梗死将导致进行性冠状动脉粥样硬化及认知障碍，其病变程度随着年龄的增长而加深。

3.1.4 慢性脑低灌注

大脑的能量需求很大，但大脑中几乎没有能量储备，需要血液循环不断地供应氧气及葡萄糖，因此正常的脑血流维持对脑的功能活动起着重要的作用[21]。脑血管受损及血流的中断可能对神经活动产生不良影响。

慢性脑低灌注是指脑持续血液供应不足的状态，多由动脉硬化、高血压等引起[22]。衰老及心脑血管疾病等引起的慢性脑低灌注可诱发脑缺血，导致脑实质细胞的损伤，甚至直接损伤血脑屏障，引发低代谢、认知及退行性改变，预示着痴呆的发生与发展[23-25]。血脑屏障是维持大脑稳态的关键介质，其功能障碍可促进氧化应激、炎症反应及因NO(局部血流的关键调节因子)失调而引起的间接神经毒性效应，使脑灌注进一步减少，加速神经退行性过程，形成使认知功能障碍持续加重的恶性循环[25]。

NO由血管系统中的内皮细胞持续释放，衰老等因素将引起脑血流量减少以及微血管病变，使NO合成与释放受阻，导致局部代谢功能障碍[3]。NO合成及作用的减少与大脑低灌注均可引发淀粉样β蛋白增多，抑制内皮功能而进一步损伤大脑循环，形成持续损害大脑循环功能的恶性循环[26]。在一定的条件下，NO可对抗脑低灌注对脑组织的损伤，如在沉默信息调节因子2同源物1(一种蛋白质脱乙酰酶，可通过抗凋亡、抗炎或增加线粒体发生来抑制心血管疾病及神经退行性疾病)存在时，NO信号通路可被激活以保护大脑组织[27]。

3.1.5 氧化应激

氧化应激是指机体促氧化和抗氧化之间的平衡被打破，且朝着促氧化倾斜的状态，可引起运动神经元变性及星形胶质细胞功能障碍[28]，并参与血管性痴呆的发病过程。血管系统中活性氧水平升高、NO生物利用度降低及诱发血管疾病的内皮功能障碍均与血管性痴呆相关[29]。内皮细胞产生的活性氧在低浓度下可发挥血管扩张的作用，但随着活性氧生成量的增加以及清除NO能力的提高，NO的生物利用度将降低，氧化应激也随之增加，进而损伤敏感的血管细胞[30]。此外，氧化应激可能是不同类型的痴呆症中血管病理变化的核心致病因素。根据阿尔兹海默症患者常见大脑主要动脉粥样硬化斑块形成增加这一特点，BENNETT等[29]认为痴呆是一种连续变化的病理过程，而阿尔兹海默症和血管性痴呆则是该种疾病的两个极端。

3.1.6 血管性疾病

高血压、脑小血管病变、衰老及肥胖等生理和病理性的变化可对脑血管产生不良影响，损伤大脑正常的血流供应，成为血管性痴呆的危险因素。

1)高血压：脑血流供应不足与认知能力下降存在关联。高血压导致大脑动脉结构及功能改变，损伤血流，从而影响认知能力，在缺血性损伤存在或动脉压较低的时期，这种作用尤为明显。高血压引起的动脉重塑与缺血后血流的减少、缺血性损伤的增加有关。高血压导致内皮功能受损，阻碍内皮介导的血管扩张以及肌源性反应对血管的调节作用。内皮功能损伤由血管扩张机制改变而引起，涉及NO信号通路及离子通道的改变。高血压通过炎症反应、氧化应激及血管活性循环分子失调等机制破坏血脑屏障，使神经元暴露于细胞毒性分子中，导致神经元丢失、认知功能下降及缺血恢复受损，增加血管性痴呆发生的可能[31]。

2)脑小血管疾病：大脑小血管病是血管性痴呆最常见的诱因[32]。脑小动脉内皮细胞产生的NO是内皮依赖性血管舒张的重要信号，有助于预防血栓形成及血管重塑。内皮依赖性血管舒张功能的受损部分归因于NO的合成及(或)NO稳定性的降低，其与缺血性中风的发生有关[33]，并增加血管性痴呆的风险。BAILEY等[34]对与人类大脑小血管病最接近的自发性高血压脑卒中易感大鼠模型进行研究，发现大鼠出现NO生物利用度降低、髓鞘形成受损、胶质细胞及小胶质细胞活性增加等改变，且均先于血压升高发生。相似的缺陷组合在人类大脑小血管病也发挥作用，各缺陷单独作用时损伤有限，但多个缺陷的联合作用可以解释人类对大脑小血管病的易感性。

3)衰老：衰老导致血管舒缩控制功能的减弱与丧失，血管扩张及血管收缩都受到影响。NO-cGMP通路介导的血管松弛作用减弱是衰老的标志，它会导致血管疾病，尤其是脑梗死及痴呆[35]。在衰老过程中，血管性痴呆可与阿尔兹海默症构成混合性痴呆，这是与衰老有关的极其常见的痴呆症[36]。

4)肥胖：肥胖是微血管疾病的危险因素之一，能够影响内脏脂肪组织、大脑等各处的微血管系统，影响血管张力的控制，促进微血管胰岛素抵抗的发展，改变NO等旁分泌因子的分泌，影响血管结构及血管周围炎症。肥胖者通常有整体微血管功能障碍，易于发展为微血管性痴呆等疾病[10]。DORRANCE等[37]研究发现肥胖大鼠模型可能发生大脑内动脉重塑，这与脑缺血造成的损伤有关，而血管结构及功能的变化又与认知衰退及痴呆症相关。

3.1.7 化学物质

KHELOUFI等[38]研究发现质子泵抑制剂可引起内皮功能障碍、内皮衰老、内皮细胞NO减少等变化，导致血管稳态障碍，研究表明质子泵抑制剂可使并发症风险增加，这通常是一种分级关联，可能存在剂量-反应关系。

政策五：10月1日，由国家市场监管总局新修订的《餐饮服务食品安全操作规范》正式实施。《规范》内容涉及餐饮服务场所、食品处理、清洁操作、餐饮具保洁以及外卖配送等餐饮服务各环节的标准和基本规范，旨在指导餐饮服务提供者按照食品安全法律、法规、规章、规范性文件要求，落实食品安全主体责任，规范餐饮经营行为，提升食品安全管理能力，保证餐饮食品安全。

不对称二甲基精氨酸(一氧化氮合酶的一种内源性抑制剂及解偶联剂)是脑血管病的危险因素。其含量的增加可以加剧氧化应激及血管损伤，与NO舒张血管功能的受损有关，在脑血管β淀粉样变性引发认知能力减弱的病理过程中有潜在作用[39]。

血管紧张素II具有刺激促炎细胞因子释放、增加氧化应激和抑制NO合成的功能[40]。ONGALI等[41]研究发现血管紧张素Ⅱ在转化生长因子-血管紧张素转换酶Ⅰ诱导的脑血管功能障碍及神经炎症中，可能通过β受体介导的机制发挥关键作用，血管紧张素受体阻滞剂可能适用于治疗与血管性认知障碍及痴呆相关的血管病变及星形胶质细胞增多症。

3.2 NO增加

3.2.1 神经炎症

BELKHELFA等[5]调查了血管性痴呆中血管疾病及神经炎症，发现海马组织中出现β淀粉样蛋白沉积、新生血管形成、神经元细胞肥大及神经炎症的现象，其中神经炎症的特征是TLR4/RelA通路依赖的TNF-α、IL-1β、TGF-β及iNOS的高表达。在发生神经退行性痴呆的大脑中通常可发现炎症反应，与此同时，在神经元及神经胶质中一氧化氮合酶表达上调，表明NO的过度产生。据此，NO被认为参与了神经炎症，其自由基特性可损伤线粒体进而损伤细胞的完整性及生存能力[3]。

细胞因子等参与炎症反应的分子可损伤中枢神经系统。抑制炎症则能改善血管性痴呆动物模型的症状，表明炎症可能在血管性痴呆发病机制中发挥重要作用[42]。WANG等[43]研究发现髓样细胞2上触发受体的过度表达可减轻血管性痴呆实验模型的认知缺陷。该受体可通过降低iNOS及促炎性细胞因子的表达水平，显著抑制小胶质细胞M1极化，表明该受体通过调节小胶质细胞的激活表型在血管性痴呆中起保护作用，可能成为血管性痴呆治疗的新靶点。

3.2.2 氧化应激

NO可参与导致组织损伤的病理过程，部分原因是它具有自由基活性[44]。氧化应激主要由活性氧引起的，可诱导线粒体损伤，是血管性痴呆的主要病因[23]。ALIEV等[45]认为慢性低灌注引起的氧化应激能够导致线粒体损伤。随着年龄的增长，线粒体膜电位、呼吸控制率及细胞耗氧量将会逐渐下降，该变化过程与氧化剂生成增加有关。脑组织持续低灌注及氧化应激可刺激一氧化氮合酶的表达，脑内皮细胞中氧化应激产物可能会增加，从而导致血脑屏障的破坏以及脑实质细胞的损伤，损伤认知能力。

低生理浓度的NO可作为某些神经细胞(如运动神经元、交感神经元)的抗凋亡或促生存因子。然而，高浓度的NO有一定的毒性，被认为参与了中风及神经退行性疾病期间的神经元细胞死亡[46]。在一定的条件下，尤其是神经元受损时，兴奋性神经递质谷氨酸可诱导NO生成增加，介导神经细胞凋亡。在缺血性脑损伤时，神经元细胞谷氨酸可介导兴奋性毒作用[34]。

3.2.4 胶质细胞级联反应

炎症蛋白、β-淀粉样蛋白异常产生或积累以及脑缺血引发的胶质细胞病理性激活被认为是血管性痴呆等进行性神经细胞损伤的常见致病因素。在一定条件下，细胞因子控制的小胶质细胞上调将导致失去了负反馈控制的星形胶质细胞二次激活，此时的星形胶质细胞丧失生理缓冲功能，可能通过释放NO及促进毒性β-淀粉样蛋白形成加重神经元损伤[47]。

4 预防与治疗

血管性痴呆的发病机制涉及以NO浓度或生物利用度异常变化为核心特征的多种病理过程，现有的一些诊疗方案能够使偏离正常范围的NO浓度或生物利用度恢复正常水平，从而预防和治疗血管性痴呆。以下内容将介绍以恢复NO生成及生物利用度和抑制NO过量生成为主要机理的血管性痴呆防治方法。

4.1 增加NO生成与生物利用度

灵阳钩藤汤等药物可通过激活一氧化氮合酶或提高NO生物利用度以提高血管性痴呆患者的学习记忆能力，对抗认知障碍。ZHAO等[48]对灵阳钩藤汤的作用机制进行探究后认为该方剂抑制血管性痴呆的机理可能与抑制氧化应激、提升NO生物利用度，进而维持神经血管耦合敏感性有关。灵阳钩藤汤的有益作用表现为改善大脑皮层或海马的探索、学习和记忆能力，缓解血管或神经病变。其潜在机制与抗氧化作用有关，可抑制iNOS的过度表达，与此同时增加nNOS和eNOS的表达，恢复NO生物利用度。

4.2 抑制NO过多生成

NO可发挥氧化应激等作用，过高浓度的NO可成为血管性痴呆的危险因素。电针刺激相关穴位等诊疗方案可抑制特定一氧化氮合酶活性，减少特定来源的NO以达到防治血管性痴呆的目的。HE[49]对电针刺激相关穴位的作用及作用机制进行探究后发现，电针刺激后脑组织和血清NO水平均显著降低，超氧化物歧化酶活性显著升高，表明该方法可改善记忆障碍。此外，该实验也表明减少NO的过量产生、增强清除自由基的能力可能成为血管性痴呆的潜在的治疗方法。

5 总结与展望

NO在机体内可由3种不同的NOS异构体产生，不同NOS合成的NO发挥不同作用。NO的异常变化与血管性痴呆等神经退行性疾病有关。NO浓度或生物利用度偏离正常范围可能产生病理性损伤，介导认知障碍，引发血管性痴呆。本文总结了近期研究数据为血管性痴呆的治疗与预防提供的潜在靶点，针对这些不同的靶点，研究者可以设计不同的诊疗方案，在临床实践中有着重要的应用价值。