氧化氮合酶在骨關(guān)節(jié)炎中的作用

1、氧化氮合酶在骨關(guān)節(jié)炎中的作用陳磊1,2，凌沛學(xué)1,2*，張?zhí)烀?,2 收稿日期：2008-09-3作者簡介：陳磊（1982-），男，碩士研究生。*通訊作者，凌沛學(xué)，男，研究員，博士生導(dǎo)師，Tel: (0531)81213003 E-mail: peixue.ling（1. 山東大學(xué)藥學(xué)院，濟(jì)南，250012；2. 山東省生物藥物研究院 博士后科研工作站，濟(jì)南，250101）摘要：目的 綜述誘導(dǎo)型氧化氮合酶在骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病過程中的作用以及氧化氮合酶抑制劑用于治療骨關(guān)節(jié)炎的研究進(jìn)展。方法 著重以近幾年國內(nèi)外該領(lǐng)域有代表性的文獻(xiàn)為依據(jù),進(jìn)行分析、歸納、總結(jié)。結(jié)果與結(jié)論 由氧化氮合酶催化生成的氧化氮是體

2、內(nèi)重要的信號分子和效應(yīng)分子。氧化氮合酶抑制劑抑制體內(nèi)氧化氮生成,有望在骨關(guān)節(jié)炎治療中發(fā)揮作用。關(guān)鍵詞：氧化氮合酶，氧化氮，骨關(guān)節(jié)炎骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是一種以關(guān)節(jié)軟骨變性、破壞及骨質(zhì)增生為特征的慢性關(guān)節(jié)病。在全球范圍內(nèi)是最常見的一種關(guān)節(jié)病變，其發(fā)病率隨年齡增長而增加。臨床上癥狀以關(guān)節(jié)腫痛、骨質(zhì)增生及活動受限最為常見。OA的發(fā)病無地域及種族差異，可分為原發(fā)性和繼發(fā)性。繼發(fā)性O(shè)A有明確的致病原因,如創(chuàng)傷、炎性關(guān)節(jié)病、先天性或發(fā)育性骨關(guān)節(jié)病、代謝性或內(nèi)分泌性疾病等；原發(fā)性O(shè)A病因及發(fā)病機(jī)制尚不十分明確，可能與年齡增長、過度使用、損傷、肥胖、遺傳等多種因素密切相關(guān)1。一般認(rèn)為

3、OA是在力學(xué)和生物學(xué)因素共同作用下軟骨細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及軟骨下骨三者降解和合成失衡的結(jié)果。本文將就誘導(dǎo)型氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）在OA進(jìn)程中的作用及氧化氮合酶抑制劑作綜述。1 氧化氮合酶研究表明, 氧化氮(nitric oxide ,NO)與OA的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系2。在OA患者和模型動物體內(nèi)NO自由基含量增加,關(guān)節(jié)內(nèi)NO含量增加可破壞關(guān)節(jié)軟骨,引起臨床癥狀。NO是由氧化氮合酶（NOS）催化L-精氨酸生成的。NO是生物體內(nèi)重要的信號分子和效應(yīng)分子，可介導(dǎo)許多生物學(xué)過程。但是NO在體內(nèi)的代謝過程較為復(fù)雜，半衰期短，難以測定，現(xiàn)在多通過

4、研究NOS來間接反應(yīng)NO在組織中的表達(dá)。目前發(fā)現(xiàn)的NOS亞型有三種:神經(jīng)型氧化氮合酶（nNOS）于中樞神經(jīng)系統(tǒng)及周圍神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)組織內(nèi)產(chǎn)生NO，協(xié)助細(xì)胞通訊及與原生膜聯(lián)合。內(nèi)皮型氧化氮合酶（eNOS）于血管內(nèi)產(chǎn)生NO及協(xié)助調(diào)節(jié)血管功能。 誘導(dǎo)型氧化氮合酶（iNOS）利用NO的氧化壓力，協(xié)助巨噬細(xì)胞在免疫系統(tǒng)中對抗病原體。其中nNOS和eNOS合稱為組成型NOS（cNOS），兩者在其他組織細(xì)胞中表達(dá)較少，其活性依賴于Ca2+活性合成的NO呈脈沖性釋放，量少且持續(xù)時間較短，在神經(jīng)傳遞、平滑肌收縮、瞬間時血壓調(diào)節(jié)，維持血管擴(kuò)張和血液供應(yīng)中發(fā)揮重要作用。在免疫刺激或一些細(xì)胞因子如IL-1、TNF-的

5、作用下，許多細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、肝細(xì)胞等都可表達(dá)iNOS，其活性不依賴于Ca2+，合成的NO量多且維持的時間較長，主要參與機(jī)體的免疫防御及免疫損傷反應(yīng)3。因此，研究iNOS在組織中的表達(dá)可以間接反映NO在組織細(xì)胞中的定性、定量及生理功能。2 iNOS在OA中的作用在周圍細(xì)胞因子及軟骨降解產(chǎn)物的作用下，OA軟骨細(xì)胞表達(dá)iNOS能催化產(chǎn)生大量的NO4。研究發(fā)現(xiàn)OA患者軟骨細(xì)胞iNOS上調(diào)而正常的軟骨標(biāo)本中沒有可測定iNOS5。在同等條件下，iNOS缺乏的大鼠，其軟骨的蛋白多糖丟失明顯降低，進(jìn)一步證實iNOS在軟骨損傷中起重要的作用6。iNOS抑制劑可明顯的減輕OA軟骨的損傷程度。這都說明iN

6、OS是NO產(chǎn)生過程中的關(guān)鍵酶，在OA的發(fā)病過程中起著重要的作用。OA中NO主要來源于軟骨細(xì)胞，免疫組化研究7證明正常關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞不表達(dá)iNOS，而OA中病變的軟骨細(xì)胞則表達(dá)iNOS，iNOS主要通過促使軟骨細(xì)胞產(chǎn)生NO從而對OA進(jìn)程產(chǎn)生影響。 NO的作用主要有： NO抑制軟骨細(xì)胞增生, 促使軟骨細(xì)胞凋亡。早在1995年Blanco等8研究表明硝普鈉等NO供體產(chǎn)生的外源性NO可誘導(dǎo)培養(yǎng)的軟骨細(xì)胞凋亡。目前已知OA關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞凋亡以NO途徑為主，但是NO誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞凋亡的具體機(jī)制尚不清楚。抑制軟骨細(xì)胞蛋白聚糖的合成, 促使蛋白聚糖膠原蛋白的分解。Studer等9將iNOS基因轉(zhuǎn)入軟骨細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)軟骨

7、細(xì)胞產(chǎn)生的大量NO能抑制軟骨基質(zhì)蛋白聚糖的合成，促進(jìn)蛋白聚糖和膠原蛋白的降解；有研究10-11認(rèn)為高濃度的NO可通過刺激基質(zhì)金屬蛋白酶活性來增加蛋白聚糖膠原蛋白的降解。3 iNOS抑制劑治療OA隨著NO在OA發(fā)病機(jī)制中所起的作用越來越受到重視，iNOS抑制劑的應(yīng)用研究也發(fā)展起來。2007年美國紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院關(guān)節(jié)疾病公報12中指出iNOS抑制劑是一種新的有效的改善疾病的骨關(guān)節(jié)炎藥物（disease-modifying osteoarthritis drug，DMOAD)。在一些實驗中6將大鼠iNOS去除一部分則不能形成關(guān)節(jié)炎模型；在另一項研究中13給予狗一定量的iNOS抑制劑L-N6-亞氨乙基-

8、賴氨酸（L-NIL），最終減弱了OA的進(jìn)程。以上研究表明,使用iNOS抑制劑可明顯抑制關(guān)節(jié)的炎性病變,改善關(guān)節(jié)局部微循環(huán), 促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù) 。理論上，iNOS是體內(nèi)產(chǎn)生NO的限速酶，抑制iNOS即可減少關(guān)節(jié)內(nèi)NO的生成，減輕NO對關(guān)節(jié)軟骨的破壞作用。動物實驗也顯示，iNOS抑制劑能夠抑制iNOS的表達(dá)，減少軟骨細(xì)胞產(chǎn)生NO，同時抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的活性和膠原酶活性及基因表達(dá)，減輕關(guān)節(jié)軟骨缺損和滑膜炎的嚴(yán)重程度，并逐漸恢復(fù)軟骨細(xì)胞合成蛋白聚糖的能力。金大地等11在OA患者標(biāo)本培養(yǎng)中加入iNOS抑制劑，抑制了過量NO的釋放，改善了軟骨代謝環(huán)境，對軟骨有一定的保護(hù)作用。孫煒等14通過直接的動物實

9、驗證實了iNOS抑制劑能提高軟骨修復(fù)組織的質(zhì)量。iNOS抑制劑可分為兩大類，氨基酸類多為L-精氨酸同類物，通過競爭性占領(lǐng)底物(L-精氨酸)與iNOS的結(jié)合位點來抑制NO活性。其效應(yīng)可由L-精氨酸逆轉(zhuǎn)，對iNOSmRNA和cNOSmRNA表達(dá)均有抑制作用；非氨基酸類iNOS抑制劑可選擇性抑制iNOSmRNA表達(dá)。盡管多數(shù)研究顯示氨基酸類iNOS抑制劑在治療OA方面有較好效果，但其在抑制過多NO釋放的同時，對軟骨nNOS和eNOS正常的生物學(xué)作用造成影響，而后兩者在正常生理條件下可作為一種信號調(diào)節(jié)機(jī)體多種功能，維持組織正常代謝。McCartney-Francis等15對OA小鼠長期注射氨基酸類iN

10、OS抑制劑L-NIL，結(jié)果顯示不僅不能減輕炎癥急性反應(yīng)，而且加重了慢性侵襲性炎癥程度，這可能是nNOS和eNOS正常功能受到影響所致。然而，非氨基酸類iNOS抑制劑如氨基胍，可選擇性抑制iNOSmRNA表達(dá)，減少由NO過量釋放引發(fā)的生物學(xué)效應(yīng)，同時不影響nNOS和eNOS的正常生理功能。從這一點看可能有更好的臨床應(yīng)用前景。另外有些非iNOS抑制劑類藥物治療OA的作用機(jī)制可能也與NO有關(guān)，如透明質(zhì)酸現(xiàn)已成為臨床治療OA的常用藥物。Diaz-Gallego等16在OA動物模型關(guān)節(jié)腔內(nèi)注入透明質(zhì)酸，觀察到軟骨細(xì)胞凋亡明顯減輕同時NO生成也顯著減少。郝亞榮等17通過動物實驗認(rèn)為透明質(zhì)酸鈉并沒有使iNO

11、S下調(diào)的作用?？傊?，OA是一種涉及多種因素共同作用的復(fù)雜疾病，NO作為生物體內(nèi)重要的信號分子和效應(yīng)分子，廣泛參與OA軟骨細(xì)胞和軟骨基質(zhì)的代謝過程，在OA的發(fā)病中可能起到重要作用,對NO及iNOS抑制劑在OA中的研究豐富了對OA發(fā)病機(jī)制和臨床治療的認(rèn)識，為OA治療開辟了一條新的路徑。然而OA是一個復(fù)雜的病變過程，其具體作用機(jī)制還有許多不明確之處，有必要進(jìn)行更深人的探索和研究。REFERENCES1WANG M M. osteoarthritis J. J Chin Physician(中國臨床醫(yī)生),2005,33(5):9.2ROBERT M, ASHOK R, STEVEN B. The r

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