陳曉蘇 董一飛 程曉曙

·綜述·

呼出氣一氧化氮與心血管疾病

陳曉蘇 董一飛 程曉曙

圖1 eNO的合成與代謝示意圖

呼出氣一氧化氮； 心血管疾病

機體通過呼吸排出成千上萬種分子，對呼出氣進行分析可以獲得很多機體健康狀態(tài)的信息，其中呼出氣一氧化氮(exhaled nitric oxide，eNO)，可作為反映血管內(nèi)皮功能的生物標志物[1]。自1987年NO作為血管舒張因子被發(fā)現(xiàn)以來，其神經(jīng)信號傳遞、抗血小板聚集和黏附、調(diào)控內(nèi)皮細胞的生長和再生以及維持血管健康[2]等多種作用均與心血管系統(tǒng)密切聯(lián)系。隨著eNO在臨床工作中越來越受重視，人們也開始關(guān)注eNO與心血管系統(tǒng)的關(guān)系。本文將著重探討eNO的合成與代謝、檢測方法及其在心血管疾病中的臨床應用價值。

1 eNO的合成與代謝

內(nèi)源性NO合成主要是在氧的參與下，以一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)作為催化劑，催化底物L-精氨酸生成的，并以1∶1的比例產(chǎn)生副產(chǎn)物胍氨酸(圖1)。NOS是催化NO合成的限速酶[3]，主要有以下3種亞型：Ⅰ型：負責血管內(nèi)皮NO的合成，存在于多種類型的細胞中，稱之為內(nèi)皮型NOS(endothelial NOS，eNOS)；Ⅱ型：通常由炎癥時所產(chǎn)生的白介素、內(nèi)皮素、腫瘤壞死因子及心血管疾病等病理狀態(tài)誘導產(chǎn)生，產(chǎn)生后不受其他因素影響的狀態(tài)下可存在數(shù)小時，催化產(chǎn)生大量NO，故又稱之為誘導型NOS(inducible NOS，iNOS)；Ⅲ型：主要在神經(jīng)細胞中表達的神經(jīng)型NOS(neuronal NOS，nNOS)。eNOS和nNOS合稱為結(jié)構(gòu)型，具有鈣離子依賴性，其生物活性只能維持數(shù)分鐘，生理情況下在組織中表達，持續(xù)性催化產(chǎn)生小劑量的NO，維持血壓及內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定[4]。當受到某些神經(jīng)遞質(zhì)或血流剪切力刺激時，機體通過eNOS和nNOS調(diào)節(jié)NO的合成和釋放[5]。除了自身合成的NO外，用于冠心病、高血壓治療的硝酸酯類藥也可以產(chǎn)生NO從而達到舒張血管的作用。

2 eNO的檢測

正常人氣道中的NO濃度較低，且極不穩(wěn)定(半衰期1～5 s)，NO分子中不成對的電子使它很容易被氧化，故測定eNO的技術(shù)和設備要求極高，目前臨床應用最為廣泛的是化學發(fā)光法，它具有簡便、快速、無創(chuàng)等優(yōu)點。測定eNO受呼吸氣流速度的影響，除此之外，性別、年齡、吸煙、飲食及某些藥物均對eNO測定有所影響。針對以上問題，2005年歐洲胸科協(xié)會/美國胸科協(xié)會發(fā)表指南，將測定呼出氣流速度定為50 ml/s[7]；鑒于eNO測定水平影響因素很多，2011年該協(xié)會再次推出新指南，建議采用eNO的切點與變化率，而并非正常參考值的規(guī)范化診療[8]，如呼吸系統(tǒng)疾病中，12歲及以上患者，eNO測定值在0～50 ppb之間，若此次測量值比上次測量值增加>10 ppb或>40%，提示氣道/肺部炎癥或慢性炎癥的急性加重期。上呼吸道的eNO濃度比下呼吸道高幾倍，尤其在副鼻竇部位，且鼻息肉、鼻竇炎、過敏性鼻炎等均可引起eNO的改變，目前主張依據(jù)解剖學分段測量eNO，下呼吸道eNO的取樣應防止鼻腔eNO的貢獻，通過使被檢測者的呼氣壓力維持在5～20 cmH2O之間，壓力產(chǎn)生的呼氣阻力可以使軟腭閉合防止鼻腔中的eNO通過鼻咽進入下呼吸道的呼出氣中。

3 eNO作為心血管疾病的生物標志物

3.1 eNO與慢性心力衰竭

研究者很早就認識到NO在心力衰竭的發(fā)病及進展中扮演了重要的角色，心力衰竭患者體內(nèi)反映全身性內(nèi)皮NO合成能力的等離子硝酸鹽降低[9]，近年來同樣作為NO代謝產(chǎn)物的eNO也得到了研究者更多的關(guān)注，目前對心力衰竭患者eNO水平的研究結(jié)果尚不統(tǒng)一。有研究表明，靜息狀態(tài)下慢性心力衰竭組較健康對照組的eNO升高[10]，且升高水平與心力衰竭嚴重程度呈正相關(guān)[10]，失代償組的eNO水平較代償組更高[1]。心力衰竭患者運動后的eNO也有升高，程度低于健康對照組[2,10]，這是因為運動本身可以加速血液循環(huán)刺激感受器使NO的合成和釋放增加[10]及運動導致剪切力增強調(diào)節(jié)肺泡內(nèi)皮細胞的eNOS活性[11]，而心力衰竭組長期處于代償性的eNO升高且心力衰竭組的活動耐量下降，導致eNO升高的程度低于健康對照組。也有研究者提出，心力衰竭患者在靜息狀態(tài)下及運動后eNO均下降[12]，這可能與心力衰竭患者肺組織長期缺氧使NOS活性受到抑制有關(guān)[12]，下呼吸道細胞產(chǎn)生的NO減少。給予慢性缺氧處理的新生小豬肺臟中的NO產(chǎn)物及其NOS活性明顯下降[13]。目前公布了一項關(guān)于心力衰竭患者eNO及其預后的相關(guān)性研究結(jié)果，該研究對110例心功能Ⅱ～Ⅲ級的心力衰竭患者進行了為期396 d的隨訪，發(fā)現(xiàn)運動后eNO降低的患者有更高的死亡風險，推測可能與運動時肺通氣的自我調(diào)節(jié)受損、右心室功能失調(diào)致肺血管阻力反應性增加及能導致肺泡容量下降的其他血流動力學因素有關(guān)[12]。這個發(fā)現(xiàn)使eNO將有希望成為評估心力衰竭患者預后及治療效果的無創(chuàng)性指標，然而在此之前還需要做更多規(guī)范的研究如統(tǒng)一標準運動量、統(tǒng)一eNO測量時間等，來進一步明確心力衰竭患者eNO的變化及其機制。

3.2 eNO與肺動脈高壓

NO在肺動脈高壓診治中是一項重要的生化指標[14-15]，除可舒張血管外，還可調(diào)控內(nèi)皮細胞的生長和再生以及維持血管正常功能。研究發(fā)現(xiàn)，原發(fā)性肺高壓患者eNO水平降低[8,16]，肺動脈高壓患者與健康對照組相比肺泡灌洗液中的NO產(chǎn)物濃度更低，并與肺動脈壓力呈負相關(guān)[17]，通過提高肺動脈高壓患者NO的生物活性或加強NO的生物效應，將有望成為肺動脈高壓重要的治療方式[18]，經(jīng)治療后肺動脈高壓患者的eNO水平升高，提示eNO有潛力成為評估肺動脈高壓治療效果的非侵入性指標[2]。

Hare等[1]發(fā)現(xiàn)，在靜息狀態(tài)下心力衰竭合并肺高壓患者與健康對照組相比eNO水平升高，其升高的程度與肺動脈壓力呈負相關(guān)，而急性失代償心力衰竭組卻無這樣的相關(guān)性。提示eNO水平升高可能是心力衰竭合并肺高壓患者的一種代償機制，而急性失代償性心力衰竭患者失去了這樣的代償能力。Schuster等[10]研究了癥狀限制的心肺運動鍛煉對慢性穩(wěn)定性心力衰竭合并肺動脈高壓患者eNO水平的影響，發(fā)現(xiàn)運動后eNO水平與靜息狀態(tài)下肺動脈壓力呈正相關(guān)。進一步提示eNO水平升高可能是心力衰竭合并肺高壓患者的一種代償機制。運動誘導eNO增加的機制可能在于促使血流增快，增加肺血管血流剪切力，從而誘導肺內(nèi)皮細胞NOS的活性增加[19]，使得eNO水平增多。這可能與剪切壓力上調(diào)內(nèi)皮細胞中合成NO相關(guān)基因的表達水平有關(guān)[20]。以上研究初步揭示了左心功能不全導致的肺動脈高壓與eNO之間的關(guān)系，但目前的研究數(shù)據(jù)還遠遠不足，未來可能更需要研究心力衰竭治療前后或運動前后肺動脈壓力的變化與eNO水平變化之間的相關(guān)性，同時研究運動鍛煉作為評估和治療心力衰竭相關(guān)肺動脈高壓的可能性。

肺動脈高壓是慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)繼發(fā)肺源性心臟病的核心環(huán)節(jié)。NO具有調(diào)節(jié)肺血管張力[21]、調(diào)控內(nèi)皮細胞再生以及維持血管健康[2]等多種作用，在COPD患者中NO釋放能力受損[22]，因此NO被認為在COPD的發(fā)病機制中具有十分重要的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，COPD合并肺動脈高壓的患者較單純COPD患者eNO水平下降，且與肺動脈壓力呈負相關(guān)。而單純的COPD患者eNO水平目前尚有爭議，一些研究發(fā)現(xiàn)COPD穩(wěn)定期患者的eNO水平較健康對照組下降，而COPD急性發(fā)作期eNO水平較健康對照組升高[23]。解釋這些現(xiàn)象的機制目前仍不清楚，可能與COPD患者肺組織長期缺氧使NOS活性受到抑制有關(guān)[12]，而急性發(fā)作期肺部炎癥誘導產(chǎn)生iNOS，使NO合成釋放增加。

3.3 eNO與冠狀動脈粥樣硬化性心臟病

NO的多種生理功能，如抗血小板黏附和聚集、調(diào)節(jié)黏附分子和趨化因子表達、抑制炎癥細胞浸潤以及平滑肌細胞遷移和擴散，均可抑制動脈粥樣硬化的形成。eNOS基因多態(tài)性及NO信號通路基因與冠心病的遺傳傾向密切相關(guān)[24-25]。動脈粥樣硬化組織中NO的生物合成受到抑制，同時NO降解增強[26]。早在19世紀，人們就認識到硝酸酯類藥物分解釋放NO可以用來治療心絞痛。因此，NO在冠狀動脈粥樣硬化心臟病的發(fā)病機制中發(fā)揮著重要作用。Salonen等[26]對53例缺血性心臟病患者eNO水平進行了6個月的隨訪研究，發(fā)現(xiàn)eNO水平與動脈粥樣硬化的危險因素(三酰甘油、糖化血紅蛋白)呈負相關(guān)。高三酰甘油或高糖化血紅蛋白狀態(tài)導致血管內(nèi)皮功能受損，使NO合成減少或降解增加[26]可能是潛在的機制。另有研究表明，與健康對照組相比，冠心病患者運動后eNO水平下降[27]。目前尚無對比靜息狀態(tài)下冠心病患者和健康對照組eNO水平的研究。

3.4 eNO與風濕性心臟病

有研究將74例風濕性心臟病患者(6例二尖瓣狹窄、13例二尖瓣狹窄合并二尖瓣反流、1例二尖瓣反流、54例二尖瓣合并主動脈瓣瓣膜病變)與27名健康志愿者的eNO水平進行比較，對所有納入者行彩色超聲心動評估瓣膜病變程度，同時測量肺動脈壓力，結(jié)果表明風濕性心臟病患者與健康對照組相比eNO水平升高，而合并有肺動脈高壓的風濕性心臟病患者較肺動脈壓力正常的風濕性心臟病患者eNO水平升高的更為明顯。風濕性心臟病患者中eNO水平的升高是心力衰竭相關(guān)肺動脈高壓的一種代償性反應還是與細胞因子刺激作用有關(guān)目前仍不清楚[28]。

綜上所述，NO作為血管舒張因子被發(fā)現(xiàn)以來，不僅僅揭示了硝酸甘油等血管舒張藥的作用機制，而且為心血管疾病的診斷和治療開辟了廣闊前景。但因NO具有不穩(wěn)定性的特點，導致外周血中的NO和NO代謝產(chǎn)物的測定在臨床中的應用非常局限，除此之外，產(chǎn)生NO的內(nèi)皮細胞等遍布全身血管，所以測定外周血的NO特異性較差。近年來eNO檢測方法在臨床診療中的應用具有重大突破意義，對eNO指標進行動態(tài)觀察有望成為篩查心血管疾病的一種有效的無創(chuàng)性檢測方法。然而，eNO來源復雜，影響因素眾多，目前eNO與心血管疾病的關(guān)系仍存在大量爭議，這有待更多和更規(guī)范的研究結(jié)果進一步證實。

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(本文編輯：譚瀟)

Exhaled nitric oxide and cardiovascular disease

ChenXiaosu,DongYifei,ChengXiaoshu.

DepartmentofCardiology,theSecondAffiliatedHospitalofNanchangUniversityMedicalCollege;MolecularMedicineLaboratoryofJiangxiProvince,Nanchang330006,China

ChengXiaoshu,Email:xiaoshumenfan@126.com

Exhaled nitric oxide； Cardiovascular diseases

10.3969/j.issn.1007-5410.2015.03.017

國家自然科學基金項目(81200187)；江西省青年科學基金項目(20122BAB215014)

330006 南昌大學第二附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科；江西省分子醫(yī)學重點實驗室

程曉曙，電子信箱：xiaoshumenfan@126.com

2014-09-22)

注：陳曉蘇和董一飛為并列第一作者

ThisworkwassupportedbythegrantsfromNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.81200187)andYouthScienceFoundationofJiangxiProvince(No.20122BAB215014)