一氧化氮与心血管疾病.ppt

一氧化氮与心血管疾病 内容 一氧化氮 NO nitricoxide 发现与证实NO的合成与释放NO的作用与机制NOS NOsynthase 分布与分类NO心血管生理学作用NO在心血管疾病中的作用NO供体NOS抑制剂 NO的发现 1980年 Furchgott等报道Ach 缓激肽和ATP等引起的血管舒张依赖于血管内皮的存在 并是由一种不稳定的体液介质 EDRF 介导 1986年 Furchgott和美国的Ignarro同时提出EDRF就是NO 1988年 Palmer证实L 精氨酸 L Arg 为NO生成的前体 R Arg的导构体 R Arg 可以抑制NO的合成 1998年 Furchgott Ignarro和Murad荣获Nobel生理学和医学奖 NO生理作用的认识首先要归功于微量分析技术 NO在生命体内的浓度极低 仅为 mol L级甚至更低 而且 在体内的存留时间很短 半衰期仅为6 因此发现它 检测它非常困难 为了全面揭示NO在生命过程中的作用 如何实现NO的实时在体连续检测是一个关键的问题 因为NO只有在体内才能显示正常的生理作用 离体分析已经不能满足生命科学研究的要求 因此将微型传感器直接插入体内进行在体实时检测 才是研究生命体内分子作用机理的最有效的方法 目前检测体内 最有效的方法是电分析方法 电化学方法测量NO有许多独特的优点 第一 使用的微电极直径可以小至2 6 第二 该方法有极高的灵敏度和很强的抗干扰能力 其检测限低至10 9mol 第三 该方法的响应时间小于10 分析化学工作者对 实时在体检测方法的不断完善 必将有力地促进对NO生理作用的研究 EDRF和NO比较 都能引起血管条短暂舒张 减少血小板粘附 抑制血小板聚集并使聚集的血小板解聚 半衰期都很短 作用都可被血红蛋白和亚甲蓝所抑制 都是通过激活鸟苷酸环化酶使细胞内cGMP含量增加而发挥作用 用化学方法测定NO 证明缓激肽可引起NO释放 NO的生物学特性 化学性质活泼 其T1 2仅2 5sec 易与氧反应 生成新的毒性自由基可被O2 灭活而生成过氧化亚硝酸阴离子 ONOO 在酸性条件下 ONOO 氧化性及对细胞的毒性作用均明显强于NO NO细胞内的合成 L Arg L OH Arg和含精氨酸的小分子多肽是合成NO的前体 在组织中 L Arg以还原型辅酶II NADPH 作为电子供体 生成的NO以扩散的形式到达并进入靶细胞 NO合成和释放的影响因素 引起NO合成和释放的刺激主要有两种 化学性刺激 如Ach 缓激肽等 机械性刺激 如血管张力 剪应力 EC变形及血液脉冲流动等 剪应力加大可激活位于EC表面的机械性感受器 使NOS活性增强 NO及NO前体可以反馈性抑制主动脉EC中的NOS 而不影响NO对VSM的直接舒张作用 NO作用机制 NO弥散进入VSM细胞内 通过与鸟苷酸环化酶 GC 中血红素卟啉环中的Fe2 结合 将卟啉环中的Fe2 拉出表面 引起GC构型发生改变而激活 从而使三磷酸鸟苷 GTP 转变为环磷酸鸟苷 cGMP 导致细胞内cGMP水平升高 cGMP水平升高 调节离子通道 依赖于cGMP的蛋白激酶 激活cGMP的磷酸二酯酶 抑制cGMP的磷酸二酯酶 NO的细胞毒性 病理状态下 NO短暂升高 一方面 它对人体可起到有益作用 抗菌 抗寄生虫 抗病毒或杀伤肿瘤 另一方面 不加控制的高水平NO则对人体有害 ONOO 与一些酶的铁 硫中心结合 影响线粒体电子传递 柠檬酸循环和DNA合成 NOS分类及分布 应用蛋白质生化和分子克隆技术已分离出至少3种独立的NOS基因 并以组成或克隆的先后顺序命名为 神经型 ncNOS 或称I型NOS 脑 平滑肌 骨骼肌 肝细胞以及胰 胃 肾等 巨噬细胞型 iNOS 又称免疫型或II型NOS 巨噬细胞 肥大细胞 神经胶质细胞 单核细胞 内皮细胞以及心肌细胞 内皮型 ecNOS 或III型NOS 血管内皮细胞 NOS在细胞内存在形式 NOS是一种含铁的单胺氧化酶 根据对Ca2 的依赖性 在细胞内的存在形式分为 结构型NOS cNOS 活性受Ca2 和CaM浓度的调控 主要分布于血管内皮细胞 血小板 神经组织中次之 诱导型NOS iNOS 活性与Ca2 浓度无关 但需要脂多糖 LPS 和细胞因子如IL 1和IFN 激活后才能表达 也可被塞米松 皮质类固醇 雌激素 生长转化因子 IL 4 IL 8及IL 10所抑制 NO的生理病理作用神经系统作用 与经典的神经介质不同 NO在神经元之间或神经元与胶质细胞之间进行顺向和逆向的信息传递 它在心脑血管 神经系统和免疫系统有很广泛的功能 已经证明内皮细胞 神经元和神经纤维末稍 非肾上腺和非胆碱神经纤维 NANC 以及神经胶质细胞内均有NO合酶 NOS 现已克隆出3种重要的NOS nNOS eNOS和iNOS 在脑和内皮细胞中的NOS很相似 差别在于脑内的nNOS存在于细胞浆内 内皮的eNOS则与细胞膜相结合 从功能上NOS可分为原生型NOS constitutivenOS cNOS 和诱导型NOS inducibleNOS iNOS 两类 前者包括nNOS和eNOS NO在脑循环和脑损伤过程中起重要作用 对脑循环作用 NO是很强的血管扩张剂 抑制血小板聚集和白细胞粘连 在生理状态下 由内皮 神经元和胶质细胞生成的NO作用于平滑肌细胞内的乌苷酸环化酶 生成cGMP 引起脑血管扩张 脑血流 CBF 增加 生成的NO还可通过负反馈限制NO的生成 持续的NO生成 使脑血管保持正常张力 传递神经信息 近年发现NO是一种新的神经递质 扮演着信使分子的作用 其作用方式不同于经典的信息传递模式 人类长期记忆和学习能力的获得 有赖于加强前后突触细胞间的联系 当后突触反复受到刺激时会产生越来越强的响应 长期记忆便可形成 在这一过程中 有一种被称为 逆行信使 的物质从后突触通过突触隙到达前突触促使其释放递质 从而使后突触得到反复刺激 现在认为 这一神秘的 逆行信使 正是NO 研究人员将NO抑制剂注入小白鼠的大脑中 结果发现它们失去了记忆 再也走不出水迷宫 但机体内的NO浓度水平有二重性 过量的NO会引起不良后果 大脑中NO过量则会引起脑损伤 老年痴呆至少可分为三种 即老年性痴呆 血管性痴呆 VD 和混合性痴呆 遗传因素AD具有家族聚集性 约20 的患者有阳性家族史 分子生物学研究证明 第21 19 14和1号染色体上有异常基因位点 这些受累基因所编码的蛋白质分别为 淀粉样蛋白 AP 载脂蛋白E ApoE 早酪蛋白 1 PS 1 和早老蛋白 2 PS 2 这些基因的突变和多肽性改变与AD发病有关 AP是由 淀粉样前体蛋白 APP 异常裂解而生成的 是老年斑形成的主要成分 ApoE基因是影响老化途径最重要的遗传学因素之一 神经递质学说与AD相关的递质改变有乙酰胆碱系统 单胺系统 氨基酸类和神经肽递质 其中胆碱乙酰转移酶和乙酰胆碱类递质的减少是AD的重要原因 AD患者有大脑皮质和海马部位乙酰胆碱转移酶活性降低 直接影响了乙酰胆碱的合成和胆碱能系统的功能 此外 AD无患者生长抑素 促肾上腺皮质释放因子及去甲肾上腺素均明显减少 多巴胺羟化酶活性均显著降低 病毒感染实验证明 使羊脑组织变形的病毒接种于小白鼠脑内可出现典型的老年斑 体外实验显示 疱疹病毒感染能使嗜铬细胞PC12细胞乙酰胆碱转移酶水平降低 提示病毒感染可能是本病的原因之一 金属作用部分AD患者脑内铝浓度可达正常脑的10 30倍 老年斑 SP 核心中有铝沉积 偷袭致痴呆时亦可见脑铝增多 因此 推测铝与痴呆有关 免疫功能紊乱 自由基损伤免疫功能紊乱 自由基损伤等均有与AD的发病有关 AD的脑反应性抗体比对照组高20 说明本病患者的自身抗体含量增加 可能对神经元的消失和衰老起作用 一氧化氮 NO 在中枢神经系统中起信使和递质样作用 适量的NO对神经元具有保护作用 NOS阳性神经元能抵御某些神经毒素的毒害 但脑内NO的过量释放对其周围神经元又有毒性作用 观察生成的NO的专一合成酶NOS 可间接了解NO在组织中的分布 建立大鼠血管性痴呆模型后研究发现 VD组大鼠在饲养四周后海马内NOS阳性神经元表达明显减少 分析可能与缺血早期NOS大量表达产生具有神经毒性作用的NO有关 免疫调节 当生物体受到外界物质入侵时 体内各器官和组织中的巨噬细胞会被激活 吞噬入侵物质 吞噬作用 这就是免疫反应 此外巨噬细胞还可以不通过吞噬作用而直接杀死微生物 这一过程就与NO有关 人们早就知道免疫系统的活动与尿中硝酸盐含量升高有关 显然NO是硝酸盐的前体 据报道 NO作为机体的免疫系统的一部分 至少有两种作用方式 一是依靠自身的毒性直接杀死细菌 二是阻断细菌的代谢途径 在后一种方式中 NO攻击某些酶中的金属离子 导致酶畸变 病毒细胞无法分裂和生长 NO在巨噬细胞中的受控生成 是巨噬细胞杀死癌症细胞和入侵微生物的重要原因 生殖系统作用 调节性功能NO与男性的性生理过程有直接的关系 当生殖器神经得到性兴奋的信息后即产生NO 引起生殖器血管扩张 血液涌入而完成勃起 若NO的生成出现障碍 所有重要的血管不能扩张就会导致勃起障碍 雌激素的作用绝经前妇女心血管疾病的发病率和死亡率均低于男性 但绝经后迅速上升 达到与男性相似 目前认为绝经前 雌激素可能对动脉粥样硬化和心肌梗死有预防作用 其机制尚不完全清楚 已发现心血管系统有雌激素受体 雌激素可能刺激高密度脂蛋白的生成 减少低密度脂蛋白 因而可降低血中胆固醇 雌激素能使血管内皮细胞产生NO 使血管扩张 改善循环 血管上皮细胞有雌激素受体 雌激素对钙有拮抗作用 可能抑制动脉粥样硬化和斑块的生成 癌症 在多种肿瘤病人体内检测到NO水平增加 可能参与了肿瘤发生发展过程 而晚期肿瘤患者血 下降趋势有可能成为预后不良的临床指标一氧化氮 参与了体内的多种病理生理过程 由于 合酶 广泛存在于各种肿瘤细胞中 与肿瘤发生发展的关系已日益受到关注 自由基是一类化学性质活跃的物质 它可使生物膜脂质过氧化 蛋白质变性 细胞坏死 甚至基因突变 引发肿瘤 NO在心血管中的生物学作用 一 舒张血管 降低血压 短期机制 a NO作用机制 b 减少血管对非肾上腺素能刺激的反应 长期机制 通过调节内皮血管收缩和生长因子的表达 正常生理情况下 它改变血管的基础张力 调节血压和组织血流量 血液中的乙酰胆碱 ACh 缓激肽 以及血小板释放的5 羟色胺 凝血酶原 ADP等活性物质均是通过L arg NO途径而发挥扩血管作用的 NO作用机制 NO弥散进入VSM细胞内 激活鸟苷酸环化酶 从而使三磷酸鸟苷转变为环磷酸鸟苷 使得肌球蛋白去磷酸化 进而使VSM松驰 血管扩张血压下降 二 维持心输出量负性肌力和降低心肌氧耗量 内源性或外源性NO对离体豚鼠心脏 用L NAME动脉注射对心肌收缩力和氧耗量无明显影响 麻醉犬 L NAME 可使体循环阻力增加和剂量依赖性的血压升高 参与冠脉收缩与舒张的动态平衡 使动脉始终维持较低张力 对冠脉基础血流量无影响 三 抑制血小板粘附聚集 参与内皮抗血栓作用有效的血小板抑制剂 可抑制由ADP诱导的血小板聚集 血小板中含有NOS 其活性随血小板激活而增加 与前列环素抗血小板聚集有协同作用内皮表面的抗血栓作用取决于两者作用的协同 使血小板中甘油醛3 磷酸脱氢酶发生ADP核糖基化 四 抑制能量代谢NO通过3种不同途径抑制ATP的产生 通过转移ATP 核糖到3 磷酸甘油醛脱氢酶阻止葡萄糖分解 通过结合到顺式 乌头酸酶的血红素基团阻断三羧酸循环 结合到辅酶Q还原酶的血红素基团而抑制氧化磷酸化 NO病理生理作用 一 败血症休克 低血压机制 G 释放的内毒素可以触发M 和T淋巴细胞炎性细胞因子引起败血症休克和释放IL 1 IL 2 TXA2 IFN 和TNF 诱导M 和VSMCs的iNOS过度表达 导致NO过量生成 引起血管扩张和组织的损伤 NOS抑制剂 可以逆转内毒素诱导的低血压 同时可改善临床上难治性低血压 二 与心肌收缩功能不足的关系心力衰竭时 NO可能通过下列途径增加释放 TNF IL 2和IL 6通过激活cNOS 使NOSmRNA在心肌细胞表达增多 炎性细胞因子可使心肌细胞iNOS活性明显提高 这可能是心衰患者心肌收缩功能不全的原因 心衰时NO代偿性增多 可减弱 肾上腺素能受体激活产生的正性肌力作用 而CHF患者此受体敏感性下降 NO可对抗内皮素 血管紧张素等的血管收缩作用而降低外周阻力 负性肌力可使心肌收缩减弱 耗氧降低 释放过量 具有细胞毒性作用 可影响组织细胞的能量代谢等 三 心肌缺血再灌注损伤 I R ischemia reperfusion 再灌注期间 激活的白细胞和M 渗入到心肌缺血区 释放出炎症介质和细胞因子 激活心肌iNOS 导致过量NO生成 进而加重心肌损伤 I R可引起细胞凋亡 其严重程度与iNOS活性增高相一致 先用S 甲基异硫脲硫酸盐抑制iNOS可明显增加局部心肌血流和改善左室功能 因此推测iNOS生成增多可能是心肌细胞凋亡的机制之一 IVSOD 可减少ONOO 和OH 的形成 减轻内皮功能障碍和改善动脉压 保护心肌功能 适量的NO抑制中性白细胞吸附和浸润到血管壁和心肌组织 NO前体SPM 5186能减轻兔I R模型中心肌坏死和白细胞的集聚 从而减轻炎症反应 四 与动脉粥样硬化的关系内皮基础水平的NO通过抑制血小板粘附聚集 血栓形成和减少血管通透性 抑制AS形成 HC导致内皮功能受损 减少基础和药理刺激引起的内皮NO释放 导致NO抗AS功能减弱 白细胞粘附是AS的早期因素 NO通过影响白细胞粘附分子CD11 CD18的活性或抑制其表达 从而抑制白细胞粘附于血管内皮 NO很可能通过cGMP诱导机制 抑制SMC的分裂和增殖 通过抑制其增殖减少其胶原纤维 弹力纤维的产生 进一步防止动脉粥样斑块和硬化的形成和发展 L arg能恢复HC损伤的内皮功能 提高血管对硝基扩血管物质的敏感性 五 冠状动脉痉挛 CAS NO作为一种重要的心血管调节因子 有很强的扩张血管作用 eNOS的正常结构和功能是维持冠状动脉正常舒缩状态 防止CAS的重要条件 CAS患者存在eNOS基因的缺失或突变 导致eNOS基因的表达减少 而使冠状动脉局部eNOS的活性及含量下降 使NO合成减少 以致血管活性物质平衡失调 促进CAS的发生 六 高血压原发性高血压患者内皮功能缺陷 基础NO释放减少 内皮依赖性血管舒张缺陷 NO分泌减少 ET和NO之间的平衡破坏 血管收缩 周围血管阻力增加 促使VSMC的有丝分裂 VSMC增殖并向内膜下迁移 使血管腔狭窄 管壁增厚 促使血小板粘附和聚集 血液粘滞性增高 加重微循环障碍 增加外周阻力 SHR 给予NOS竞争性拮抗剂L NNA N 硝基 L 精氨酸 后 血压进一步升高 脑卒中发生率显著增加 导致血压升高 NO供体研究进展 NOdonor 正常生理状态下机体可产生适当水平的NO以维持各系统的机能 但许多慢性疾病如高血压 动脉粥样硬化等可造成血管内皮细胞损伤 使NO产生减少 此时补充外源性NO是一种必要的治疗措施NO供体是一类能在体内释放出NO的前体药物 通常是指亚硝基类血管舒张剂 包括无机亚硝酸盐 如硝普钠 有机硝酸 亚硝酸 盐 如硝酸甘油 和巯亚硝基硫醇 如巯亚硝基谷光甘肽 等 有人将NO生物合成过程中的L arg也归为NO供体 L 精氨酸 L arg 在体实验证明L arg可抑制血小板聚集和粘附 并能对抗高胆固醇引起的大鼠前列腺组织松弛缺陷 提示L arg对栓塞性疾病具有一定疗效 L arg可松弛离体血管平滑肌 对冠状动脉血管的作用尤为明显 临床资料证明L arg对轻度高血压和肺动脉高压患者有降压作用 在大鼠缺血再灌注模型实验中 动物预先给予L arg 可改善肾功能 增加尿量 降低尿肌苷水平 但同时使肾脏丙二醛的含量增加 硝普钠 SNP 临床用做降压药和氰化物中毒的解毒剂降压机制是通过释放NO 激活鸟苷酸环化酶 增加血管平滑肌细胞内cGMP水平 从而扩张血管 SNP可抑制由ADP和胶原蛋白诱导的血小板聚集 与其他NO供体不同的是SNP的这一作用不具有cGMP依赖性 SNP可增强介导葡萄糖摄取的5 AMP蛋白激酶 催化亚基的活性 硝酸酯类 nitrateesters 包括硝酸甘油 戊四硝酯 硝酸异山梨酯和单硝酸异山梨酯等 均为临床常用的抗心绞痛药物血管平滑肌内释放NO NO与相应受体结合 促进cGMP的合成 同时抑制细胞Ca2 内流 降低细胞膜K 通道的活性 从而使血管平滑肌松弛而产生抗心绞痛作用GTN起效迅速 并具有促进脑部血液循环的作用 但对血小板聚集的抑制作用不强 尼可地尔 nicorandil 又名硝烟酯 是一新型血管扩张药 在体内通过释放NO 增加细胞内cGMP生成和激活钾通道 而扩张冠状动脉血管 亚硝胺类 nitrosoamine 为含硝基或亚硝基的胺类化合物 在体内产生NO 吗多明已使用于临床治疗稳定型心绞痛 充盈压较高的急性心肌梗死 其作用机制是扩张容量血管 降低心脏前负荷 扩张阻力血管而降低心脏后负荷 从而降低心肌耗氧量 也能扩张冠状动脉 促进侧枝循环开放 增加缺血区的血液供应 SIN 1具有较强抑制冠状动脉血栓形成和较明显降压作用 可对抗 肾上腺神经递质对大鼠心肌细胞的正性肌力作用 降低心肌细胞收缩幅度和瞬时Ca2 浓度 其机制与降低细胞内cAMP水平 升高cGMP水平 抑制受磷蛋白及肌钙蛋白I的磷酸化有关 亚硝基硫醇类 nitrosothiols 由某些化合物上的巯基 SH H原子被亚硝基取代后所形成 亚硝基硫醇类化合物在体内可被迅速分解释放出NO 而起到松弛血管平滑肌 降低血压的效果 具有降低血压和抑制血小板聚集的作用 可用于预防动脉粥样硬化和缺血再灌注损伤等疾病的治疗 NO 非甾体抗炎药 NO NSAIDS 在传统非甾体抗炎药化学结构的基础上连接能释放NO的集团 从而减轻传统非甾体抗炎药的胃肠道副作用 与传统非甾体抗炎药相比抗炎作用加强 同时胃肠粘膜损伤程度也大为降低 其中NO 氟比洛芬已进入临床阶段 美国 I IIa临床实验结果证实 NCX4016具有独特的心血管抗炎症谱 安全性良好 用LPS注射诱导血管炎症 血小板和凝血活性的人临床模型 I期实验表明重复给药一个星期后剂量加至800mg一天两次治疗 内窥镜治疗发现安全性非常