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编号:10500698
内皮源性血管活性因子的研究进展
http://www.100md.com 《中国药理学通报》 2000年第1期
     张晋 王晓良

    摘 要 内皮细胞通过分泌内皮源性血管收缩因子(EDCF)和内皮源性血管舒张因子(EDRF)调节血管平滑肌张力。前者包括:内皮素(ET)、血栓素A2(TXA2)、前列 腺素H2(PGH2)、超氧阴离子(11-1.gif (92 bytes))及肾素血管紧张素系统的成分等。 后者包括:一氧化氮(NO)、前列环素(PGI2)、内皮源性超极化因子(EDHF)等。EDRF和EDCF之间的平衡使血管张力保持正常,提供器官灌流,反之则发生内皮功能障碍,导致心血管疾病。

    关键词:内皮细胞 内皮源性血管收缩因子 内皮源性血管舒张因子 一氧化氮 内皮素

    内皮细胞是位于血管腔内面的单层上皮细胞,介于血液和平滑肌之间,不仅起一种机械的屏障作用,还参与多种调节机制,如:决定血管壁张力、控制平滑肌细胞增殖 、参与调节局部止血及对炎症和免疫反应的活性作用等。
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    生理条件下,内皮细胞通过旁分泌作用的EDRF和EDCF之间的平衡使血管张力保持正常,提供器官灌流。而在某些病理情况下,如:内皮损伤后再生、再灌注、动脉粥样硬化、糖尿病、慢性心衰、冠心病或高血压、脑血管痉挛等时,平衡遭到破坏,发生内皮功能障碍:表现为NO及其它舒张因子减少或活性降低,而EDCF释放增加等。尽管这种情况下内皮细胞增殖速度亦加快,但再生的内皮细胞功能不良,无法发挥内皮细胞的作用。许多实验指出,内皮功能障碍可能是某些原发疾病如:动脉硬化、高血压[1]的结果,但同时又可能是促使这些疾病病理状况增强或恶化的原因[2]。临床研究认为,以内皮源性血管舒张作用降低为特征的内皮功能障碍是心血管疾病(尤以动脉粥样硬化为主)治疗的早期指征,但到目前为止,只有降脂药和雌激素补充疗法有较好且稳定的治疗内皮功能障碍作用[3]。一般情况下,健康成人器官中的上皮细胞增殖水平很低(除妇女月经期),而在衰老、血管成形术后或上述病理情况下,增殖速度加快。然而,这种情况下再生的内皮细胞功能不良。如在某些动物和人冠状动脉再生和再灌注内皮中,即有选择性的舒张因子功能低下,表现为对某些百日咳毒素敏感的Gi蛋白偶联受体(如:5-HT、ET-B、LTs、α2-肾上腺素能受体)激动剂的反应性降低,而对百日咳不敏感的Gi蛋白偶联受体(如:ADP、缓激肽受体等)激动剂反应正常[4] 。这些功能不良的内皮细胞能够释放类似于5-羟色胺能激动剂,直接作用于血管平滑肌 细胞时释放的收缩因子样物质,提高对麦角新碱或血小板源性产物如5-羟色胺引起的冠脉 痉挛的发生率,并发严重心肌缺血的征象,补充生长因子可加速内皮细胞的生长但对功能障 碍无帮助。因此,以血管活性因子的不平衡为特征的内皮功能障碍已与多种心血管疾病呈密 切相关性,对血管活性因子的研究也在近年来倍受瞩目。
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    1 内皮源性舒张因子(EDRF)

    1980年,Robert Furchgott及其同事在研究乙酰胆碱(Ach)对肾上腺素引起的血管收缩有舒张作用时,发现此作用需依赖完整内皮的存在。当Ach等药物或其它因素(下及)作用于血管时,刺激内皮分泌一种特殊的内皮源性舒张因子并传递给平滑肌引起后者收缩。从而提供了一种内皮可能作为调节或参与调节血管张力的生理性神经信号分子的作用机制。7年后,Palmer等证明这种内皮源性舒张因子的本质是一种气体自由基NO或NO样类似物。当NO从内皮分泌出来后弥散至平滑肌,作用于可溶性鸟苷酸环化酶(GC-S),引起环磷酸鸟苷(cGMP)的升高,后者主要通过cGMP依赖性蛋白激酶(cGKs)使许多钙依赖性的细胞内传导信号蛋白磷酸化, 使细胞内钙减少从而抑制钙介导的肌球蛋白轻链磷酸化而使血管舒张[5]。尽管NO 是许多血管组织内皮分泌的一种主要血管舒张因子,其它物质如PGI2和EDHF等,也发挥同 样作用。这些内皮舒张因子,尤其NO,不仅在决定血管张力方面发挥重要作用,而且参与许 多其它调节机制,如:抑制单核白细胞和血小板粘附,血管平滑肌的增殖,血管通透性和炎 症机制等内皮保护功能。内皮源性血管舒张剂目前已知有乙酰胆碱(Ach)、组胺(His)、凝血 酶、缓激肽、P物质、钙离子载体(如:A23187)、ATP、ADP、花生四烯酸、5-羟色胺 (5-HT、血小板分泌)等。其中Ach和5-HT有直接引起去内皮的血管收缩作用,可能是因为 在内皮损伤或功能不全时为动脉收缩剂,同时引起血小板聚集。内皮源性的血管舒张作用可 见于包括人类在内的不同种属动物的许多动脉及静脉,并且在许多低等动物中亦存在,提示 EDRF的关键作用。
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    1.1 一氧化氮(NO)

    1.1.1 NO作用 NO由左旋精氨酸(L-Arg)经NO合酶(NOS)的代谢产生,并在许多生理功能中发挥作用。 内皮细胞受到化学刺激(如:受体门控性的激动剂)或物理刺激(如:剪切力)时产生NO,调节血管舒张张力从而调节血流及血压;内皮细胞和(或)血小板产生的NO同时具有抑制血小板聚集和粘附、抑制白细胞粘附、抑制血管收缩肽内皮素的分泌及调节平滑肌细胞增殖作用[6],防止血管痉挛及血栓形成,从而维持重要脏器如心脏的血液灌流。NO也可由中央神经系统神经元细胞产生,作为许多生理功能的神经递质,包括记忆的形成、神经活 动与血流的配合、疼痛调节等[7,8]。而在外周神经系统,NO现已知是由非胆碱能 非肾上腺素能神经网络释放的介质,介导某些神经性血管舒张及调节某些胃肠、呼吸道及泌 尿生殖功能[9]。此外,NO在宿主防御和免疫反应中亦可由平滑肌细胞、内皮细胞 、单核细胞通过可诱导性NOS大量产生[10]。此种NO的产生首见于活化的巨噬细胞 ,因其细胞毒性可抵抗肿瘤细胞、细菌、病毒及其它入侵微生物。NO的细胞毒性/细胞生长抑制作用是由于对呼吸链中的关键酶及靶细胞DNA合成的抑制作用[11]。NO也可与氧源性自由基反应产生其它毒性物质,如:硝基过氧化物(ONOO-)是一种强氧化剂,但易被清除及失活。NO不仅在免疫性宿主防御反应中发挥作用,同时也在其它病理过程如:癫痫大发作及炎症时发挥作用。所有NO均能激活GC而使cGMP升高,cGMP的升高则主要作用于cGKs而减少钙内流,增加钙ATP酶对钙的摄取或直接作用于收缩蛋白而使血管舒张。在某些血管组织,cGMP还可特异性抑制磷酸二酯酶活性、阻止cAMP降解而加强cAMP介导的舒张作用。此外,NO亦可通过直接作用于钾通道如大电导的钙激活的钾通道(BKCa)而发挥作用[12]。NO在体外实验中半衰期极短(大约6 s),多为 内皮细胞同时产生的11-1.gif (92 bytes)所灭活,并且生理条件下即大量存在的二价、三 价铁离子、血红蛋白(Hb)和O2也可使其失活,这就为NO的检测带来困难。目前为止,多是通过对其代谢产物亚硝酸盐含量的测定或对继发效应的分析间接评价,应用最多的有NOS抑制剂如左旋硝基精氨酸(L-NA)、左旋硝基精氨酸甲酯(L-NAME)或GC-S抑制剂甲烯蓝(MB)等。只有少数实验室通过一种卟啉传感器进行直接原位测定[13]或电子顺磁共振(e.p.r.)光谱学等进行NO生成的检测分析。
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    1.1.2 释放机制 自主神经和感觉神经末梢释放的神经递质(如:乙酰胆碱、去甲肾上腺素、ATP、P物质)、循环血中的激素(如:去甲肾上腺素、血管加压素、血管紧张素、胰岛素)、血小板和血液凝固系统来源的物质(如:5-羟色胺、ADP、凝血酶)或内皮细胞及血管壁本身释放的介质(如:缓激肽、ADP/ATP、内皮素、组胺、血管紧张素)等[14]物质作用于细胞膜与受体结合,α2-肾上腺素受体激活、5-羟色胺、白三烯、血小板聚集等可激活百日咳毒素敏感的抑制性鸟苷酸结合调节蛋白(Gi蛋白),ADP、缓激肽等可激活百日咳毒素不敏感的Gi蛋白,从而使Gi蛋白介导的磷脂酶C1-3激活,产生二酰基甘油(DG)和1,4,5-三磷酸肌醇(IP3),继而磷酸化为四磷酸肌醇(IP4),DG激活蛋白激酶C,IP3促使细胞内钙释放, IP4则使细胞外钙内流[15]。内皮细胞中外钙内流还可由蛋白酪氨酸激酶、磷酸 化活性及GTP结合蛋白所调节。此外,其它介质如:细胞色素P450单氧化酶也可能参与外 钙内流。钙离子与钙调素的结合则可激活NOS。NO是内皮源性舒张作用的主要介质,现已认 为以内皮源性舒张作用异常为特征的NO经路的缺陷是高血压等疾病时,造成血管高压的部分 原因,但具体在NO产生或消除系统的哪个环节发生障碍仍不清楚[16]
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    1.1.3 一氧化氮合酶(NOS) 内皮细胞中产生NO的酶为第三类NOS(NOS-3、eNOS)。NOS含heme-(含铁血红素基团),其序 列与细胞色素P450还原酶相似,为NADPH-依赖性氧化酶,可将L-Arg中胍基的一个氮 原子氧化。内皮细胞中NO的产生需有膜结合性酶(eNOS)、底物(L-Arginine)及辅因子 如:四氢生物喋呤,黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)及黄素单核苷酸(FMN)的存在。NOS以钙依赖 性的方式与钙调素结合,因此可被那些能升高细胞内钙的刺激(如:Ach或bradykinin)所激 活;此外,还可在无细胞内钙的情况下被剪切力、压力、低氧等刺激通过酪氨酸激酶所激活 。目前认为,血流对内皮细胞的剪切力是NO释放最强有力的刺激。如高血压时,血流依赖性的血管舒张作用是局部血管舒张的主要原因[17]

    尽管eNOS也称为原生型NOS,它的mRNA水平仍受到轻度调节:事实上,eNOS的mRNA水平在暴露于剪切力和血管内皮细胞生长因子时显著增高;而氧化型低密度脂蛋白则降低其含量;雌激素有时也调节NOS亚型的表达。目前国外很多实验室采用NOS基因敲除的方法来研究NO的作用。
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    1.2 内皮源性超极化因子(EDHF) 内皮源性的血管舒张作用可见于包括人类在内的各种血管组织;然而在A ch可引起内皮源性舒张作用同时,发现同时有一过性的平滑肌细胞的超极化,并在应用NOS和COX阻断剂后依然存在。尽管内皮源性的NO本身亦可通过不依赖cGMP而直接激活位于血管平滑肌的钾通道引起血管平滑肌细胞的超极化,但内皮源性的超极化则主要是由一种完全不依赖于NOS和COX的可溶性物质引起,现命名为EDHF。EDHF的本质是什么至今仍不清楚,有人猜测其可能为花生四烯酸经细胞色素P450单氧化酶的代谢产物EETs、12-HETE、K+、endocannabiniods[19]等各种物质,但均没有确切说服力。EDHF合成的细胞内途径亦不清楚,但必经一个细胞内钙升高的过程。因钙调素拮抗剂可抑制EDHF介导的超 极化,且钙离子载体A23187可引起内皮源性的血管舒张,而在无钙液中此作用则消失 。尽管如此,EDHF的最终靶器官被认为是钙激活的钾通道,因大电导钙激活钾通道(BK( Ca))和小电导钙激活钾通道(SK(Ca))的特异性拮抗剂蝎毒(charybdotoxin)和蜂毒( apamin)联合应用可完全拮抗EDHF引起的平滑肌细胞超极化[20],可能通过内源性G s的ADP-核糖化从而激活血管平滑肌的KCa而发挥其血管舒张作用。对于EDHF的本质 及作用机理的研究必将成为未来几年的热点。EDHF/EDRF的比值在外周阻力血管大于主动脉 等大血管,提示EDHF主要在外周组织发挥重要作用。
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    1.3 前列环素(PGI2) 前列环素是血管内皮产生的血管舒张作用的主要前列腺素类。尽管在某些血管组织中 ,PGD2或PGE2可能占优势,而在某些病理情况下,PGH2、PGF2(或TXA2等血管收 缩的前列腺素类会升高。当剪切力及受体依赖性的化学刺激作用于细胞膜时,通过与EDRF相 似的途径使细胞内钙升高,激活磷脂酶A2后作用于细胞膜上的磷脂,游离出花生四烯酸,后者再经环氧酶(COX)、前列环素合成酶代谢成为前列环素。某些情况下,前列环素激活腺苷酸环化酶,使细胞内环磷酸腺苷(cAMP)升高而发挥作用。多数情况下,前列环素的血管舒张作用很微弱。但NO引起的cGMP水平升高可抑制磷酸二脂酶对cAMP的降解,从而促进前列环素所致的cAMP的积聚而加强其血管舒张作用。近来有人发现大鼠肝动脉内皮细胞在Ach和A23187作用下,亦可释放COX依赖性血管舒张因子而引起平滑肌细胞超极化,此因子 几乎可完全松弛由Phe引起的动脉血管收缩[20]
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    此外,内皮细胞还可分泌其它舒张因子如:一氧化碳(CO)、C-促尿钠排泄肽(CNP)、甲状旁腺素相关肽(PTHrH),但作用及机制不甚清楚。

    1.4 舒张因子间的相互作用(cross-talk) 尽管EDHF、NO、PGI2分别通过不同的效应器和不同的第二信使系统发挥作用,但它们之间仍有潜在的相互作用。生理条件下,NO通过反馈抑制NOS来抑制COX和细胞色素P450单胺氧化酶从而抑制PGI2和EDHF的合成;而当NO合成受阻时,内在性抑制减轻,EDHF至少在部分程度上介导内皮源性血管舒张。因此有人认为EDHF是NO的back-up系统[21]。近来有人提出与此不同的观点认为PGI2、NO对ED HF介导的效应并不起调节作用,EDHF也并不简单的只是作为PGI2、NO的支持系统,相反ED HF是否调节NO和COX途径亦有待阐明[20]
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    2 内皮源性收缩因子(EDCF)

    在Furchgott发现EDRF后不久,发现内皮不仅分泌血管舒张因子,同时也分泌收缩物质。这些内皮源性收缩因子(EDCF)包括:内皮素(ET)、血管收缩的前列腺素类如:血栓素A2(TXA2)、前列腺素H2(PGH2)、超氧阴离子( 11-1.gif (92 bytes))及肾素血管紧张素系 统的成分等。

    2.1 环氧酶系统的产物 前列腺素类TXA2和PGI2为花生四烯酸经环氧酶途径的代谢产物。在外周静脉、脑动脉受到 牵拉刺激及高血压动物的某些动脉,EDCF通过TXA2、PGH2受体发挥作用[22]。能 够引起此类环氧酶抑制剂敏感型血管收缩因子释放的刺激很少,其中最重要的是牵拉力,如 在血压升高时,脑动脉壁受到的牵拉力骤然加大,即可刺激内皮细胞释放血管收缩因子作用 于平滑肌细胞防止血管因牵拉力增加而致舒张,从而保证了脑的正常血流。此外,环氧酶途 径也可产生11-1.gif (92 bytes),通过直接或间接使EDRF-NO失活而引起血管收缩。当可 利用的四氢生物喋呤或L-Arg浓度低时,内皮细胞可通过黄嘌呤氧化酶、NADPH-氧化 酶系统或NOS产生活性氧[23]
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    2.2 低氧所致血管收缩 某些血管组织如:冠状动脉、脑动脉和肺动脉在骤然缺氧情况下亦可产生一种未知的既不依赖 于COX途径,也不依赖于内皮素的可溶性物质,介导内皮依赖性血管收缩。并可在NO释放减 少时释放增多。

    2.3 内皮素(ET) 在EDCF中,内皮素是已知作用最强和效应最持久的内源性血管活性肽。内皮素发现于1988年 ,由21个氨基酸残基组成,包括三种亚型(内皮素-1,内皮素-2, 内皮素-3),但内皮细胞只通过旁分泌作用产生一种内皮素-1。内皮素在循环血中的含量很低,提示生理情况下在NO等抑制作用下分泌很少或多向非管腔侧的平滑肌细胞释放。刺激ET分泌的因素可有:缺氧、剪切力、凝血酶、血管紧张素II、胰岛素、高胆固醇血症等,血浆半衰期为4~7 min,但因内皮素通过与受体结合发挥作用,且与受体结合紧密,解离较慢,使作用得以延长。目前为止共发现2种类型的内皮素受体A和B,A型主要表达在平滑肌细胞、心肌细胞和脑血管细胞,而B型则主要表达在内皮细胞。A型对内皮素-1和内皮素-2的亲和力远远大于内皮素-3,而B型对3种内皮素并无选择性。B型受体又可以分为B1和B2亚型。B 1主要表达在内皮细胞,与血管舒张剂的释放相偶联;B2主要表达在血管平滑肌细胞, 与血管收缩机制相偶联[24]。ET受体在各种组织中的不同分布决定了在一定的器官 的主要血流动力学作用取决于所兴奋的受体类型及其部位和数量,不同的传导途径产生不同 的作用。低剂量时激活位于内皮细胞上的ET-B1受体同时偶联NO、PGI2、EDHF的释放而 引起血管舒张。高剂量时和平滑肌细胞上的ET-B2或ET-A受体结合引起显著且持续的血 管收缩,是一种强有力的血管收缩剂。ET-2和ET-3主要对神经原和星形细胞调节,如增殖 和发育。内皮素还可引起平滑肌细胞增殖,对血小板无直接影响。内皮素的作用机制:ET和 受体结合后主要通过激活与G-蛋白相偶联的磷脂酶C(PLC),生成DG和IP3,继之生成IP4,IP3促进细胞内肌浆网释放Ca2+,而IP4则开放细胞膜钙通道使外钙内流,最 终使细胞内Ca2+浓度大幅度升高。Ca2+与钙调素结合后,激活肌球蛋白轻链激 酶等,引起钙介导的平滑肌收缩。同时还可通过DG活化蛋白激酶C(PKC);改变离子通道的通 透性,激活电压依赖性钙通道;激活磷脂酶A(PLA);促进Na+/H+交换;关闭ATP敏感性 钾通道等,最终加强Ca2+介导的细胞收缩过程。
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    目前为止,已发现内皮素与高血压、动脉粥样硬化、冠心病、充血性心力衰竭、心肌肥厚、冠脉成形术后再狭窄等疾病相关。

    3 血管活性因子失平衡

    生理条件下,内皮细胞通过旁分泌作用的EDRF和EDCF之间的平衡使血管张力保持正常,提供器官灌流。NO等舒张因子在一定程度上可抑制内皮素及其它血管收缩因子的分泌。一旦平衡破坏,即会发生内皮功能障碍,表现为NO及其它舒张因子减少或活性降低,而EDCF释放增加 等,出现心血管系统疾病,并与病理情况成为恶性循环加速病变。

    作者简介:张 晋, 女,28岁,博士研究生,中国药理学会会员;

    王晓良, 男,44岁,研究员,博士生导师,所长,现为中国药理学会常务理事和中国药学会理事

    张晋(中国医学科学院.中国协和医科大学药物研究所, 北京 100050)
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    王晓良(中国医学科学院.中国协和医科大学药物研究所, 北京 100050)

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