一氧化氮与心脏功能
作者：戴启明 陈日新
单位：南京铁道医学院附属医院心内科(210009)
关键词：
江苏医药991019
一氧化氮(NO)是内皮衍生的血管舒张因子，除了具有舒张血管作用外，近来还发现其对心脏功能有影响。NO是由一氧化氮合酶(NOS)所合成的，心肌组织本身也存在有NOS，它们所合成的NO在心脏中也起着许多重要的病理和生理作用，已经有许多体内外实验对NO与心脏功能之间的关系进行了深入的研究。
一、心脏组织中的NOS与NO及其作用。
NO是一种性质非常活泼的物质，它主要是由NOS在O2与NADPH存在下催化L-精氨酸转化成L-胍氨酸而产生的。至今为止，共发现三种NOS即NOS1(神经组织中发现的NOS即nNOS)，NOS2(诱导型NOS即iNOS)，NOS3(血管内皮中发现的NOS即eNOS)。其中eNOS及nNOS为结构型(简称cNOS)，是先天就存在的，它们在体内发挥着重要的生理作用，并且它们的作用发挥依赖于钙离子、NADPH及钙调素的存在[1]，而iNOS是细胞受到脂多糖、细胞因子等刺激后才表达的，其作用的发挥不依赖钙离子[2]。在心脏中这三种NOS都有表达。
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1.心脏中的nNOS及其作用：绝大多数nNOS被发现是在心房中，沿心外膜的冠状动脉区域以及窦房结、房室结等心脏传导系统分布[3]，并且心脏中的交感神经节后神经元中也有该酶表达[4]。关于心脏神经所产生的NO有何生理作用还不清楚，Schwarz等[4]已报道了来源于心脏交感神经节的nNOS所合成的内源性NO和NO供体所提供的外源性NO均能减少大鼠心脏交感神经的去甲肾上腺素的释放。此外NO还能抑制交感神经末梢对去甲肾上腺素的摄取，因此NO可能通过抑制交感神经对去甲肾上腺素的释放和摄取而调节着心脏的交感神经活动，对心脏功能产生影响。
2.心脏中的eNOS的激活及其作用：eNOS最初是在大血管内皮中发现的，目前还发现它在心脏的传导系统、心肌细胞、以及心脏的冠状动脉血管内皮中都有表达。心脏中的eNOS可以通过增加心率而被激活，有研究表明在快速起搏动物模型中，随着心率加快心肌收缩功能降低，这种收缩力与频率之间的反比关系可被N-甲基-L精氨酸(L-NMMA)(NOS抑制剂)所逆转，并且认为此种eNOS的激活可能与因起搏频率的增加而使单位时间心肌细胞内钙增加有关[5]。Balligand等[6]研究表明β-受体激动剂可能就是通过增加心肌细胞内钙而激活eNOS的，同时他们也发现eNOS还可以被胆碱能激动剂毒蕈碱所激活，并且认为离体的乳鼠和成熟大鼠的心室肌细胞对胆碱能和肾上腺素能刺激的生理反应至少部分是由NO所介导。因为乙酰胆碱可以提高心肌细胞内的cGMP水平，而NO是通过激活鸟苷酸环化酶而使细胞内cGMP增加发挥作用的，这提示心肌细胞乙酰胆碱信号系统与心肌细胞eNOS的激活之间存在联系，也就是说eNOS的激活并产生NO可能是一种把乙酰胆碱受体的激活与其后续的信号反应相连接的机制，所以结构型的eNOS被激活所产生的NO可能在植物神经对心脏的调节功能中发挥重要的作用。
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3.心脏中的iNOS激活及其作用：iNOS在体内分布较广，已证实心肌组织中许多成分如心肌细胞、心脏微血管的内皮及平滑肌细胞、以及心内膜内皮细胞在受到脂多糖及特殊的细胞因子如IL-1β、TNFα、IFNγ、IL-6等的刺激下能够表达iNOS[7]，产生大量NO而发挥其病理生理作用。最近报道了有关心脏移植患者他们心脏中iNOS表达增加，血清中NO-3/NO-2的水平升高，这些病人心脏大多有收缩或舒张功能障碍[8]。Haywood等[9]人研究也表明在心衰患者的心肌活检和外科手术标本中iNOS的表达均较正常对照组高。由iNOS合成的NO在心脏收缩功能不全中的作用也有报道，Brady等人最先报道了注射内毒素而引起的豚鼠离体的心室肌细胞的收缩功能减退可被NOS抑制剂所逆转[10]，Schulz等人也证明了IL-1β和TNFα合用可以使离体灌注心脏的收缩功能降低，从给药至出现收缩性降低的时间与细胞因子诱导iNOS表达的时间相一致，并且用拟L-Arg的NOS抑制剂以不使冠脉流量减少的浓度灌注，可以改善收缩功能的减退[11]。另外还有研究发现左心功能不全的病人，心脏所产生的NO使心肌对β-受体激动剂的反应性减弱，NO可以使左心功能不全的病人产生β-受体低敏[12]，这提示心衰时心脏β-受体的低敏可能与NO产生过多有关。总之，大多数研究表明心肌组织中iNOS的激活所合成的过量的NO在一些心脏疾病如：心肌病、心衰等的发病中起着重要的病理生理作用。
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二、NO对心脏功能的影响及其作用机制
许多在体及离体实验表明NO对心肌收缩功能具有抑制作用。Brady等[10]研究发现给豚鼠腹腔注射内毒素，4小时后取出心脏，测定单个细胞的收缩性，发现心肌细胞收缩性下降。这种作用可被NOS抑制剂N-硝基-L精氨酸甲酯(L-NAME)所逆转，提示脂多糖激活iNOS可产生NO，而抑制心肌收缩性。另外Brady等[13]给正常的豚鼠离体心室肌细胞直接应用NO及NO供体硝普钠，也出现了心肌细胞收缩功能的减退，直接证明了NO对心肌收缩功能的抑制作用。那么NO对心肌收缩功能的影响机制是什么呢?目前研究最多的是NO通过增加细胞内cGMP而发挥作用的。Wabler等[14]研究发现NO供体SIN-1可以通过cGMP依赖的蛋白激酶抑制豚鼠等哺乳动物的心肌细胞的Ca2+内流，从而发挥负性肌力作用；Mohan等[15]研究发现NO和cGMP可诱导猫离体心肌产生浓度依赖性，双向性收缩反应，即低浓度时产生正性肌力作用，而高浓度时产生负性肌力作用，并且NO的正性和负性肌力作用均可以被cGMP的抑制剂亚甲蓝减弱，提示cGMP在其中的作用。低浓度的cGMP(0.1～10nmol/L)对cGMP依赖的L型钙通道的钙离子内流的增加有促进作用[16]，而产生正性肌力作用；高浓度的cGMP通过cGMP依赖的蛋白激酶抑制cAMP介导的ICa的增加[17]，从而产生负性肌力作用。而Ito[18]等人研究发现NO供体SNP和8-溴环磷酸鸟苷(8-bromo-cGMP)通过使成熟大鼠心肌细胞内酸化，减低肌丝对钙离子的敏感性，产生负性肌力作用。NO除了通过cGMP对心功能产生影响以外，还有非cGMP依赖性的途径，Oddis等[19]最近研究表明IL-1β诱导乳鼠心室肌细胞的iNOS表达，并减弱了心肌细胞的线粒体呼吸作用，加入L-NMMA后可以逆转此作用，表明NO可能通过减弱线粒体呼吸作用，干扰了心肌的能量代谢。还有研究发现给离体的成熟大鼠心脏灌注NO供体S-亚硝基乙酰半胱氨酸(SNAC)，可以减弱心脏对变力性刺激的收缩反应，同时发现SNAC灌注的心肌表现出ATP浓度的即刻减低[20]。由此可见NO对心功能影响的非cGMP途径可能是通过直接干扰心肌能量代谢，从而对心功能产生抑制作用。
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三、小结
综上所述，心脏组织中有cNOS(主要是eNOS)和iNOS的表达，他们所产生的NO分别对心肌产生重要的生理作用和病理生理作用。NO主要通过增加心肌细胞内cGMP浓度从而抑制钙内流，对心肌收缩功能产生抑制作用，另外NO还可能通过非cGMP途径―干扰心肌的能量代谢，对心功能产生抑制作用。
参考文献
[1] Grittith OW，et al.Annu Rew Physiol 1995；57：707.
[2] Venema RC， et al.J Biol Chem 1996；27：6435.
[3] Ursell PC，et al.Int J Cardiol 1995；50：217.
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[4] Schwarz P，et al.Circ Res 1995；77：841.
[5] Kaye DM，et al.Cir Res 1996；78：217.
[6] Balligand JL，et al.Proc Natl Acad Sci USA 1993；90：347.
[7] Balligand JL，et al.J Biol Chem 1994；264：27580.
[8] Lewic NP，et al.Circulation 1996；93：720.
[9] Haywood GA，et al.Circulation 1996；93：1087.
[10] Brady AJB，et al.Am J Physiol 1992；263：H1963.
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[11] Schulz R，et al.Br J Pharmacol 1995；114：27.
[12] Hare JM，et al.Circulation 1995；92：2198.
[13] Brady AJB，et al.Am J Physiol 1993；265：H176.
[14] Wabler GM，et al.Am J Physiol 1995；268：C45.
[15] Mohan P，et al.Circulation 1996；93：1223.
[16] Ono K，et al.J Physiol(Lond) 1991；443：387.
[17] Levi RC，et al.Pflugers Arch 1989；413：685.
[18] Ito N，et al.Circulation 1997；95：2303.
[19] Oddis CV，et al.Biochem Biophys Res Commun 1995；213：1002.
[20] Gross WL，et al.Proc Natl Acad Sci USA 1996；93：504., http://www.100md.com
单位：南京铁道医学院附属医院心内科(210009)
关键词：
江苏医药991019
一氧化氮(NO)是内皮衍生的血管舒张因子，除了具有舒张血管作用外，近来还发现其对心脏功能有影响。NO是由一氧化氮合酶(NOS)所合成的，心肌组织本身也存在有NOS，它们所合成的NO在心脏中也起着许多重要的病理和生理作用，已经有许多体内外实验对NO与心脏功能之间的关系进行了深入的研究。
一、心脏组织中的NOS与NO及其作用。
NO是一种性质非常活泼的物质，它主要是由NOS在O2与NADPH存在下催化L-精氨酸转化成L-胍氨酸而产生的。至今为止，共发现三种NOS即NOS1(神经组织中发现的NOS即nNOS)，NOS2(诱导型NOS即iNOS)，NOS3(血管内皮中发现的NOS即eNOS)。其中eNOS及nNOS为结构型(简称cNOS)，是先天就存在的，它们在体内发挥着重要的生理作用，并且它们的作用发挥依赖于钙离子、NADPH及钙调素的存在[1]，而iNOS是细胞受到脂多糖、细胞因子等刺激后才表达的，其作用的发挥不依赖钙离子[2]。在心脏中这三种NOS都有表达。
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1.心脏中的nNOS及其作用：绝大多数nNOS被发现是在心房中，沿心外膜的冠状动脉区域以及窦房结、房室结等心脏传导系统分布[3]，并且心脏中的交感神经节后神经元中也有该酶表达[4]。关于心脏神经所产生的NO有何生理作用还不清楚，Schwarz等[4]已报道了来源于心脏交感神经节的nNOS所合成的内源性NO和NO供体所提供的外源性NO均能减少大鼠心脏交感神经的去甲肾上腺素的释放。此外NO还能抑制交感神经末梢对去甲肾上腺素的摄取，因此NO可能通过抑制交感神经对去甲肾上腺素的释放和摄取而调节着心脏的交感神经活动，对心脏功能产生影响。
2.心脏中的eNOS的激活及其作用：eNOS最初是在大血管内皮中发现的，目前还发现它在心脏的传导系统、心肌细胞、以及心脏的冠状动脉血管内皮中都有表达。心脏中的eNOS可以通过增加心率而被激活，有研究表明在快速起搏动物模型中，随着心率加快心肌收缩功能降低，这种收缩力与频率之间的反比关系可被N-甲基-L精氨酸(L-NMMA)(NOS抑制剂)所逆转，并且认为此种eNOS的激活可能与因起搏频率的增加而使单位时间心肌细胞内钙增加有关[5]。Balligand等[6]研究表明β-受体激动剂可能就是通过增加心肌细胞内钙而激活eNOS的，同时他们也发现eNOS还可以被胆碱能激动剂毒蕈碱所激活，并且认为离体的乳鼠和成熟大鼠的心室肌细胞对胆碱能和肾上腺素能刺激的生理反应至少部分是由NO所介导。因为乙酰胆碱可以提高心肌细胞内的cGMP水平，而NO是通过激活鸟苷酸环化酶而使细胞内cGMP增加发挥作用的，这提示心肌细胞乙酰胆碱信号系统与心肌细胞eNOS的激活之间存在联系，也就是说eNOS的激活并产生NO可能是一种把乙酰胆碱受体的激活与其后续的信号反应相连接的机制，所以结构型的eNOS被激活所产生的NO可能在植物神经对心脏的调节功能中发挥重要的作用。
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3.心脏中的iNOS激活及其作用：iNOS在体内分布较广，已证实心肌组织中许多成分如心肌细胞、心脏微血管的内皮及平滑肌细胞、以及心内膜内皮细胞在受到脂多糖及特殊的细胞因子如IL-1β、TNFα、IFNγ、IL-6等的刺激下能够表达iNOS[7]，产生大量NO而发挥其病理生理作用。最近报道了有关心脏移植患者他们心脏中iNOS表达增加，血清中NO-3/NO-2的水平升高，这些病人心脏大多有收缩或舒张功能障碍[8]。Haywood等[9]人研究也表明在心衰患者的心肌活检和外科手术标本中iNOS的表达均较正常对照组高。由iNOS合成的NO在心脏收缩功能不全中的作用也有报道，Brady等人最先报道了注射内毒素而引起的豚鼠离体的心室肌细胞的收缩功能减退可被NOS抑制剂所逆转[10]，Schulz等人也证明了IL-1β和TNFα合用可以使离体灌注心脏的收缩功能降低，从给药至出现收缩性降低的时间与细胞因子诱导iNOS表达的时间相一致，并且用拟L-Arg的NOS抑制剂以不使冠脉流量减少的浓度灌注，可以改善收缩功能的减退[11]。另外还有研究发现左心功能不全的病人，心脏所产生的NO使心肌对β-受体激动剂的反应性减弱，NO可以使左心功能不全的病人产生β-受体低敏[12]，这提示心衰时心脏β-受体的低敏可能与NO产生过多有关。总之，大多数研究表明心肌组织中iNOS的激活所合成的过量的NO在一些心脏疾病如：心肌病、心衰等的发病中起着重要的病理生理作用。
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二、NO对心脏功能的影响及其作用机制
许多在体及离体实验表明NO对心肌收缩功能具有抑制作用。Brady等[10]研究发现给豚鼠腹腔注射内毒素，4小时后取出心脏，测定单个细胞的收缩性，发现心肌细胞收缩性下降。这种作用可被NOS抑制剂N-硝基-L精氨酸甲酯(L-NAME)所逆转，提示脂多糖激活iNOS可产生NO，而抑制心肌收缩性。另外Brady等[13]给正常的豚鼠离体心室肌细胞直接应用NO及NO供体硝普钠，也出现了心肌细胞收缩功能的减退，直接证明了NO对心肌收缩功能的抑制作用。那么NO对心肌收缩功能的影响机制是什么呢?目前研究最多的是NO通过增加细胞内cGMP而发挥作用的。Wabler等[14]研究发现NO供体SIN-1可以通过cGMP依赖的蛋白激酶抑制豚鼠等哺乳动物的心肌细胞的Ca2+内流，从而发挥负性肌力作用；Mohan等[15]研究发现NO和cGMP可诱导猫离体心肌产生浓度依赖性，双向性收缩反应，即低浓度时产生正性肌力作用，而高浓度时产生负性肌力作用，并且NO的正性和负性肌力作用均可以被cGMP的抑制剂亚甲蓝减弱，提示cGMP在其中的作用。低浓度的cGMP(0.1～10nmol/L)对cGMP依赖的L型钙通道的钙离子内流的增加有促进作用[16]，而产生正性肌力作用；高浓度的cGMP通过cGMP依赖的蛋白激酶抑制cAMP介导的ICa的增加[17]，从而产生负性肌力作用。而Ito[18]等人研究发现NO供体SNP和8-溴环磷酸鸟苷(8-bromo-cGMP)通过使成熟大鼠心肌细胞内酸化，减低肌丝对钙离子的敏感性，产生负性肌力作用。NO除了通过cGMP对心功能产生影响以外，还有非cGMP依赖性的途径，Oddis等[19]最近研究表明IL-1β诱导乳鼠心室肌细胞的iNOS表达，并减弱了心肌细胞的线粒体呼吸作用，加入L-NMMA后可以逆转此作用，表明NO可能通过减弱线粒体呼吸作用，干扰了心肌的能量代谢。还有研究发现给离体的成熟大鼠心脏灌注NO供体S-亚硝基乙酰半胱氨酸(SNAC)，可以减弱心脏对变力性刺激的收缩反应，同时发现SNAC灌注的心肌表现出ATP浓度的即刻减低[20]。由此可见NO对心功能影响的非cGMP途径可能是通过直接干扰心肌能量代谢，从而对心功能产生抑制作用。
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三、小结
综上所述，心脏组织中有cNOS(主要是eNOS)和iNOS的表达，他们所产生的NO分别对心肌产生重要的生理作用和病理生理作用。NO主要通过增加心肌细胞内cGMP浓度从而抑制钙内流，对心肌收缩功能产生抑制作用，另外NO还可能通过非cGMP途径―干扰心肌的能量代谢，对心功能产生抑制作用。
参考文献
[1] Grittith OW，et al.Annu Rew Physiol 1995；57：707.
[2] Venema RC， et al.J Biol Chem 1996；27：6435.
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[4] Schwarz P，et al.Circ Res 1995；77：841.
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[8] Lewic NP，et al.Circulation 1996；93：720.
[9] Haywood GA，et al.Circulation 1996；93：1087.
[10] Brady AJB，et al.Am J Physiol 1992；263：H1963.
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[11] Schulz R，et al.Br J Pharmacol 1995；114：27.
[12] Hare JM，et al.Circulation 1995；92：2198.
[13] Brady AJB，et al.Am J Physiol 1993；265：H176.
[14] Wabler GM，et al.Am J Physiol 1995；268：C45.
[15] Mohan P，et al.Circulation 1996；93：1223.
[16] Ono K，et al.J Physiol(Lond) 1991；443：387.
[17] Levi RC，et al.Pflugers Arch 1989；413：685.
[18] Ito N，et al.Circulation 1997；95：2303.
[19] Oddis CV，et al.Biochem Biophys Res Commun 1995；213：1002.
[20] Gross WL，et al.Proc Natl Acad Sci USA 1996；93：504., http://www.100md.com