一氧化氮和糖尿病血管病變

一氧化氮和糖尿病血管病變

　　中華內分泌代謝雜志

　　chinese journal of endocrinology and metabolism

　　1999年第15卷第3期vol.15no.3 1999

董鳳芹　李紅

　　 關鍵詞：一氧化氮(no) 糖尿病 血管病變

　　糖尿病所致的血管病變，主要與糖代謝障礙及普遍的糖基化、脂質代謝障礙等密切相關。目前大多數學者認為糖尿病血管病變與內皮功能受損密切相關，一氧化氮在其中起十分重要的作用，本文即對近年有關no與糖尿病血管病變的一些文獻作一綜述。

　　一、no的產生和作用機制

　　no是一種可溶於水的活性氣體小分子，具有親脂性，可穿過生物膜屏障，半衰期極短，它由no合酶(no synthase, nos)催化l-精氨酸(l-arginine, l-arg)合成。nos分結構型(cnos)和誘導型(inos)兩種，cnos的活性依賴於ca^和鈣調素(cam)介導，主要存在於內皮細胞和神經元中，其合成的no作為信使分子起生理作用，而inos的活性則不依賴ca^和cam介導，它主要存在於巨噬細胞、中性粒細胞和肝細胞中，合成過量的no起細胞抑制和細胞毒性作用^〔1〕。

　　許多物質舒張血管的作用依賴於完整的血管內皮細胞釋放no，如乙酰膽鹼(acetylcholine, ach)等。ach引起的no依賴的舒血管作用需通過激活可溶性鳥苷酸環化酶(sgc)，使鳥苷環一磷酸(cgmp)生成增加。而cgmp是血管平滑肌細胞的主要效應劑，可抑制平滑肌收縮，而使血管舒張^〔2〕。另外，cgmp還是血小板的主要效應劑，cgmp可抑制血小板活性。對不含sgc的細胞，no可通過非cgmp依賴途徑限制細胞有絲分裂、抑制細胞增殖，從而起阻止血管粥樣硬化等作用。

　　二、糖尿病時no合成減少

　　不少學者發現糖尿病大鼠的血管內皮細胞合成no的能力下降。最近zim-mermann等^〔3〕通過對糖尿病大鼠腦動脈的研究發現壓力刺激引起的血管收縮在糖尿病大鼠較正常對照大鼠明顯，用n^g-硝基-l-精氨酸(n^g-nitro-l-arginine, nla)把兩組的nos都抑制後，可發現正常對照大鼠與糖尿病大鼠有同等收縮，故nla對糖尿病大鼠的作用減少，從而認為糖尿病時no合成減少。pieper等^〔4〕應用活體檢測技術(bioassay system)發現鏈脲佐菌素(stz)誘導的糖尿病大鼠的主動脈受ach刺激後，no上升較正常對照少，推測高糖引起的血管內皮完整性的改變或高糖誘導的ach受體下調可以使血管內皮合成no減少。進一步的實驗表明stz誘導的糖尿病大鼠血漿中l-arg含量較正常對照組下降，提示糖尿病時no合成底物的不足才是no合成減少的原因^〔5〕。他們的實驗還發現糖尿病大鼠的內皮依賴性血管舒張功能障礙可為加入l-arg所逆轉^〔6〕。但wu等^〔7〕則認為l-arg主要由精氨酸酶代謝，而糖尿病時該酶活性下降，故不會導致l-arg不足。他們的實驗表明在糖尿病大鼠中，血管內皮合成的no僅為正常的15%，而其對l-arg的攝取及內皮細胞nos活性則與正常無異，認為nos輔因子(如nadph)缺乏可能是糖尿病時no合成減少的原因。有實驗表明糖尿病時醛糖還原酶活性增加使葡萄糖轉化為山梨醇增多、atp生成減少，並消耗較多的nadph，使同樣需要nadph的no合成減少^〔8〕。cameron^〔9〕也證明醛糖還原酶抑制劑可使糖尿病大鼠血管的ach誘導的血管舒張趨於正常。用於防治糖尿病血管並發症的藥物氨基胍(aminoguanidine, ag)也被證明有抑制醛糖還原酶活性的作用，可阻斷葡萄糖向山梨醇轉化，從而使較多的nadph用於no合成^〔10〕，這可能是氨基胍防治糖尿病血管並發症的作用機理之一。

　　三、糖尿病時no活性下降

　　不少學者認為糖尿病動物或糖尿病患者的血管內皮合成no並不減少，在某一階段或某一器官甚至反而增加，而糖尿病時生成的某些物質對no的滅活，則是no依賴的血管舒張障礙的主要原因。diederich^〔11〕通過對糖尿病大鼠模型腸系膜阻力血管的研究發現nla對糖尿病大鼠的內皮依賴性血管舒張的抑制程度超過對正常對照大鼠的抑制，從而推測糖尿病時血管舒張障礙並非由於no合成減少所致。而且作者認為若糖尿病時血管舒張障礙由no合成減少所致，則可為蛋白激酶c抑制劑h-7所逆轉，但實驗證明h-7無法使糖尿病大鼠no介導的血管舒張正常化，也提示糖尿病時no合成並無減少。糖尿病時使no活性下降的主要是兩種物質：氧自由基和糖基化終末產物。

　　1.氧自由基對no的滅活：糖尿病時體內氧自由基生成增多，這些氧自由基可來源於高糖狀態下線粒體內的糖氧化、脂肪氧化，體內糖基化蛋白質的氧化或細胞漿內醛糖還原反應，糖尿病時前列腺素合成增多也可生成較多的氧自由基。氧自由基極易與no反應，如超氧陰離子(o^-₂)即可與no生成過硝酶根離子(oono^-)，oono^-不同於no^-₃，後者是前者的分子重排產物。在酸性條件下，oono^-很快分解為no°和oh°，從而使no失活。pieper等的研究表明糖尿病動物的血管內皮確實生成更多的o^-₂，從而使no失活增加^〔4〕。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, sod)等自由基清除劑及維生素c等抗氧化劑可使ach舒張糖尿病大鼠血管的效應接近正常，而對正常對照大鼠no介導的血管舒張則無影響^〔9〕，也提示氧自由基生成增多使no滅活增加是糖尿病大鼠no介導的血管舒張障礙的主要原因。最近graier等^〔12〕的實驗也表明高糖引起的ca^/no途徑的障礙可為抗氧化的維生素e、谷胱甘肽、維生素c和sod等逆轉。

　　2.糖基化終末產物對no的滅活：在糖尿病或高血糖狀態下，體內的葡萄糖及果糖、葡萄糖-6-磷酸等物質與體內多種蛋白質，尤其是一些長壽命的蛋白質，如膠原蛋白、基質蛋白等發生非酶促的糖基化反應，生成不穩定的schiff鹼，隨後生成穩定的amordori產物(一種酮胺化合物)，然後再降解為a-酮醛復合物，主要是3-脫氧葡萄糖醛，它比單糖更易與蛋白質反應，尤其是容易經millard反應生成棕褐色、具有熒光性的糖基化終末產物(ages)，在糖尿病慢性並發症的發生發展中起重要作用。ages可以使no失活，血管通透性增加，基質蛋白合成增多，蛋白質和脂蛋白在血管基底膜的沉積加速，從而加快血管的硬化^〔13〕。hogan等^〔14〕通過體外實驗證實了聯接到基質上的ages可以抑制no的抗細胞增殖作用，推測是由於ages與no的化學反應使no失活所致。bucala等^〔15〕也發現age-酪氨酸或age-白蛋白在體外可消耗no，且僅millard反應終末產物ages有此作用，而中間產物schiff鹼、amordori產物等則無作用。推測糖尿病或高血糖狀態下ages在內皮下膠原和基底膜蛋白質上沉積，消耗從血管內皮彌散來的no，使到達平滑肌細胞的no減少，從而引起no-依賴的血管舒張障礙。他們的實驗還表明糖尿病大鼠血管舒張障礙出現的時間與ages形成的時間一致，實驗提示糖尿病動物體內ages隨時間而增加，並與糖尿病引起的血管舒張障礙同步，體外實驗也表明no水平與ages濃度呈負相關。ages可能通過兩條途徑影響no舒血管作用：(1)與no進行快速化學反應，使no滅活；(2)與no競爭結合其載體分子，使載體分子喪失運載no的能力^〔16〕。

　　四、小結

　　糖尿病時血管內皮依賴的血管舒張功能下降可能與下列因素有關：(1)no合成減少；(2)no滅活增加；(3)no從內皮擴散到平滑肌的過程受阻；(4)一些受體功能發生改變(如no受體下調)；(5)血管內皮釋放的縮血管物質增多。

　　糖尿病血管病變的發生發展不是由單一因素決定的，而是多因素共同作用的結果。在糖尿病的不同階段、不同器官占主導地位的機制可能都有不同。最近watcher等^〔17〕也提出no在糖尿病時的變化是一個隨病程改變的過程，即早期no代償性合成增加而晚期則合成減少。

　　已有不少證據表明，在糖尿病動物飲食中添加no合成底物l-arg可使糖尿病動物體內no合成增加，從而延緩糖尿病血管病變的發生或改善已有的糖尿病血管病變^〔5〕。最近，又有學者發現運動可以使糖尿病患者體內no合成增加，從而延緩糖尿病內皮受損^〔18〕。這些結果為臨床通過增加患者體內no水平防治糖尿病血管內皮損傷提供了依據。

　　作者單位：310003 浙江醫科大學附屬第一醫院內分泌科

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(收稿：1997-12-11　修回：1998-11-09)