eNOS-NO-cGMP-PKG信号转导通路在心血管系统缺血再灌注损伤中的作用及

2024年4月2日发(作者：)

eNOS-NO-cGMP-PKG信号转导通路在心血管系统缺血再灌注损伤中的作用及研究进展

发表时间：2014-08-15T16:18:33.263Z 来源：《医药前沿》2014年第16期供稿 作者： 李洋 杨为民 (研究员)（通讯作者）

[导读] 本文就eNOS-NO-cGMP-PKG信号转导通路在缺血再灌注损伤过程中的作用及研究进展做一综述。

李洋 杨为民 (研究员)（通讯作者）

（云南省昆明市呈贡新区雨花街道春融西路1168号 昆明医科大学 650500）

【摘要】近年来我国心血管疾病（CCVD）位列各种疾病死因的第一位，缺血性心血管疾病（ICCVD）是临床心血管疾病的主要发病

类型。心血管疾病的发病机理较复杂，目前其机制尚未完全阐明，研究表明它的发病与多种因素有关，其中缺血再灌注损伤（ischemia-

reperfusion，IR）是缺血性心血管疾病主要的病理过程[1]。已有研究显示,缺血再灌注过程中，通过激活eNOS-NO系统，从而激活下游的

cGMP-PKG信号通路，实现对缺血性组织的保护。本文就eNOS-NO-cGMP-PKG信号通路在心血管系统缺血再灌注损伤中的作用及研究进

展作一综述。

【关键词】缺血再灌注损伤 一氧化氮合酶 一氧化氮 蛋白激酶G 信号通路

【中图分类号】R319 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2014）16-0353-03

前言 缺血性心血管疾病具有高发病率、高死亡率、高复发率及高致残率的特点。早期恢复血液流通是治疗缺血性心血管疾病的关键，

而缺血后再灌注（ischemia-reperfusion，IR）则会导致缺血组织损伤程度的进一步加重。IR包括第一阶段的瞬时性缺血（ischemia）和第

二阶段的再灌注（reperfusion）[2-3],其不仅导致缺血性损伤，还导致血管内皮损伤，炎症反应、氧化应激、血栓形成等，短暂缺血也诱导

了对IR具有保护作用的缺血预适应反应。但目前参与缺血再灌注损伤过程的作用机制尚未完全阐明。

环磷酸鸟苷(3'-5'-cyclic guanosine monophosphate, cGMP)-蛋白激酶G(cGMP-dependent kinase)信号通路参与缺血再灌注损伤过程。

PKG是内皮型的NOS（endothelial nitric oxide synthase eNOS）产生的一氧化氮（nitric oxide，NO）重要的下游作用底物。研究表明

eNOS-NO-cGMP-PKG信号转导通路在缺血再灌注损伤过程中发挥了重要作用。本文就eNOS-NO-cGMP-PKG信号转导通路在缺血再灌注

损伤过程中的作用及研究进展做一综述。

1.缺血再灌注损伤的研究现状

1955年，Sewell结扎狗冠状动脉后，突然解除结扎，恢复血流，动物发生室颤而死亡。1960年，Jennings第一次提出心肌再灌注损伤

的概念；1967年，Bulkley 和Hutchins发现冠脉搭桥血管再通后的病人发生心肌细胞反常性坏死；1981年，Greenberg等证实猫小肠缺血3

小时后再灌注时，粘膜损伤更严重。

缺血再灌注损伤是指在缺血的基础上恢复血流后，组织器官的损伤反而加重的现象。有从可逆性损伤到不可逆损伤的转化的特点，同

时也具有器官普遍性。近来研究表明，在病理条件下,即缺血再灌注时，氧自由基生成系统活性增强，氧自由基大量产生并急剧堆积，以不

同的方式造成急性或慢性的细胞损伤[4]；其次，细胞内钙离子平衡状态紊乱，引起钙离子内流和分隔机制的失调，使细胞内Ca2+超载从而

导致线粒体功能障碍，同时Ca2+活化Ca2+依赖性的磷脂酶促进膜磷脂的分解，在分解过程中产生的游离脂肪酸、前列腺环素、白三烯、

溶血磷脂等，均对细胞产生毒害[5]；同时，激活血管内皮细胞，粘附分子的分泌增加，促进白细胞与之粘附并产生活性氧，造成脂质过氧

化等，致使内皮细胞分泌血管松弛因子（主要是NO）障碍，导致冠脉收缩、血小板聚集，使血流发生障碍而加重损伤[6]。缺血再灌注损伤

导致的血管内皮损伤（Endotheliu dysfunction, ED）与心血管疾病的发病密切相关，ED不仅是CCVD的早期征兆、症状和重要的诱因之

一，参与CCVD病理过程，是其发生、发展的关键环节。同时ED也是CCVD发病导致的严重后果之一[7-8]，因此，ED成为近来心血管疾病

防治的重要干预环节或靶点之一[9]。通过研究血管内皮损伤来研究缺血再灌注损伤，进而研究其分子机制具有良好的应用前景。

-NO-cGMP-PKG信号转导通路

2.1 一氧化氮合酶的分型

NOS是一种同工酶，根据NOS表达的调节、原酶的细胞或组织来源及克隆的先后顺序不同将其分为三种亚型：Ⅰ型主要存在于神经系

统的神经细胞，称为神经元型的NOS（neuronal NOS, nNOS）；Ⅱ型主要存在于内皮细胞和平滑肌细胞，称为内皮型NOS（endothelial

NOS, eNOS）；Ⅲ型主要存在于巨噬细胞和中性粒细胞，称为诱导型NOS（inducible NOS, iNOS）[10]。

2.2 NO的作用

NO是一种具有代表性的内皮衍生因子，在eNOS的作用下由血管内皮细胞产生释放，是一种血管扩张因子，也是一种新的细胞信使

[11]，广泛分布于神经组织。在缺血再灌注损伤中，一方面，低浓度的一氧化氮可扩张血管，抑制血小板的聚集；改善组织灌流，减少缺血

性损害；另一方面，NO通过活化溶解性鸟苷酸环化酶sGC、降低Ca+浓度、在一定程度上激活蛋白激酶G，降低氧化应激反应；通过抑制

血小板、中性粒细胞的活性以及它们在内皮的粘附等机制保护缺血心肌。Bolli等[12]研究发现，NO具有保护心脏的作用，内源性一氧化氮

合酶的活性基因控制的抑制加剧心肌缺血再灌注损伤，而一氧化氮可显著降低这种损伤。

2.3 cGMP

cGMP是一种细胞内普遍存在的第二信使，由鸟苷酸环化酶（gunaylate cyclase GC）作用于三磷酸鸟苷(guanosine triphosphate

GTP)而生成[13]。在缺血再灌注损伤的作用机制中，cGMP激活，进而激活其下游的PKG（cGMP dependent protein kinase，PKG）,对缺

血组织发挥保护作用。

2.4 蛋白激酶G

PKG即蛋白激酶G，又称为cGMP依赖型的蛋白激酶。PKG有两种类型，即PKGⅠ和PKGⅡ。PKGⅠ主要位于细胞质的基质，由于

N’末端的剪接不同，PKGⅠ又包含PKGⅠα和PKGⅠβ两种亚型，且两种亚型经常一起表达。PKGⅠ和PKGⅡ在不同的组织中分布不同，在

所有的平滑肌细胞中，PKGⅠ都有较高浓度的表达，包括血小板和血管平滑肌细胞，在血管内皮细胞中的分布较少；而PKGⅡ则主要存在

于小肠、肾，脑。缺血再灌注时，PKG被cGMP激活，可以磷酸化下游蛋白的Ser/Thr的羟基，从而实现对缺血再灌注损伤的保护作用。

2.5 cGMP-PKG信号通路

cGMP/PKG信号通路是细胞内重要的信号转导通路之一，缺血再灌注造成血管内皮损伤，进而导致内皮细胞一氧化氮合成酶

（eNOS）活性减弱，NO合成减少，抑制了NO-cGMP-PKG信号通路，导致血管内皮依赖性舒张反应减弱[14]。缺血再灌注时可通过激活

内源性的eNOS-NO系统，从而激活cGMP-PKG信号转导通路，发挥对抗缺血再灌注损伤的作用。eNOS-NO-cGMP-PKG信号转导通路在

缺血再灌注损伤作用机制中通过多种途径保护缺血组织。PKG通过自身磷酸化生成p-PKG，然后诱导Vasodilator stimulated

phosphoprotein（VASP）磷酸化生成p-VASP，最终导致舒张血管、抑制血小板聚集等反应[15-16]。

2.6 cGMP-PKG信号转导通路对eNOS-NO系统的激活作用

蛋白激酶G在该信号通路中发挥着中心调控作用。一方面，PKG直接刺激eNOS生成NO,增加信号强度；另一方面PKG可通过几种非特

异性的机制调节细胞内Ca+浓度，细胞内Ca+水平是eNOS活性的关键因素，当细胞内钙离子达到一定浓度时，CaM的结构发生变化，并与

Ca+形成复合物（Ca+-CaM）。Ca+-CaM 与eNOS结合，使后者构像发生变化，并破坏eNOS与小窝蛋白-1的结合，从而激活eNOS[17-

19]。

3. eNOS-NO-cGMP-PKG信号通路在缺血再灌注损伤过程中的作用

3.1 eNOS-NO系统在缺血再灌注损伤中的作用

eNOS是Ca+依赖性NOS，大量存在于血管内皮细胞中，生理状态下可诱导产生少量的NO，起到舒张血管、抑制白细胞和血小板的聚

集等[20]。Raymond[21]研究发现，eNOS缺陷会影响小鼠的抗炎功能，提示eNOS诱导生成的NO有重要抗炎作用。Yang等[22]对心肌缺血

再灌注鼠用脂多糖进行诱导，发现其NO含量升高，结果使冠状动脉阻力和心律失常发生率均降低，保护了缺血心肌。Kanna等[23]用NO供

体S-nitroso-N-acetyl-d, L-penicillamine (SNAP）使NO合成增加，结果抑制了气管平滑肌细胞钙的释放，钙离子浓度降低，表明NO可通过

cGMP途径消除氧自由基。Yasmin等[24]用缺血再灌注鼠心脏于缺血前5分钟和再灌注开始5分钟用NO供体进行灌注，使超氧阴离子明显减

少，心功能得以保护。

3.2 cGMP-PKG信号通路在缺血再灌注损伤中的作用

近年来国内外学者研究发现，缺血再灌注损伤与一些细胞信号转导通路密切相关,许多药物及机械处理的作用都是通过这些信号通路来

实现的[13]。其中cGMP-PKG信号转导通路在缺血再灌注损伤中发挥着重要的作用。在病理生理条件下（即缺血再灌注损伤），cGMP激活

PKG，PKG通过自身磷酸化生成p-PKG,然后诱导VASP（Vasodilator stimulated phosphoprotein，VASP）磷酸化生成p-VASP,最终导致血

管舒张、抑制血小板聚集等反应[15-16]。潘等[13]通过结扎新西兰兔冠状动脉左前回旋支后恢复血流进行再灌注造成缺血再灌注损伤模

型，采用伊文思蓝和氯化三苯基四氮唑双染色法测定心肌梗死面积，证明cGMP-PKG信号转导通路对心肌缺血再灌注损伤产生保护作用；

Lochner[25]等研究发现，通过预处理诱导心肌的保护作用从而对抗缺血再灌注损伤，与心肌细胞中cGMP含量的升高有关；Penna[26]等报

道，在进行过后处理的大鼠离体心脏中cGMP的含量增加，心肌梗死面积减少。

4.小结

随着缺血再灌注损伤机制的深入研究，对缺血性心血管疾病具有深远意义。eNOS-NO-cGMP-PKG信号转导通路作为缺血再灌注损伤

重要作用机制之一，受到极大关注。但是，缺血再灌注损伤的分子机制相互交错，尚需更深入研究各种作用路径和机制。目前，通过对缺

血再灌注损伤分子机制的研究，从不同的通路干预其病理过程，寻找有效的药物靶点，为临床防治缺血性心血管疾病提供新方法。

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[基金项目] 国家自然科学基金项目（30960450, 81173110）及云南省科技厅应用基础重点项目（2011FA022)和重点新产品开发计划项

目（2012BC012）资助