一氧化氮和糖尿病血管病变

　　中华内分泌代谢杂志

　　chinese journal of endocrinology and metabolism

　　1999年第15卷第3期vol.15no.3 1999

董凤芹　李红

　　 关键词：一氧化氮(no) 糖尿病 血管病变

　　糖尿病所致的血管病变，主要与糖代谢障碍及普遍的糖基化、脂质代谢障碍等密切相关。目前大多数学者认为糖尿病血管病变与内皮功能受损密切相关，一氧化氮在其中起十分重要的作用，本文即对近年有关no与糖尿病血管病变的一些文献作一综述。

　　一、no的产生和作用机制

　　no是一种可溶于水的活性气体小分子，具有亲脂性，可穿过生物膜屏障，半衰期极短，它由no合酶(no synthase， nos)催化l-精氨酸(l-arginine， l-arg)合成。nos分结构型(cnos)和诱导型(inos)两种，cnos的活性依赖于ca?和钙调素(cam)介导，主要存在于内皮细胞和神经元中，其合成的no作为信使分子起生理作用，而inos的活性则不依赖ca?和cam介导，它主要存在于巨噬细胞、中性粒细胞和肝细胞中，合成过量的no起细胞抑制和细胞毒性作用〔1〕。

　　许多物质舒张血管的作用依赖于完整的血管内皮细胞释放no，如乙酰胆碱(acetylcholine， ach)等。ach引起的no依赖的舒血管作用需通过激活可溶性鸟苷酸环化酶(sgc)，使鸟苷环一磷酸(cgmp)生成增加。而cgmp是血管平滑肌细胞的主要效应剂，可抑制平滑肌收缩，而使血管舒张〔2〕。另外，cgmp还是血小板的主要效应剂，cgmp可抑制血小板活性。对不含sgc的细胞，no可通过非cgmp依赖途径限制细胞有丝分裂、抑制细胞增殖，从而起阻止血管粥样硬化等作用。

　　二、糖尿病时no合成减少

　　不少学者发现糖尿病大鼠的血管内皮细胞合成no的能力下降。最近zim-mermann等〔3〕通过对糖尿病大鼠脑动脉的研究发现压力刺激引起的血管收缩在糖尿病大鼠较正常对照大鼠明显，用ng-硝基-l-精氨酸(ng-nitro-l-arginine， nla)把两组的nos都抑制后，可发现正常对照大鼠与糖尿病大鼠有同等收缩，故nla对糖尿病大鼠的作用减少，从而认为糖尿病时no合成减少。pieper等〔4〕应用活体检测技术(bioassay system)发现链脲佐菌素(stz)诱导的糖尿病大鼠的主动脉受ach刺激后，no上升较正常对照少，推测高糖引起的血管内皮完整性的改变或高糖诱导的ach受体下调可以使血管内皮合成no减少。进一步的实验表明stz诱导的糖尿病大鼠血浆中l-arg含量较正常对照组下降，提示糖尿病时no合成底物的不足才是no合成减少的原因〔5〕。他们的实验还发现糖尿病大鼠的内皮依赖性血管舒张功能障碍可为加入l-arg所逆转〔6〕。但wu等〔7〕则认为l-arg主要由精氨酸酶代谢，而糖尿病时该酶活性下降，故不会导致l-arg不足。他们的实验表明在糖尿病大鼠中，血管内皮合成的no仅为正常的15%，而其对l-arg的摄取及内皮细胞nos活性则与正常无异，认为nos辅因子(如nadph)缺乏可能是糖尿病时no合成减少的原因。有实验表明糖尿病时醛糖还原酶活性增加使葡萄糖转化为山梨醇增多、atp生成减少，并消耗较多的nadph，使同样需要nadph的no合成减少〔8〕。cameron〔9〕也证明醛糖还原酶抑制剂可使糖尿病大鼠血管的ach诱导的血管舒张趋于正常。用于防治糖尿病血管并发症的药物氨基胍(aminoguanidine， ag)也被证明有抑制醛糖还原酶活性的作用，可阻断葡萄糖向山梨醇转化，从而使较多的nadph用于no合成〔10〕，这可能是氨基胍防治糖尿病血管并发症的作用机理之一。

　　三、糖尿病时no活性下降

　　不少学者认为糖尿病动物或糖尿病患者的血管内皮合成no并不减少，在某一阶段或某一器官甚至反而增加，而糖尿病时生成的某些物质对no的灭活，则是no依赖的血管舒张障碍的主要原因。diederich〔11〕通过对糖尿病大鼠模型肠系膜阻力血管的研究发现nla对糖尿病大鼠的内皮依赖性血管舒张的抑制程度超过对正常对照大鼠的抑制，从而推测糖尿病时血管舒张障碍并非由于no合成减少所致。而且作者认为若糖尿病时血管舒张障碍由no合成减少所致，则可为蛋白激酶c抑制剂h-7所逆转，但实验证明h-7无法使糖尿病大鼠no介导的血管舒张正常化，也提示糖尿病时no合成并无减少。糖尿病时使no活性下降的主要是两种物质：氧自由基和糖基化终末产物。

　　1.氧自由基对no的灭活：糖尿病时体内氧自由基生成增多，这些氧自由基可来源于高糖状态下线粒体内的糖氧化、脂肪氧化，体内糖基化蛋白质的氧化或细胞浆内醛糖还原反应，糖尿病时前列腺素合成增多也可生成较多的氧自由基。氧自由基极易与no反应，如超氧阴离子(o-2)即可与no生成过硝酶根离子(oono-)，oono-不同于no-3，后者是前者的分子重排产物。在酸性条件下，oono-很快分解为no°和oh°，从而使no失活。pieper等的研究表明糖尿病动物的血管内皮确实生成更多的o-2，从而使no失活增加〔4〕。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase， sod)等自由基清除剂及维生素c等抗氧化剂可使ach舒张糖尿病大鼠血管的效应接近正常，而对正常对照大鼠no介导的血管舒张则无影响〔9〕，也提示氧自由基生成增多使no灭活增加是糖尿病大鼠no介导的血管舒张障碍的主要原因。最近graier等〔12〕的实验也表明高糖引起的ca?/no途径的障碍可为抗氧化的维生素e、谷胱甘肽、维生素c和sod等逆转。

　　2.糖基化终末产物对no的灭活：在糖尿病或高血糖状态下，体内的葡萄糖及果糖、葡萄糖-6-磷酸等物质与体内多种蛋白质，尤其是一些长寿命的蛋白质，如胶原蛋白、基质蛋白等发生非酶促的糖基化反应，生成不稳定的schiff碱，随后生成稳定的amordori产物(一种酮胺化合物)，然后再降解为a-酮醛复合物，主要是3-脱氧葡萄糖醛，它比单糖更易与蛋白质反应，尤其是容易经millard反应生成棕褐色、具有荧光性的糖基化终末产物(ages)，在糖尿病慢性并发症的发生发展中起重要作用。ages可以使no失活，血管通透性增加，基质蛋白合成增多，蛋白质和脂蛋白在血管基底膜的沉积加速，从而加快血管的硬化〔13〕。hogan等〔14〕通过体外实验证实了联接到基质上的ages可以抑制no的抗细胞增殖作用，推测是由于ages与no的化学反应使no失活所致。bucala等〔15〕也发现age-酪氨酸或age-白蛋白在体外可消耗no，且仅millard反应终末产物ages有此作用，而中间产物schiff碱、amordori产物等则无作用。推测糖尿病或高血糖状态下ages在内皮下胶原和基底膜蛋白质上沉积，消耗从血管内皮弥散来的no，使到达平滑肌细胞的no减少，从而引起no-依赖的血管舒张障碍。他们的实验还表明糖尿病大鼠血管舒张障碍出现的时间与ages形成的时间一致，实验提示糖尿病动物体内ages随时间而增加，并与糖尿病引起的血管舒张障碍同步，体外实验也表明no水平与ages浓度呈负相关。ages可能通过两条途径影响no舒血管作用：(1)与no进行快速化学反应，使no灭活；(2)与no竞争结合其载体分子，使载体分子丧失运载no的能力〔16〕。

　　四、小结

　　糖尿病时血管内皮依赖的血管舒张功能下降可能与下列因素有关：(1)no合成减少；(2)no灭活增加；(3)no从内皮扩散到平滑肌的过程受阻；(4)一些受体功能发生改变(如no受体下调)；(5)血管内皮释放的缩血管物质增多。

　　糖尿病血管病变的发生发展不是由单一因素决定的，而是多因素共同作用的结果。在糖尿病的不同阶段、不同器官占主导地位的机制可能都有不同。最近watcher等〔17〕也提出no在糖尿病时的变化是一个随病程改变的过程，即早期no代偿性合成增加而晚期则合成减少。

　　已有不少证据表明，在糖尿病动物饮食中添加no合成底物l-arg可使糖尿病动物体内no合成增加，从而延缓糖尿病血管病变的发生或改善已有的糖尿病血管病变〔5〕。最近，又有学者发现运动可以使糖尿病患者体内no合成增加，从而延缓糖尿病内皮受损〔18〕。这些结果为临床通过增加患者体内no水平防治糖尿病血管内皮损伤提供了依据。

　　作者单位：310003 浙江医科大学附属第一医院内分泌科

参考文献

　　1　sjoholm a. nitric oxide donor sin-1 inhibits insulin release. am j physiol， 1996，271:1098-1102.

　　2　archer sl， huang jmc， hampl v， et al. nitric oxide and cgmp cause vasorelaxation by activation of a charybolotoxin-sensitive k channel by cgmp-dependent protein kinase. proc natl acad sci usa， 1994，91:7583-7587.

　　3　zimmermann pa， knot hj， stevenson as， et al. increased myogenic tone and diminished responsiveness to atp-sensitive k+ channel openers in cerebral arteries from diabetic rats. circ res， 1997，81:996-1004.

　　4　pieper gm， mei da， langenstroer p， et al. bioassay of endothelium-derived relaxing factor in diabetic rat aorta. am j physiol， 1992，263:h676-680.

　　5　pieper gm， peltier ba. amelioration by l-arginine of a dysfunctional argininal nitric oxide pathway in diabetic endothelium. j cardio pharmaco， 1995，25:397-403.

　　6　pieper gm， et al. reversal by l-arginine of a dysfunctional arginine/nitric oxide pathway in the endothelium of the genetic diabetic bb rat. diabetologia， 1997，40:910-915.

　　7　wu g， meininger cj. impaired arginine metabolism and no synthesis in coronary endothelial cells of the spontaneously diabetic bb rat. am j physiol， 1995，269:h1312-h1318.

　　8　tesfamariam b. free radicals in diabetic endothelial cell dysfunction. free radic biol med， 1994，16:383-391.

　　9　carmeron ne， cotter ma. impaired contraction and relaxation in aorta from streptozotocin-diabetic rats: role of polyol pathway. diabetologia， 1992，33:1011-1019.

　　10　kumari k， umar s， bansal v， et al. inhibition of diabetes-associated complications by nucleophilic compounds. diabetes， 1991，40:1079-1084.

　　11　diederich d， skopec j， diederich a， et al. endothelial dysfunction in mesenteric resistance arteries of diabetic rats: role of free radicals. am j physiol， 1994，266:h1153-1161.

　　12　graier wf， posch k， wascher tc， et al. role of superoxide anions changes of endothelial vasoactive response during acute hyperglycemia. horm metab res， 1997，29:622-626.

　　13　bucala r， vlassara h. advanced glycosylation end products in diabetic renal and vascular disease. am j kidney dis， 1995，26:875-888.

　　14　hogen m， cerami a， bucala r. advanced glycosylation endproducts block the antiproliferation effect of nitric oxide. j clin invest， 1992，90:1110-1115.

　　15　bucala r， tracey kj， gerami a. advanced glycosylation products quench nitric oxide and mediate defective endothelium-dependent vasodilation in experimental diabetes. j clin invest， 1991，87:432-438.

　　16　farkas j， menzel ej. proteins lose their nitric oxide stabilizing function after advanced glycosylation. biochim biophys acta， 1995，1245:305-310.

　　17　wascher tc， graier wf， bahadori b. time course of endothelial dysfunction in diabetes mellitus. circulation， 1994，90:1109.

　　18　sakamoto sadachi， kazushi minami， yasuharu niwa， et al. effect of exercise training and food restriction on endothelium-dependent relaxation in the otsuka long-evans tokoshima fatty rat， a model of spontaneous niddm. diabetes， 1998，47:82-86.

(收稿：1997-12-11　修回：1998-11-09)