内皮型一氧化氮合酶脱偶联分子机制

王妍琦 王其新

病理条件(如高血压，高血脂和糖尿病等)引起内皮细胞合成和分泌血管活性物质[如一氧化碳(NO)、前列环素]功能受损，导致血管舒缩异常、血管紧张度增加、血小板聚集、白细胞黏附和血管壁受损等现象。一氧化氮合酶(NOS)合成的NO是促进血管舒张的重要细胞因子，包括内皮细胞型(eNOS)、神经型(nNOS)、诱导型(iNOS)三种类型，iNOS在细胞受损后诱导生成，nNOS多位于神经元细胞； eNOS在血管内皮细胞中合成NO，调节血管功能。引起内皮细胞最首先暴露于外源性损伤因子中的组织，eNOS脱偶联，NO生物利用度降低，内皮细胞功能障碍或受损，是许多心血管疾病的始动事件。因此，深入了解eNOS脱偶联机制，对靶向性防治心血管疾病具有重要意义。

1 eNOS分子结构

位于内皮细胞的eNOS包含多个结构区域，包括氧化域和还原域。四氢生物蝶呤(BH4)、血红素和L-精氨酸的结合位点在N-端的氧化域[1]。锌指结构是由两个亚基上的半胱氨酸残基和锌离子(Zn2+)构成的，是连接两个结构域之间的桥梁[2]。钙调蛋白(CaM)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)和黄素的结合位点在C-端的还原域。NO合成过程中， NADPH 氧化产生的电子从还原域的黄素传递到氧化域的血红素，使血红素铁与O2结合催化L-精氨酸逐步合成NO。eNOS的活性受钙离子浓度和CaM结合的影响，也受翻译后水平(如棕榈酰化、磷酸化、S-谷胱甘肽化、S-亚硝基化)的调节[1]。

翻译后，内皮细胞中eNOS与质膜小窝上的小

[作者单位]1青岛大学医学部，青岛266071；2青岛大学附属医院，青岛266000

本文2017-12-10收到，2018-03-14修回

2 eNOS脱偶联机制

eNOS主要表达于血管内皮细胞中，在形成二聚体结构后发挥生物学作用，与 L-精氨酸结合生成NO，构成防御血管损伤的主要屏障。病理条件下，各种刺激因素导致eNOS结构发生改变，由二聚体变为单体，eNOS功能障碍，NO生成减少及生物利用度降低，导致血管内皮功能受损，这种变化为eNOS脱偶联。

2.1 BH4缺乏

BH4是eNOS的辅助因子，其作用是维持血红素结合位点结构稳定，增强 eNOS与L-精氨酸的结合能力[3]，生理条件下，BH4具有较强还原性，可还原活性氧(ROS)和过氧化亚硝基阴离子(ONOO-)。 NADPH被氧化成NADP+， eNOS将其产生的电子转运给L-精氨酸而使其氧化成L-胍氨酸，生成NO[4]。病理条件下，氮氧化合物(NOx)的激活会增加ROS的生成，氧化BH4使BH4缺乏。BH4可促进eNOS单体组装成为一个活跃的二聚体，而在BH4缺乏的情况下，则不能将电子转移到eNOS的N端氧化酶域。ONOO-导致eNOS的活性降低，破坏eNOS的二聚体，损伤内皮细胞。BH4对许多类型ROS氧化敏感，ONOO-被认为是使BH4氧化为二氢生物蝶呤(BH2)的最主要的物质。氧化型BH2可以与BH4相互竞争eNOS，分享相同的N-端氧化区结合位点。然而，BH2无法支持eNOS的辅因子活性，所以该位移导致eNOS脱偶联。研究证明，降低BH4或升高BH2均会降低NO生物利用度，并导致eNOS功能障碍[5]。降低BH4生物利用度，会使eNOS脱偶联，增加超氧阴离子的生成，使NO/cGMP信号受损[6]。因此，在氧化应激条件下，BH4补救合成途径将变得尤为重要。二氢生物蝶呤还原酶 (DHPR)和二氢叶酸还原酶 (DHFR)是补救合成途径的关键，DHPR 可以还原醌式 BH2为 BH4，DHFR可以激活叶酸为 5-甲基四氢叶酸并还原BH2为BH4[7]。

2.2 L-精氨酸缺乏

2.3 锌指结构破坏

锌指结构位于 eNOS 的氧化域，由两个半胱氨酸残基和一个 Zn2+组成，其主要作用是维持每个亚基上血红素之间的距离相等，从而保证BH4 结合位点结构的稳定。锌指结构突变会导致Zn2+、BH4、L-精氨酸不能结合，使eNOS 失活，即锌指结构对稳定eNOS的结构和活化非常重要。实验证明，锌指转录因子 ZFP580 可以通过增强eNOS的表达，提高NO生物利用度，促进内皮祖细胞向内皮细胞分化和血管形成。ONOO-可以在eNOS二聚体上氧化锌指结构，造成Zn2+的释放和eNOS二聚体结构不稳定[12]。

2.4 谷胱甘肽化

2.5 乙酰化

eNOS乙酰化可导致eNOS功能障碍。沉默信息调节因子1(SIRT1)是一种去乙酰化酶，参与代谢，调节细胞存活、分化，寿命，通过脱乙酰基和eNOS的激活使血管舒张[14]。生理条件下，SIRT1可以通过调节NAD+/NADH比值控制eNOS乙酰化，而氧化应激可下调SIRT1，使eNOS乙酰化，NO生成减少[15]。此外，eNOS也可以被组蛋白去乙酰化酶3(HDAC3)乙酰化，通过抑制eNOS与CaM结合降低NO的生成[5]。

2.6 蛋白质-蛋白质相互作用

蛋白质相互作用是一个重要的eNOS翻译后机制调节。在生理和病理过程中，eNOS已被证实与多种调节蛋白和结构蛋白相互作用，它们可精细调节eNOS活性，并参与eNOS与细胞膜和细胞器膜的结合和运输。增强eNOS活性的蛋白，钙调素、HSP90、高密度脂蛋白(HDL)、发动蛋白-2，β-肌动蛋白、外膜蛋白、微管蛋白和载脂蛋白AI(ApoAI)。负相互作用的蛋白包括小窝蛋白、G蛋白偶联受体(GPCR)、一氧化氮合酶相互作用蛋白(NOSIP)、一氧化氮合酶运输诱导剂(NOSTRIN)。其中发动蛋白-2、NOSIP、NOSTRIN和细胞骨架也参与了eNOS在内皮细胞中的运输。此外，阳离子氨基酸转运蛋白1(CAT-1)、精氨琥珀酸合成酶(ASS)、精氨琥珀酸裂解酶(ASL)、和可溶性鸟苷酸环化酶(SGC)促进底物(L-精氨酸)向eNOS定向输送，促进NO生成与靶向作用[16]。

2.7 Nox4与内质网应激

3 结语

eNOS 脱偶联机制包括BH4的缺乏、L-精氨酸的缺乏、锌指结构的破坏、谷胱甘肽化、乙酰化等。eNOS脱偶联是许多心血管疾病的始动事件，因此针对 eNOS 脱偶联机制的对策如阻断ROS的产生[20]，BH4补救合成，补充L-精氨酸，去谷胱甘肽化、去乙酰化，等可能是预防和治疗心血管疾病的有效手段。

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本文作者简介：

王妍琦(1992—)，女，汉族，硕士研究生，研究方向：急诊内科(心血管方向)

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