硝酸盐和亚硝酸盐转化为NO的方式、途径及其对心血管疾病治疗研究进展

逄瑷博，孙 丽，王振国，涂 悦 综述 吕俊刚 审校

一氧化氮(nitric oxide，NO)是一种反应性自由基，通过一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)内源性产生的，在维持心血管内稳态方面起着至关重要的作用[1]。NO生物利用度或生物活性的降低与多种心血管疾病有关，而研究表明，NO不完全由NOS产生的，其中膳食中的硝酸盐部分被吸收到循环系统中，随后被唾液腺吸收，唾液中的硝酸盐被位于舌后部的共性兼性厌氧细菌还原为亚硝酸盐，吞咽后大多数唾液中的亚硝酸在胃的酸性条件下转化为NO，小部分运输到血液中，之后通过酶促反应和非酶促反应转化为NO，这种不依赖内皮的NO的产生通常被称为硝酸盐-亚硝酸盐-NO途径[2]。而绿叶蔬菜，如甜菜根、菠菜和生菜，含有丰富的硝酸盐，占膳食硝酸盐摄入量的60%～80%[3]。有研究表明，膳食无机硝酸盐/亚硝酸盐同样可有效降低血压、保护缺血再灌注损伤、抑制血小板聚集、改善代谢综合征等[4]。因此，笔者将对硝酸盐/亚硝酸盐的生物活化及硝酸盐/亚硝酸盐介导的心血管疾病中的潜在机制及其作用进行综述。

1 转化为NO的方式及途径

生理条件下内皮型NOS可将精氨酸氧化生成NO，当氧气供应受限时，由NOS产生的NO减少，而硝酸盐和亚硝酸盐可在氧气供应受限的情况下作为内皮来源的NO产生的底物，此外硝酸盐/亚硝酸盐作为产生NO的替代途径，还通过降低血清总胆红素、超氧阴离子和肿瘤坏死因子-α水平，改善内皮依赖性非依赖性舒张功能，改善血管内皮完整性[5, 6]。研究表明，当血红蛋白的含氧量在50%时，血红蛋白的亚硝酸还原酶活性最有效，而在缺氧状态下亚硝酸盐还可促进红细胞三磷酸腺苷的合成和释放，进而刺激内皮型NOS产生NO，产生的NO可反过来提高红细胞的变形能力，有利于红细胞氧气的运输[7]。

线粒体在低氧条件下也具有还原亚硝酸盐的能力。在缺氧状态下，线粒体内细胞色素c可与亚硝酸盐结合，将亚硝酸盐还原为NO，然而该反应需要极低的氧饱和度(2%)，细胞色素c氧化酶也被认为是亚硝酸盐依赖的呼吸和氧耗调节的靶点[8]。NO的生成和细胞色素c氧化酶的抑制可以减少缺氧时的耗氧量，加速氧向缺血器官的输送，因此对缺血组织有潜在的治疗作用。但由于在这种情况下氧分压极低，需要进一步的研究来证实这一观察结果，特别是对于活体研究[9]。此外，黄嘌呤氧化还原酶也可介导心脏、肝脏和平滑肌组织中亚硝酸盐产生NO，从而降低内皮细胞和红细胞中的亚硝酸盐减少有关，并可以抑制ROS的产生。

2 对心血管疾病治疗研究进展

2.1 对高血压的影响 无机硝酸盐/亚硝酸盐作为NO的储存形式，已被证明在降血压方面是有效的[10]。Ling等[11]探讨了亚硝酸钠对高血压大鼠动脉收缩压和血管功能的影响，结果显示通过亚硝酸钠可显著降低收缩压，并改善受损的内皮依赖性舒张功能，提高血浆总硝酸盐/亚硝酸盐水平和血管组织NO、cGMP水平。此外，还观察到NOS和HSP-90磷酸化的增加，表明亚硝酸钠还可通过NOS改善舒张功能，降低血压的同时并不会引起低血压[12]。

文献[13]比较了甜菜根汁对老年人与年轻人血压的影响，结果显示两组的收缩压均显著降低，但在老年组降低更为显著，表明硝酸盐可改善心血管健康，尤其是老年人。进一步临床研究显示补充甜菜根汁2周后，血浆NO升高，同时收缩压和舒张压分别下降6 mmHg和4 mmHg，但两组间的微血管反应无差异，表明硝酸盐饮食可改善患者的血压及大血管的内皮功能，但对微血管影响不大[14]。Blekkenhorst等[15]评估了高血压前期或未经治疗的1级高血压患者食用富含硝酸盐蔬菜的影响，结果显示短期摄入富含硝酸盐蔬菜对血压、动脉僵硬、血脂和血糖没有显著的影响，而唾液、尿液和血浆硝酸盐浓度及血浆亚硝酸盐浓度显著增加，表明饮食干预在提高硝酸盐浓度方面是有效的，但对高血压前期或未经治疗1级高血压患者的血压并无影响。而在妊娠期高血压中的研究显示，甜菜根汁也可改善高血压、内皮功能障碍和提高NO生物利用度，且不影响胎儿[16]。

2.2 对血管内皮功能的影响 饮食中的硝酸盐/亚硝酸盐对血管内皮功能具有有益的影响。研究显示，缺乏硝酸盐/亚硝酸盐饮食的小鼠可出现血管舒张功能受损，同时主动脉NOS下调，导致冠状动脉血管痉挛，且增高心血管疾病相关病死率，包括急性心肌梗死、心肌纤维化、心源性休克，而服用硝酸钠可逆转上述改变，表明外源性NO产生系统在血管并发症的预防中具有重要作用[17]。

氧化应激和相关的促炎反应可导致动脉粥样硬化，并导致内皮功能障碍，研究表明，膳食中硝酸盐/亚硝酸盐能够阻止活性氧(reactive oxygen species，ROS)的释放，且可直接下调血管NADPH氧化酶的活性[18]。有学者通过建立心脏骤停的小鼠模型，发现亚硝酸盐治疗可增加S-亚硝基硫醇水平，从而可逆性特异性地抑制呼吸链复合体I来防止氧化酶损伤[19]。因此，对线粒体ROS生成增加引起的NO生物利用度降低的保护可能有助于防止血管疾病的发生。

2.3 对血小板反应性和聚集性的影响 硝酸盐/亚硝酸盐是血小板产生NO的来源之一。文献[20]研究显示，短期服用硝酸钠或亚硝酸钠并不能改变血栓的形成，但可减少血栓的大小，同时还可抑制血小板聚集与血栓栓塞的生成，延长凝血酶原时间。

临床研究评估了膳食硝酸盐或硝酸钾胶囊与安慰剂对照对血小板反应性的影响，结果显示膳食硝酸盐和无机硝酸盐补充剂对男性有一定的抗血小板作用，但对女性没有抗血小板作用，而男性NO主要通过血液中亚硝酸盐的升高在红细胞中被还原为NO，NO再通过升高血小板cGMP来抑制血小板的反应性，但女性患者中未发现到血小板cGMP升高[21]。文献[22]进一步研究显示，血小板NO的作用独立于NOS，同时还可通过抑制磷酸二酯酶5而进一步增强抗血小板作用。血小板来源的外泌体是高度促凝的，可促进凝血酶的生成及纤维蛋白凝块的形成，而有研究显示补充硝酸盐辅助氯吡格雷在抑制血小板的同时，可显著降低血小板来源的外泌体，且可增强患者对氯吡格雷的反应性，表明补充硝酸盐可能是降低冠心病患者血栓形成的方法[23]。

上述研究表明膳食硝酸盐或无机硝酸盐补充剂有可能在作为动脉粥样硬化血栓形成一级预防或作为二级预防中抗血小板治疗的辅助治疗，可以适度降低血小板的活性。

2.4 对缺血再灌注损伤影响 缺血再灌注(IR)损伤发生后线粒体会产生大量的ROS，导致细胞凋亡或坏死[24]。Björnsson等[25]研究显示，大鼠肝脏缺血/再灌注前给予亚硝酸盐可减少乏氧代谢和细胞坏死，这可能在临床上具有重要意义。其机制研究在缺血再灌注损伤过程中，亚硝酸盐可以将复合物I转化为亚硝基化合物。亚硝酸盐的另一种潜在的保护作用可能依赖于S-亚硝化，S-亚硝化通过抑制L型Ca2+通道的活性来减少Ca2+进入，并通过激活肌浆网 Ca2+-ATPase增加肌浆网对Ca2+的摄取[26]。动物研究显示，膳食硝酸盐可通过抑制心脏脂质过氧化来抵抗心肌缺血再灌注损伤，从而对心脏发挥保护作用[27]，还可通过增加心肌组织中H2S的生成来减轻冠脉缺血/再灌注损伤后的心肌梗死和左室收缩功能障碍[28]。

睾丸扭转是一种常见的泌尿外科急症，主要由睾丸缺血再灌注损伤引起。Lee等[29]发现，补充亚硝酸盐后可通过降低超氧化物歧化酶和过氧亚硝酸盐水平并caspase-3依赖的细胞凋亡，可减轻睾丸的损伤并恢复生精功能。

2.5 对肺动脉高压的影响 肺动脉高压是一种多因素疾病，其发病机制被认为与NO的生物活性和反应性降低有关[12]。Henrohn等[30]纳入15例肺动脉高压患者进行前瞻性研究，治疗后发现甜菜根汁可显著增加肺动脉高压患者肺NO的产生及降低血浆鸟氨酸水平，有利于防止缺氧诱导的肺动脉高压的发展。Tawa等[31]通过在野百合碱诱导大鼠肺动脉高压的同时及1周前、2周后口服甜菜根汁，结果显示通过刺激硫化氢的合成而抑制右心室收缩压升高、右心室肥厚和肺血管重塑。而在诱导肺动脉高压1周前或2周后服用甜菜根汁并没有显著缓解相应的症状，表明经常性服用适量的甜菜根汁可能是一种预防肺动脉高压的潜在方法。

Cortés等[32]比较了雾化吸入亚硝酸盐、硝酸盐和生理盐水对缺氧性肺动脉高压动物模型的作用，结果显示吸入亚硝酸盐可显著降低肺动脉压，并增加NO的呼出量，而吸入硝酸盐与生理盐水并没降低肺动脉或增加NO的呼出量，表明吸入硝酸盐对肺动脉高压的治疗无效，但吸入亚硝酸盐可能具有治疗意义。

总之，NO是人体内的主要信号分子，在维持血管张力、平滑肌细胞增殖、血小板活性和炎性反应等方面起着关键作用，体内NO的降低与高血压、内皮功能障碍、动脉粥样硬化等心血管疾病的发生有关。在正常情况下，人体通过NO合成酶内源性产生70%的NO，而饮食中的硝酸盐摄入通过硝酸盐-亚硝酸盐-NO途径可补充体内所需NO。因此，膳食硝酸盐/亚硝酸盐通过在血管中产生NO在维持血管健康方面具有重要作用。但关于膳食硝酸盐对心血管影响的具体机制仍然不清楚。需要进一步的研究来将膳食硝酸盐/亚硝酸盐转化为有效的预防和治疗策略，为临床心血管疾病患者提供成本效益高的治疗方法之一。