2型糖尿病心血管病变与一氧化氮及一氧化氮合酶的关系

　　　作者：张成秋 葛志明 作者单位：山东大学齐鲁医院心内科，山东 济南 250014

　　【关键词】 糖尿病心血管病变 一氧化氮 一氧化氮合酶

　　一氧化氮(NO)自1987年被发现是一种血管内皮细胞分泌的血管舒张因子后，NO研究已涉及神经解剖学、生理学、分子生物学、分子遗传学等多种领域，NO与一些含氮衍生物一起通过和生物分子及细胞的相互作用参与机体保护、调节及逆转等机制，特别是调节心血管系统中多种生理和病理生理过程〔1〕。本文就NO与2型糖尿病(T2DM)及血管病变的关系方面的研究进展作一综述。

　　1 NO及一氧化氮合酶(NOS)

　　11 NO的生理作用及生成 NO是脂溶性的小分子气体，极易透过生物膜，带有不成对电子，化学性质很活泼，半衰期短至数秒。在氧、超氧离子存在的条件下易失活，可以迅速与分子氧、氧自由基或铁以外的其他转位二价金属离子等发生亚硝基化反应。内源性NO(eNO)广泛存在于血管内皮细胞、巨噬细胞等多种细胞中，生理情况下，NO以自分泌或旁分泌的方式激活细胞内鸟苷酸环化酶，使胞内环磷酸鸟苷(cGMP)增加，cGMP作为第二信使分子，刺激cGMP激酶，导致细胞内Ca2+浓度下降，从而使血管平滑肌松弛、血管扩张、血压下降，另外NO还具有：(1)抑制中性粒细胞趋化、聚集、黏附于血管内皮，从而抑制冠脉内皮中性粒细胞聚集;(2)抑制平滑肌细胞的增殖和迁移;(3)促进内皮细胞生长;(4)抑制低密度脂蛋白(LDL)氧化和氧化型LDL对内皮细胞的毒性;(5)抑制单核细胞和血小板黏附于血管壁等多种生物作用。NO的产生需要一氧化氮合酶NOS的催化，NOS分为神经元型NOS1(nNOS)、诱生型NOS2(iNOS)和内皮型NOS3(eNOS)，这三种酶基因分别位于第7、12、17对染色体上，其中nNOS和 eNOS的催化功能依赖于钙钙调蛋白的调节，且不受炎症因子的诱导，仅产生少量的NO，发挥生理效应;而iNOS的催化功能不依赖于钙钙调蛋白的调节，在许多炎症因子的刺激下，产生大量的NO，并在体内积聚，造成细胞的损伤和死亡〔2〕。内源性NOS为NO生成反应中的主要限速酶〔3〕。

　　NO的生物合成可通过对底物、辅助因子、产物和催化反应的酶进行选择性调节。NOS能被蛋白激酶C、钙调蛋白依赖性蛋白激酶磷酸化，所有这些酶的磷酸化作用均可降低NOS的催化活性，使一氧化氮的产生不会过量，从而保护组织细胞。eNOS的激活剂有：缓激肽、乙酰胆碱、血管内皮生长因子(VEGF)、组胺、ATP等，它们对eNO的生成起着重要作用。

　　12 影响NO合成的因素 高脂血症、高血糖、高血压、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)水平升高、血管紧张素转换酶(ACE)活性增加、内皮素水平升高、高胰岛素血症、高同型半胱氨酸血症(hHcy)等因素均可降低或损伤二甲基精氨酸二甲基氨基水解酶(DDAH)的活性，DDAH能将内源性eNOS活性抑制物不对称二甲基精氨酸(ADMA)降解为瓜氨酸和二甲胺而失去活性〔4〕 。DDAH的活性降低而ADMA的活性升高，从而抑制eNOS的活性，使内皮细胞合成NO减少。高胆固醇和LDL血症可致内皮脱功能降低血小板对NO的反应性〔5〕。另外，当eNOS基因发生变异致其结构和功能改变、活性降低时，或当底物L精氨酸不足或相对缺乏、四氢生物喋呤(BH4)不足或代谢障碍时，NO的合成均可减少。目前对T2DM中NO下降的原因解释为：T2DM代谢紊乱导致NO的生成减少及灭活增加，NO合成减少可能与高血糖引起的血管内皮完整性的改变或高糖诱导的乙酰胆碱受体下调使血管内皮合成NO减少有关，并且持续高血糖会导致内皮细胞膜对L精氨酸的转运发生障碍。动物试验证实，内皮细胞产生eNOS的能力在基因转录水平已受到抑制，并且这种异常在代谢紊乱的早期就已经发生〔6〕。另外，eNOS的辅助因子四氢叶酸、NAD(P)H在DM发生时含量的减低也造成NO合成减少。NO的减少还与其灭活增加有关，T2DM发生时体内氧自由基生成增多，超氧阴离子被认为是介导T2DM内皮功能异常的重要因素。超氧化物歧化酶、维生素C(VC)、谷胱甘肽等自由基清除剂、抗氧化剂可使乙酰胆碱舒张糖尿病大鼠血管的效应接近正常。另外，ACE抑制剂、血管紧张素受体抑制剂以及他汀类降脂药等，被称为NO的增效剂。

　　2 T2DM心血管病变与NO、 eNOS

　　21 NO合成减少与内皮功能损伤 内皮细胞合成NO不足或过度消耗与动脉粥样硬化的形成和发展有密切关系。L精氨酸是人体的一种必需氨基酸，通常不会缺乏，但是当ADMA在体内蓄积时会引起L精氨酸相对缺乏，ADMA主要由血管内皮细胞等多种细胞合成和释放。在细胞内蛋白质甲基化酶(PRMTs)利用S腺苷蛋氨酸为甲基供体，催化蛋白质多肽链中的L精氨酸残基甲基化，这种甲基化蛋白质经水解后释放ADMA，PRMTs活性增加或DDAH活性降低都可引起ADMA水平升高，ADMA水平升高是引起内皮功能障碍的主要原因〔7〕 。LDL和氧化型LDL能升高PRMTs的活性，也能降低DDAH的活性〔8〕。最近，Faldetta等〔9〕研究报道，给T2DM病人短期注射L精氨酸可降低血中同型半胱氨酸(Hcy)浓度，对抗氧化应激作用，能提高NO的利用度 。当eNOS活性降低，或L精氨酸生理浓度下降，或eNOS对其亲和力下降时，可发生下列反应：

　　NAD(P)H+O2NAD(P)H氧化酶NAD(P)++O2，即还原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)就会被分子氧和氧化酶作用氧化为NADP+和超氧阴离子自由基(O2)，这样内皮细胞就变成了O2生产者，不但内皮细胞合成NO减少，而且生成增加的O2具有强氧化性，可导致正常内皮功能损伤，引起血管舒张功能下降，内皮对血流中单核细胞和血小板的黏附性增强，内皮通透性增加，促进平滑肌细胞增生和激活巨噬细胞与内皮细胞黏附，诱导泡沫细胞生成，促进血小板黏附与聚集，活化的内皮细胞和泡沫细胞产生各种细胞因子，后者促进平滑肌细胞的增生和新生内膜的形成，从而导致动脉粥样硬化的形成和发展，也使T2DM胰岛β细胞功能下降。

　　22 T2DM心血管病变与eNOS基因多态性的相关性 eNOS基因在人类染色体上定位于7q35～q36区，跨度约21 kb，含有26个外显子和25个内含子，相应的信使核糖核酸(mRNA)约41 kb，翻译生成含1 203个氨基酸的蛋白产物。分子水平的研究发现，eNOS基因第7外显子的Glu298→Asp(894G→T)基因点突变及第4内含子一个27 bp的插入/缺失(a/b)多态与糖尿病微血管并发症及冠心病、心肌梗死的发生有明显相关性〔10～12〕。Veldman等报道〔13〕Glu 298→Asp的基因多态性降低健康内皮的NO产生量。Duplain〔14〕对完全敲出eNOS基因的大鼠模型研究发现，它们最终发展为胰岛素抵抗、高血压、高脂血症，这表明eNOS对胰岛素的敏感性调节起着重要作用。Yeomin等〔15〕 发现原发性高血压冠心病患者的血清NO高于血压正常的冠心病患者和对照组患者，eNOS基因的894G多态性与NO增高相关。另外，Nakaya等〔16〕发现T786C变异和冠状动脉痉挛的危险增加有关。在日本人群中T786C纯合子基因型发生冠状动脉痉挛的危险比C/T或T/T基因型高3倍。因为eNOS包含1 203个氨基酸，可能其中还有其他的基因多态性尚未被发现。

　　23 T2DM心血管病变与BH4、叶酸 BH4不仅是NO 合成过程中必要的辅助因子，而且还是体内的抗氧化成分，它能清除活性氧族(ROS)如O2和过氧亚硝基阴离子(ONOO-)等〔17〕。近年来，水溶性B族维生素在心血管病、中枢神经系统病变以及癌症中的作用研究备受关注，叶酸、VB6、VB12不仅可降低hHcy患者血浆半胱氨酸和ADMA水平，还在NO合成过程中促进BH4的利用。叶酸在Hcy的甲基取代过程中起重要作用，因此它能降低血中Hcy的含量〔18〕。叶酸缺乏或其代谢机制障碍可导致hHcy，使DNA合成受阻，影响细胞的分裂增殖，减少NO的合成〔19～21〕。hHcy与动脉粥样硬化(AS)的发生和发展密切关系，已经被认为是心血管不良事件的一个独立危险因素。给T2DM患者和AS的非DM病人补充叶酸和L精氨酸，能改善其血管内皮舒张功能，延缓病程进展。最近，瑞士一项研究证实，血管支架置入术后病人，联合服用叶酸、VB6、VB12随访一年，血管再狭窄率降低，急性心血管事件再发生也减少〔22，23〕，因此，对有血管内皮功能障碍的病人应适当补充精氨酸及B类维生素。

　　3 小结

　　NO及其NOS与T2DM血管病变有着密切关系。Hayden等〔4〕认为糖尿病是高糖血症血管病变的晚期表现，其机制为：eNOS的基因多态性与环境因素相互作用，导致内皮细胞功能障碍，NO合成减少，从而引发血管病变。NO、eNOS与T2DM及血管病变的确切关系有待于进一步探讨。

　　【参考文献】

　　1 Westerhof NNitric oxide and efficiency of the right heart 〔J〕Cardiovasc Res，2004;64:37980

　　2 郭国庆，查彩慧一氧化氮和动脉粥样硬化的关系〔J〕心血管病学进展，2001;22(3):17880

　　3 Nitesh Nalwayaa，Deena WMAnalysis of the effects of nitric oxide and oxygen on nitric oxide production by macrophages〔J〕Theor Biol，2004;226:40919

　　4 Hayden MR，Tyagi SCIs type 2 diabetes mellitus a vascular disease(atheroscleropathy)with hyperglycemia a late manifestation? The role of NOS，/LO，and redox stress〔J〕Cardiovasc Diabetol，2003;2(1):2

　　5 Gonzalez MA，Selwyn APEndothelial function，inflammation，and prognosis in cardiovascular disease〔J〕Am J Med，2003;115(8A):99106

　　6 Takeuchi K，Watanabe HNitric oxide: inhibitory effects on endothelial cell calcium signaling，prostaglandin I2 production and nitric oxide synthase expression〔J〕Cardiovasc Res，2004;62:194201

　　7 Lin KY，Ito A，Asagami T，et alImpaired nitric oxide synthase pathway in diabetes mellitus: role of asymmetric dimethylarginine and dimethylarginine dimethylaminohydrolase〔J〕Circulation，2002;106(8):98792

　　8 Nash DTInsulin resistance，ADMA levels，and cardiovascular disease〔J〕JAMA，2002;287(11):14512

　　9 Faldetta CM，Laurenti O，Desideri G，et alLarginine infusion decreases plasma total homocysteine concentrations through increased nitric oxide production and decreased oxidative status in type II diabetic patients〔J〕Diabetologia，2002;45:11207

　　10 Clapp BR，Hingorani ADInflammationinduced endothelial dysfunction involves reduced nitric oxide bioavailability and increased oxidant stress〔J〕Cardiovasc Res，2004;64:1728

　　11 Hayden MR，Tyagi SCVasa vasorum in plaque angiogenesis，metabolic syndrome;type 2diabetes mellitus，and atheroscleropathy: a malignant transformation〔J〕Cardiovasc Diabetol，2004;3:116

　　12 Isabella Tritto，Giuseppe AmbrosioThe multifaceted behavior of nitric oxide in vascular ′′inflammation′′: catchy terminology or true phenomenon〔J〕?Cardiovasc Res，2004;63：14

　　13 Veldman BA，Spiering W，Doevendans PA，et alThe Glu298Asp polymorphism of the NOS 3 gene as a determinant of the baseline production of nitric oxide〔J〕J Hypertens，2002;20(10):20237

　　14 Duplain H，Burcelin R，Sartori C，et alInsulin resistance，hyperlipidemia，and hypertension in mice lacking endothelial nitric oxide synthase〔J〕Circulation，2001;104:3425

　　15 Yeomin Y，Junghan S，Hohong S，et alPlasma nitric oxide concentrations and nitric oxide synthase gene polymorphisms in coronary artery disease〔JClin Chem，2000;46:162630

　　16 Nakaya M，Yasue H，Yoshimura M，et alT786C mutation in the 5′flanking region of the endothelial nitric oxide synthase gene is associated with coronary spasm〔J〕Circulation，1999;99:286470

　　17 WernerFelmayer G，Golderer G，Werner ERTetrahydrobiopterin biosynthesis，utilization and pharmacological effects〔J〕Curr Drug Metab，2002;3:15973

　　18 Holven KB，Haugstad TS，Holm T，et alFolic acid treatment reduces elevated plasma levels of asymmetric dimethylarginine in hyperhomocysteinaemic subjects〔J〕Br J Nutr，2003;89：35963

　　19 Miller A，Mujumdar V，Palmer L，et alReversal of endocardial endothelial dysfunction by folic acid in homocysteinemic hypertensive rats〔JAm J Hypertens，2002;15(2 Pt 1):15763

　　20 Mujumdar VS，Tummalapalli CM，Aru GM，et alMechanism of constrictive ascular remodeling by homocysteine: role of PPAR〔JAm J Physiol Cell Physiol，2002; 82(5):C100915

　　21 Mujumdar VS，Aru GM，Tyagi SCInduction of oxidative stress by homocyst(e)ine impairs endothelial function〔J〕J Cell Biochem，2001;82(3):491500

　　22 Schnyder G，Roffi M，Flammer Y，et alEffect of homocysteinelowering therapy with folic Acid，vitamin B12，and vitamin B6 on clinical outcome after percutaneous coronary intervention: the swiss heart study: a randomized controlled trial〔JJAMA，2002;288(8):9739

　　23 Schnyder G，Roffi M，Flammer Y，et alAssociation of plasma homocysteine with restenosis after percutaneous coronary angioplasty〔J〕Eur Heart J，2002;23(9):72633