氧化应激与高血压

　　作者：张继业　　

　　【关键词】 高血压,氧化,应激

　　氧化应激(oxidative stress)：是指机体遭受各种有害刺激时，机体或细胞内自由基的产生和抗氧化防御之间严重失衡，活性氧在机体或细胞内蓄积引起细胞毒性反应，从而导致组织损伤过程。

　　2007年Harrison对氧化应激与高血压提出了新的概念：认为氧化应激对高血压的发生发展，其相应的靶点是血管损害。血管内皮、平滑肌细胞，在一些危险因素的诱导下，激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶，使eNOS(内皮型一氧化氮合酶)脱偶联(uncoupling),产生活性氧(一氧化氮自由基)，进一步激发更严重的硝化应激(nitrosative stress)过氧化亚硝酸(peroxynitrite ONOO-),引起持续的血压升高和血管损害。

　　1 氧化应激一般概念

　　在正常细胞代谢过程中，氧分子受氧化酶的作用，接受单价电子而产生超氧负离子(O-2)，氧化酶包括NADPH氧化酶、黄嘌呤氧化酶等。线粒体电子传递和NO(一氧化氮)合成时亦可产生O-2。当再次接受电子，或在SOD(超氧化物岐化酶)作用下即形成过氧化氢(H2O2)。现知，机体在正常的有氧代谢过程中，仅有0.2%氧自由基为正常生理过程所需要。而当细胞暴露于高浓度O2分子或O2的化学衍生物，或在一些有害的刺激包括饮食高脂、高糖，使线粒体电子传递超载，内质网应激时，机体或细胞内氧自由基的产生和抗氧化防御之间严重失衡，导致组织损伤。其它氧化物还有次氯酸、羟基(•OH)、反应性醛类、脂质氧化物、NO等。其中不少分子外圈有不成对的电子如O-2、•OH、NO称为自由基;还有一些如H2O2、ONOO-、次氯酸(HOCl)虽然不是自由基，但具有不同程度的氧化活性，因此均称为反应性氧族(ROS)或活性氧。

　　在氧化应激与高血压的研究领域，探讨一氧化氮自由基(NO)与高血压发生发展的关系，最重要的是探讨高血压存在内皮依赖性的血管舒张功能障碍。最近随着活性氧(ROS)及活性氮(RNS)研究的深入，将内皮细胞功能紊乱与血管炎性变化相联系，并以此介释高血压及心血管疾病的发病机制。

　　2 ROS对血管的影响

　　2.1 ROS对血管张力的作用：ROS抑制血管内皮细胞衍生的舒血管因子(EDRF)即NO和前列环素(prostacyclin)。超氧化物(O-2)与NO作用可降低NO的生物利用度，并衍生更具有氧化活性的过氧亚硝酸，后者又使BH4(tetrahydrobioptein)氧化,使eNOS脱偶联(uncoupling)。前列环素合成受酪氨酸硝基化作用而失活，以及SOD受抑制，加剧氧化应激。O-2和ONOO-又可抑制鸟苷酸环化酶(guanylate cyclase)的表达，降低平滑肌细胞NO分子的舒张作用。

　　新近认为由K通道开放致平滑肌细胞超极化是血管舒张的一个重要机制：Kca(Ca2+激活K+通道)是Ca2+介导血管收缩的负反馈，属于内皮衍生的超极化因子(EDHF);KATP(ATP敏感K通道)，限于肌原性去极性控制反应和Kv(电压依赖性K通道)为cAMP介导的血管舒张。已知O-2抑制KATP和Kv开放;过氧亚硝基损害Kca和Kv活性，导致血管平滑肌细胞去极化和收缩(图1);而H2O2对Kca可以是抑制或激活，大都认为H2O2类似EDHF可使血管舒张。ROS致平滑肌收缩还包括Ca2+移动(mobilization),O-2和H2O2对L型Ca2+通道激活致Ca2+从细胞外进入细胞内，平滑肌细胞Ca2+敏感(Ca2+_Sensitization of VSMCs)增加肌球蛋白轻链(MLC)磷酸化以及有丝分裂原激活蛋白激酶(mitogenic activated protein kinase)MAPK_介导血管收缩。

　　2.2 ROS对血管重构的作用：高血压发生发展包括二类血管重构：向心性营养性重构(inward eutrophic remodeling),和肥厚型重构(Hypertrophic remodeling)(图1)，二类重构可以在个体不同的血管床和高血压不同期共存;而ROS可致VSMCs表型改变，使血管中层重组(reorganization)，细胞生长(gronth)，凋亡(apotosis)，和细胞外基质(ECM)产生与重新排列(rearragement)。这些血管事件常相互影响和同时发生，从整体而言，难以区分各个变化。动物实验和临床应用Tempol(过氧化物抑制剂)，抗氧化维生素，ARB(血管紧张素受体阻滞剂)，或NADPH氧化酶抑制剂等抗氧化物，可使血管重构得到改善。图1 高血压小动脉营养性和肥厚性重构比较略图

　　ROS参与细胞内信号传递：H2O2通过转录因子C_fos,C_jun结合可刺激血管平滑肌细胞生长。调节细胞内信号传递致生长因子刺激细胞增殖。ROS还可刺激小G蛋白Ras,P38丝状分裂激活蛋白酶，磷酸酶D，与蛋白酪氨酸磷酸酶等影响细胞活动。ROS通过对胞桨NFκB激活转入核内，介导基因转录，致血管内皮细胞粘附分子_1(VCAM_1)与单核细胞趋化蛋白_1(MCP_1)的表达增强，促使血管炎症发生;还可结合转录因子AP_1,SP_1,以及抗氧化剂基因的反应元件和其它Cis作用元件，调节基因表达。

　　细胞外基质分解再合成是血管重构重要的一环：基质金属蛋白酶(MMP)介导这一分解过程，MMP_2与NNP_9分解基底膜弹力纤维需要ROS参与，包括H2O2和过氧化硝基化物，使酶原变成有活性酶ROS作为第二信使激活信号分子(signal molecular)参与血管平滑肌细胞迁移(migration)致血管重构;而这些信号分子包括：非受体酪氨酸激酶，Src,PKC,PLD,MAPKs(ERK1/2、P38),NFκB，和Akt等。最近，Src/PDK1/PAK1信号轴被证实是PDGF(血小板衍生生长因子)刺激致ROS_敏感VSMC迁移的主要信号途径。

　　血管壁细胞凋亡：也见于高血压血管重构时，ROS是调节不同信号通道致细胞凋亡的重要因素。最近，认为氧化应激可增加内皮凋亡，从空间密度(spatial density)上减少微血管网络呈现稀疏(rarefaction)，在SHR和原发性高血压前期发生。当用过氧化物抑制剂Tempol或Tiron可减少内皮细胞凋亡，改善SHR微血管的丢失和氧化应激。

　　总之，ROS对高血压的影响表现在对血管张力和重构，涵盖管壁细胞，内皮细胞，平滑肌细胞和细胞外基质，从不同时间和空间构成较为复杂和多样化的一个调节网络。

　　3 ROS与高血压

　　3.1 NADPH氧化酶与高血压：在SHR血管内皮与平滑肌细胞都有与细胞膜结合的氧化酶，以NAD(P)H为基质，把电子转移到氧分子形成氧自由基，称为NADPH氧化酶。Rajagopalen首先以输注AngⅡ使大鼠血压升高，同时伴有NAD(P)H氧化酶表达活力增高;而用NADPH氧化酶抑制剂可降低血管内O-2和由此增高的血压。最近报道，在高血压存在NADPH氧化酶的同型异构体(isoform),在血浆中缺少NADPH亚单位P47phox的小鼠，不能由AngⅡ致血压升高，也无相应O-2的增加。AngⅡ与众多的细胞因子以及管壁牵张力(stretch)均可调节血管壁NAD(P)H氧化酶系统，显著增加O-2和H2O2的生成致血管损伤，炎症性反应，促使血管张力改变，阻力增加以致血管重构，产生血压持续升高。

　　3.2 一氧化氮自由基与高血压：一氧化氮(NO)减少与高血压的关系是互为因果，当高血压血流切应力波动过强时刺激血管内皮细胞，致使其功能失调而进一步使血管舒张因子(NO)合成受损，收缩因子ET_1增加。这些功能改变引起内皮依赖性舒张反应减弱，血管痉挛性收缩，从而使血压持续升高，加速高血压的发生发展。

　　NO合成或利用度减少，通常认为是由内皮型一氧化氮合酶(eNOS)脱偶联(uncoupling)，其主要机制是NOS不能正常合成NO,而转为产生超氧阴离子自由基O-2。造成NO生物利用度降低和氧化应激增加。目前认为引起eNOS脱偶联的主要因素有：(1)NOS底物缺乏或生物利用度下降，(2)NOS辅助调节因子(cofactor)不足或内皮处于氧化应激状态，后者是主要因素。最近发现高血压内源性NOS抑制物ADMA(asymmetric dimethylarginine不对称性二甲基精氨酸)增加;ADMA主要来源于甲基化精氨酸，而氧化应激是导致蛋白甲基化的主要原因，竞争性的拮抗eNOS。氧化应激状态也可直接影响NOS的辅因子BH4的合成。eNOS脱偶联产生O-2，能迅速与NO结合而生成更强活性的过氧化亚硝基(ONOO-)，后者不仅更有力抑制BH4的合成，并能迅速将已合成的BH4氧化，形成恶性循环。

　　3.3 Johnson在原发性高血压(发病机制)统一途径的假说：高血压前期的肾损害，始于不同因素引起肾输入小动脉(renal afferent arteriole)反复、间歇收缩，这些因素包括：过亢的SNS(交感神经系统)、高尿酸血症、与AngⅡ，或NO减少，以及遗传的变异等使肾小球前小动脉病变，导致肾缺血，肾血流减少，压力性钠利尿曲线(pressure_natriuresis curve)右移。由盐抵抗转而为盐敏感性高血压。统一了Goldblatt倡导的肾缺血导致高血压与Guyton学说(即压力性钠利尿的假设)。并报道微小型获得性肾损害(subtle acquired renal injury)高血压，在血压升高之前，已有肾间质发生免疫细胞浸润和氧化应激所致的炎症性反应。

　　Cowley认为肾血流减少致高血压主要为肾髓质血流(medullary blood flow MBF)减少，他用Laser_Doppler Flowmetry技术分段测试肾血流，SHR在3～5周龄与WKY鼠比较已有MBF减少，至6～9周龄、12～16周龄时更降低，同时在幼龄SHR已存在压力性钠利尿降低，设想MBF减少可致排钠降低而发展成高血压。在正常情况下，肾髓袢升支粗段(mTAL)管壁上皮细胞释放NO，可调节肾外髓区降直血管(decending vasa recta)的周细胞(Pericyte)舒张，称为“tubulovascular cross_talk”，以保持MBF、钠重吸收，和压力性钠利尿的平衡，使血压维持在一定的范围。当mTAL氧自由基O-2增加和NO减少，可引起直血管周细胞收缩，而致MBF减少，钠再吸收增加和压力性钠利尿曲线右移，致血压升高(图2、3)。

　　3.4 ROS、炎症与高血压：高血压是一个炎症性疾病。活性氧与促炎症细胞因子常共存，并能上调促炎症细胞因子的基因表达，而促炎症细胞又能诱导活性氧生成，二者形成正反馈环(图4)。Vaziri等在实验性高血压显示氧化应激与肾小管间质炎症二者是高血压发生的主要因素，伴有肾小管间质炎症高血压均有局部ROS和AgnⅡ的增加，参与高血压的发生发展。一旦血压升高，又促进氧化应激诱导和上调炎症性因子，趋化因子和粘附分子以以及血管的重构，加剧高血压的发展。

　　Bian K等在SHR与WKY鼠相比肾、肝、心等组织的IL_1β、TNTα水平明显增高，ICAM_1、VCAM_1、E_选择蛋白的表达也被显著诱导，在原发性高血压过程中存在明显炎症反应。且各组织内HO_1(血红素氧合酶_1)和iNOS表达也被明显诱导。提示炎症反应除诱发机体炎症因子表达外，还可引起氧化应激反应。活性氧(ROS)增高与一氧化氮自由基(NO)反应生成活性氮(NOS)如ONOO-等，降低NO生物利用度，削弱血管舒张功能;ROS还可通过激活转录因子NFκβ等使炎性因子过表达，造成恶性循环。

　　3.5 氧化应激是胰岛素抵抗(IR)、糖尿病(β细胞机能不良)和高血压的共同土壤(Common soil):Ceriello A认为过度营养(高糖、游离脂肪酸FFA)可增加线粒体NADH(mNADH)和ROS。为防止mNADH和ROS过多产生，通过抑制胰岛素对营养物的摄入和防止丙酮酸、FA等能量基质进入线粒体。在肌肉和脂肪细胞通过抑制FFA氧化，增加细胞内FFA导致减少Glut4向质膜转位，发生IR。从某种意义上IR是一种保护机制。但是，在胰岛β细胞和血管内皮细胞，高糖更多是依照血糖浓度扩散进入细胞，且它们的抗氧化机制较为薄弱，致线粒体电子传递链过度产生ROS。因而认为高糖致线粒体过度产生O-2是引起糖尿病血管损害的首要事件。再者，血管内皮细胞伴有eNOS和iNOS失偶联状态，O-2形成更强的氧化剂过氧化亚硝基ONOO-,致DNA单链断裂，激活PARP(多聚_ADP_核糖_聚合酶)，后者分裂NAD+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)为烟酸和ADP_ribose(腺苷二磷酸核糖)，在ADP_核糖单体多聚过程中，需积聚GAPDH(甘油醛_3_磷酸脱氢酶)，并使细胞内NAD+和ATP减少，糖酵介和线粒体呼吸作用减慢，导致内皮功能失调。FFA通过相同的途径致使内皮细胞损伤。

　　4 综评氧化应激及其治疗策略

　　虽有一些小样本试验用维生素C治疗高血压获益，但近年来一些大规模的临床试验如SU.VI.MAX Study,低剂量的抗氧化剂未见疗效。HOPE_TOO Trial用400IU维生素，反而增加高危冠心病患者心力衰竭。Harrison认为Siese提出的氧化应激是整个细胞氧化与抗氧化的失衡，而氧化还原反应(redox)失衡是以选择性地影响细胞核、胞浆、细胞膜、线粒体或细胞的其它部位;例如Nox(NADPH)氧化酶的各类亚型，在细胞不同部位表达有高度选择性：Nox 1在细胞膜的胞膜窖(calveoli)表达，而Nox 4位于细胞骨架(cytoskeleton)和核内。当AgnⅡ增高可激活Nox 1,细胞膜产生ROS，而对核或胞浆远处无氧化还原反应产生。

　　硫氧还蛋白(thioredoxin)在胞内可还原二硫键的酶，具有抗氧化作用;在EGF(表皮生长因子)刺激下，它在胞浆、核、和线粒体不同部位的作用有很大的差异。细胞外过氧化物岐化酶(ecSOD)可防止NO从内皮至平滑肌细胞过程中与O-2作用;当esSOD缺乏，NO与O-2作用形成OONO-致血管收缩，血压升高。

　　在一些病理状态下，线粒体电子传递错误，产生过多的电子漏(electric leak)和O-2。同样，在内皮细胞合成NO的过程，其电子传递由NADPH至黄素(flamins FMN和FAD)紧接着至高铁血红素(ferric heme)，然后至精氨酸(arginine)。当缺乏辅因子BH4，电子不能正确地传递至精氨酸产生NO，而传递至分子O2，产生O-2，此为eNOS脱偶联(Uncoupling)。这些由于酶系或蛋白合成过程中电子传递错误，不能获得正确的终产物而形成过量的O-2。Harrison用来解说HOPE_TOO试验使用维生素E出现的副反应。另有一些试验使用抗氧化维生素不能获益，可能由于局部产生ROS过高或不能达到特定的部位和浓度，而不能获效。

　　谷胱甘肽(glutathione GSH)和硫氧还蛋白(thioredoxin Trx)二类巯基还原系统不仅有抗氧化作用，而且参与细胞生长、凋亡、和信号传递与转录等重要调节作用。近年来，巯基还原系统在心血管、高血压的实验和临床研究中受到关注。在原发性高血压患者，GSH系统无论在血浆或单核细胞均是降低;而Trx系统相反确呈现升高趋向。在一些动物实验中，其水平二者也呈分离。Mansego等认为高血压患者存在氧化应激，而巯基还原系统的抗氧化作用受到先天或后天环境影响，GSH系统水平降低，不足以对抗ROS;而Trx系统本身虽是抗氧化系统，但在高血压的应激下，它更着重于作为调节、增强其它抗氧化酶的转录因子和信号的传递，因而在高血压患者呈现增高趋向。

　　由此可见，抗氧化系统在不同的组织，细胞的不同部分，以及不同的疾病时期，可以是直接对抗氧化应激，或从信号的通道和基因的转录发挥其生理和病理生理作用;且与其它抗氧化系统沟通、对话，形成一个复杂的网络。

　　Ceriello将抗氧化维生素E治疗失败的原因归之为对症治疗(symptomatic)：因为维生素E仅对脂质过氧化有作用，而对NO利用度降低以及硝基化酪氨酸等方面达不到消介作用，对防止血管损伤的作用有限。他提出要针对发生氧化应激的原因(causal)进行治疗，后者包括:SOD及过氧化氢酶模拟物(catalase mimitic),L_propionyl_carnitine, lipoic acid, protein kinase Cβ以及PARP抑制剂(PJ34)，从理论上针对细胞内不同部位捕捉(scavenging)ROS，改善线粒体功能和减少DNA损害(图5)。Harrison等2在实验动物和高血压、冠心病患者口服BH4治疗，可降低血压和改善内皮功能，增加前臂动脉血流。又如，MRP_1(多种药物耐药性蛋白_1)抑制物MK571或SiRNA下调MRP1，可防止人内皮细胞因振荡性剪切力引起氧化应激。其机理是使GSSG(氧化型谷胱甘肽)不外逸细胞而保持GSH水平，增强抗氧化能力。以上进行的一些实验和临床探索，还需经过大量的验证，可作为新药开发的方向。

　　目前认为：ROS既是高血压的原因，也是其后果。在人类单一氧化损伤并不能引起高血压，而当合并有其它因素如AngⅡ增高和盐负荷等因素时，可明显增高血压。氧化应激、炎症和血压升高三者互为因果，皆可为高血压的始动因素，促使高血压的发生发展。由于三者构成正反馈环，导致进行性功能失调，血管病变和靶器官损害。在血压升高以后，这些事件还可缓慢和隐匿的存在。由于在临床测定氧化还原(redox)实验室指标不能普遍应用，Delles建议测定内皮功能(FMD)，颈动脉IMT与斑块程度，和血管硬度(stiffness)三项，可作为高血压伴有氧化应激的替代指标，以此衡量病情进展和治疗效果。

　　Ceriello提出在现今治疗高血压、糖尿病和高血脂的一些药物中，如TZD(噻唑烷二酮)，他汀，ACEI和ARB均证实有较强的细胞内抗氧化作用。TZD有抑制iNOS作用与显著减少过氧化硝酸盐(ONOO-)。他汀类可增加NO生物利用度和降低O-2产生，其可能机制是他汀类能降低NADPH氧化酶，后者属于类异戊二烯类蛋白，从而干扰O-2的产生，改善内皮功能。再者，他汀可降低硝基化酪氨酸的形成和减弱AngⅡ导致氧自由基产生，因而在糖尿病高血压患者，他汀与ACEI或ARB合用，在高血糖引起的氧化应激有协同作用。

　　ACEI或ARB不仅干扰NADPH氧化酶产生O-2，对高血压伴有糖尿病肾病者可作为首先药物，已有大规模临床试验证实。

　　CCB(钙通道拮抗剂)类降压药氨氯地平有较长的药物半衰期，稳定降压以外，在其药物结构具有亲脂性和带正电荷的特点，可深入细胞膜脂质双层内，干扰脂质过氧化，有较强的细胞内抗氧化作用。并且由于氨氯地平为R+对旋体，在内皮细胞有释放NO作用，他汀类药物能保存NOS，二者合用有明显的抗氧化作用。同样，氨氯地平与ACEI合用，前者能刺激kinin形成，后者能抑制kinin分介。已证实氨氯地平用于心衰患者可调节心脏NO。

　　安全的抗氧化策略还包括生活方式的调整，如超重者降体重和增加有氧运动，它不仅有利于降压，也是降低氧化应激的一种手段。在饮食方面除了不增加额外的热量摄入，更需要进食蔬菜水果等富有抗氧化作用的食物。

　　就现阶段而言，高血压患者不主张添加维生素抗氧化剂，或抗氧化的“病因(causal)”治疗。后者还需要经历大量的实验和临床验证。考虑到氧化应激与炎症，高血压三者互为因果的特点;高血压抗氧化治疗，首先以降压为基础，同时结合临床了介相关危险因素，测定氧化应激的替代指标，选择具有抗氧化作用的降压药物，和制订个体化的防治方案。参考文献：略(需要者可向编辑部查询) 〔专家简介〕张继业，男，浙江省人民医院主任医师。原浙江医科大学兼职教授，中华医学会省心血管学会委员，《心脑血管病防治》副总编，享受国务院特殊津贴。1949年就读于上海圣约翰大学医学院，1956年毕业于上海第二医科大学。从事内科心血管专业医疗、教学、科研工作数十年。对心血管疾病、高血压、冠心病及老年性疾病有较深的造诣，在国内首次将“蝮蛇毒去纤酶应用于冠心病和脑血管疾病”研究，荣获省科技成果奖.