倪遠(yuǎn)寧，季暉，王琳娜，許昂，陳亞瓊

（中國藥科大學(xué)藥理學(xué)教研室，江蘇 南京210009）

·前沿與進(jìn)展·
ADVANCES IN PHARMACEUTICAL SCIENCES

一氧化氮與神經(jīng)血管單元的關(guān)聯(lián)性及相關(guān)藥物研究進(jìn)展

倪遠(yuǎn)寧，季暉*，王琳娜，許昂，陳亞瓊

（中國藥科大學(xué)藥理學(xué)教研室，江蘇 南京210009）

一氧化氮（NO）作為一種重要的信號分子，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有重要影響。神經(jīng)血管單元是近年來提出的從整體上描述中樞神經(jīng)系統(tǒng)的新概念，NO對中樞系統(tǒng)的作用是多層次多角度的，NO與神經(jīng)血管單元這個整體及其各組成單元均密切相關(guān)。綜述NO及其合成酶的功能，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中NO與神經(jīng)血管單元的相互作用關(guān)系及以NO信號通路為靶點的相關(guān)藥物研究進(jìn)展。

一氧化氮；一氧化氮合成酶；神經(jīng)血管單元；氧化應(yīng)激；血管損傷；腦卒中；阿爾茨海默病；帕金森病

一氧化氮（nitric oxide, NO）是體內(nèi)重要的信使分子，生理濃度下具有擴(kuò)張血管、抑制血小板聚集與黏附、信號傳遞等重要生理作用，但高濃度下則具有炎癥介質(zhì)和細(xì)胞毒性作用。神經(jīng)血管單元（neurovascular unit，NVU）是近年來新提出的一個概念，強(qiáng)調(diào)從整體上考慮中樞神經(jīng)系統(tǒng)的改變，以及多個因素對疾病進(jìn)程的影響。NO作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要信號分子，與神經(jīng)血管單元的各個組成部分均有密切關(guān)聯(lián)。本文就一氧化氮及其合成酶的功能、在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中NO信號通路與神經(jīng)血管單元的關(guān)聯(lián)性及相關(guān)藥物的研究進(jìn)展作一綜述，旨在為其進(jìn)一步研究提供參考。

1 一氧化氮及其合成酶

1.1 一氧化氮

NO在體內(nèi)由L-精氨酸在一氧化氮合成酶（nitric oxide synthase，NOS）的催化作用下生成。NO是血管系統(tǒng)中一種重要的促進(jìn)血管擴(kuò)張劑，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中一種重要的信號分子，另外NO在炎癥反應(yīng)中起關(guān)鍵性的介質(zhì)作用[1]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，NO作為逆信使，參與突觸間信號傳遞，但其并不儲存于突觸囊泡內(nèi)，也并非以胞吐方式釋放，而是從神經(jīng)末梢擴(kuò)散，故為一種非經(jīng)典的神經(jīng)遞質(zhì)[2]。在神經(jīng)退行性疾病中，NO于疾病早期可起擴(kuò)張血管、抑制血小板聚集等保護(hù)作用，疾病晚期過量表達(dá)的NO則與炎癥反應(yīng)相關(guān)聯(lián)，產(chǎn)生神經(jīng)毒性。神經(jīng)元活動需要消耗大量的能量，腦部循環(huán)為腦組織提供了氧，因此，腦血流的調(diào)控對中樞神經(jīng)系統(tǒng)至關(guān)重要。NO可從血管和細(xì)胞兩個水平，通過多條信號通路來影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)，同時無論在生理還是病理狀態(tài)下，NO信號通路對腦血流均具有非常重要的調(diào)控作用。NO調(diào)控腦血流主要通過兩條途徑，一條是通過自動調(diào)控，另一條是通過神經(jīng)血管偶聯(lián)調(diào)控。神經(jīng)血管偶聯(lián)是指神經(jīng)活動與腦血流的調(diào)控相關(guān)，從而保證了氧氣的供應(yīng)量可時刻滿足實際需要；同時該過程是通過神經(jīng)血管單元這個整體來實現(xiàn)調(diào)控，但在許多腦部疾病中，神經(jīng)血管偶聯(lián)通常已遭到破壞[3]。

1.2 一氧化氮合成酶

一氧化氮合成酶是NO合成過程中的重要限速因素，體內(nèi)NO的生物作用完全依賴于NOS的活性。NOS是一種同工酶，有三種亞型，分別是神經(jīng)元型一氧化氮合成酶（nNOS）、誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶（iNOS）和內(nèi)皮型一氧化氮合成酶（eNOS）。其中，nNOS和eNOS在生理條件下可正常表達(dá)，而iNOS在生理條件下不表達(dá)，只在病理條件下誘導(dǎo)表達(dá)；nNOS和eNOS具有鈣離子和鈣調(diào)蛋白依賴性，而iNOS具有非鈣依賴性，需誘導(dǎo)激活，激活后會長時間大量合成NO[4]。

血管內(nèi)皮中的NO主要由eNOS催化生成，但在生理條件下，神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)元細(xì)胞主要表達(dá)nNOS，因此，當(dāng)eNOS活性受損時，NO合成即會減少，這也是許多神經(jīng)損傷疾病的影響因素之一[5]。此外，在病理條件下，還會由于eNOS的重要輔因子四氫生物蝶呤（BH4）分泌不足、L-精氨酸的耗竭、內(nèi)源性NOS抑制劑非對稱性二甲基精氨酸（ADMA）的堆積等多種原因，導(dǎo)致eNOS解偶聯(lián)（見圖1）。eNOS解偶聯(lián)是指某些病理條件下，eNOS不再促進(jìn)合成生理活性物質(zhì)NO，轉(zhuǎn)而生成超氧化物的現(xiàn)象[4]。這并不是一種“全或無”的現(xiàn)象，在病理情況下，會發(fā)生部分的eNOS解偶聯(lián)，這部分解偶聯(lián)的eNOS和功能正常的eNOS是并存的[6]。eNOS解偶聯(lián)生成的超氧陰離子（O2-）進(jìn)一步消耗具有生理活性的NO，生成過氧化亞硝基（ONOO-）等神經(jīng)毒性更強(qiáng)的物質(zhì)。因此，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損時，eNOS的解偶聯(lián)一方面減少了正常的NO含量，另一方面卻增加了超氧化物的累積，從兩個方面加劇了神經(jīng)損傷。在病理條件下，iNOS才被誘導(dǎo)激活，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，iNOS主要表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞中[7]。當(dāng)iNOS被誘導(dǎo)激活后，會持續(xù)、大量地產(chǎn)生NO。

圖1 eNOS解偶聯(lián)機(jī)制Figure1 Mechanism of eNOS uncoupling

2 一氧化氮與神經(jīng)血管單元

近年來，神經(jīng)血管單元這個概念受到越來越多人的重視。神經(jīng)血管單元是指以神經(jīng)元、血腦屏障、膠質(zhì)細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成的一個整體性概念[8]。NVU強(qiáng)調(diào)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中多種細(xì)胞的功能及其相互聯(lián)系，而NO信號通路對整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)均有重要影響，因此與NO相關(guān)的因素涉及到神經(jīng)血管單元這個整體的方方面面。

2.1 一氧化氮與神經(jīng)元

當(dāng)機(jī)體遭受有害刺激時，體內(nèi)的活性氧自由基、活性氮自由基等高活性分子生產(chǎn)過量，即引起氧化/硝化應(yīng)激反應(yīng)；當(dāng)自由基產(chǎn)量超出機(jī)體自身的自由基清除能力時，氧化和抗氧化系統(tǒng)即會失衡進(jìn)而損傷神經(jīng)元細(xì)胞。在這種應(yīng)激條件下，對機(jī)體造成損傷的除了NO本身，還有NO與過多的超氧陰離子反應(yīng)而產(chǎn)生毒性更強(qiáng)的ONOO-，NO也被進(jìn)一步消耗，故而影響NO的正常生理功能的發(fā)揮[9]。目前普遍認(rèn)為，ONOO-引發(fā)的氧化損傷是NO導(dǎo)致中樞神經(jīng)損傷的重要途徑[10]。神經(jīng)元損傷為腦卒中、帕金森病、阿爾茨海默病等一系列中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)鍵影響因素。此外，在谷氨酸興奮性遞質(zhì)釋放增多、線粒體功能障礙和L-精氨酸缺乏的情況下，神經(jīng)元細(xì)胞自身也會產(chǎn)生ONOO-[11]，從而造成惡性循環(huán)，加重中樞神經(jīng)損傷。

2.2 一氧化氮與血腦屏障

血腦屏障是指由星形膠質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞和基底膜等組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，它是NVU的核心結(jié)構(gòu)[12]，血腦屏障對于維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能具有重要作用。在各種腦損傷疾病中，均伴有血腦屏障通透性的變化，而NO與血腦屏障的通透性變化息息相關(guān)。具有不同于外周血管內(nèi)皮細(xì)胞的特殊形態(tài)及功能的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞組成了血腦屏障的基本框架，在此框架基礎(chǔ)上，星形膠質(zhì)細(xì)胞附著于內(nèi)皮細(xì)胞之上，且在周細(xì)胞和基底膜等結(jié)構(gòu)的輔助下，共同起到屏障的功能。血腦屏障是一個非常重要的結(jié)構(gòu)，它把中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周的血液循環(huán)系統(tǒng)分隔開，有效地阻止了血液中對腦組織有害的物質(zhì)進(jìn)入腦中，起保護(hù)和維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)正常功能的重要作用。當(dāng)血腦屏障被破壞時，血液中的有害物質(zhì)會進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，同時離子平衡遭到破壞，血管中液體進(jìn)入血管外間隙，進(jìn)而引發(fā)腦水腫等一系列危及生命的嚴(yán)重問題。在生理條件下，NO通過激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶（sGC）影響Na+和K+水平，催化三磷酸鳥苷（GTP）轉(zhuǎn)化成環(huán)磷酸鳥苷（cGMP）來改變內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變血管的通透性[13]。而機(jī)體發(fā)生氧化應(yīng)激時，NO大量產(chǎn)生，NO與超氧陰離子反應(yīng)進(jìn)一步生成的ONOO-破壞內(nèi)皮細(xì)胞膜，增加內(nèi)皮細(xì)胞以及血腦屏障的通透性。研究表明，通過清除自由基可有效抑制血腦屏障的通透性增加（Weisbrot-Lefkowitz等，Brain Res Mol Brain Res，1998年）。

2.3 一氧化氮與膠質(zhì)細(xì)胞

膠質(zhì)細(xì)胞對神經(jīng)元起支持、營養(yǎng)作用，對維持神經(jīng)系統(tǒng)正常功能也十分重要，同時膠質(zhì)細(xì)胞還是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中具有免疫功能作用的細(xì)胞。正常情況下，小膠質(zhì)細(xì)胞處于靜息狀態(tài)，當(dāng)周圍環(huán)境發(fā)生病理性改變時，小膠質(zhì)細(xì)胞迅速活化增殖，參與免疫反應(yīng)，且能引起吞噬作用。小膠質(zhì)細(xì)胞還可通過分泌多種細(xì)胞因子，參與病理進(jìn)程。當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損時，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞會產(chǎn)生包括NO在內(nèi)的多種物質(zhì)，如自由基、超氧化物陰離子等，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生一系列的損傷作用。

3 在疾病進(jìn)程中一氧化氮與神經(jīng)血管單元的關(guān)聯(lián)性及其相關(guān)治療藥物

在涉及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疾病中，腦功能并不僅是某個局部受損，而是從整體上均被影響，神經(jīng)血管單元作為一個整體，其各個部分均參與了疾病的發(fā)生發(fā)展過程，包括神經(jīng)元的損傷、膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生炎癥因子和細(xì)胞毒性物質(zhì)、血腦屏障通透性改變等。NO與這些因素相互作用，影響了疾病的進(jìn)程。

3.1 缺血性腦卒中及其治療藥物

缺血性腦卒中是一種由腦部供血受阻而迅速發(fā)展的腦功能損傷，占腦卒中發(fā)病率的70%～80%。大腦中動脈是缺血性腦卒中的易發(fā)部位，當(dāng)腦動脈形成血栓后，腦血流受阻變慢，腦組織缺氧缺血，繼發(fā)的各種級聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致了腦組織的受損。與腦缺血及再灌注導(dǎo)致的損傷相關(guān)作用機(jī)制有興奮性毒性、離子失衡、氧化/硝化應(yīng)激、皮層擴(kuò)散性去極化、炎癥反應(yīng)等[14]。缺血性腦卒中不是簡單的神經(jīng)元損傷，而是在疾病進(jìn)程中星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)軸突、微血管等結(jié)構(gòu)均受損傷，這些因素相互關(guān)聯(lián)影響，引起一系列的級聯(lián)損傷反應(yīng)[15]。

腦缺血后再灌注會導(dǎo)致血管損傷、血腦屏障通透性增加進(jìn)一步加重。該損傷機(jī)制包括磷脂酶A2被激活而產(chǎn)生大量花生四烯酸，腺嘌呤核苷酸分解產(chǎn)生黃嘌呤和次黃嘌呤，這些物質(zhì)在缺血再灌注時代謝產(chǎn)生大量的超氧陰離子。腦缺血后再灌注還會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加，受鈣離子調(diào)控的NOS被激活，NO產(chǎn)量增加。在之前已有氧化應(yīng)激損傷產(chǎn)生大量自由基的情況下，NO與超氧陰離子結(jié)合產(chǎn)生細(xì)胞毒性更強(qiáng)的ONOO-，加重對腦組織的損傷。同時，NO還會導(dǎo)致蛋白的S-亞硝基化，即NO與半胱氨酸硫醇基發(fā)生共價結(jié)合。NO在腦中可使類固醇受體輔活化因子Src同源區(qū)域2-蛋白酪氨酸磷酸酶-2（SHP-2）S-亞硝基化，生成S-亞硝基化的SHP-2(SNO-SHP-2)，腦缺血后體內(nèi)SNO-SHP-2含量增加。這種反應(yīng)會抑制SHP-2的磷酸化，進(jìn)而抑制下游的細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶ERK1/2通路，該神經(jīng)保護(hù)通路的阻斷會增加缺血性腦卒中的興奮性毒性損傷[16]。在腦缺氧模型中還觀察到NO誘導(dǎo)線粒體中的促凋亡蛋白Bax表達(dá)上調(diào)，改變膜通透性，使鈣離子內(nèi)流，從而導(dǎo)致線粒體的DNA斷裂[17]。低氧環(huán)境下，NO還會影響自噬體的形成，而自噬體是在缺氧條件下具有保護(hù)機(jī)體、降低自由基損傷的重要細(xì)胞器。因此，NO對神經(jīng)的損傷還與抑制自噬作用有關(guān)[7]。

腦缺血及其再灌注過程與NO的含量及其相關(guān)信號通路密切相關(guān)（見圖2）。在大腦的動脈阻塞（MCAO）模型中，NO的產(chǎn)生量在30 min內(nèi)提高了20倍，但在造模7 d后，腦組織的NO含量大幅降低（Malinski等， J Cereb Blood Flow Metab，1993年）。表明，在腦缺血初期NO含量大幅升高，但長期缺血損傷后腦組織會出現(xiàn)NO供應(yīng)不足。不同的是，在缺血后再灌注時，NO的含量會在再灌注損傷的30 min內(nèi)暫時性地上升50%（Uetsuka等，J Neurotrauma，2002年）。在MCAO模型中，NOS的表達(dá)量也在變化，研究表明造模最初的短時間內(nèi)eNOS和nNOS含量上升，但很快就會下降（Kader等，Stroke，1993年）。而iNOS則在腦缺血的中后期表達(dá)，即在MCAO造模12 h后直至d 7這段時間內(nèi)，iNOS的表達(dá)有所上調(diào)[18-19]。血腦屏障的損傷以及由此引發(fā)的腦水腫對急慢性腦缺血均具有重要影響[20]。

圖2 NO及NOS在腦缺血再灌注過程中的作用Figure 2 Roles of NO and NOS in the pathophysiology of stroke

以NO信號通路為靶點治療缺血性腦卒中的藥物目前已有較多研究。缺血性腦卒的病理進(jìn)程中，腦內(nèi)NO存在過度表達(dá)，NOS抑制劑可起一定的保護(hù)作用。有研究發(fā)現(xiàn)，nNOS對局部腦缺血早期的血腦屏障損傷有影響，nNOS抑制劑7-硝基吲唑（7-nitroindazole，7-NI）和N-丙基-L-精氨酸（N-propyl-L-arginine，L-NPA）可減輕缺血再灌注期間血腦屏障的損傷[21]。選擇性iNOS抑制劑，例如3-溴-7-硝基吲唑也可顯著改善腦缺血引起的損傷[22]。但由于目前缺少高度選擇性的NOS抑制劑，現(xiàn)有NOS抑制劑往往會影響eNOS的正常生理功能，因此該類藥物尚未在臨床廣泛應(yīng)用，有待進(jìn)一步開發(fā)。作為羥甲基戊二酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶抑制劑的他汀類藥物，被發(fā)現(xiàn)在臨床上對缺血性腦卒中具有預(yù)防作用。他汀類藥物可降低血脂，且有多重的血管保護(hù)作用，其中包括對NO的影響。有研究表明，在腦卒中模型中，長期給予HMG-CoA還原酶抑制劑類藥物，可上調(diào)eNOS的表達(dá)（Laufs等，Brain Res，2002年）、降低梗塞面積、減輕腦水腫（Prinz等，Stroke，2008年；Mariucci，Eur J Pharmacol，2011年）等。他汀類藥物對缺血性腦卒中的作用機(jī)制主要是通過增加eNOS的活性，以及通過PI3K/AKT通路激活eNOS蛋白磷酸化，從而發(fā)揮抗炎作用。雖然他汀類藥物對缺血性腦卒中有效，但多數(shù)研究表明該類藥物對缺血性腦卒中主要表現(xiàn)為預(yù)防作用。L-精氨酸是體內(nèi)合成NO的原料，在體內(nèi)NO供體類藥物可通過代謝而產(chǎn)生NO，故L-精氨酸和NO供體類藥物可增加體內(nèi)NO的含量，在腦缺血模型中具有改善腦血流、降低梗塞面積的神經(jīng)保護(hù)作用[23]。本課題組以丁苯酞（NBP）為先導(dǎo)物，設(shè)計合成了一系列NBP的開環(huán)衍生物，并對其進(jìn)行了藥效學(xué)和相關(guān)機(jī)制的研究。其中NO供體類藥物ZJM-289在進(jìn)入體內(nèi)后，可透過血腦屏障，在酯酶的作用下釋放NBP前體，進(jìn)一步環(huán)合成（S）-NBP，同時釋放NO，該藥類物可通過呼吸鏈保護(hù)、改善線粒體功能障礙、抑制線粒體相關(guān)凋亡途徑，從而對腦缺血再灌注損傷起保護(hù)作用[24]。在腦缺血模型和缺氧缺糖細(xì)胞模型中，用ZJM-289進(jìn)行預(yù)處理也可起保護(hù)作用[25]。此外，本課題組在對代號為10b的NO供體型6-氨基丁苯酞衍生物的體外研究中發(fā)現(xiàn)，其具有抑制血小板聚集、釋放適量NO的作用[26]。NO作為一種具有雙重作用的分子，在生理濃度時eNOS合成的NO具有神經(jīng)保護(hù)作用，而高濃度NO則具有一定的神經(jīng)毒性作用。NO供體類藥物主要通過少量補(bǔ)充NO，彌補(bǔ)eNOS功能障礙造成的NO不足，從而發(fā)揮多層次的神經(jīng)保護(hù)作用。雖然NO供體類藥物的長期療效及耐受性是其臨床廣泛應(yīng)用尚待解決的問題，但該類化合物在治療缺血性腦卒中方面仍具有廣闊的開發(fā)前景。

3.2 帕金森病及其治療藥物

帕金森?。≒arkinson's disease，PD）是一種神經(jīng)退行性疾病，其病理特征為腦黑質(zhì)致密部含有黑色素的多巴胺（DA）能神經(jīng)元大量變性壞死。引起黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元特異性變性的病因有環(huán)境因素、遺傳因素、衰老、氧化應(yīng)激、興奮性氨基酸毒性、線粒體功能障礙、外源性神經(jīng)毒素等。NO相關(guān)的信號通路與PD發(fā)病的分子機(jī)制密切相關(guān)。

興奮性中毒對帕金森患者的神經(jīng)細(xì)胞壞死起關(guān)鍵性作用，該過程主要由谷氨酸及其受體引起。人體內(nèi)有N-甲基-D-天冬門氨酸受體（NMDAR）、α-氨基羥甲基惡唑丙酸受體（AMPAR）、海人藻酸受體（KAR）三種興奮性氨基酸受體，其中主要是NMDAR介導(dǎo)興奮性毒性作用，這與多巴胺能神經(jīng)元的變性相關(guān)[27]。當(dāng)谷氨酸濃度增高時，NMDAR被激活致使鈣離子內(nèi)流，激活nNOS產(chǎn)生過量NO[28]，進(jìn)而產(chǎn)生ONOO-導(dǎo)致神經(jīng)元變性和壞死。在腦組織的多巴胺能神經(jīng)元周圍存在大量膠質(zhì)細(xì)胞。目前認(rèn)為，人腦黑質(zhì)中的NO主要來源于星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中iNOS的誘導(dǎo)激活，研究表明黑質(zhì)神經(jīng)元的損傷可導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞中iNOS的過度表達(dá)（Wallacc等，J Neurosci Lett，1996年）。帕金森患者腦組織的多巴胺能神經(jīng)元周圍的膠質(zhì)細(xì)胞大量表達(dá)iNOS，進(jìn)而產(chǎn)生高濃度的NO，導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元的死亡（Hirch等，Ann Neurol，1998年）。

1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶（MPTP）是一種能誘發(fā)類似PD的癥狀，影響疾病進(jìn)程及病理變化的神經(jīng)毒性物質(zhì)。MPTP代謝生成的甲基-苯基吡啶離子（MPP+）可導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元的變性壞死。MPTP/ MPP+模型可用于模擬PD。有研究發(fā)現(xiàn)，用免疫組化法觀察到黑質(zhì)中的nNOS陽性神經(jīng)元和TH-陽性神經(jīng)元分布呈相關(guān)性，證明NO與黑質(zhì)細(xì)胞的損傷有關(guān)，后續(xù)實驗中向紋狀體注入MPP+，發(fā)現(xiàn)MPP+逆行至黑質(zhì)導(dǎo)致了神經(jīng)元的變性（Mattews等，Nuerobiol Dis，1997年）。有關(guān)nNOS對PD的作用研究中，將MPTP分別給予野生型鼠和nNOS基因敲除的變異型鼠，nNOS敲除的變異型與野生型相比，多巴胺能神經(jīng)元的減少現(xiàn)象顯著減輕（Padovan-Neto等，Neuroscience，2009年）。上述研究結(jié)果均表明，NO參與了MPTP導(dǎo)致的神經(jīng)毒性作用，對帕金森病的形成具有重要影響。

NO在PD發(fā)病過程中的作用機(jī)制，為以NO相關(guān)通路為靶點的帕金森治療藥物的開發(fā)提供了理論依據(jù)。NO對于多巴胺在基底神經(jīng)節(jié)的傳遞具有重要作用，因而被認(rèn)為與帕金森的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。NO/cGMP信號通路會影響左旋多巴（L-DOPA）誘導(dǎo)的Pitx3(-/-)小鼠運(yùn)動障礙，7-NI可減輕該運(yùn)動障礙，是一種有前景的PD治療藥物[29]。他汀類藥物辛伐他汀具有逆轉(zhuǎn)多巴胺紋狀體的缺失以及亞硝基自由基產(chǎn)生的作用[30]，持續(xù)使用親脂性的他汀類藥物可降低PD的發(fā)病率[31]。紅景天苷可通過抑制ROS和NO的生成，從而對MPTP/ MPP+誘導(dǎo)的帕金森模型起保護(hù)作用[32]。上述均為帕金森病治療藥物的研發(fā)提供了新思路。

3.3 阿爾茨海默病及其治療藥物

阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是一種嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，臨床表現(xiàn)為認(rèn)知和記憶功能不斷惡化，日常生活能力進(jìn)行性減退，并伴有各種神經(jīng)精神癥狀和行為障礙。AD患者的病理特征為腦中廣泛的神經(jīng)元纖維纏結(jié)，軸突纏結(jié)形成老年斑以及神經(jīng)元的變性和缺失。研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致老年斑和神經(jīng)元纖維纏結(jié)的主要因素是β淀粉樣蛋白（β-amyloid，Aβ）的異常代謝和沉積以及tau蛋白的異常過度磷酸化[33]。NO在整個AD疾病進(jìn)程具有重要的作用。

NOS的表達(dá)及NO的產(chǎn)生與Aβ密切相關(guān)。Aβ可通過細(xì)胞因子、轉(zhuǎn)錄因子、膜受體、信號通路等一系列機(jī)制共同調(diào)控NOS的表達(dá)。在AD動物組織觀察中發(fā)現(xiàn)，Aβ沉積的斑塊四周有大量活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞（Itagaki等， J Neuroimmunol，1989年），膠質(zhì)細(xì)胞激活后會導(dǎo)致iNOS的高表達(dá)，進(jìn)而釋放大量NO。在大鼠的單側(cè)紋狀體注入纖維性Aβ1-40后發(fā)現(xiàn)，注射部位周圍的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞含量增加；30 d后注射部位附近iNOS的免疫陽性反應(yīng)增加，且已證明iNOS位于星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中（Weldon等，J Neurosci，1998年）。在AD患者腦內(nèi)海馬及內(nèi)嗅皮層星形膠質(zhì)細(xì)胞中，有nNOS的免疫陽性反應(yīng)（Simic等，Exp Neurol，2000年）。以上結(jié)果證明，AD患者腦內(nèi)Aβ與膠質(zhì)細(xì)胞的激活相關(guān)，膠質(zhì)細(xì)胞激活引起iNOS和nNOS的表達(dá)上調(diào)、NO含量增加，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)元的變性和受損。

NO與導(dǎo)致神經(jīng)元纖維纏結(jié)的過度磷酸化tau蛋白同樣有關(guān)。將僅表達(dá)Aβ沉積的APPswDI轉(zhuǎn)基因小鼠與NOS2-/-小鼠雜交后，子代腦組織中除Aβ沉積外還存在高度磷酸化的tau蛋白（Colton等，J Alzheimers，2008年）。在AD腦組織中，NO-鳥苷酸環(huán)化酶-cGMP-Akt通路抑制糖原合成酶激酶3β的活性，從而使tau蛋白的異常過度磷酸化（Magrane等，J Neurosci，2005年）。由NO反應(yīng)產(chǎn)生的ONNO-還會抑制tau蛋白分解，同時阻礙tau蛋白正確剪切和聚集，促使神經(jīng)元纖維纏結(jié)形成。此外，近年來有觀點認(rèn)為，與神經(jīng)元損傷相比，突觸的消失與腦功能的損傷聯(lián)系更大，由NOS產(chǎn)生的過氧化亞硝酸鹽能從化學(xué)結(jié)構(gòu)上修飾突觸膜蛋白，從而影響AD的疾病進(jìn)程[34]。

AD患者還存在腦血管的結(jié)構(gòu)和功能異常。在AD患者腦組織中，Aβ沉積在血管上，會導(dǎo)致血小板聚集、黏附分子黏附從而誘發(fā)血管損傷。Aβ42能抑制eNOS的功能（Gentile等，J Bio Chem，2004年），從而影響血管的舒張，導(dǎo)致腦血流的慢性減退、血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激等一系列損傷作用。同時，腦血流減退還會促使淀粉樣前體蛋白異常分解，從而產(chǎn)生更多Aβ，進(jìn)一步加重?fù)p傷（Li等，Neurosci，2010年）。生理濃度的NO具有擴(kuò)張血管、抑制血小板聚集、保護(hù)血管功能的作用，對于AD中的微血管損傷是有益的。但另一方面，AD的進(jìn)程伴隨一些炎癥因子和自由基水平的升高，這些均易造成神經(jīng)損傷作用。慢性的灌注不足會導(dǎo)致阿爾茨海默病的發(fā)生發(fā)展，在這個過程中體內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)被激活，活性氧ROS和活性氮RNS水平上升[35]。研究表明，AD患者的神經(jīng)損傷與NO通路相關(guān)，促炎因子如干擾素γ（IFN-γ）和腫瘤壞死因子α（TNF-α）的水平可影響NO的水平[36]。

在臨床上目前主要應(yīng)用于治療AD的藥物是膽堿酯酶抑制劑類藥物，近期有研究表明，類膽堿藥物也表現(xiàn)出較好的AD治療效果[37]。以NO相關(guān)通路為靶點的藥物也有一些研究。他汀類藥物可上調(diào)HO-1和BVR-A的表達(dá)，有效地減輕AD病程中的iNOS激活和氧化/硝化應(yīng)激損傷[38]，具有降低老年癡呆疾病風(fēng)險的作用[39]。NO和H2S等氣體信號分子正成為近年來神經(jīng)系統(tǒng)退行疾病的研究熱點，一種新型的促NO和H2S釋放藥物已證實可通過降低炎癥反應(yīng)中星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，從而阻止神經(jīng)炎性反應(yīng)，是治療神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病的理想候選藥物[40]。

3.4 以一氧化氮相關(guān)通路為靶點的其他疾病治療藥物

[41-43]，總結(jié)以NO相關(guān)通路為靶點的其他疾病治療藥物研發(fā)情況見表1。

表1 NO信號通路相關(guān)藥物分類及其代表藥物Table1 Representative drugs related with NO signaling pathway

4 結(jié)語

NO在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，是一個從多方面多角度具重要作用的小分子物質(zhì)。近年來新提出的神經(jīng)血管單元的概念，轉(zhuǎn)變了以往零散、不成體系地從某個點看待疾病的方式，而是把關(guān)注點放在一個整體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行研究。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各種主要疾病中，NO通過影響神經(jīng)血管單元的各個要素，進(jìn)而影響整個疾病的進(jìn)程。同時，針對NO相關(guān)信號通路這個靶點，有較多藥物亦開展相關(guān)研究，這些均為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療藥物的開發(fā)提供了新的思路。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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Research Progress in Relationship between Nitric Oxide and Neurovascular Unit as well as in Related Drugs

NI Yuanning, JI Hui, WANG Linna, XU Ang, CHEN Yaqiong
(Department of Pharmacology, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China)

Nitric oxide, as an important signaling molecule, plays an important role in the central nervous system.Neurovascular unit is a new concept proposed in recent years, which takes the central nervous system as a whole unit.Nitric oxide affects the central nercous system from different aspects, and it is closely related with the neurovascular unit as well as main components of it.The function of nitric oxide and nitric oxide synthase, as well as the relationship between nitric oxide and neurovascular unit in the central nervous system were reviewed.Diseases in central nervous system and drug research related with nitric oxide were also discussed in this review.

nitric oxide; nitric oxide synthase; neurovascular unit; oxidative stress; vascular injury; stroke; Alzheimer’s disease; Parkinson’s disease

R965

A

1001-5094（2015）01-0005-08

接受日期：2014-12-20

項目資助：國家自然科學(xué)基金（No.81373419）；高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金（No.20130096110005）

*通訊作者：季暉，教授；

研究方向：老年藥理學(xué)；

Tel：025-86205849；E-mail：huijicpu@163.com