一氧化氮與糖尿病血管病變：從合成障礙到滅活機制的全面解析

一氧化氮與糖尿病血管病變

中華內分泌代謝雜誌（Chinese Journal of Endocrinology and Metabolism），1999年第15卷第3期
作者：董鳳芹、李紅（浙江醫科大學附屬第一醫院內分泌科）

關鍵詞：一氧化氮（NO）、糖尿病、血管病變

糖尿病所引起的血管病變，主要與糖代謝障礙、普遍的蛋白質糖基化以及脂質代謝異常密切相關。目前多數學者認為，糖尿病血管病變與血管內皮功能受損密切相關，而一氧化氮（nitric oxide, NO）在其中扮演極為重要的角色。本文針對近年來有關NO與糖尿病血管病變的研究文獻作一綜述。

一、NO的產生與作用機制

NO是一種可溶於水的活性氣體小分子，具有親脂性，能自由穿過生物膜屏障，但半衰期極短。它由一氧化氮合酶（nitric oxide synthase, NOS）催化L-精氨酸（L-arginine, L-Arg）合成。NOS可分為結構型（cNOS）與誘導型（iNOS）兩類：cNOS的活性依賴於鈣離子與鈣調素（calmodulin, CaM）介導，主要存在於內皮細胞和神經元中，其所合成的NO作為信使分子發揮生理作用；而iNOS的活性不依賴鈣離子與CaM，主要存在於巨噬細胞、中性粒細胞和肝細胞中，可合成過量NO，發揮細胞抑制與細胞毒性作用〔1〕。

許多物質舒張血管的作用，均依賴於完整的血管內皮細胞釋放NO，例如乙酰膽鹼（acetylcholine, ACh）。ACh所引起的NO依賴性舒血管作用，需通過激活可溶性鳥苷酸環化酶（soluble guanylate cyclase, sGC），使環磷酸鳥苷（cGMP）生成增加。cGMP是血管平滑肌細胞的主要效應分子，可抑制平滑肌收縮，從而使血管舒張〔2〕。此外，cGMP也是血小板的主要效應分子，能抑制血小板活性。對不含sGC的細胞，NO還可通過非cGMP依賴途徑限制細胞有絲分裂、抑制細胞增殖，從而發揮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。Zimmermann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中明顯強於正常對照大鼠；當以N^G-硝基-L-精氨酸（N^G-nitro-L-arginine, NLA）同時抑制兩組大鼠的NOS後，兩組血管收縮程度變得相同，說明NLA對糖尿病大鼠的作用減弱，從而推斷糖尿病時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（streptozotocin, STZ）誘導的糖尿病大鼠主動脈在ACh刺激後，NO升高的幅度低於正常對照組，推測高糖引起的血管內皮完整性改變，或高糖誘導的ACh受體下調，可使血管內皮合成NO減少。

進一步的實驗顯示，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合成底物不足可能是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補充L-Arg所逆轉〔6〕。然而，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，因此不會導致L-Arg不足。他們的實驗表明，糖尿病大鼠血管內皮合成的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。另有實驗表明，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NADPH，使同樣需要NADPH的NO合成隨之減少〔8〕。Cameron〔9〕也證明，醛糖還原酶抑制劑可使糖尿病大鼠血管中ACh誘導的血管舒張趨於正常。用於防治糖尿病血管併發症的藥物氨基胍（aminoguanidine, AG）也被證實具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NADPH用於NO合成〔10〕，這可能是氨基胍防治糖尿病血管併發症的作用機制之一。

三、糖尿病時NO活性下降

也有不少學者認為，糖尿病動物或糖尿病患者的血管內皮合成NO並不減少，在某一階段或某些器官甚至反而增加；而糖尿病時體內生成的某些物質對NO的滅活作用，才是NO依賴性血管舒張障礙的主要原因。Diederich〔11〕通過對糖尿病大鼠模型腸繫膜阻力血管的研究發現，NLA對糖尿病大鼠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NO合成減少所致。此外，作者指出，若糖尿病時血管舒張障礙由NO合成減少所致，則應可為蛋白激酶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，同樣提示糖尿病時NO合成並無減少。糖尿病時使NO活性下降的主要物質有兩類：氧自由基與糖基化終末產物。

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，或細胞漿內的醛糖還原反應；糖尿病時前列腺素合成增多，也可產生較多氧自由基。氧自由基極易與NO反應，例如超氧陰離子（O₂⁻）即可與NO結合生成過氧亞硝酸根離子（ONOO⁻）。ONOO⁻不同於NO₃⁻，後者是前者的分子重排產物。在酸性條件下，ONOO⁻可迅速分解為NO·與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O₂⁻，使NO失活增加〔4〕。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）等自由基清除劑，以及維生素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〕，這也提示氧自由基生成增多導致NO滅活增加，是糖尿病大鼠NO介導性血管舒張障礙的主要原因。最近Graier等〔12〕的實驗也表明，高糖引起的鈣離子/NO途徑障礙，可為具有抗氧化作用的維生素E、谷胱甘肽、維生素C和SOD等所逆轉。

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，可與多種蛋白質——尤其是膠原蛋白、基質蛋白等長壽命蛋白質——發生非酶促糖基化反應，先生成不穩定的Schiff鹼，隨後形成穩定的Amadori產物（一種酮胺化合物），再降解為α-酮醛複合物，主要是3-脫氧葡萄糖醛酮。它比單糖更易與蛋白質反應，尤其容易經Maillard反應生成棕褐色、具熒光性的糖基化終末產物（advanced glycation end products, AGEs），在糖尿病慢性併發症的發生發展中起重要作用。AGEs可使NO失活、血管通透性增加、基質蛋白合成增多，並加速蛋白質和脂蛋白在血管基底膜的沉積，從而加快血管硬化〔13〕。Hogan等〔14〕通過體外實驗證實，聯接於基質上的AGEs可抑制NO的抗細胞增殖作用，推測是由於AGEs與NO發生化學反應使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Maillard反應終末產物AGEs具有此作用，中間產物Schiff鹼、Amadori產物等則無此作用。由此推測，在糖尿病或高血糖狀態下，AGEs沉積於內皮下膠原和基底膜蛋白質上，消耗從血管內皮彌散而來的NO，使到達平滑肌細胞的NO減少，從而引起NO依賴性血管舒張障礙。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；糖尿病動物體內AGEs隨病程延長而增加，並與糖尿病引起的血管舒張障礙同步發展；體外實驗也顯示NO水平與AGEs濃度呈負相關。AGEs可能通過兩條途徑影響NO的舒血管作用：（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、小結與臨床展望

綜上所述，糖尿病時血管內皮依賴的舒張功能下降，可能與下列因素有關：（1）NO合成減少；（2）NO滅活增加；（3）NO從內皮擴散至平滑肌的過程受阻；（4）部分受體功能發生改變（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並非由單一因素決定，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，佔主導地位的機制可能各不相同。Wascher等〔17〕也提出，NO在糖尿病時的變化是一個隨病程演變的動態過程，即早期呈代償性合成增加，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，或改善已有的血管病變〔5〕。最近又有學者發現，運動可使糖尿病患者體內NO合成增加，從而延緩糖尿病內皮受損〔18〕。這些結果為臨床上通過提高患者體內NO水平來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（收稿：1997-12-11；修回：1998-11-09）

參考文獻

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