一氧化氮在心肌缺血再灌注损伤中的作用

　　90年代以来，人们对一氧化氮(Nitric Oxide,NO)在心肌缺血再灌注过程中的作用进行了大量研究，结论不甚一致，争论的焦点集中在以下两个方面：1.在心肌缺血再灌注过程中，NO的产生是增加还是减少?2.NO是参与了心肌缺血再灌注损伤，还是减轻心肌缺血再灌注损伤。本文对近年来有关NO与心肌缺血再灌注损伤的实验进行了分析和总结，旨在澄清NO在心肌缺血再灌注过程中的作用。

　　一、NO的产生与心肌缺血再灌注　心肌缺血再灌注过程中NO的产生量，不同的实验有不同的结论。Tsao等［1］在猫局部心肌缺血90min后再灌注实验中，发现再灌注2.5 min时，即可出现冠脉对乙酰胆碱内皮依赖性舒张作用减弱，于再灌注180 min时达到高峰。这提示，再灌注时内皮细胞合成NO的作用降低。Wang等［2］在离体灌注大鼠模型中，用电子顺磁共振法测定流出液中NO水平，显示缺氧30 min后再氧合时NO水平明显高于基础水平，缺氧前如果用1 mM的L-硝基-精氨酸甲酯(NG-nitro-L-arginine methyl ester,L-NAME)灌注处理，则可消除再氧合时NO水平的升高，提示NO水平升高与结构型NO合酶活性增加有关。已有实验［3］显示心肌细胞中也含有结构型NO合酶，既然Tsao的实验已经提示再灌注时内皮细胞产生NO的作用下降，那么Wang的实验中流出液NO水平升高的原因，可能是心肌细胞NO合成增加的结果。Liu等［4］的在体大鼠实验结果表明，心肌缺血20 min再灌注300 min后，缺血区心肌组织NO含量升高90%，循环NO水平升高138%，心肌组织总NO合酶活性增加212%，诱导型NO合酶的活性增加6.7倍，这一实验显示长时间再灌注可引起诱导型NO合酶的表达，使心脏NO过度合成。

　　二、NO在心肌缺血再灌注损伤中的作用及其机制

　　1.NO具有心肌保护作用　Johnson等［5］最早提出NO可减轻心肌缺血再灌注损伤，猫在体局部缺血90 min后再灌注，于缺血30 min起给予酸化亚硝酸钠或NO饱和的等渗氯化钠溶液持续灌注，可明显缩小心肌坏死面积。此后，又有许多实验显示，其它NO供体药物，如SNAP、SIN-Ⅰ、SPM-5185及硝普钠等均具有心肌保护作用。Engelman等［6］的离体动物实验及Weyrich等［7］的在体实验，也表明NO前体L-精氨酸(L-Arginine,L-Arg)同样具有心肌保护作用。少数实验认为NO供体及前体药物无心肌保护作用，甚至表现出与再灌注协同损伤心肌的作用［8，9］，其原因可能主要与NO供体及前体药物的使用时机及剂量有关：(1)由于NO半衰期短，故宜持续使用。(2)剂量宜适中。Nonami［10］认为，L-Arg的剂量于在体实验以4～10 mg/kg/min为宜，离体非血液灌注的实验以低于3 mM为宜。Takeuchi等［8］的实验中L-Arg的使用时间过短，Patel等［9］的实验中L-Arg的应用剂量过大，可能是L-Arg未显示出心肌保护作用的原因。

　　NO参与心肌保护作用的机制目前考虑主要有以下几个方面：(1)与NO抗过氧化作用有关。Wink等［11］的实验显示NO具有抗氧化作用，他将培养的肺成纤维细胞及神经元暴露于过氧化生成体系中，发现细胞损伤呈剂量依赖性；而在其中加入NO供体后，细胞损伤显著减轻。心肌再灌注(氧合)伴有过氧化产物的大量产生，因而提供NO将有利于细胞保护。Engelman等［6］认为NO可直接淬灭氧自由基、阻滞羟自由基的形成及终止脂膜上的自由基链式反应。(2)与NO抗中性粒细胞粘附聚集有关。心肌再灌注损伤是一个多因素病理过程，中性粒细胞在其中起重要作用。多数实验［5，7］说明NO供体及前体药物可抑制中性粒细胞的浸润，降低缺血部位组织髓过氧化酶的活性，并认为是NO心肌保护作用的重要原因。Pabla等［12］比较了NO在有中性粒细胞灌注及无中性粒细胞灌注的心肌缺氧再氧合模型中的作用，发现在有中性粒细胞灌注时，NO供体药物具有明显的心功能改善作用；在无中性粒细胞灌注时，NO供体药物未能表现出心肌保护作用，这一结果提示抗中性粒细胞粘附聚集作用可能是NO心肌保护作用的重要机制。

　　2.NO可介导心肌再灌注损伤　实验显示［2，13］NO合酶抑制剂合理使用可减轻心肌再灌注损伤，提示NO在一定条件下可能是一种致损伤因素。Schulz等［14］的实验发现缺氧前给予L-NAME3μM或L-单甲基-精氨酸(NG-monomethyl-L-arginine,L-NMMA)30μM灌注，可明显改善再氧合时的心功能；而于再氧合期用药，则失去其心功能改善作用，因而Schulz认为NO合酶抑制剂宜早期应用，同时也提示NO介导的心肌损伤作用可能发生于缺血再灌注早期。Schulz等还强调了NO合酶抑制剂剂量选择的重要性，认为选择一个既可抑制NO过度产生，又不影响维持冠状血流的NO基础分泌的剂量，才能表现出心肌保护作用，Depre等［15］显示，在离体兔心肌缺氧再氧合实验中，L-NMMA的剂量范围在1 nM-1 μM时，心肌保护作用最好，低于或高于这个剂量范围心肌保护作用减弱，剂量达100 μM时，L-NMMA失去其心肌保护作用。通过分析我们发现NO合酶抑制剂还可在另一个剂量范围内发挥心肌保护作用，许多实验［2］表明，在离体大鼠缺氧再氧合模型中，1 mM的L-NAME(相当于L-NMMA 1000 μM)，可起到心肌保护作用，其机制可能与腺苷有关。

　　有学者认为，NO介导心肌损伤的机制可能主要与过氧化亚硝酸阴离子有关，Wang等［2］在离体大鼠心肌缺氧再氧合模型中，对NO、超氧阴离子及过氧化亚硝酸阴离子的时程变化进行了研究，发现它们在再灌注早期同步升高，L-NAME可使NO水平明显下降，同时过氧化亚硝酸阴离子的生成也显著减少，左室功能改善。作者认为过氧化亚硝酸阴离子可能是引发再灌注损伤的因素，L-NAME通过降低NO水平，减少过氧化亚硝酸阴离子的生成，而起到心肌保护作用。但这一观点尚有争议，Yang等［16］认为由于过氧化亚硝酸阴离子半衰期短，引起脂质过氧化需要的浓度高，因而在再灌注损伤中可能并不起主要作用。有人推测，过氧化亚硝酸阴离子进一步分解出毒性更强的羟自由基，可能是其引起心肌损伤原因，但这一观点并未得到证实。由于高浓度的NO具有负性肌力作用，再灌注(氧合)过程中，NO合酶制剂引起的心功能改善可能与之有关。另外，过量NO还可与含铁-硫中心的酶结合而抑制线粒体呼吸，影响ATP的产生，NO还具有抑制DNA合成，损伤DNA等作用，因而NO合酶抑制剂，还可通过这几方面的机制，起到心肌保护作用。值得注意的是，腺苷途径也是NO合酶抑制剂心肌保护作用重要机制。Patel等［9］的在体实验发现，缺血前给予L-NAME可升高心肌乳酸水平，并使腺苷释放增加，提示L-NAME可能通过“缺血预处理”效应保护心脏免受缺血再灌注损伤。Woolfson等［13］在兔心衡流灌注模型中，于缺血前10 min至再灌注后15 min,持续给予30 uM的L-NAME，发现L-NAME即使在无“缺血预处理”效应的情况下，同样可降低心肌坏死面积，由于这一保护作用可被腺苷受体阻滞剂取消，因而认为L-NAME的心肌保护作用与腺苷有关。

　　三、NO在心肌缺血再灌注中作用的分析　上述资料表明NO在心肌再灌注(氧合)过程中，既有减轻再灌注损伤的作用，同时又能介导再灌注损伤，NO是如何在同一病理生理过程中发挥出两种截然相反的作用的呢?

　　我们推测NO供体、NO前体药物及NO合酶抑制剂均具有心肌保护作用的原因，可能与其主要作用部位不同有关。NO供体及前体药物可能主要通过内皮细胞发挥作用，由于再灌注(氧合)使冠脉内皮合成NO的作用下降，NO供体及前体药物通过直接提供NO或增加内皮细胞NO的合成，使冠脉内NO水平升高，一方面，引起冠脉扩张，冠状血流增加；另一方面，发挥其抗氧化作用，使内皮细胞免受氧自由基的损伤，维持内皮细胞的完整性，进而减少中性粒细胞的粘附，减少再灌注晚期心肌组织内中性粒细胞的浸润；同时，由于冠脉内氧自由基的灭活，削弱了氧自由基对心肌组织的损伤，从而起到心肌保护作用。而NO合酶抑制剂则可能直接作用于心肌组织而发挥其保护作用，由于再灌注(氧合)时心肌组织中NO的过度合成，产生负性肌力作用；损伤DNA；影响ATP的产生；与超氧阴离子反应生成过氧化亚硝酸阴离子，从而影响心肌收缩力、介导心肌组织损伤，NO合酶抑制剂通过减少心肌组织NO的合成，削弱NO的这些不良作用，而使心肌组织得到保护。当然，NO供体及前体药物也作用于心肌组织，使在心肌组织NO已经过度合成的情况下，其使NO水平进一步升高的作用有限；NO合酶抑制剂也作用于内皮细胞，而在内皮细胞NO合成作用低下的情况下，其使NO水平进一步降低的作用有限。

　　值得注意的是，NO合酶抑制剂引起的“缺血预适应”及腺苷生成作用是独特的，这一作用产生于缺血(氧)前，而作用于缺血(氧)后。这一特殊作用提示，NO合酶抑制剂与NO供体及前体药物可能能够联合使用，于缺血(氧)前短期给予NO合酶抑制剂，而于缺血(氧)再灌注(氧合)过程中持续使用NO供体及前体药物，有望能发挥两种药物的优势，起到更好的心肌保护作用，这一设想有待于实现验证。

　　小结：NO在心肌缺血再灌注过程中起着双重作用，NO供体、NO前体药物及NO合酶抑制剂如果合理使用均可起到心肌保护作用，适当联合使用这两类药物可能能够起到更好的心肌保护作用。

　　参考文献

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