一氧化氮与神经系统疾病
作者：张 洪 慕容慎行
单位：350005福建医科大学附属第一医院福建省神经病学研究所
关键词：
临床神经病学杂志000236 1980年，Furchgott和Zawadzki等在研究一些血管扩张剂，如硝普钠、乙酰胆碱和缓激肽作用于血管内皮细胞的实验中，发现内皮细胞可释放出一种称之为内皮源性舒张因子(EDRF)，引起血管平滑肌松弛而扩张。1987年Palmer和Moncada等通过药理学、生物化学以及形态学方法证明了血管内皮细胞产生的EDRF即是一氧化氮(NO)。NO在生物体中的作用引起人们广泛的重视。1992年权威的《自然》杂志将NO评为该年度的“明星分子”。1998年三位美国科学家因从事氮氧化物在心血管中的重要作用的研究而分享该年度诺贝尔医学奖，引起世人瞩目。随着对NO的不断深入的研究，发现其在中枢神经系统中具有重要的作用，参与很多疾病的发病过程，已成为神经病学和神经生物学研究的热点之一。
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1 NO的生物合成和代谢
NO是由左旋精氨酸和分子氧在一氧化氮合酶(NOS)催化下生成的。 NO因含有一个未成对的电子，而表现极其活跃的生物化学性质，能与各种能接纳或提供单电子的物质共轭结合。NO生成后很快即被氧化，以硝酸根和亚硝酸根的形式存在于细胞内外液中，使NO失去生物学活性。同时NO还可与超氧化离子、血红蛋白和其他血红素蛋白结合而失去生物学活性。另外，由于NO为嗜脂性物质，很容易透过生物膜，能与细胞膜上鸟苷酸环化酶(GC)中亚铁血红素的Fe2+结合，使GC构象发生改变，酶的活性中心暴露，催化三磷酸鸟嘌呤(GTP)生成环磷酸鸟苷(cGMP)，发挥生物效应。
2 NO生物合成的调节
2.1 底物的调节 已知生成NO的底物主要有2个，即左旋精氨酸和O2。大量实验表明，细胞活化时，细胞外的精氨酸主动向细胞内转移，以补充细胞内精氨酸的消耗。很多细胞内存在精氨酸—胍氨酸—精氨酸环路，即精氨酸在NOS作用下生成NO和胍氨酸，胍氨酸在精氨酸琥珀酸合成酶(ASS)的作用下生成精氨酸代琥珀酸(AS)，AS经AS裂解酶分解而生成精氨酸；保证细胞内有足够的精氨酸用以合成NO。因而认为精氨酸不是体内合成NO的主要限速步骤。
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2.2 NOS的调节 目前已有3种特异的NOS被克隆[1]，即神经元性NOS(nNOS,NOS-Ⅰ)、内皮细胞性NOS(eNOS,NOS-Ⅱ)和巨噬细胞性NOS(mNOS,NOS-Ⅲ)。根据NOS的功能不同可分为结构型NOS(cNOS)和诱导型NOS(iNOS)。cNOS在生理情况下即有活性，在细胞内钙增加时可进一步活化，因而被认为是一种“生理状态”的酶。i-NOS是在某些病理情况下，当细胞受到某些免疫或炎症因子如干扰素(IFN)、肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素-1(IL-1)、内毒素和脂多糖(LPS)等的作用下，经基因转录蛋白质合成而生成，产生比cNOS还要多的NO，因而认为iNOS是“病理生理性”的酶。糖皮质激素和白细胞介素-4(IL-4)、白细胞介素-10(IL-10)可抑制iNOS的活性。说明NOS是生成内源性NO的主要限速物质。其中，cNOS活性主要通过钙离子浓度升高来调节，而iNOS则主要通过基因转录、翻译及翻译后的调节而进行。
3 NO的生物学作用
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3.1 调节脑血流量作用 NO作为自由弥散的信使分子，呈脂溶性，能自由通过血管内皮进入血管平滑肌细胞，通过激活GC，促使GTP分解生成cGMP。后者通过离子通道机理使血管平滑肌扩张，局部血流量增加。
3.2 抗血小板和白细胞聚集粘附作用 内皮细胞产生的NO可降低血小板和白细胞在血管内皮的粘附和聚集，这有助于保证微循环的通畅和保护脑血管内膜不受损害。
3.3 阻断N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体的作用 NO使NMDA受体的巯基亚硝酰基化，阻断NMDA受体的过度兴奋，减少钙内流，进而减轻神经元的兴奋性毒性损害。
3.4 参与神经突触的信息传递作用 NO在中枢神经系统突触可塑性中起重要作用。NO供体物质可加强培养的海马锥体细胞递质释放，而NOS抑制剂或血红蛋白则可阻断海马CA1区中的长时程增强(LTP)。说明在LTP中NO充当逆行递质作用。
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3.5 对NOS的调节作用 神经元中存在对NOS的负反馈调节机制。这种作用主要表现为NO通过对自身NOS的负反馈抑制和对NMDA受体阻断，使细胞内钙含量降低，进而降低cNOS活性。
3.6 对NOS神经元的自身保护作用 在慢性退行性疾病如Alzheimer病和Huntington病中发现还原型辅酶Ⅱ(NADPH-d)阳性神经元不易受损。目前认为可能机理包括①NOS神经元富含超氧化物歧化酶(SOD)，可使神经元免受活性氧自由基的损害；②NOS神经元细胞膜上NMDA受体密度低，因而受兴奋性氨基酸的毒性作用较轻；③NO可通过负反馈作用下调自身NMDA受体的兴奋性。
3.7 NO的毒性作用 病理情况下，过量NO则表现出毒性作用。主要表现为①通过与靶细胞中的含铁酶类以及蛋白结合形成NO-铁复合物，抑制细胞的能量代谢，影响细胞生长、发育、增殖，导致细胞死亡。②通过抑制DNA复制过程中的核糖核酸还原酶，抑制细胞的增殖，使核酸分子断裂影响靶细胞的修复和蛋白质合成。③通过与超氧阴离子反应形成过氧化亚硝酰基阴离子(ONOO-)，后者再分解为毒性更强的OH-和NO2，使细胞膜发生脂质过氧化反应。
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4 NO与神经系统疾病
4.1 脑缺血 脑缺血时NO的生成明显增加，脑缺血再灌流时可进一步增加。脑缺血时NO生成增加对机体可能既有益又有弊。其有益作用包括维持脑血流、抑制血小板或白细胞聚集和粘附，以及阻断NMDA受体过度激活所引起的细胞损伤而具有保护作用。但NO过量生成可直接影响有关酶的活性，或与超氧化物结合导致细胞损伤。应用药理学方法和转基因动物[2]，阐明了不同NOS抑制剂和不同类型NOS在脑缺血中的作用机理。脑缺血后eNOS表达增多具有调节局部脑血流，改善微循环的作用；脑缺血时nNOS活性增加，与介导脑缺血早期神经元的坏死有关；而iNOS活性增加与脑缺血后期神经元的损伤有更密切的关系。提示了临床上开发和应用特异性NOS抑制剂，需选用适当的剂量，既可阻断脑缺血时由nNOS和iNOS介导的神经损伤，而又不影响eNOS活性，可能有助于脑缺血的治疗。
4.2 蛛网膜下腔出血 蛛网膜下腔出血(SAH)后的脑血管痉挛的发生率高达31.6%～60%。这种脑血管痉挛与血管外膜NOS缺乏、活性降低以及L-精氨酸(L-Arg)减少有关。SAH从血肿中释放出来的血红蛋白可抑制NOS，而使NO的舒张血管作用减弱。在狗的SAH实验中观察到使用NO阻滞剂后使血管张力进一步增高，cGMP浓度降低；而给予L-Arg则使脑血管痉挛的发生率明显下降[3，4]。有人提出在SAH后通过脑室注入NO、L-Arg或激活NOS活性的物质可能有助于解除脑血管痉挛，但需注意过多NO可能引起神经毒性作用。
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4.3 偏头痛 偏头痛的发病机理至今尚未阐明，研究表明[4]在偏头痛的发作过程中存在着精氨酸-NO-cGMP途径。在发作期间患者血清中GMP的含量明显高于正常，NO的供体物质硝酸甘油可诱发和加重偏头痛的发作，而NOS抑制剂NG-硝基左旋精氨酸可明显减轻偏头痛的发作。提示选用特异的NOS抑制剂以阻断偏头痛发作时由血管内皮、血管周围神经末梢以及脑组织中NO的释放，可能有助于预防和治疗偏头痛。
4.4 Alzheimer病 已知海马LTP是突触可塑性的一种模式，是学习和记忆的细胞基础。NO除了参与学习记忆外，也参与了Alzheime病(AD)的发病过程。在纹状体内注射β淀粉样蛋白，可见局部组织中星形胶质细胞和小胶质细胞iNOS的活性和表达均明显增强[5]。尸检材料表明[6]，AD患者脑微循环血管中eNOS和iNOS表达增加，老年斑周围的星形胶质细胞表达iNOS也增多；而额叶、海马等脑区nNOSmRNA或NADPH-d阳性神经元明显减少；目前认为由于胶质细胞产生大量NO，破坏胆碱能神经元，使额叶、海马等脑区nNOS神经元受损，最终导致AD患者出现学习记忆障碍和痴呆等病症。
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4.5 Parkinson病 兴奋性毒性机理可能在Parkinson病(PD)的发病中起重要作用。在实验中观察到黑质纹状体多巴胺能神经元对NMDA受体激动剂很敏感，给予NOS抑制剂ωN-硝基左旋精氨酸甲酯则可阻断这种作用。在N-甲基-4-苯-1.2.3.6-四氢吡啶(MTPT)制作PD模型中给予nNOS抑制剂(7-NI)可明显减少多巴胺神经元的损害。在PD病人的CSF中测得NO的代谢产物明显增多，说明NO参与了PD的发病过程[7]。NO通过氧化生成毒性更强的羟自由基和NO2，形成过氧化亚硝酰基离子，使多巴胺能神经元变性坏死；或直接作用于这类神经元，使其发生凋亡，提示选用特异性nNOS抑制剂可能有助于PD的治疗。
4.6 癫痫 神经元Ca2+大量内流是癫痫发作的重要原因。在癫痫活动过程中伴随着NO的大量生成，用不同方法制作鼠癫痫模型中发现在电休克痉挛发作(MES)的强直期和戊四唑或NMDA引起的痉挛期，鼠脑NO的水平明显增加；在制作MES模型前给予NOS抑制剂L-NNA，可观察到NO的信号降低。临床也观察到癫痫大发作后7天脑脊液中NO的含量增加，明显高于对照组，这可能是由于癫痫发作时Ca2+大量内流，通过钙调蛋白(CaM)激活cNOS引起NO合成增加。但也有相反的报道，如在戊四唑引起的幼鼠癫痫持续状态中，应用L-NAME反而降低了癫痫发作的阈值，甚至在使用L-NAME完全抑制NOS后，获得点燃型癫痫模型或癫痫持续状态[8]。因而认为NOS抑制剂对临床癫痫病人可能有预防作用，但无治疗作用。
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4.7 Huntington病 氧化损伤参与Huntington 病的发病过程，其中NO的作用尤为引人注目。在Huntington 病患者纹状体的尾状核和壳核中nNOSmRNA含量明显下降，且与病情严重程度密切相关。用免疫组化方法研究发现Huntington 病纹状体中神经元数量明显减少，但nNOS神经元不受病情变化的影响，即nNOS神经元具有抵抗氧化损伤的作用[9]。目前认为可能是由于该类神经元富含有 SOD ，因而可抵消氧自由基的损伤。
4.8 肌萎缩侧索硬化症 氧自由基参与了肌萎缩侧索硬化(ALS)发病过程。临床研究发现ALS患者脑脊液中NO的代谢产物明显增多，免疫组化和原位杂交结果显示ALS患者脊髓运动神经元中nNOS和eNOS活性增加，NOS抑制剂L-NAME和7-NI可明显增加ALS小鼠二头肌重量，减轻失神经肌萎缩和抑制脊髓运动神经元的变性[10]。提示了用特异性nNOS抑制剂可能有助于ALS的治疗。
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4.9 多发性硬化 在实验性变态反应性脑脊髓炎(EAE)中发现神经组织中iNOS活性明显增加。对多发性硬化(MS)患者脑组织活检标本进行组织化学方法染色及iNOSmRNA的测定，结果显示病灶组织iNOS mRNA明显增多，病灶中星形胶质细胞表达NADPH阳性细胞就明显增多。患者的脑脊液和血液中NO的代谢产物NO2/NO3的含量显著增加。MS患者单核细胞/巨噬细胞或星形细胞中iNOS表达仅出现在急性期，而不出现在慢性期。说明NO参与了MS急性期的发病过程，过量NO通过氧化产生氧自由基，抑制DNA合成和抑制线粒体呼吸而导致神经组织的损害[11，12]。在EAE实验中应用NOS抑制剂以抑制iNOS活性可明显减轻EAE病情的严重程度，但也有相反的报道。
4.10 肌病 已知NO参与成肌细胞的融合和神经肌纤维的发育过程。在哺乳类动物的Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维中含有nNOS，但其分布有种属的差异。近年来的研究发现NO参与了一些肌病的发病过程，在Duchenne型肌营养不良(DMD)活检标本中发现肌纤维膜中nNOS的活性明显缺失，这种缺失与dystrophin有关；在Becker型肌营养不良症中也发现类似的现象;用免疫组化方法研究发现DMD患者神经肌接头处nNOS和iNOS活性明显增加。重症肌无力患者的神经肌接头处，nNOS活性明显下降[13]。NO在这些疾病中的发病机理尚不清楚，有待于深入研究。
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4.11 脑炎 研究发现[14]大鼠和小鼠实验性过敏性脑炎和病毒感染后脑组织中NOSmRNA表达增强，其表达量与临床症状及炎症反应程度密切相关。在弥漫性脑脊髓炎、脑干炎以及细菌性脑膜炎患者中测得血液或脑脊液中NO的含量明显高于对照组。说明NO参与了脑组织炎症过程。目前认为脑部炎症时，由于内毒素或T细胞激活巨噬细胞，使后者iNOS过量表达，产生大量NO，造成组织损伤。
4.12 脑脊髓损伤 在生理情况下，大鼠新皮层锥体细胞和脊髓前角运动神经元不含NOS；但在外伤时，这些神经元可出现不同程度的NOS活性表达，说明NO参与了脑与脊髓损伤过程。在刀刺伤后7～14天，皮层锥体细胞呈现NADPH-d高度阳性反应，这种阳性细胞位于大脑皮质第Ⅴ和Ⅵ层。选择性NOS抑制剂可抑制伤后3天内血浆NO含量的增加，提示脑外伤后NO增加可能是锥体细胞对创伤的一种反应[15]。
大鼠坐骨神经切断后，背根神经节神经元NOS mRNA表达明显增加。脊髓半切和脊髓全切损害可诱导一侧或两侧背侧核神经元表达NOS。尽管切断脊髓前根不能诱导前角运动神经元表达NOS，但前根撕脱却能诱导前角运动神经元表达NOS。这主要是由于神经根撕脱后，神经元失去了神经营养因子的来源，导致NOS表达。NO过量生成，引起神经元死亡。将周围神经移植于前根撕脱后的缺损部位，前角运动神经元NOS表达明显降低；给予NOS抑制剂硝基精氨酸，能使前根撕脱后神经元的死亡数明显降低[16]。深入研究NO与脑脊髓损伤的关系，有可能为治疗这类疾病提供一条新的思路。
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4.13 脑肿瘤 中枢神经系统中很多肿瘤细胞可表达三种类型NOS，包括恶性胶质瘤、脑膜瘤、成神经细胞瘤等，而且与肿瘤的恶性程度呈正相关。体外实验中发现NO的供体物质硝普钠可抑制(SK-N-MC)人类成神经细胞瘤细胞的生长，呈明显的量-效关系；NOS抑制剂L-NAME可减少肿瘤组织血流供应；说明NO参与了脑肿瘤的发病过程[17]。 NO 具有增加肿瘤血管通透性，使血管扩张，促进新生血管的形成，以及介导自由基对肿瘤细胞损伤等作用。提示联合应用特异性NO供体物质或NO抑制药物可能有利于脑肿瘤的治疗。
综上所述，NO在神经系统中的作用已引起人们广泛的重视并已取得一些初步成果，但仍有许多细节尚不清楚，甚至存在一些相反的结论。因此，深入研究NO在神经系统中的生理和病理作用必将有助于阐明神经系统疾病的发病过程，并有可能为临床治疗提供新的途经。
参 考 文 献
1.Moncada S,Palmer RMJ,Higgs EA.Pharmacol Rev.1991，43:109
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2.Samdani AF,Dawson TM,DaWson VL.Stroke，1997，28:1283
3.Nishizawa S,Yamamoto S,Uemura K.Neurol Res，1996，18:89
4.Lassen LH,Ashina M,Christiansen I,et al.Cephalalgia，1998，18:27
5.Holscher C.Neurobiol Dis，1998，5:129
6.Norris PS,Faull RL,Emson PC.Brain Res Mol Brain Res，1996，41:36
7.Ferrante RJ,Hantrage P,Brouillet E,et al.Brain Res，1999，823:177
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8.Tutka P,Czuczwar SJ,Kleinrok Z.Pol J Pharmacol，1997，49:68
9.Norris PJ,Waldrogel HJ,Faull RL,et al.Neuroscience，1996，72:1037
10.Ikeda K,Iwasaki Y,Kinoshita M.J Neurol Sci，1998，160:9
11.Zhang J,Cross AH,McCarthy TJ,et al.Nitic Oxide，1997，1:263
12.Oleszak EL,Zaczynska E,Bhattacharjee M,et al.Clin Diagn Lab Immunol，1998，5:438
, 百拇医药 13.Yang CC,Alvarez RB,Engel WK,et al.Exp Neurol，1997，148:34
14.Kopronski H,Zheng YM,Heber-Katz E,et al.Proc Natl Acad Sci USA，1993，90:3024
15.Yamanaka K,Kumura E,Iwatsutik,et al.Neurosci Lett，1995，194:124
16.Wu W.Exp Neurol，1993，120:153
17.Bakshi A,Nag TC,Wadhwa S,et al.J Neurol Sci，1998，155:196
(收稿1999-08-02 修回1999-08-24), 百拇医药
单位：350005福建医科大学附属第一医院福建省神经病学研究所
关键词：
临床神经病学杂志000236 1980年，Furchgott和Zawadzki等在研究一些血管扩张剂，如硝普钠、乙酰胆碱和缓激肽作用于血管内皮细胞的实验中，发现内皮细胞可释放出一种称之为内皮源性舒张因子(EDRF)，引起血管平滑肌松弛而扩张。1987年Palmer和Moncada等通过药理学、生物化学以及形态学方法证明了血管内皮细胞产生的EDRF即是一氧化氮(NO)。NO在生物体中的作用引起人们广泛的重视。1992年权威的《自然》杂志将NO评为该年度的“明星分子”。1998年三位美国科学家因从事氮氧化物在心血管中的重要作用的研究而分享该年度诺贝尔医学奖，引起世人瞩目。随着对NO的不断深入的研究，发现其在中枢神经系统中具有重要的作用，参与很多疾病的发病过程，已成为神经病学和神经生物学研究的热点之一。
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1 NO的生物合成和代谢
NO是由左旋精氨酸和分子氧在一氧化氮合酶(NOS)催化下生成的。 NO因含有一个未成对的电子，而表现极其活跃的生物化学性质，能与各种能接纳或提供单电子的物质共轭结合。NO生成后很快即被氧化，以硝酸根和亚硝酸根的形式存在于细胞内外液中，使NO失去生物学活性。同时NO还可与超氧化离子、血红蛋白和其他血红素蛋白结合而失去生物学活性。另外，由于NO为嗜脂性物质，很容易透过生物膜，能与细胞膜上鸟苷酸环化酶(GC)中亚铁血红素的Fe2+结合，使GC构象发生改变，酶的活性中心暴露，催化三磷酸鸟嘌呤(GTP)生成环磷酸鸟苷(cGMP)，发挥生物效应。
2 NO生物合成的调节
2.1 底物的调节 已知生成NO的底物主要有2个，即左旋精氨酸和O2。大量实验表明，细胞活化时，细胞外的精氨酸主动向细胞内转移，以补充细胞内精氨酸的消耗。很多细胞内存在精氨酸—胍氨酸—精氨酸环路，即精氨酸在NOS作用下生成NO和胍氨酸，胍氨酸在精氨酸琥珀酸合成酶(ASS)的作用下生成精氨酸代琥珀酸(AS)，AS经AS裂解酶分解而生成精氨酸；保证细胞内有足够的精氨酸用以合成NO。因而认为精氨酸不是体内合成NO的主要限速步骤。
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2.2 NOS的调节 目前已有3种特异的NOS被克隆[1]，即神经元性NOS(nNOS,NOS-Ⅰ)、内皮细胞性NOS(eNOS,NOS-Ⅱ)和巨噬细胞性NOS(mNOS,NOS-Ⅲ)。根据NOS的功能不同可分为结构型NOS(cNOS)和诱导型NOS(iNOS)。cNOS在生理情况下即有活性，在细胞内钙增加时可进一步活化，因而被认为是一种“生理状态”的酶。i-NOS是在某些病理情况下，当细胞受到某些免疫或炎症因子如干扰素(IFN)、肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素-1(IL-1)、内毒素和脂多糖(LPS)等的作用下，经基因转录蛋白质合成而生成，产生比cNOS还要多的NO，因而认为iNOS是“病理生理性”的酶。糖皮质激素和白细胞介素-4(IL-4)、白细胞介素-10(IL-10)可抑制iNOS的活性。说明NOS是生成内源性NO的主要限速物质。其中，cNOS活性主要通过钙离子浓度升高来调节，而iNOS则主要通过基因转录、翻译及翻译后的调节而进行。
3 NO的生物学作用
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3.1 调节脑血流量作用 NO作为自由弥散的信使分子，呈脂溶性，能自由通过血管内皮进入血管平滑肌细胞，通过激活GC，促使GTP分解生成cGMP。后者通过离子通道机理使血管平滑肌扩张，局部血流量增加。
3.2 抗血小板和白细胞聚集粘附作用 内皮细胞产生的NO可降低血小板和白细胞在血管内皮的粘附和聚集，这有助于保证微循环的通畅和保护脑血管内膜不受损害。
3.3 阻断N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体的作用 NO使NMDA受体的巯基亚硝酰基化，阻断NMDA受体的过度兴奋，减少钙内流，进而减轻神经元的兴奋性毒性损害。
3.4 参与神经突触的信息传递作用 NO在中枢神经系统突触可塑性中起重要作用。NO供体物质可加强培养的海马锥体细胞递质释放，而NOS抑制剂或血红蛋白则可阻断海马CA1区中的长时程增强(LTP)。说明在LTP中NO充当逆行递质作用。
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3.5 对NOS的调节作用 神经元中存在对NOS的负反馈调节机制。这种作用主要表现为NO通过对自身NOS的负反馈抑制和对NMDA受体阻断，使细胞内钙含量降低，进而降低cNOS活性。
3.6 对NOS神经元的自身保护作用 在慢性退行性疾病如Alzheimer病和Huntington病中发现还原型辅酶Ⅱ(NADPH-d)阳性神经元不易受损。目前认为可能机理包括①NOS神经元富含超氧化物歧化酶(SOD)，可使神经元免受活性氧自由基的损害；②NOS神经元细胞膜上NMDA受体密度低，因而受兴奋性氨基酸的毒性作用较轻；③NO可通过负反馈作用下调自身NMDA受体的兴奋性。
3.7 NO的毒性作用 病理情况下，过量NO则表现出毒性作用。主要表现为①通过与靶细胞中的含铁酶类以及蛋白结合形成NO-铁复合物，抑制细胞的能量代谢，影响细胞生长、发育、增殖，导致细胞死亡。②通过抑制DNA复制过程中的核糖核酸还原酶，抑制细胞的增殖，使核酸分子断裂影响靶细胞的修复和蛋白质合成。③通过与超氧阴离子反应形成过氧化亚硝酰基阴离子(ONOO-)，后者再分解为毒性更强的OH-和NO2，使细胞膜发生脂质过氧化反应。
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4 NO与神经系统疾病
4.1 脑缺血 脑缺血时NO的生成明显增加，脑缺血再灌流时可进一步增加。脑缺血时NO生成增加对机体可能既有益又有弊。其有益作用包括维持脑血流、抑制血小板或白细胞聚集和粘附，以及阻断NMDA受体过度激活所引起的细胞损伤而具有保护作用。但NO过量生成可直接影响有关酶的活性，或与超氧化物结合导致细胞损伤。应用药理学方法和转基因动物[2]，阐明了不同NOS抑制剂和不同类型NOS在脑缺血中的作用机理。脑缺血后eNOS表达增多具有调节局部脑血流，改善微循环的作用；脑缺血时nNOS活性增加，与介导脑缺血早期神经元的坏死有关；而iNOS活性增加与脑缺血后期神经元的损伤有更密切的关系。提示了临床上开发和应用特异性NOS抑制剂，需选用适当的剂量，既可阻断脑缺血时由nNOS和iNOS介导的神经损伤，而又不影响eNOS活性，可能有助于脑缺血的治疗。
4.2 蛛网膜下腔出血 蛛网膜下腔出血(SAH)后的脑血管痉挛的发生率高达31.6%～60%。这种脑血管痉挛与血管外膜NOS缺乏、活性降低以及L-精氨酸(L-Arg)减少有关。SAH从血肿中释放出来的血红蛋白可抑制NOS，而使NO的舒张血管作用减弱。在狗的SAH实验中观察到使用NO阻滞剂后使血管张力进一步增高，cGMP浓度降低；而给予L-Arg则使脑血管痉挛的发生率明显下降[3，4]。有人提出在SAH后通过脑室注入NO、L-Arg或激活NOS活性的物质可能有助于解除脑血管痉挛，但需注意过多NO可能引起神经毒性作用。
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4.3 偏头痛 偏头痛的发病机理至今尚未阐明，研究表明[4]在偏头痛的发作过程中存在着精氨酸-NO-cGMP途径。在发作期间患者血清中GMP的含量明显高于正常，NO的供体物质硝酸甘油可诱发和加重偏头痛的发作，而NOS抑制剂NG-硝基左旋精氨酸可明显减轻偏头痛的发作。提示选用特异的NOS抑制剂以阻断偏头痛发作时由血管内皮、血管周围神经末梢以及脑组织中NO的释放，可能有助于预防和治疗偏头痛。
4.4 Alzheimer病 已知海马LTP是突触可塑性的一种模式，是学习和记忆的细胞基础。NO除了参与学习记忆外，也参与了Alzheime病(AD)的发病过程。在纹状体内注射β淀粉样蛋白，可见局部组织中星形胶质细胞和小胶质细胞iNOS的活性和表达均明显增强[5]。尸检材料表明[6]，AD患者脑微循环血管中eNOS和iNOS表达增加，老年斑周围的星形胶质细胞表达iNOS也增多；而额叶、海马等脑区nNOSmRNA或NADPH-d阳性神经元明显减少；目前认为由于胶质细胞产生大量NO，破坏胆碱能神经元，使额叶、海马等脑区nNOS神经元受损，最终导致AD患者出现学习记忆障碍和痴呆等病症。
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4.5 Parkinson病 兴奋性毒性机理可能在Parkinson病(PD)的发病中起重要作用。在实验中观察到黑质纹状体多巴胺能神经元对NMDA受体激动剂很敏感，给予NOS抑制剂ωN-硝基左旋精氨酸甲酯则可阻断这种作用。在N-甲基-4-苯-1.2.3.6-四氢吡啶(MTPT)制作PD模型中给予nNOS抑制剂(7-NI)可明显减少多巴胺神经元的损害。在PD病人的CSF中测得NO的代谢产物明显增多，说明NO参与了PD的发病过程[7]。NO通过氧化生成毒性更强的羟自由基和NO2，形成过氧化亚硝酰基离子，使多巴胺能神经元变性坏死；或直接作用于这类神经元，使其发生凋亡，提示选用特异性nNOS抑制剂可能有助于PD的治疗。
4.6 癫痫 神经元Ca2+大量内流是癫痫发作的重要原因。在癫痫活动过程中伴随着NO的大量生成，用不同方法制作鼠癫痫模型中发现在电休克痉挛发作(MES)的强直期和戊四唑或NMDA引起的痉挛期，鼠脑NO的水平明显增加；在制作MES模型前给予NOS抑制剂L-NNA，可观察到NO的信号降低。临床也观察到癫痫大发作后7天脑脊液中NO的含量增加，明显高于对照组，这可能是由于癫痫发作时Ca2+大量内流，通过钙调蛋白(CaM)激活cNOS引起NO合成增加。但也有相反的报道，如在戊四唑引起的幼鼠癫痫持续状态中，应用L-NAME反而降低了癫痫发作的阈值，甚至在使用L-NAME完全抑制NOS后，获得点燃型癫痫模型或癫痫持续状态[8]。因而认为NOS抑制剂对临床癫痫病人可能有预防作用，但无治疗作用。
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4.7 Huntington病 氧化损伤参与Huntington 病的发病过程，其中NO的作用尤为引人注目。在Huntington 病患者纹状体的尾状核和壳核中nNOSmRNA含量明显下降，且与病情严重程度密切相关。用免疫组化方法研究发现Huntington 病纹状体中神经元数量明显减少，但nNOS神经元不受病情变化的影响，即nNOS神经元具有抵抗氧化损伤的作用[9]。目前认为可能是由于该类神经元富含有 SOD ，因而可抵消氧自由基的损伤。
4.8 肌萎缩侧索硬化症 氧自由基参与了肌萎缩侧索硬化(ALS)发病过程。临床研究发现ALS患者脑脊液中NO的代谢产物明显增多，免疫组化和原位杂交结果显示ALS患者脊髓运动神经元中nNOS和eNOS活性增加，NOS抑制剂L-NAME和7-NI可明显增加ALS小鼠二头肌重量，减轻失神经肌萎缩和抑制脊髓运动神经元的变性[10]。提示了用特异性nNOS抑制剂可能有助于ALS的治疗。
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4.9 多发性硬化 在实验性变态反应性脑脊髓炎(EAE)中发现神经组织中iNOS活性明显增加。对多发性硬化(MS)患者脑组织活检标本进行组织化学方法染色及iNOSmRNA的测定，结果显示病灶组织iNOS mRNA明显增多，病灶中星形胶质细胞表达NADPH阳性细胞就明显增多。患者的脑脊液和血液中NO的代谢产物NO2/NO3的含量显著增加。MS患者单核细胞/巨噬细胞或星形细胞中iNOS表达仅出现在急性期，而不出现在慢性期。说明NO参与了MS急性期的发病过程，过量NO通过氧化产生氧自由基，抑制DNA合成和抑制线粒体呼吸而导致神经组织的损害[11，12]。在EAE实验中应用NOS抑制剂以抑制iNOS活性可明显减轻EAE病情的严重程度，但也有相反的报道。
4.10 肌病 已知NO参与成肌细胞的融合和神经肌纤维的发育过程。在哺乳类动物的Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维中含有nNOS，但其分布有种属的差异。近年来的研究发现NO参与了一些肌病的发病过程，在Duchenne型肌营养不良(DMD)活检标本中发现肌纤维膜中nNOS的活性明显缺失，这种缺失与dystrophin有关；在Becker型肌营养不良症中也发现类似的现象;用免疫组化方法研究发现DMD患者神经肌接头处nNOS和iNOS活性明显增加。重症肌无力患者的神经肌接头处，nNOS活性明显下降[13]。NO在这些疾病中的发病机理尚不清楚，有待于深入研究。
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4.11 脑炎 研究发现[14]大鼠和小鼠实验性过敏性脑炎和病毒感染后脑组织中NOSmRNA表达增强，其表达量与临床症状及炎症反应程度密切相关。在弥漫性脑脊髓炎、脑干炎以及细菌性脑膜炎患者中测得血液或脑脊液中NO的含量明显高于对照组。说明NO参与了脑组织炎症过程。目前认为脑部炎症时，由于内毒素或T细胞激活巨噬细胞，使后者iNOS过量表达，产生大量NO，造成组织损伤。
4.12 脑脊髓损伤 在生理情况下，大鼠新皮层锥体细胞和脊髓前角运动神经元不含NOS；但在外伤时，这些神经元可出现不同程度的NOS活性表达，说明NO参与了脑与脊髓损伤过程。在刀刺伤后7～14天，皮层锥体细胞呈现NADPH-d高度阳性反应，这种阳性细胞位于大脑皮质第Ⅴ和Ⅵ层。选择性NOS抑制剂可抑制伤后3天内血浆NO含量的增加，提示脑外伤后NO增加可能是锥体细胞对创伤的一种反应[15]。
大鼠坐骨神经切断后，背根神经节神经元NOS mRNA表达明显增加。脊髓半切和脊髓全切损害可诱导一侧或两侧背侧核神经元表达NOS。尽管切断脊髓前根不能诱导前角运动神经元表达NOS，但前根撕脱却能诱导前角运动神经元表达NOS。这主要是由于神经根撕脱后，神经元失去了神经营养因子的来源，导致NOS表达。NO过量生成，引起神经元死亡。将周围神经移植于前根撕脱后的缺损部位，前角运动神经元NOS表达明显降低；给予NOS抑制剂硝基精氨酸，能使前根撕脱后神经元的死亡数明显降低[16]。深入研究NO与脑脊髓损伤的关系，有可能为治疗这类疾病提供一条新的思路。
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4.13 脑肿瘤 中枢神经系统中很多肿瘤细胞可表达三种类型NOS，包括恶性胶质瘤、脑膜瘤、成神经细胞瘤等，而且与肿瘤的恶性程度呈正相关。体外实验中发现NO的供体物质硝普钠可抑制(SK-N-MC)人类成神经细胞瘤细胞的生长，呈明显的量-效关系；NOS抑制剂L-NAME可减少肿瘤组织血流供应；说明NO参与了脑肿瘤的发病过程[17]。 NO 具有增加肿瘤血管通透性，使血管扩张，促进新生血管的形成，以及介导自由基对肿瘤细胞损伤等作用。提示联合应用特异性NO供体物质或NO抑制药物可能有利于脑肿瘤的治疗。
综上所述，NO在神经系统中的作用已引起人们广泛的重视并已取得一些初步成果，但仍有许多细节尚不清楚，甚至存在一些相反的结论。因此，深入研究NO在神经系统中的生理和病理作用必将有助于阐明神经系统疾病的发病过程，并有可能为临床治疗提供新的途经。
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(收稿1999-08-02 修回1999-08-24), 百拇医药