呼出气一氧化氮与心血管疾病

陈晓苏 董一飞 程晓曙

·综述·

呼出气一氧化氮与心血管疾病

陈晓苏 董一飞 程晓曙

图1 eNO的合成与代谢示意图

呼出气一氧化氮； 心血管疾病

机体通过呼吸排出成千上万种分子，对呼出气进行分析可以获得很多机体健康状态的信息，其中呼出气一氧化氮(exhaled nitric oxide，eNO)，可作为反映血管内皮功能的生物标志物[1]。自1987年NO作为血管舒张因子被发现以来，其神经信号传递、抗血小板聚集和黏附、调控内皮细胞的生长和再生以及维持血管健康[2]等多种作用均与心血管系统密切联系。随着eNO在临床工作中越来越受重视，人们也开始关注eNO与心血管系统的关系。本文将着重探讨eNO的合成与代谢、检测方法及其在心血管疾病中的临床应用价值。

1 eNO的合成与代谢

内源性NO合成主要是在氧的参与下，以一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)作为催化剂，催化底物L-精氨酸生成的，并以1∶1的比例产生副产物胍氨酸(图1)。NOS是催化NO合成的限速酶[3]，主要有以下3种亚型：Ⅰ型：负责血管内皮NO的合成，存在于多种类型的细胞中，称之为内皮型NOS(endothelial NOS，eNOS)；Ⅱ型：通常由炎症时所产生的白介素、内皮素、肿瘤坏死因子及心血管疾病等病理状态诱导产生，产生后不受其他因素影响的状态下可存在数小时，催化产生大量NO，故又称之为诱导型NOS(inducible NOS，iNOS)；Ⅲ型：主要在神经细胞中表达的神经型NOS(neuronal NOS，nNOS)。eNOS和nNOS合称为结构型，具有钙离子依赖性，其生物活性只能维持数分钟，生理情况下在组织中表达，持续性催化产生小剂量的NO，维持血压及内环境的稳定[4]。当受到某些神经递质或血流剪切力刺激时，机体通过eNOS和nNOS调节NO的合成和释放[5]。除了自身合成的NO外，用于冠心病、高血压治疗的硝酸酯类药也可以产生NO从而达到舒张血管的作用。

2 eNO的检测

正常人气道中的NO浓度较低，且极不稳定(半衰期1～5 s)，NO分子中不成对的电子使它很容易被氧化，故测定eNO的技术和设备要求极高，目前临床应用最为广泛的是化学发光法，它具有简便、快速、无创等优点。测定eNO受呼吸气流速度的影响，除此之外，性别、年龄、吸烟、饮食及某些药物均对eNO测定有所影响。针对以上问题，2005年欧洲胸科协会/美国胸科协会发表指南，将测定呼出气流速度定为50 ml/s[7]；鉴于eNO测定水平影响因素很多，2011年该协会再次推出新指南，建议采用eNO的切点与变化率，而并非正常参考值的规范化诊疗[8]，如呼吸系统疾病中，12岁及以上患者，eNO测定值在0～50 ppb之间，若此次测量值比上次测量值增加>10 ppb或>40%，提示气道/肺部炎症或慢性炎症的急性加重期。上呼吸道的eNO浓度比下呼吸道高几倍，尤其在副鼻窦部位，且鼻息肉、鼻窦炎、过敏性鼻炎等均可引起eNO的改变，目前主张依据解剖学分段测量eNO，下呼吸道eNO的取样应防止鼻腔eNO的贡献，通过使被检测者的呼气压力维持在5～20 cmH2O之间，压力产生的呼气阻力可以使软腭闭合防止鼻腔中的eNO通过鼻咽进入下呼吸道的呼出气中。

3 eNO作为心血管疾病的生物标志物

3.1 eNO与慢性心力衰竭

研究者很早就认识到NO在心力衰竭的发病及进展中扮演了重要的角色，心力衰竭患者体内反映全身性内皮NO合成能力的等离子硝酸盐降低[9]，近年来同样作为NO代谢产物的eNO也得到了研究者更多的关注，目前对心力衰竭患者eNO水平的研究结果尚不统一。有研究表明，静息状态下慢性心力衰竭组较健康对照组的eNO升高[10]，且升高水平与心力衰竭严重程度呈正相关[10]，失代偿组的eNO水平较代偿组更高[1]。心力衰竭患者运动后的eNO也有升高，程度低于健康对照组[2,10]，这是因为运动本身可以加速血液循环刺激感受器使NO的合成和释放增加[10]及运动导致剪切力增强调节肺泡内皮细胞的eNOS活性[11]，而心力衰竭组长期处于代偿性的eNO升高且心力衰竭组的活动耐量下降，导致eNO升高的程度低于健康对照组。也有研究者提出，心力衰竭患者在静息状态下及运动后eNO均下降[12]，这可能与心力衰竭患者肺组织长期缺氧使NOS活性受到抑制有关[12]，下呼吸道细胞产生的NO减少。给予慢性缺氧处理的新生小猪肺脏中的NO产物及其NOS活性明显下降[13]。目前公布了一项关于心力衰竭患者eNO及其预后的相关性研究结果，该研究对110例心功能Ⅱ～Ⅲ级的心力衰竭患者进行了为期396 d的随访，发现运动后eNO降低的患者有更高的死亡风险，推测可能与运动时肺通气的自我调节受损、右心室功能失调致肺血管阻力反应性增加及能导致肺泡容量下降的其他血流动力学因素有关[12]。这个发现使eNO将有希望成为评估心力衰竭患者预后及治疗效果的无创性指标，然而在此之前还需要做更多规范的研究如统一标准运动量、统一eNO测量时间等，来进一步明确心力衰竭患者eNO的变化及其机制。

3.2 eNO与肺动脉高压

NO在肺动脉高压诊治中是一项重要的生化指标[14-15]，除可舒张血管外，还可调控内皮细胞的生长和再生以及维持血管正常功能。研究发现，原发性肺高压患者eNO水平降低[8,16]，肺动脉高压患者与健康对照组相比肺泡灌洗液中的NO产物浓度更低，并与肺动脉压力呈负相关[17]，通过提高肺动脉高压患者NO的生物活性或加强NO的生物效应，将有望成为肺动脉高压重要的治疗方式[18]，经治疗后肺动脉高压患者的eNO水平升高，提示eNO有潜力成为评估肺动脉高压治疗效果的非侵入性指标[2]。

Hare等[1]发现，在静息状态下心力衰竭合并肺高压患者与健康对照组相比eNO水平升高，其升高的程度与肺动脉压力呈负相关，而急性失代偿心力衰竭组却无这样的相关性。提示eNO水平升高可能是心力衰竭合并肺高压患者的一种代偿机制，而急性失代偿性心力衰竭患者失去了这样的代偿能力。Schuster等[10]研究了症状限制的心肺运动锻炼对慢性稳定性心力衰竭合并肺动脉高压患者eNO水平的影响，发现运动后eNO水平与静息状态下肺动脉压力呈正相关。进一步提示eNO水平升高可能是心力衰竭合并肺高压患者的一种代偿机制。运动诱导eNO增加的机制可能在于促使血流增快，增加肺血管血流剪切力，从而诱导肺内皮细胞NOS的活性增加[19]，使得eNO水平增多。这可能与剪切压力上调内皮细胞中合成NO相关基因的表达水平有关[20]。以上研究初步揭示了左心功能不全导致的肺动脉高压与eNO之间的关系，但目前的研究数据还远远不足，未来可能更需要研究心力衰竭治疗前后或运动前后肺动脉压力的变化与eNO水平变化之间的相关性，同时研究运动锻炼作为评估和治疗心力衰竭相关肺动脉高压的可能性。

肺动脉高压是慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)继发肺源性心脏病的核心环节。NO具有调节肺血管张力[21]、调控内皮细胞再生以及维持血管健康[2]等多种作用，在COPD患者中NO释放能力受损[22]，因此NO被认为在COPD的发病机制中具有十分重要的作用。有研究发现，COPD合并肺动脉高压的患者较单纯COPD患者eNO水平下降，且与肺动脉压力呈负相关。而单纯的COPD患者eNO水平目前尚有争议，一些研究发现COPD稳定期患者的eNO水平较健康对照组下降，而COPD急性发作期eNO水平较健康对照组升高[23]。解释这些现象的机制目前仍不清楚，可能与COPD患者肺组织长期缺氧使NOS活性受到抑制有关[12]，而急性发作期肺部炎症诱导产生iNOS，使NO合成释放增加。

3.3 eNO与冠状动脉粥样硬化性心脏病

NO的多种生理功能，如抗血小板黏附和聚集、调节黏附分子和趋化因子表达、抑制炎症细胞浸润以及平滑肌细胞迁移和扩散，均可抑制动脉粥样硬化的形成。eNOS基因多态性及NO信号通路基因与冠心病的遗传倾向密切相关[24-25]。动脉粥样硬化组织中NO的生物合成受到抑制，同时NO降解增强[26]。早在19世纪，人们就认识到硝酸酯类药物分解释放NO可以用来治疗心绞痛。因此，NO在冠状动脉粥样硬化心脏病的发病机制中发挥着重要作用。Salonen等[26]对53例缺血性心脏病患者eNO水平进行了6个月的随访研究，发现eNO水平与动脉粥样硬化的危险因素(三酰甘油、糖化血红蛋白)呈负相关。高三酰甘油或高糖化血红蛋白状态导致血管内皮功能受损，使NO合成减少或降解增加[26]可能是潜在的机制。另有研究表明，与健康对照组相比，冠心病患者运动后eNO水平下降[27]。目前尚无对比静息状态下冠心病患者和健康对照组eNO水平的研究。

3.4 eNO与风湿性心脏病

有研究将74例风湿性心脏病患者(6例二尖瓣狭窄、13例二尖瓣狭窄合并二尖瓣反流、1例二尖瓣反流、54例二尖瓣合并主动脉瓣瓣膜病变)与27名健康志愿者的eNO水平进行比较，对所有纳入者行彩色超声心动评估瓣膜病变程度，同时测量肺动脉压力，结果表明风湿性心脏病患者与健康对照组相比eNO水平升高，而合并有肺动脉高压的风湿性心脏病患者较肺动脉压力正常的风湿性心脏病患者eNO水平升高的更为明显。风湿性心脏病患者中eNO水平的升高是心力衰竭相关肺动脉高压的一种代偿性反应还是与细胞因子刺激作用有关目前仍不清楚[28]。

综上所述，NO作为血管舒张因子被发现以来，不仅仅揭示了硝酸甘油等血管舒张药的作用机制，而且为心血管疾病的诊断和治疗开辟了广阔前景。但因NO具有不稳定性的特点，导致外周血中的NO和NO代谢产物的测定在临床中的应用非常局限，除此之外，产生NO的内皮细胞等遍布全身血管，所以测定外周血的NO特异性较差。近年来eNO检测方法在临床诊疗中的应用具有重大突破意义，对eNO指标进行动态观察有望成为筛查心血管疾病的一种有效的无创性检测方法。然而，eNO来源复杂，影响因素众多，目前eNO与心血管疾病的关系仍存在大量争议，这有待更多和更规范的研究结果进一步证实。

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(本文编辑：谭潇)

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

国家自然科学基金项目(81200187)；江西省青年科学基金项目(20122BAB215014)

330006 南昌大学第二附属医院心血管内科；江西省分子医学重点实验室

程晓曙，电子信箱：xiaoshumenfan@126.com

2014-09-22)

注：陈晓苏和董一飞为并列第一作者

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