龔震宇,劉順財

在炎癥的發(fā)生發(fā)展過程中，一氧化氮(nitric oxide ，NO)起到何種作用一直是生理學領域具有爭議性的課題之一。相當多的研究已證實，NO具有潛在的抗炎作用；但其他相關研究也顯示，NO也可能具有促炎作用，主要表現(xiàn)為促進炎性細胞增殖，以及促進組織損傷。目前，關于上述研究結果的具體原因和機制還無法定論，筆者認為如果能更深入地理解NO的生理化學作用和代謝機制，將會為解釋NO的抗炎或促炎的本質原因勾勒出正確的藍圖。NO在發(fā)揮其生理化學作用時涵蓋了較多的基本反應，這些反應過程十分復雜。相關領域內專家及學者通過對其直接效應與間接效應分別進行研究，以簡化理解整個生理化學過程。當處在在生理狀態(tài)下，并且NO的水平較低時，NO可以直接與生物分子發(fā)生反應，從而產生促炎或抗炎的效果，此即為NO的直接效應。反之，當NO水平較高，NO要先與氧氣(或超氧化物)發(fā)生反應，最終產生氮氧化物，再由后者反應產生與生物分子之間發(fā)生作用，即間接反應。該種間接反應可能在急性炎癥發(fā)生過程中起主導作用。采用此類分類方法具有較多的優(yōu)勢，并且綜合考慮各種影響因素，如反應發(fā)生的時間和部位，產生的速率，和其他各種可能因素。

1 腸炎發(fā)生過程中NO的作用

已有較多的相關研究證實，在內臟缺血再灌注及其他急性腸道炎癥發(fā)生過程中，NO是一種重要的保護劑。但其具體保護機制和過程如何，目前尚不明確，例如：當發(fā)生急性腸道炎癥時，內源性NO濃度是否有變化？其變化情況如何？其中起作用的細胞分子機制又是什么？外源性NO是否也在其中發(fā)揮了某種作用？其效果又是怎樣的？如果機體存在NOS缺失的情況，其后果又將如何？

1.1 NO與內皮細胞功能障礙之間的相互作用對急性腸道炎癥的影響

相關研究已表明，缺血再灌注、軟組織創(chuàng)傷和腸系膜缺血再灌注等各種急性應激狀態(tài)都將影響內皮細胞的正常功能，導致出現(xiàn)內皮細胞功能障礙，主要表現(xiàn)為內源性NO(endogenous NO，EDNO)明顯降低[1]。腸系膜上動脈(superior mesenteric artery，SMA)是內皮細胞功能障礙的主要部位之一[1-2]，其發(fā)生往往見于以下兩種情況，一是軟組織創(chuàng)傷[3]；二是腸系膜缺血再灌注，包括內臟動脈閉塞和再灌注(SAO/R)等[4]。當內皮細胞功能出現(xiàn)障礙后，往往在5 min內就可以有上述兩種情況的發(fā)生[3]，甚至會出現(xiàn)腸道缺血[4]。在這個過程中，EDNO的損失量隨著時間的推移急劇上升，5 min時為40%～60%，到2 h時可高達75%～85%[5-6]。相關數(shù)據(jù)顯示，EDNO損失的主要原因可能是：當處于缺氧或缺血狀態(tài)下時，氧氣再進入機體后，會導致超氧游離基快速釋放，由此產生超氧自由基可以抑制NO的損失[7]；但目前其確切機制尚不清楚。根據(jù)最新的研究數(shù)據(jù)顯示，當SMA處于閉塞和再灌注情況時，中性粒細胞可以促進EDNO損失[2]。

1.2 外源性NO在腸炎中的作用

1990年，Aoki等人[8]完成了對外源性NO在腸炎發(fā)生發(fā)展中作用的相關研究，這是有記錄的最早的相關研究。該研究過程為：首先在生理鹽水中溶解微量的NO氣體，再將溶解有NO氣體的生理鹽水注射在血管內，以可以產生NO的酸性NaNO2溶液作為對照，探討其對經受SAO/R后的貓動脈血壓的影響。結果顯示，上述經過處理后的生理鹽水和對照組溶液能夠穩(wěn)定貓的動脈血壓，使得貓的生存率明顯提高。推測上述結果的出現(xiàn)與以下因素有關：NO能夠顯著降低溶酶體遭到破壞的可能性，抑制蛋白質的水解，此外還能夠降低因胰腺缺血引起的心肌抑制因子形成。Fox-Robichaud等[9]以貓為實驗模型，通過建立腸系膜缺血再灌注的貓模型，再對模型使用吸入性NO而進一步證實了上述結論。Fox-Robichaud等的結果顯示，當腸道出現(xiàn)缺血再灌注損傷時，通過吸入NO后，白細胞趨化、吸附和浸潤現(xiàn)象明顯減少，但對于正常無損傷的生理腸道則未觀察到此現(xiàn)象。上述研究結果表明，NO對于因缺血再灌注損傷引起的腸道炎癥，主要發(fā)揮保護腸實質和血管細胞的作用，這種保護作用無論是無機NO氣體還是其他有機NO(如C87-3754、亞硝基乙酰青霉胺[11]、硝普鈉[12-13]等)都可以實現(xiàn)[10-13]。當腸系膜靜脈在SAO/R后，其中的硝酸/硝酸鹽含量下降，此時有機NO即發(fā)揮保護作用，同時在此種情況下，NO供體還具有降低血小板-白細胞聚集的作用[12]。

1.3 NOS缺失的影響

在炎癥的發(fā)生過程中，如果出現(xiàn)以下兩種情況，一是NO水平降低速度過快，二是急性炎癥反應的降低是由NO的替代物通過保護腸道而實現(xiàn)的，此時必須要關注的重點之一是：當作用于NO及其衍生物的酶缺失或被阻斷時，會有何種現(xiàn)象發(fā)生?

為弄清上述疑問，領域內學者進行了一系列相關研究。如Kubes等[14]通過相關研究首先證明，當NOS被阻斷后，腸道會出現(xiàn)毒性反應。以老鼠為實驗模型，Davenpeck等[15]詳細闡述了NOS抑制與白細胞-血管上皮細胞之間作用始動過程的關系。他發(fā)現(xiàn)當NOS被抑制后，白細胞與血管上皮細胞之間的相互作用將會顯著增強。同時，通過免疫組化實驗，他發(fā)現(xiàn)由于腸系膜上皮細胞表面的P選擇素上調，導致L-NAME誘導的白細胞出現(xiàn)了滾動[15]。還有研究使用了基因靶向小鼠，如Hickey等人[16]通過選擇性敲除三種亞型的NOS小鼠，即敲除了上皮組織NOS(nitric oxide synthase，eNOS)，神經NOS(nNOS)和誘導NOS(iNOS)的小鼠，結果證明被敲除了iNOS的小鼠將發(fā)生內毒素血癥，這是因為白細胞與內皮組織的相互作用得到了加強；而敲除了其他兩種亞型的NOS小鼠，腸系膜外周靜脈中的白細胞滾動和粘附能力顯著提高，增加了4～7倍。這主要是由于凝血酶的刺激和P選擇素的雙重作用下，白細胞與血管上皮之間的相互作用強度會顯著增加。

2 NO的抗腸炎機制

腸道微血管上皮的局部炎癥可以被NO抑制，這一結論目前已得到證實。不過其具體機制尚不明確。目前認為，白細胞與血管上皮細胞之間相互作用誘發(fā)的炎癥，可以被NO抑制，尤其是在腸炎早期。這可能主要通過兩個方面起作用：抑制上皮細胞的通透性，以及抑制白細胞與血管上皮細胞的相互作用。其過程可能涉及以下兩種信號通路：首先是超氧游離基與活化的NO之間發(fā)生相互作用。在血管上皮細胞與炎性誘導的白細胞發(fā)生作用的過程中，超氧游離基會對該過程造成一定影響，但受到超氧化物歧化酶的抑制作用，最終造成過氧化物失去活性或者作用效果[17]。最后的結果是，超氧游離基反而能夠促進形成過氧化氫，后者又進一步誘導表達P選擇素。其次，通過抑制蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)的活性，NO發(fā)揮其抗炎作用[6]。主要表現(xiàn)為，在P選擇素的表達和轉錄過程中，NO通過可溶性鳥苷酸環(huán)化酶的活化，刺激了IκB-α啟動子，最終PKC的活性也被抑制，從而導致P選擇素的表達和轉錄也受到抑制。

3 在炎癥發(fā)生過程中NO的分子機制

研究顯示，在炎癥的發(fā)生過程中，NO含量將會顯著升高，主要是與表達產生了iNOS有關。在正常生理條件下，NO會發(fā)揮其抗炎作用，但是當慢性炎癥發(fā)生發(fā)展時，NO卻發(fā)揮促進炎癥發(fā)生發(fā)展的作用。目前領域內關于慢性炎癥發(fā)生發(fā)展時，NO的促炎作用具體機制，尚無統(tǒng)一定論。有可能是因為NO過弱的抗炎作用被掩蓋，也有可能是因為其他各種因素影響NO的抗炎效果。筆者推測，在此過程中NO發(fā)揮促炎作用，可能與其會NO2，N2O3，ONOO-等各種更高級形式氮氧化合物進行轉化有關。據(jù)此，可以將iNOS作為一種標記物，以證實NO發(fā)揮促炎作用的相關機制。此外，在炎癥發(fā)生過程中，不僅僅是NO會引起組織損傷以及功能喪失，氮氧化合物也是其中重要的物質之一。

3.1 NO介導的組織損傷生物標記物：誘生型一氧化氮合酶

已有研究顯示，NO相關產物同時具備促炎和抗炎效果，且二者作用相當[18]。iNOS產生NO時，需要依賴細胞內的鈣離子。但是，當iNOS表達完成后，其可以獨立完成產生NO的過程；在某些條件下(如短期或急性實驗模型)，iNOS因時間有限，無法完全表達。因此，只有cNOS發(fā)揮的功效可以作為證據(jù)。NO在不同時間段發(fā)揮不同的生物作用，并且這種作用往往是相反的，可以通過細菌內毒素(脂多糖，LPS)對腸道的損傷過程加以體現(xiàn)。例如，在對實驗模型靜脈給藥3 h后，LPS會通過白細胞滾動、脈管系統(tǒng)等方式對腸道產生明顯的損傷。給藥3 h后，由于存在NOS的抑制物，導致腸道損傷進一步加重。但是，NO會在此過程中發(fā)揮其保護作用，減輕腸道損傷。這是因為同時存在NO的供體，從而緩解腸道損傷。當靜脈給藥6 h后，由于時間有限，靜息的iNOS不能完全表達，最終導致LPS會繼續(xù)發(fā)揮其對腸道的損傷作用[19]。反之，當給藥時間在3 h內，靜息的iNOS有時間充分表達，可以一定程度上抑制LPS對腸道的損傷作用。上述結果提示，在臨床治療過程中，必須要考慮時間因素的影響[18]。但仍然需要結合實際情況進行考量，例如，在對胃炎、炎癥性腸病、關節(jié)炎等各種慢性炎癥進行治療時，聯(lián)合采用NO產物的抑制劑比較有效[20-23]。而在治療再灌注性損傷時，起病之時，采用NO供體往往最有效果[18]。其他觀點還認為，NO受到不同因素的影響才發(fā)揮其毒性作用，包括iNOS的表達(NO發(fā)揮其毒性作用)，以及NO產物增加的不同階段。

3.2 NO的氧化與氮氧化合物的產生

理論上講，當NO和氧氣聚集，并且達到一定條件都可以發(fā)生反應。亞硝酸鹽是二者反應的終產物，NO2和N2O3則是其存在時間相對較短的中間產物。同時，有研究認為，當二者處在細胞膜疏水環(huán)境中時，反應速度將大大提高[24]。Grisham[25]通過相關實驗證明，二者反應的終產物之一亞硝胺的合成過程，可以通過活化的中性粒細胞加快。不僅如此，而且iNOS的表達越強烈，該反應過程越快。但諸如維生素C、5-對氨基水楊酸(5-para-aminosalicylic acid，5-ASA)等一類抗氧化劑，在不直接與NO發(fā)生作用的前提下，反而會抑制亞硝胺的合成。Fiorucci等[26]證明，某些預防胃黏膜損傷的非甾體抗炎藥(由NO所主導)，可以與硫醇類物質發(fā)生亞硝化反應，即表現(xiàn)出藥物與半胱天冬酶(細胞凋亡蛋白酶)發(fā)生反應，并進一步引起腫瘤壞死因子α介導的細胞凋亡通路被抑制。

4 展望

當前可以明確的是，NO對局部組織發(fā)揮作用的形式受不同條件的影響。當NO由cNOS產生時發(fā)揮保護作用，然而，但當其由iNOS產生時，既可以起保護作用，也能夠發(fā)揮毒性作用。以小鼠為實驗模型的動物實驗已經證明，在生理和病理環(huán)境下，NO發(fā)揮不同的生物學作用：當發(fā)生急性炎癥時，細胞因子大量暴露，NO可發(fā)揮其保護作用，抑制細胞凋亡，類似于細胞凋亡抑制因子；但如果現(xiàn)實環(huán)境可以發(fā)生氧化還原反應，NO受到誘導后，其產物反而會引起組織損傷。例如，當NO是通過eNOS作用下產生時，可以發(fā)揮維持灌流作用，并且阻止血小板粘附、血栓形成和PMN的聚集，這些對于組織細胞十分有益，而誘導型NO的產物則具有相反的作用。

可以預見的是，在未來臨床治療過程中，可以采用某一類一氧化氮合酶的抑制物進行治療。對于因NO引起的組織損傷的治療，則考慮采用清除NO或者過氧硝酸鹽的物質。不僅如此，在治療休克或缺血再灌注損傷時，選擇那些能夠緩慢而長期釋放少量NO的化合物；同樣的，對于潰瘍的預防以及減少因非甾體類抗炎藥引起的胃腸副作用，可以選擇NO釋放類的藥物與非甾體類抗炎藥聯(lián)合使用。