作者：阴文超，钱金桥，昆明医科大学第一附属医院麻醉科

一氧化氮（nitric oxide，NO）自1986年被Furchgott发现以来，就一直是器官保护领域的研究热点。以往大量的研究证实，NO在心、脑、肺、肾、血管等器官缺血以及再灌注过程中具有重要的器官保护作用。缺血导致组织细胞因缺氧以及能量供应不足而发生功能障碍甚至死亡，从而影响器官正常功能。快速、有效地恢复器官血供，虽可有效缓解缺血所导致的器官损伤，但同时也会对器官造成新的损伤即缺血，再灌注（ischemia/repeffusion，I/R）损伤。NO不仅可以通过舒张血管增加缺血器官灌注，还可通过清除氧自由基以及保护线粒体功能在I/R过程中发挥器官保护作用。

缺血性心脏病是当今全球最常见的死亡原因，其治疗主要包括缺血心脏的保护以及心脏灌注及时、有效的恢复。和机体其他器官一样，心脏I/R过程中，NO具有重要的保护作用。本文就近年来NO对心脏I/R保护作用的研究进展进行综述。

1.体内NO的合成

NO作为体内重要的气体信号分子，在体内的生成主要通过以下两条途径：①L-精氨酸在激活的一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）作用下合成NO，该途径是体内NO的主要来源；②体内亚硝酸盐被血红素蛋白还原生成NO。体内的NOS包括内皮型一氧化氮合酶（endothelial NOS，eNOS）和神经元型一氧化氮合酶，以及当机体缺氧及损伤时诱导表达的诱导型一氧化氮合酶（inducible NOS，iNOS）。

正常生理状态下，心血管内的NO主要由eNOS合成，且eNOS主要分布于内皮细胞内。因此心血管内皮的功能将直接影响体内NO的浓度。当机体因多种心血管疾病（如动脉粥样硬化、高血压、糖尿病、高胆固醇血症）以及机体正常的衰老过程而导致内皮功能障碍时，心血管系统eNOS含量减少、活性降低，这些均可导致NO浓度显著降低。此外，体内精氨酸酶可与NOS竞争L精氨酸，精氨酸酶活性的改变也会对体内NO的浓度产生影响。由此可见，体内多种因素都可以影响eNOS的表达及活性，进而影响NO的合成，而这些因素也可能成为调节NO合成的靶点。

2.心脏I/R过程中NO的作用

I/R过程中，血管内皮发生功能障碍，eNOS含量及活性降低，NO生物利用度降低，内皮依赖性血管舒张功能降低。使用精氨酸酶抑制剂可改善因I/R导致的内皮功能障碍，增强内皮依耐性血管舒张功能，尤其对于既往存在动脉粥样硬化和糖尿病所致的内皮功能障碍者，精氨酸酶抑制剂的这种作用较之于内皮功能正常者显著增强。

血管舒张功能的增强将有效增加缺血器官的灌注，达到器官保护的目的。最新研究发现，持续、规律的运动可减轻衰老对血管内皮功能的影响，增加血管内皮细胞耐受I/R损伤的能力，并在心脏I/R过程中发挥心脏保护作用，但这种心脏保护作用在经Triton X-100处理引起内皮功能障碍以及使用eNOS阻滞剂的情况下完全消失。此外，对心肌梗死患者使用NO供体药物治疗，在冠状动脉阻塞解除后，心脏I/R损伤较未使用NO供体药物者减轻，患者预后改善。以上研究结果均说明NO在心脏I/R过程中具有心脏保护作用。

然而，I/R可导致iNOS激活，iNOS活性远高于eNOS，可产生过量的NO，引起细胞凋亡，加重心脏I/R损伤。由此可见，NO对于I/R的心脏具有双重作用，心脏内NO生物利用度过高和过低均加重I/R损伤。在心脏I/R过程中，要有效发挥NO的心脏保护作用，就必须维持NO的稳态，避免其过度低于或高于生理水平。

3. I/R过程中NO的心脏保护机制

NO对I/R心脏的作用包括舒张冠状动脉，阻止心肌细胞线粒体通透性转换孔（mitoehondrial permeability transition pore，MPTP）的开放以及减少活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）的产生睇。。通过这些作用可有效地保护缺血心脏以及减轻I/R损伤，促进心脏功能恢复。

NO发挥上述心脏保护作用主要通过以下两种机制：①NO/可溶性鸟苷酸环化酶（soluble guanylyl cyclase，sGC）/环磷酸鸟苷酸（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）/cGMP依赖的蛋白激酶G（cGMP-dependent protein kinase。PKG），然后通过PKG的功能进一步发挥作用；②NO使含有巯基（-SH）的蛋白质发生巯基亚硝基化（S.亚硝基化），从而改变心脏I/R损伤相关的蛋白质的功能。

3.1 NO/sGC/cGMP/PKG

NO通过激活sGC实现心脏保护的机制：活化的sGC通过合成cGMP进一步激活PKG，最终使靶蛋白磷酸化而产生生物学效应。ll J。由此可见，PKG是该信号途径的关键，其在心脏I/R过程中的作用，主要包括以下几个方面：

①PKG通过使相关蛋白磷酸化从而抑制细胞膜Ca2+内流，促进肌质网Ca2+摄取以及降低肌丝对Ca2+的敏感性，使血管平滑肌松弛，血管扩张。上述作用是NO作为内皮源性血管舒张因子在体内最基本的作用，通过该作用可使冠状动脉舒张，增加缺血心脏灌注。

②Kuno等研究发现PKG可使线粒体ATP敏感性钾通道（mitochondrial ATP-sensitive potassium channel，mitoKATP，）开放，ROS适度合成，进而引起蛋白激酶C活化，最终导致再灌注损伤补救激酶激活。再灌注损伤补救激酶的活化可抑制心肌细胞MPTP的开放，减少心肌细胞凋亡，对于I/R心脏具有强大的保护作用。此外，大量研究表明，mitoKATP本身就具有很好的心肌保护作用，mitoKATP开放通过对线粒体内外K+的调控，可抑制线粒体Ca2+内流及MPTP的开放，维持线粒体结构和膜电位的稳定，减少再灌注过程中活性氧的产生，保护心肌。

③有研究者通过对缺血后处理心脏保护作用的研究发现，心脏缺血后处理通过PKG抑制细胞膜Na+/H+交换，延迟心脏再灌注初期心肌细胞内酸中毒的纠正，从而抑制细胞内Ca2+超载以及MPTP的开放，减弱再灌注初期心肌收缩以及减少心肌细胞死亡，减轻心脏I/R损伤。

总之，NO/sGC/cGMP/PKG信号通路在心脏缺血以及再灌注的各个阶段都具有心脏保护作用，PKG对不同靶蛋白的作用决定了NO的最终效应。

3.2蛋白质S-亚硝基化

NO可使含有巯基的蛋白质发生S.亚硝基化，通过改变蛋白质构象调节蛋白质功能，S.亚硝基化是一种可逆性的蛋白质巯基氧化修饰，其修饰产物——SNO比NO半衰期长，在一定条件下可释放NO。早期研究发现血管内NO可使Hbβ链上的半胱氨酸残基（Cys93）亚硝基化形成SNO-Hb，且SNO—Hb的形成受到Hb氧饱和度的影响。通过上述机制，在组织缺氧的情况下，红细胞可以不依赖血管内皮细胞的功能，由SNO-Hb释放NO引起血管舒张，保护器官。

然而，随后的研究证实了红细胞内存在具有活性的eNOS，并可合成、释放具有生物活性的NO,这使得一些研究者对SNO-Hb来源的NO在心脏保护中的重要性产生了怀疑。但是，最近一项使用表达人Hb的小鼠进行的心脏I/R损伤的研究发现，Hb βCys93缺陷小鼠心脏损伤和病死率显著升高。这一发现不仅证实了红细胞以及SNO-Hb来源的NO在心脏保护中的重要作用，并为心脏保护的研究指出了潜在的研究方向即Hb βCys93的S-亚硝基化。上述研究结果说明了SNO-Hb在心脏保护中的作用，但是SNO-Hb最终通过释放NO发挥心脏保护作用，该作用是cGMP/PKG途径和蛋白质S亚硝基化共同作用的结果。

Sun等对Langendorff灌注的大鼠心脏在缺血预处理后使用高选择性sGC阻滞剂1H-[1,2，4]恶，二唑并[4，3-a]喹恶啉.1.酮（1H-[1，2，4]oxadiazolo[4，3-a]quinoxalin一1.-one，ODQ）阻断sGC/cGMP/PKG信号通路，结果观察到ODQ不但没有减弱缺血预处理的心脏保护作用，反而通过升高S-亚硝基化蛋白质水平增强心脏保护作用。于是研究者得出结论，ODQ竞争性抑制NO与sGC的结合，提高了NO的生物利用度，使得S.亚硝基化蛋白质生成增加并发挥心脏保护作用。

由此研究者认为至少在一些心脏保护模型中，NO通过使蛋白质S-亚硝基化产生心脏保护，而不依赖于激活sGC/cGMP/PKG信号。其实在Sun等的研究之前就已经有研究发现了NO通过使线粒体呼吸链中的复合物I发生S-硝基化而发挥细胞保护作用。心脏I/R瞬间，心肌细胞恢复氧供，线粒体呼吸链迅速产生过量的ROS，导致细胞损伤，复合物I的S-硝基化可抑制再灌注期间复合物I活性的恢复，下调线粒体功能，减少ROS的产生，减轻心脏再灌注损伤。

近年来，蛋白质S垭硝基化的心脏保护作用的研究有较大的进展。Luedike等在体外培养的心肌细胞和小鼠I/R心脏模型中均发现，随着NO浓度的升高，巨噬细胞迁移抑制因子S-硝基化水平升高，巨噬细胞迁移抑制因子的细胞保护作用增强。Soetkamp等研究发现，NO供体药物和缺血预处理可升高心肌线粒体连接蛋白43（mitochondrial connexin 43，mtCx43）S-亚硝基化水平。S垭硝基化的mtCx43可促进mitoKATP的开放和抑制MPTP的开放，而这恰恰是保护心脏所需要的两个重要因素。但是，该研究并未明确mtCx43发生S-硝基化的具体位点以及仅通过mtCx43的S-亚硝基化是否能达到保护心脏的目的。

此外，钙激活蛋白酶作为非溶酶体Ca2+依赖性半胱氨酸蛋白酶，广泛分布于体内，再灌注过程中细胞内Ca2+的升高以及Ca2+超载可激活钙激活蛋白酶，引起细胞内结构和功能蛋白水解，导致细胞死亡。许多研究揭示了钙激活蛋白酶在心脏I/R损伤中的重要作用，抑制钙激活蛋白酶活性可阻止或减轻I/R损伤。

最新研究发现，在体外培养的心肌细胞以及在体心脏I/R模型中，NO均可使钙激活蛋白酶S-亚硝基化，抑制钙激活蛋白酶活性，减少心肌细胞损伤。NO使蛋白质发生S-硝基化不仅可存储和转运NO，还可直接调节心脏离子通道、线粒体呼吸以及ROS的生成，发挥心脏保护作用。

综上所述，随着NO心脏保护机制研究的发展，NO作为内皮源性血管舒张因子已不再局限于舒张冠状动脉、增加心脏灌注，而主要通过对心肌线粒体的作用减轻心肌I/R损伤，保护心脏。

4. NO与临床心脏保护

4.1 NO心脏保护作用的发现以及临床应用

早在1867年，药理学家Brunton就报道了使用硝酸甘油治疗心绞痛，但是其作用机制却始终困扰着医学家和药理学家，直至100多年后，NO的发现才使谜底得以解开。NO被发现以后，研究者就致力于NO心脏保护作用的研究。早期临床医师使用硝酸酯类药物，通过提高体内外源性NO的水平，保护缺血心脏。经典的心脏缺血预处理则通过短暂的心脏缺血诱导eNOS活性持续升高，并使内皮源性NO合成增加，在之后更长时间（超过30 min）的缺血以及在灌注过程中发挥心脏保护作用。缺血后处理和远端缺血预处理也是通过药物或不同措施保护以及增强NO介导的心脏保护作用。

随着研究的深入，人们对于eNOS/NO/sGC/cGM胛KG信号通路有了更加全面的认识，研究者们通过对该信号通路中不同信号物质的选择性作用（如增强eNOS活性的精氨酸酶抑制剂以及磷酸二酯酶抑制剂升高cGMP水平）而增强NO介导的心脏保护作用。此外，也有一些麻醉药物通过抑制iNOS活性，避免因NO蓄积而加重心脏I/R损伤。

总之，目前临床常用的心脏保护措施和心脏保护药物都不同程度依赖于NO介导的心脏保护作用。

4.2血管内皮功能与NO

冠状动脉血管内皮是冠状动脉的重要结构，随冠状动脉分布于整个心脏，并可分泌血管活性物质局部调节冠状动脉血流和心脏功能。通过冠状动脉内皮的功能可预测正常和非阻塞性冠状动脉疾病患者不良心血管事件发生的风险。冠状动脉内皮发生功能障碍时，将主要引起NO合成、分泌减少以及活性降低。因此，在治疗内皮功能障碍时，恢复内皮合成NO的能力是关键。运动已被证实具有良好的心脏保护作用，而该效应与其促进冠状动脉内皮合成NO的作用密切相判圳。对冠状动脉疾病患者使用精氨酸酶抑制剂可防止I/R期间精氨酸酶导致的内皮功能障碍，促进NO合成，保护心脏。

总之，NO作为血管内皮功能的最重要的评价指标，是临床治疗内皮功能障碍的重要靶点，也是血管内皮调节冠状动脉功能，发挥心脏保护作用的关键。

5.结语

伴随着缺血性心脏病发病率和病死率的逐年升高，对于缺血心脏的保护以及I/R损伤的防治不仅是器官保护研究的热点，也是临床工作的重点和难点。30年来，研究者们不仅充分肯定了NO在保护缺血心脏以及减轻I/R损伤中的重要作用，还通过对NO心脏保护机制的研究发现了许多可以调节NO心脏保护作用的潜在靶点（血管内皮、eNOS、L精氨酸、精氨酸酶、sGC、cGMP以及近年来发现的可通过S-亚硝基化调节其功能的蛋白质等）。随着心脏保护研究的发展，这些潜在的靶点将最终在临床缺血性心脏病的治疗中发挥作用。

来源：阴文超,钱金桥.一氧化氮的心脏保护作用研究进展[J].国际麻醉学与复苏杂志,2019,40(2):185-189.