一氧化氮在防止心肌肥厚反应中的作用及其机制
作者：詹昌德
单位：中山医科大学生理学教研室，广州510089 现在中山医科大学卫生部辅助循环重点实验室，广州 510089
关键词：一氧化氮；心肌肥厚；压力超负荷；血管紧张素Ⅱ；内皮素-1；去甲肾上腺素
生理科学进展000407 摘要 本工作从整体和细胞水平探讨一氧化氮(NO)在防止心肌肥厚反应中的作用及其机制。压力超负荷心肌肥厚大鼠左心室肌NO含量减少。内源性NO可能通过非cGMP依赖机制减轻压力超负荷引起的心肌肥厚。在培养的新生大鼠心肌细胞中血管紧张素Ⅱ(AⅡ)、内皮素-1(ET-1)和去甲肾上腺素(NE)通过各自的受体和偶连的G蛋白，一方面引起心肌细胞肥大；另一方面抑制一氧化氮合酶(NOS)活性和NO生成。心肌细胞和非心肌细胞均有内皮型NOS(eNOS)基因表达，AⅡ、ET-1和NE可抑制心肌细胞eNOS基因表达。外源性NO可防止AⅡ、ET-1和NE诱导的心肌细胞肥大反应。内源性和外源性NO均可抑制AⅡ和ET-1诱导的心肌细胞原癌基因c-fos的表达，其作用机制可能与蛋白激酶C这一环节有关。
, 百拇医药
学科分类号 Q463； R364.31
The Role of Nitric Oxide in the Prevention of Myocardial Hypertrophic Response and Its Mechanisms
ZHAN Chang-De
(Department of Physiology, Sun Yat-sen University of Medical Sciences, Guangzhou 510089)
Abstract This study investigated the role of nitric oxide(NO) in the prevention of myocardial hypertrophic response and its mechanisms. Left ventricular NO content decreases in the pathophysiogenesis of myocardial hypertrophy induced by pressure overload. Endogenous NO may attenuate cardiac hypertrophy induced by pressure overload, independent of cGMP mechanism. Angiotensin Ⅱ(AⅡ), endothelin-1(ET-1) and norepinephrine(NE) can inhibit NOS activity and NO production, and induce hypertrophic response in cultured neonatal rat cardiomyocytes; these effects of AⅡ, ET-1 and NE are mediated respectively by AⅡ receptor, ETA receptor and α1-adrenergic receptor; these effects of AII and ET-1 are mediated by PTX-sensitive G protein, whilethe effects of NE are mediated by PTX-insensitive G protein. eNOS gene is expressed in cultured neonatal rat cardiac myocytes and nonmyocytes. AⅡ, ET-1 and NE can inhibit eNOS gene expression in cardiomyocytes. Exogenous NO can prevent hypertrophic response induced by AⅡ, ET-1 and NE in cardiomyocytes. Both endogenous and exogenous NO can inhibit the expression of proto-oncogene c-fos induced by AⅡ and ET-1, which may be involved in protein kinase C.
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Key words Nitric oxide; Cardiac hypertrophy; Pressure overload; Angiotensin Ⅱ; Endothelin-1; Norepinephrine 心肌肥厚是各种因素引起心肌工作超负荷的一种适应性反应。心脏对工作超负荷的反应首先是收缩功能的改变，然后诱导编码蛋白质的基因表达。血流动力学和非血流动力学因素都参与心肌肥厚的发生。心脏压力超负荷、血管紧张素Ⅱ和内皮素-1及儿茶酚胺是致心肌肥厚的重要因素[1]。我们认为，在心肌肥厚的发生和发展过程中，除了致心肌肥厚的因素外，机体必然有一些防止心肌肥厚发生和发展的因子。内皮舒张因子—— 一氧化氮(nitric oxide，NO)很可能是重要的候选因子之一。心肌细胞亦含有一氧化氮合酶(NOS)[2]。心脏中NO除引起冠脉舒张、冠脉血流量增加和心肌收缩力下降外，可能在防止心肌肥厚反应中起重要作用。
一、压力超负荷大鼠左心室肌一氧化氮和环磷酸鸟苷含量的变化
, 百拇医药
主动脉缩窄大鼠术后1周, 明显形成高血压和心肌肥厚; 术后8、12周动脉血压比1、4周进一步升高, 但心肌肥厚未见进一步增加。心脏压力超负荷虽然是触发心肌肥厚反应最重要的因素, 但非血流动力学因素如神经、体液和各种生长因子都参与心肌肥厚的发生和发展。我们观察到，在压力超负荷心肌肥厚反应过程中，左心室肌NO含量和cGMP含量的变化并不一致：心肌NO含量下降，cGMP含量增加。最近有文献指出，cGMP和NO含量的相关特异性不高，NO的效应也并非完全与cGMP相联系，而且cGMP还受NO以外的心钠素、缓激肽、前列腺素及一氧化碳等的影响[3]。
二、内源性一氧化氮在高血压心肌肥厚中的作用
腹主动脉缩窄压力超负荷4周大鼠,动脉血压明显升高,左心室明显肥厚和左心室肌NO含量明显减少; 口服L-精氨酸可使心肌肥厚明显减轻, 左心室肌NO含量显著升高, 但不改变主动脉缩窄引起的血压升高,给予NOS抑制剂L-NAME可阻断这些作用。腹主动脉缩窄性高血压大鼠，不论是否给予L-精氨酸或L-NAME，也不论左心室NO水平的高低，左心室cGMP水平明显高于假手术组大鼠。内源性NO防止心肌肥厚的作用可能是通过L- 精氨酸-NO 途径实现的，不依赖cGMP机制[4]。
, http://www.100md.com
三、内皮型一氧化氮合酶基因在大鼠心肌细胞中的表达
用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)检测内皮型一氧化氮合酶(eNOS)基因(以GAPDH为内标)的表达，观察到：在新生大鼠心、肾、脑等组织皆有eNOS基因表达，其中脑组织的表达最强、肾脏次之、心脏较少；在培养的新生大鼠心肌细胞和非心肌细胞中，检测到eNOS基因的表达，在心肌细胞的表达高于在非心肌细胞；培养基中不同的血清浓度对心肌细胞和非心肌细胞的eNOS基因表达没有明显影响[5]。与对照组相比，血管紧张素Ⅱ[6]、内皮素-1和去甲肾上腺素作用6h、12h和24h，心肌细胞eNOS mRNA水平显著减少,且呈时间依赖性。
四、一氧化氮在防止心肌细胞肥大中的作用
(一)一氧化氮在防止血管紧张素Ⅱ诱导培养心肌细胞肥大中的作用 血管紧张素Ⅱ可使心肌细胞蛋白质含量显著增加、心肌细胞NOS活性和培养液NO浓度明显降低。Saralasin和百日咳毒素(PTX)可抑制血管紧张素Ⅱ诱导的蛋白质含量增加、心肌细胞NOS活性减弱和培养液NO浓度降低。硝普钠提高心肌细胞培养液中的NO浓度，抑制血管紧张素Ⅱ诱导的心肌细胞蛋白质含量增加。血管紧张素Ⅱ通过与百日咳毒素敏感G蛋白偶联的血管紧张素Ⅱ受体途径，一方面引起心肌肥大反应，另一方面抑制心肌细胞NOS活性和减少NO生成[7]。
, 百拇医药
(二)一氧化氮在防止内皮素-1诱导培养心肌细胞肥大的作用 内皮素可抑制心肌细胞NOS活性、NO生成和诱导心肌细胞肥大反应；内皮素-1的这些作用是通过ETA受体和PTX敏感的G蛋白介导；外源性NO可防止内皮素-1诱导的心肌细胞肥大反应。近来发现，G蛋白偶联受体激动剂如血管紧张素Ⅱ、内皮素-1等可通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)促进细胞生长[8]。最近有报道，NO可通过抑制内皮素-1刺激PKC/MAPK活性的作用而终止内皮素-1的生理信息传递，抑制内皮素-1促进血管平滑肌细胞增殖的作用[9]。
(三)一氧化氮在防止去甲肾上腺素诱导培养心肌细胞肥大中的作用 去甲肾上腺素可抑制心肌细胞NOS活性、NO生成和诱导心肌细胞肥大反应，去甲肾上腺素的这些作用是通过α1-肾上腺素受体和PTX不敏感的G蛋白介导，外源性NO可防止去甲肾上腺素诱导的心肌细胞肥大反应。
五、一氧化氮抑制血管紧张素Ⅱ或内皮素-1诱导心肌细胞原癌基因c-fos的表达
, 百拇医药
在原代培养的新生大鼠心肌细胞上，用RT-PCR检测大鼠心肌细胞原癌基因c-fos的表达(以GAPDH为内标)，观察到：内源性和外源性NO抑制AⅡ或ET-1分别诱导的心肌细胞原癌基因c-fos的表达。最近有报道，NO供体通过抑制PKC的活性，发挥对平滑肌细胞的抗增生作用[10]。我们亦观察到内源性和外源性NO可抑制PKC激活诱导的心肌细胞原癌基因c-fos 的表达，提示：NO抑制AⅡ和ET-1诱导心肌细胞原癌基因c-fos的表达，其作用机制可能与PKC这一环节有关。
广东省自然科学基金资助课题(960124)
詹昌德，男，心血管生理学专业。导师：潘敬运教授。论文答辩日期：1998年11月26日，答辩委员会主席：关永源教授。
参考文献
1，Glennon PE, Sugden PH, Poole-Wilson PA. Cellular mechanisms of cardiac hypertrophy. Br Heart J, 1995, 73∶496～499.
, 百拇医药
2，Loscalon J, Welch G. Nitric oxide and its role in the cardiovascular system. Prog in Cardiovas Dis, 1995, 38∶ 87～104.
3，李宏伟，赵连友. 一氧化氮的检测方法及其评价. 心功能杂志, 1998, 10∶27～32.
4，詹昌德，王庭槐，潘敬运.内源性一氧化氮在高血压心肌肥厚中的作用.中国应用生理学杂志，1999，15∶100～103.
5，詹昌德，王庭槐, 潘敬运.内皮型一氧化氮合酶基因在大鼠心肌细胞和非心肌细胞中的表达.基础医学与临床，1999，19∶507～511.
6，詹昌德，潘敬运.血管紧张素Ⅱ对心肌细胞内皮型一氧化氮合酶基因表达的影响.中山医科大学学报，2000，21∶117～119.
, 百拇医药
7，詹昌德，王庭槐，潘敬运.一氧化氮在血管紧张素Ⅱ诱导心肌细胞肥大中的作用.生理学报，1999，51∶660～666.
8，朱卫忠，韩启德.G蛋白偶联受体激活丝裂原活化蛋白激酶的机理.生理科学进展，1998，29∶141～144.
9，郑惠珍，安国顺，聂思槐，等.一氧化氮抑制内皮素促血管平滑肌细胞增殖作用的信号转导途径.生理学报, 1998，50∶379～384.
10，Guh JH, Hwang TL, Ko FN, et al. Antiproliferative effect in human prostatic smooth muscle cells by nitric oxide donor. Mol Pharmacol, 1998, 53∶467～474., http://www.100md.com
单位：中山医科大学生理学教研室，广州510089 现在中山医科大学卫生部辅助循环重点实验室，广州 510089
关键词：一氧化氮；心肌肥厚；压力超负荷；血管紧张素Ⅱ；内皮素-1；去甲肾上腺素
生理科学进展000407 摘要 本工作从整体和细胞水平探讨一氧化氮(NO)在防止心肌肥厚反应中的作用及其机制。压力超负荷心肌肥厚大鼠左心室肌NO含量减少。内源性NO可能通过非cGMP依赖机制减轻压力超负荷引起的心肌肥厚。在培养的新生大鼠心肌细胞中血管紧张素Ⅱ(AⅡ)、内皮素-1(ET-1)和去甲肾上腺素(NE)通过各自的受体和偶连的G蛋白，一方面引起心肌细胞肥大；另一方面抑制一氧化氮合酶(NOS)活性和NO生成。心肌细胞和非心肌细胞均有内皮型NOS(eNOS)基因表达，AⅡ、ET-1和NE可抑制心肌细胞eNOS基因表达。外源性NO可防止AⅡ、ET-1和NE诱导的心肌细胞肥大反应。内源性和外源性NO均可抑制AⅡ和ET-1诱导的心肌细胞原癌基因c-fos的表达，其作用机制可能与蛋白激酶C这一环节有关。
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学科分类号 Q463； R364.31
The Role of Nitric Oxide in the Prevention of Myocardial Hypertrophic Response and Its Mechanisms
ZHAN Chang-De
(Department of Physiology, Sun Yat-sen University of Medical Sciences, Guangzhou 510089)
Abstract This study investigated the role of nitric oxide(NO) in the prevention of myocardial hypertrophic response and its mechanisms. Left ventricular NO content decreases in the pathophysiogenesis of myocardial hypertrophy induced by pressure overload. Endogenous NO may attenuate cardiac hypertrophy induced by pressure overload, independent of cGMP mechanism. Angiotensin Ⅱ(AⅡ), endothelin-1(ET-1) and norepinephrine(NE) can inhibit NOS activity and NO production, and induce hypertrophic response in cultured neonatal rat cardiomyocytes; these effects of AⅡ, ET-1 and NE are mediated respectively by AⅡ receptor, ETA receptor and α1-adrenergic receptor; these effects of AII and ET-1 are mediated by PTX-sensitive G protein, whilethe effects of NE are mediated by PTX-insensitive G protein. eNOS gene is expressed in cultured neonatal rat cardiac myocytes and nonmyocytes. AⅡ, ET-1 and NE can inhibit eNOS gene expression in cardiomyocytes. Exogenous NO can prevent hypertrophic response induced by AⅡ, ET-1 and NE in cardiomyocytes. Both endogenous and exogenous NO can inhibit the expression of proto-oncogene c-fos induced by AⅡ and ET-1, which may be involved in protein kinase C.
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Key words Nitric oxide; Cardiac hypertrophy; Pressure overload; Angiotensin Ⅱ; Endothelin-1; Norepinephrine 心肌肥厚是各种因素引起心肌工作超负荷的一种适应性反应。心脏对工作超负荷的反应首先是收缩功能的改变，然后诱导编码蛋白质的基因表达。血流动力学和非血流动力学因素都参与心肌肥厚的发生。心脏压力超负荷、血管紧张素Ⅱ和内皮素-1及儿茶酚胺是致心肌肥厚的重要因素[1]。我们认为，在心肌肥厚的发生和发展过程中，除了致心肌肥厚的因素外，机体必然有一些防止心肌肥厚发生和发展的因子。内皮舒张因子—— 一氧化氮(nitric oxide，NO)很可能是重要的候选因子之一。心肌细胞亦含有一氧化氮合酶(NOS)[2]。心脏中NO除引起冠脉舒张、冠脉血流量增加和心肌收缩力下降外，可能在防止心肌肥厚反应中起重要作用。
一、压力超负荷大鼠左心室肌一氧化氮和环磷酸鸟苷含量的变化
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主动脉缩窄大鼠术后1周, 明显形成高血压和心肌肥厚; 术后8、12周动脉血压比1、4周进一步升高, 但心肌肥厚未见进一步增加。心脏压力超负荷虽然是触发心肌肥厚反应最重要的因素, 但非血流动力学因素如神经、体液和各种生长因子都参与心肌肥厚的发生和发展。我们观察到，在压力超负荷心肌肥厚反应过程中，左心室肌NO含量和cGMP含量的变化并不一致：心肌NO含量下降，cGMP含量增加。最近有文献指出，cGMP和NO含量的相关特异性不高，NO的效应也并非完全与cGMP相联系，而且cGMP还受NO以外的心钠素、缓激肽、前列腺素及一氧化碳等的影响[3]。
二、内源性一氧化氮在高血压心肌肥厚中的作用
腹主动脉缩窄压力超负荷4周大鼠,动脉血压明显升高,左心室明显肥厚和左心室肌NO含量明显减少; 口服L-精氨酸可使心肌肥厚明显减轻, 左心室肌NO含量显著升高, 但不改变主动脉缩窄引起的血压升高,给予NOS抑制剂L-NAME可阻断这些作用。腹主动脉缩窄性高血压大鼠，不论是否给予L-精氨酸或L-NAME，也不论左心室NO水平的高低，左心室cGMP水平明显高于假手术组大鼠。内源性NO防止心肌肥厚的作用可能是通过L- 精氨酸-NO 途径实现的，不依赖cGMP机制[4]。
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三、内皮型一氧化氮合酶基因在大鼠心肌细胞中的表达
用逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)检测内皮型一氧化氮合酶(eNOS)基因(以GAPDH为内标)的表达，观察到：在新生大鼠心、肾、脑等组织皆有eNOS基因表达，其中脑组织的表达最强、肾脏次之、心脏较少；在培养的新生大鼠心肌细胞和非心肌细胞中，检测到eNOS基因的表达，在心肌细胞的表达高于在非心肌细胞；培养基中不同的血清浓度对心肌细胞和非心肌细胞的eNOS基因表达没有明显影响[5]。与对照组相比，血管紧张素Ⅱ[6]、内皮素-1和去甲肾上腺素作用6h、12h和24h，心肌细胞eNOS mRNA水平显著减少,且呈时间依赖性。
四、一氧化氮在防止心肌细胞肥大中的作用
(一)一氧化氮在防止血管紧张素Ⅱ诱导培养心肌细胞肥大中的作用 血管紧张素Ⅱ可使心肌细胞蛋白质含量显著增加、心肌细胞NOS活性和培养液NO浓度明显降低。Saralasin和百日咳毒素(PTX)可抑制血管紧张素Ⅱ诱导的蛋白质含量增加、心肌细胞NOS活性减弱和培养液NO浓度降低。硝普钠提高心肌细胞培养液中的NO浓度，抑制血管紧张素Ⅱ诱导的心肌细胞蛋白质含量增加。血管紧张素Ⅱ通过与百日咳毒素敏感G蛋白偶联的血管紧张素Ⅱ受体途径，一方面引起心肌肥大反应，另一方面抑制心肌细胞NOS活性和减少NO生成[7]。
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(二)一氧化氮在防止内皮素-1诱导培养心肌细胞肥大的作用 内皮素可抑制心肌细胞NOS活性、NO生成和诱导心肌细胞肥大反应；内皮素-1的这些作用是通过ETA受体和PTX敏感的G蛋白介导；外源性NO可防止内皮素-1诱导的心肌细胞肥大反应。近来发现，G蛋白偶联受体激动剂如血管紧张素Ⅱ、内皮素-1等可通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)促进细胞生长[8]。最近有报道，NO可通过抑制内皮素-1刺激PKC/MAPK活性的作用而终止内皮素-1的生理信息传递，抑制内皮素-1促进血管平滑肌细胞增殖的作用[9]。
(三)一氧化氮在防止去甲肾上腺素诱导培养心肌细胞肥大中的作用 去甲肾上腺素可抑制心肌细胞NOS活性、NO生成和诱导心肌细胞肥大反应，去甲肾上腺素的这些作用是通过α1-肾上腺素受体和PTX不敏感的G蛋白介导，外源性NO可防止去甲肾上腺素诱导的心肌细胞肥大反应。
五、一氧化氮抑制血管紧张素Ⅱ或内皮素-1诱导心肌细胞原癌基因c-fos的表达
, 百拇医药
在原代培养的新生大鼠心肌细胞上，用RT-PCR检测大鼠心肌细胞原癌基因c-fos的表达(以GAPDH为内标)，观察到：内源性和外源性NO抑制AⅡ或ET-1分别诱导的心肌细胞原癌基因c-fos的表达。最近有报道，NO供体通过抑制PKC的活性，发挥对平滑肌细胞的抗增生作用[10]。我们亦观察到内源性和外源性NO可抑制PKC激活诱导的心肌细胞原癌基因c-fos 的表达，提示：NO抑制AⅡ和ET-1诱导心肌细胞原癌基因c-fos的表达，其作用机制可能与PKC这一环节有关。
广东省自然科学基金资助课题(960124)
詹昌德，男，心血管生理学专业。导师：潘敬运教授。论文答辩日期：1998年11月26日，答辩委员会主席：关永源教授。
参考文献
1，Glennon PE, Sugden PH, Poole-Wilson PA. Cellular mechanisms of cardiac hypertrophy. Br Heart J, 1995, 73∶496～499.
, 百拇医药
2，Loscalon J, Welch G. Nitric oxide and its role in the cardiovascular system. Prog in Cardiovas Dis, 1995, 38∶ 87～104.
3，李宏伟，赵连友. 一氧化氮的检测方法及其评价. 心功能杂志, 1998, 10∶27～32.
4，詹昌德，王庭槐，潘敬运.内源性一氧化氮在高血压心肌肥厚中的作用.中国应用生理学杂志，1999，15∶100～103.
5，詹昌德，王庭槐, 潘敬运.内皮型一氧化氮合酶基因在大鼠心肌细胞和非心肌细胞中的表达.基础医学与临床，1999，19∶507～511.
6，詹昌德，潘敬运.血管紧张素Ⅱ对心肌细胞内皮型一氧化氮合酶基因表达的影响.中山医科大学学报，2000，21∶117～119.
, 百拇医药
7，詹昌德，王庭槐，潘敬运.一氧化氮在血管紧张素Ⅱ诱导心肌细胞肥大中的作用.生理学报，1999，51∶660～666.
8，朱卫忠，韩启德.G蛋白偶联受体激活丝裂原活化蛋白激酶的机理.生理科学进展，1998，29∶141～144.
9，郑惠珍，安国顺，聂思槐，等.一氧化氮抑制内皮素促血管平滑肌细胞增殖作用的信号转导途径.生理学报, 1998，50∶379～384.
10，Guh JH, Hwang TL, Ko FN, et al. Antiproliferative effect in human prostatic smooth muscle cells by nitric oxide donor. Mol Pharmacol, 1998, 53∶467～474., http://www.100md.com