内源性一氧化氮在急性高原病中的研究进展*

卞士柱， 黄 岚

1 一氧化氮(nitric oxide，NO)与内源性一氧化氮(endogenous NO，eNO)

NO是具有调节血管张力、血流等众多生物学作用的脂溶性气体信号分子，eNO是由L－精氨酸(L－arginine，L－Arg)经过体内一氧化氮合酶［nitric oxide synthase，NOS;主要有神经源型(neuronal NOS，nNOS)、诱导型(inducible NOS，iNOS)和内皮源型(endothelial NOS，eNOS)3种］催化合成的，广泛存在于全身组织［1］。NO通过一些生物分子和细胞间相互作用参与机体的保护、调节及逆转等生理过程［2］。近年来的研究发现NO在调节血管张力、抑制炎症以及抗动脉粥样硬化中发挥关键作用［1－2］。

2 急性高原病

急性高原病(acute mountain sickness，AMS)包括急性轻症高原病(acute mild altitude disease，AMAD)和急性重症高原病［分为高原肺水肿(high altitude pulmonary edema，HAPE)和高原脑水肿(high altitude cerebral edema，HACE)］，通常发生于由平原快速进入高原(2 500 m以上)或由较低海拔高原快速到达更高海拔的人群，发病率和病死率均较高［3］。AMAD是高原暴露引起的各系统暂时性功能紊乱，主要表现为头痛、睡眠障碍、恶心、呕吐、纳差、胸闷等。HAPE的发生与缺氧性肺动脉高压、肺血容量增加、肺血管内凝血、肺毛细血管通透性增强等有关。而HACE是由于在急性缺氧条件下，脑毛细血管和脑细胞膜通透性增加，致使血浆内的胶体物质、离子、水分向血管外和细胞内移动，同时无氧代谢增强，ATP(adenosine triphosphate)形成减少，细胞膜钠泵瘫痪以及酸中毒的发生，使钠和水进入细胞内，导致脑细胞水肿以及血管静水压发生变化［4］。

目前AMS的确切机制仍未清楚，主要是高原低压、低氧以及寒冷气候引起应激状态，机体不能有效适应环境变化(AMS也称为高原适应不全)。而且AMS病理生理过程涉及:低氧对呼吸驱动，血液循环、血压的变化以及低氧对血管、脑等组织细胞的损伤作用等众多因素。近年来研究发现NO在AMS发病过程中对血管反应性、血管稳态的维持具有重要作用。

3 eNO水平随高原低氧条件变化

eNO生成过程需要氧的参与，在高原缺氧条件下，体内NO的生成降低［5］，与此相一致，另有研究发现低氧使 NO 水平降低［6］。Brown 等［7］发现4 200 m暴露3 h后，呼出气体NO分压降低 。2011年的一项研究结果:进入海拔3 440 m后，人唾液、血清和尿液中NO水平降低，再往高海拔上升时，唾液和尿液中NO水平进一步下降，但是血清NO维持不变，相反，细胞内 NO反而增加［8］，可能是由于细胞应激导致NO合成增加而释放受阻。但是在高原世居人群中呼出NO水平却比平原世居者高，说明eNO与 AMS 的发生、高原适应相关［9］。Schneider等［10］采用输入L－Arg的方法研究发现，高原低氧可能通过破坏NOS或降低L－Arg利用度而导致NO合成、释放受阻。

4 eNO水平在世居高原与新到高原访问健康人群间的不同

对于高原世居人群(如西藏人)由于长期慢性低氧，肺、血浆以及红细胞NO水平至少是其他人群的2倍甚至很多倍。红细胞相关的氮氧化合物比其他人高200倍。其他高原居住人群，NO水平虽然没有西藏人那么高，但是仍高出低海拔人群［11］。高原世居人群循环氮氧化合物同样远远高于平原居住人群。

有人通过低氧舱的模拟研究发现急性高原暴露呼出NO水平增加［12］，但是另外一项研究发现，高原肺水肿患者呼出NO气体水平低于其健康对照组基线水平至少2个标准差。平原健康人群新到高原，肺中、血浆以及红细胞中NO水平在2 h内下降，然后在48 h内恢复正常或者稍微升高，5 d后增加高于基线水平［11］。也有人发现可能是由于星形胶质细胞的水肿，NO和硝酸盐(NO代谢产物)的生成增加［13－14］。

关于高原暴露时eNO水平仍有争论，有人发现急性高原暴露呼出NO水平增加，可能与研究对象被采集标本时已经在高原暴露的时间长短有关。也有人发现可能是由于星形胶质细胞水肿，NO和硝酸盐(NO代谢产物)生成增加［14］。但是可以肯定的一点是eNO在急性高原暴露时的变化参与AMS的发病过程。

5 eNO与AMS病理生理

NO是体内重要的血管活性物质之一;具有舒张血管、增加组织灌注的功能。大量证据表明NO可能在AMS发生、发展中发挥重要的作用。最近的研究发现S－亚硝基血红蛋白(NO与血红蛋白相互作用的代谢产物)随着海拔高度上升而增加，极大影响了NO的寿命，从而对AMS的发生和发展创造了条件［8］。

5.1 eNO与肺动脉压及HAPE 低氧诱导的肺动脉收缩及其后续效应是发展成为HAPE的基本过程。NO降低肺血管的缺氧收缩，增加气体交换，降低肺毛细血管应激衰竭从而对低氧环境进行代偿。

对47名无吸烟史、成年健康平原世居者呼出NO、血氧饱和度以及心率与AMS症状相关性的研究结果显示:呼出NO分压由平原到2 800和4 200 m均显著降低，回到平原后NO呼出水平也返回原来值［7］。然而 Brown等［7］的研究并未证实呼出气 NO水平与AMS具有相关性。可能是由于上述研究的受试者缺氧时间短、样本量小的缘故。大量研究发现急进高原NO变化与高原肺动脉高压及肺血管稳态失衡相关。

低氧体内外实验证实，L－单甲基精氨酸抑制NO合成，增加肺动脉压绝对值和肺血管阻力。Bailey等［15］对26名志愿者的研究发现，进入高原后肺动脉收缩压力(pulmonary arterial systolic pressure，PASP)增加与自由基、NO生物代谢产物的跨肺净输出量相关。急性高原暴露引起肺内输出自由基减少，NO生物利用度降低，从而引发肺动脉收缩和肺动脉高压，进而产生右心功能不全、体液潴留、肺动脉高压甚至HAPE。

另有对19名健康男性志愿者常压低氧下暴露6 h的研究，发现患AMS组呼出NO水平显著低于未患AMS组，但是二者均高于基线水平［12］，可能是由于在AMS组低氧诱导的NO增高水平不足以代偿并及时调整血管张力和体液的稳态失衡。

低氧引起的肺血管收缩是机体自身对肺泡低氧的保护适应性反应，以求使通气/血流比趋于正常。HAPE易感者在平原或高原呼出NO均较低［16］。低氧时，肺动脉收缩压变化与下呼吸道NO排泄分数相关，提示呼吸道生成NO的减少可能是HAPE的一个发病原因［17］。

5.2 eNO与脑血管变化及HACE 急进高原，低氧和低碳酸血症增加脑血流量，导致脑血流剪切力增加，代偿性增加NO生成。与其它在动物模型或人体上的研究一致，Ainslie等［18］发现脑对高碳酸血症的应答增加NO的产生，介导脑血管扩张，产生脑部高灌注而引起头痛，甚至脑血管静水压增加而发生血管源性水肿(HACE)。

由于高原低压低氧的影响，脑的有氧代谢与自由基的产生发生变化，对AMS患者脑内自由基变化与脑血流自我调节、血脑屏障功能的研究显示:低氧过程中总NO在整体趋势是降低的，血浆和红细胞NO代谢库在AMS+组中较低，AMS与体内氧化还原反应的平衡改变破坏相关［19］。通过检测脑内NO代谢产物评价AMS危险因素发现:低氧降低脂类衍生物(如烷氧基)、自由基和过氧化氢脂质在脑的净输出量和动脉－静脉间浓度差(a－vD)与高原头痛(high altitude headache，HAH)及AMS相关。同时低氧刺激氧化－硝酸基(与NO生物合成、代谢相关)应激，与人类其它低氧血症疾病模型有广泛联系，这可能是一种独立于血脑屏障(blood brain barrier，BBB)功能障碍、脑氧化代谢紊乱的AMS危险因素［20］。

根据AMS国际诊断标准(Lake Louise Scoring System，LLS)，HAH是AMS的基础症状，有人认为HAH可能是由于NO激活了三叉神经血管系统。脑膜动脉以及脑动脉存在eNOS，nNOS存在于中枢神经系统并与小动脉有密切联系，可能具有扩张血管的作用，在三叉神经节中nNOS与降钙素基因相关肽(calcitonin gene－related peptide，CGRP)共存于少数神经细胞中，可能在扩张颅内外血管中发挥重要作用，增加了HAH/AMS的发生［21］。脑组织低氧会导致NO介导的血管张力改变与AMS相关［22］的观点已被后续众多研究所逐步证实。

6 NOS基因多态性与AMS易感性

尽管急进高原后AMS的发病率非常高，但是个体间发病存在明显差异，与遗传因素有关。目前发现血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的基因(VEGF)、缺氧诱导因子(hypoxia －inducible factor，HIF)的基因(HIF)以及 eNOS等基因的多态性与AMS发病相关。

eNO主要来源之一是 eNOS。eNOS基因位于7q35～36，长约21 kb，有26个外显子和25个内含子，其mRNA约4.1 kb，编码含1 203氨基酸残基多肽。eNOS基因多态性改变eNOS活性从而影响NO生成。目前对eNOS单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms，SNP)和串联重复序列(variable number of tandem repeat，VNTR)的基因多态性研究较多。有研究证实eNOS基因多态性与高原习服、适应相关，但是eNOS基因多态性在AMS发病中的作用结论不一。

eNOS基因缺失小鼠暴露于轻度缺氧下即可快速发生肺动脉高压，提示eNOS基因缺陷与HAPE易感性有关。之前在高危人群中的基因相关性研究提示，eNOS基因多态性可能与HAPE相关;在尼泊尔人群中筛选出eNOS基因的7个SNP位点。其中rs1799983标签SNP导致了298位1个氨基酸的置换［谷氨酸(glutamine，Glu)变为天冬氨酸(asparagine，Asp)］，其基因型在AMS组和对照组中显著不同，另外6个SNP在等位基因和基因型的频率上组间差异不明显［23］。

在日本的一项研究显示，eNOS的rs1799983和27－bp VNTR基因多态性与HAPE易感性强相关，表明上述2种多态性与NO合成、代谢相关［24］。但是有人检测了高加索人2个eNOS基因多态性:G894T(鸟嘌呤，guanine，G;胸腺嘧啶，thymine，T)SNP(标签rs1799983)和串联重复序列(27－bp VNTR)，发现:虽然急进入高原后肺动脉压升高显著，但是eNOS基因多态性各组人群中肺动脉平均压力无明显差异，提示G894T和27－bp VNTR与平原或高原上肺动脉压力无相关性［25］。最新的研究亦未证实上述相关性，可能是由于T894T基因型能短暂消除急性高原暴露时肺动脉收缩，阻止了肺动脉高原及HAPE的发生［16］。也有研究证实eNOS另 2个SNP位点(rs743507和rs1800779)与AMS没有相关性［26］。结果可能受基因频率过低，且样本量太小等因素影响。

虽然G894T变异是保守的，但是含有Asp298的eNOS只有含 Glu298的 eNOS活性的 50%。Wang等［27］发现:高水平的NO与高原习服、适应相关。但是另有人证实了T894等位基因在HAPE易感患者中显著较高，相反G894等位基因在高原人群中更常见，可能是该基因变异增加了NO水平，促进高原习服和适应［5］。T894等位基因在 AMS组中频率高于未患AMS组，提示eNOS基因多态性在AMS易感性中具有重要作用，研究也表明仅仅T894等位基因的存在不足以引起AMS的发生，T894等位基因可能与其它一些因素作用加重已经存在的内皮功能损伤。G=T、T=T联合基因型更常见于AMS组。由此可以推测:eNOS基因多态性可能与AMS的危险因素或保护因素相关，需要进一步深入研究。

7 NO及其前体物质治疗AMS

综上所述，eNO在调节肺脑血管、促进高原习服与适应中发挥重要作用，那么是否可以应用外源性NO或增加eNO生成来防治AMS呢?尽管目前还没有正式预防和治疗AMS的NO药物上市，但是已经有人进行了一些试验性治疗，并且取得一些成效。

7.1 直接应用NO治疗AMS 在海拔3 658 m处随机对照的研究中，常规治疗组(吸氧、氨茶碱、地塞米松以及呋塞米)和NO治疗组(仅仅吸入空气平衡的0.001%NO)的结果表明，血清内皮素(endothelin，ET)、ET/NO和LLS评分在应用NO治疗后均降低。这说明NO可能通过改变血管活动因子改善AMS症状。另外，吸入NO显著降低HAPE易感人群肺动脉压力，可能成为AMS的有效治疗方法，较常规治疗方法有独特的优势［28］。

AMS发生涉及低压低氧引起炎症过程。已经证实给予低浓度NO通过对粒细胞、内皮细胞、淋巴细胞和巨噬细胞的抑制而达到抑制IL－8的分泌，拮抗急性高原病相关的炎症，对AMS患者的康复有着积极的作用［29］。

AMS患者在NO治疗后，血浆ET、神经肽Y及LLS评分均显著降低，说明NO通过对AMS患者血管舒缩性、脑细胞、心功能的调节而改善其症状。而CGRP在NO治疗后显著升高，且治疗前血清NO与血浆ET呈显著负相关，与血浆CGRP呈显著的正相关，体现了NO通过对血管稳态调节而消除AMS症状［30］。

7.2 应用NO前体物质L－Arg增加eNO和改善AMS 虽然使用外源性NO供体的副作用是头痛，但是高原上应用NO前体L－Arg可以提高血氧饱和度，并能改善AMS的症状［10］。高原低氧可能降低了eNOS的底物L－Arg而抑制NO的生成，补充LArg，能改善 eNO。

4 342 m海拔食物添加L－Arg实验发现:LArg对整体LLS评分没有显著影响，L－Arg处理12 h组中头痛、呼出NO、呼吸凝集物VEGF均显著增加，但促红细胞生成素变化不大，表明L－Arg的供给可能通过NO依赖的途径稳定肺内HIF。但是对AMS的预防效果不显著［31］，可能是因为L－Arg经肠道吸收后结构遭到破坏。

常氧下30 min和低氧暴露(4 350 m)36 h后应用L－Arg，结果显示，注射L－Arg后15～45 min血氧饱和度持续增加，L－Arg治疗的AMS+的LLS评分轻度减少，表明低氧导致eNOS的破坏或L－Arg的生物利用度降低，L－Arg的应用可能通过增加通气/血流比提高血氧饱和度，从而达到治疗AMS的目的。所有上述结果与低氧导致eNO生成减少一致，同时这种降低可被NOS协同底物的供给而阻断［10］

8 展望

尽管AMS的病理生理机制未完全清楚，对AMS防治研究结果不一，但是随着对AMS认识的加深，将进一步推动对AMS发生机制及防治的研究，鉴于众多证据表明NO在AMS中的重要作用，今后对NO、NOS以及NOS基因在AMS病理生理过程、预防和治疗中的作用研究将有望改善目前AMS(尤其是HACE和HAPE)的诊治现状。

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