一氧化氮在糖尿病脑病发病机制中的相关作用

汪 娟 陈艳瑜 杨刚毅

(重庆市铜梁区人民医院肿瘤肾脏内分泌科，重庆 402560)

一氧化氮(NO)被认为是连接糖尿病(DM)神经病变血管学说与代谢学说的桥梁，在DM中枢神经病变的发生、发展中发挥重要作用。研究发现DM脑病(DE)大鼠脑组织中一氧化氮合酶(NOS)活性增加，NO水平升高，NOS mRNA表达显著升高，过多的NO导致神经元损害〔1，2〕。NO的代谢失衡可导致DE大鼠学习记忆功能减退。本文就NO代谢失常在DE发病机制中的作用做一综述。

1 NO的来源

NO是由左旋精氨酸和分子氧在NOS催化下生成的一种小分子气体自由基，在体内的生物半衰期仅数秒钟，故NO的作用与NOS密切相关。NOS分为神经元型(nNOS)、内皮细胞型(eNOS) 和诱导型(iNOS)。前两者依赖Ca2+和钙调素(CaM)激活，在正常情况下即有表达产生少量NO；iNOS是非钙依赖性酶，在正常情况下表达很少或不表达，但在高血糖、糖化终末产物(AGEs)、氧化应激、缺血及缺氧等因素刺激下表达产生大量NO。生理状态下，NO可作为血管舒张因子扩张血管及信使分子介导神经细胞信息传递等；病理状态下，NO作为一种自由基可通过损伤生物大分子对细胞造成损害，导致细胞凋亡或坏死。

2 NO在DE发病机制中的作用

2.1血管性因素

2.1.1脑血管改变 DM时大脑的血管内皮功能和血小板凝集功能障碍加重，导致血管内皮增殖和血浆黏稠度增加，从而出现腔隙性脑梗死及脑血栓等并发症〔3〕。实验〔4〕发现，DM还能影响血脑屏障，表现血脑屏障的完整性被破坏及血脑屏障通透性受影响。DM脑血管的通透性明显增加，但是脑血流量和脑血管表面积明显减少。高血糖可通过NO的毒性作用加重脑缺血性损伤。在脑缺血早期，eNOS介导生成的NO通过扩张血管改善缺血区的血液供应，具有短时保护性作用，但随着NO的大量产生，由nNOS和iNOS介导的神经毒性效应很快占优势，分别在脑缺血进展期和晚期介导神经毒性作用，造成神经元的损伤〔5，6〕。

2.2非血管性因素

2.2.1突触可塑性的改变 海马是学习记忆的重要神经中枢，其突触可塑性增强现象，即长时程增强(LTP)的诱导和维持是学习记忆的神经基础和分子机制。NO以逆行递质的方式对LTP的诱导与维持中起重要作用，抑制NOS可导致学习记忆功能减退〔9〕。DM时持续的高血糖状态可引起谷氨酸增加，N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDA)受体功能异常，Ca2+含量升高刺激Ca2+/CaM依赖性nNOS活性增高，NO生成过多导致海马LTP增强〔10，11〕。柳刚等〔12〕发现DM大鼠海马NOS活性及含量与学习及记忆能力呈负相关，而正常大鼠海马NOS活性及含量与学习及记忆能力呈正相关。适量的NO维持正常的学习记忆功能，DM时高血糖导致产生过量的NO，毒性作用诱发神经元损伤，使大鼠学习记忆能力减弱，出现DE症状。

2.2.2钙稳态的破坏 DM可以损害神经元Ca2+的稳态，钙稳态失衡导致神经元损伤，树突萎缩并最终死亡，细胞间突触联系逐渐失去，脑回路逐渐破坏，导致学习和记忆能力大大降低，从而出现认知功能障碍。Ca2+-Mg2+-ATP酶是细胞内Ca+2浓度的重要调节剂，NO所致的Ca2+超载可能与以下因素有关：NO致脑细胞能量代谢障碍，ATP缺乏，Ca2+-Mg2+-ATP酶功能受到抑制，排钙减少，使细胞内Ca2+浓度增加；NO促使兴奋性神经递质释放，激活NMDA受体门控Ca2+通道，导致Ca2+大量内流〔13〕；NO与氧自由基共同作用，使细胞膜结构受损，膜通透性增加，细胞外大量的Ca2+被动扩散至脑细胞内；NO致线粒体损伤，线粒体的贮钙能力下降，加剧细胞内Ca2+超载。DM时NO生成增加，造成大量的Ca2+内流造成细胞水肿，线粒体破坏，激活某些Ca2+依赖性蛋白酶如Caspase-3，参与神经元凋亡。

2.2.3胰岛素抵抗(IR) 研究表明，胰岛素本身也是导致年龄相关性记忆减退和DE的发病机制之一〔14〕。IR能在高血糖临床症状之前10～20年前被检测出来，IR是因为胰岛素受体对胰岛素的兴奋性降低，胰岛β细胞分泌高水平胰岛素去补偿下降的胰岛素受体功能。尽管大脑中的胰岛素受体有不同的结构和功能，但证据显示过度的胰岛素水平与中枢神经功能下降有关系，DM导致胰岛素敏感性及其受体的紊乱将对认知功能起着不良影响，但其具体的机制目前尚不清楚〔14，15〕。研究发现高糖血症可诱导胰岛iNOS激活，NO可抑制葡萄糖刺激的胰岛素分泌〔16〕，施加NO气体或NO供体可抑制葡萄糖刺激的胰岛素分泌，NOS抑制剂则增加葡萄糖刺激的胰岛素分泌。NO可能是葡萄糖刺激的胰岛素分泌的反馈抑制因子。NO可以通过导致胰岛素信号转导通路重要分子异常而影响胰岛素发挥正常的生物学效应，从而介导了外周组织IR的发生。

3 展 望

NO与DE的发生有着密切关系，是多种因子致DE的重要介质。因此，深入研究NO致DE的机制，利用NOS抑制剂或NO清除剂及时抑制NO的过量表达或清除过量表达的NO为DE的治疗提供了新的契机。但NO具有广泛的生物学作用，参与了众多的生理、病理过程，如何区分NO的病理作用和生理作用的界限，从而解决准确利用NO清除剂/NOS抑制剂抑或NO供体等进行相应治疗的问题，有待深入研究。

4 参考文献

1Xue HY，Jin L，Jin LJ，etal.Aucubin prevents loss of hippocampal neurons and regulates antioxidative activity in diabetic encephalopathy rats〔J〕.Phytother Res，2009；23(7)：980-6.

2Talarowska M,Gaecki P,Maes M,etalNitric oxide plasma concentration associated with cognitive impairment in patients with recurrent depressive disorder 〔J〕.Neurosci Lett,2012；510(2)：127-31.

3Dalal PM，Parab PV.Cerebrovascular disease in type 2 diabetes mellitus〔J〕.Neurol India，2002；50：380-5.

4Fouyas IP，Kelly PA，Ritchie IM，etal.Cerebrovascular responses to pathophysiological insult in diabetic cats〔J〕.J Clin Neurosci，2003；10：88-91.

5Torun S，Chen F，Pernow J，etal.Effects of spontaneous or induced by ischemia on vessel reactivity；the role of inducible nitric oxide syntheses〔J〕.Life Sci，2002；71( 4)：679-92.

6Kim J，Jang HS，Park KM.Reactive oxygen species generated by renal ischemia and reperfusion trigger protection against subsequent renal ischemia and reperfusion injury in mice〔J〕.Am J Physiol Renal Physiol,2010；298(1):F158-66.

7Yin H，Miao J，Ma C，etal.Asomorphin-7 cause decreasing in oxidative stress and inhibiting NF-κB-iNOS-NO signal pathway in pancreasof diabetes rats〔J〕.J Food Sci,2012；77(2)：C278-82.

8Shaked H，Hofseth LJ，Chumanevich A，etal.Chronic epithelial NF-κB activation accelerates APC loss and intestinal tumor initiation through iNOS up-regulation〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,2012；109(35)：14007-12.

9Peng S，Zhang Y，Zhang J，etal.Glutamate receptors and signal transduction in learning and memory.〔J〕.Mol Biol Rep,2011；38(1)：453-60.

10Biessels GJ，Van Der Heide LP，Kamal A，etal.Ageing and diabetes：implications for brain function〔J〕.Europ J Pharmacol，2002；441(1)：1-14.

11Yang SN，Tang YG，Zucker RS.Selective induction of LTP and LTD by postsynaptic〔Ca2+〕ielevation〔J〕.J Neurophysiology，1999；81：781-7.

12柳 刚，陈 丽，冉祥凯，等.NOS在糖尿病大鼠海马中的表达及其与认知功能的关系〔J〕.山东大学学报(医学版)，2003；41(2)：171-4.

13段文娟，卫涛涛.神经型一氧化氮合酶的活性调控〔J〕.生物物理学报，2012；28(4)：278-86.

14Gispen WH，Biessels GJ.Cognition and synaptic plasticity in diabetes mellitus〔J〕.Trends Neurosci,2000；23：542-9.

15Zhao WQ，Townsend M.Insulin resistance and amyloidogenesis as common molecular foundation for type 2 diabetes and Alzheimer′s disease〔J〕.Biochim Biophys Acta,2009；1792(5)：482-96.

16Henningsson R，Salehi A，Lundquist I.Role of nitric oxide synthase isoforms in glucose-stimulated insulin release〔J〕.Am J Physiol Cell Physiol,2002；283：296-304.