治疗高血压、心血管疾病的一氧化氮硝酸盐-亚硝酸盐-NO的作用机制
高血压仍然是一个全球健康危机。高血压是心血管疾病发生和进展的第一大可改变危险因素。尽管许多不同类别的药物疗法被批准用于治疗高血压，使用多种药物并建议改变生活方式，但许多患者仍然患有不受控制或无法控制的高血压。一氧化氮NO( nitric oxide )是一种天然产生的血管扩张剂，可以控制和调节血管张力，从而控制和调节血压。过去 40 年的研究表明，一氧化氮生成减少，称为内皮功能障碍，是高血压发展中最早的事件。旨在防止一氧化氮产生损失的策略和/或旨在恢复一氧化氮产生的治疗策略可能会对患者的健康产生积极影响，并导致更好的血压管理。这篇综述文章将重点关注一氧化氮生成的丧失作为高血压的主要原因，并讨论恢复一氧化氮生成和重现人类基于一氧化氮的信号传导的安全且经过临床验证的策略。
硝酸甘油在1847 年首次合成后不久就开始用于治疗心绞痛。从那时起，一氧化氮作为生物效应物的发现以及对其在血管舒张、细胞通透性、血小板功能、炎症和疾病中的作用有了更好的了解。其他血管过程通过一氧化氮依赖性和独立机制提高了我们对有机硝酸盐治疗的血流动力学（主要通过电容和电导动脉的血管舒张介导）和非血流动力学效应的认识。硝酸盐很快被吸收粘膜、胃肠道和皮肤；因此，硝酸甘油有多种制剂可供通过多种途径给药：口服片剂、舌下片剂、含服片剂、舌下喷雾剂、透皮软膏、透皮贴剂以及 静脉注射制剂。有机硝酸盐常用于治疗心血管疾病，但临床数据限制其主要用于治疗心绞痛。它们还用于治疗部分心力衰竭和肺动脉高压患者。使用硝酸盐的一大限制是耐受性的产生。尽管已经研究了几种药物用于预防硝酸盐耐受性，但由于缺乏支持性临床数据，目前尚未推荐任何药物。只有一种预防硝酸盐耐受性的方法仍然被广泛接受：使用一种剂量策略，在每个 24 小时内提供一段不接触或接触低硝酸盐的时间间隔。一氧化氮在多种心血管疾病机制中的重要作用继续推动研究寻找影响这一关键分子介质的内源性和外源性来源的新方法。
硝酸盐治疗冠状动脉疾病的早期历史
William Heberden 于 1772 年创造了“心绞痛”一词。英国神学家和化学家约瑟夫·普里斯特利 (Joseph Priestley) 3年后发现了一氧化氮。然而，直到下个世纪，一氧化氮及其同系物有机硝酸盐才与心绞痛的治疗联系起来。三硝酸甘油酯，或硝化甘油，首先由意大利都灵的 Ascanio Sombrero 合成。1847 年，他指出“将极少量的药物放在舌头上会导致剧烈头痛几个小时” 。三年前，法国化学家 Antoine Balard 合成了亚硝酸戊酯。英国化学家弗雷德里克·格思里 (Frederick Guthrie) 探索了亚硝酸戊酯的作用，并于 1859 年发表文章称，当将其放在鼻孔附近时，“大约 50 秒后，会感觉到颈部动脉突然跳动，紧接着颈部、太阳穴和前额潮红，心脏加速” 。
苏格兰医生和医学家 T. Lauder Brunton 首先描述了亚硝酸戊酯的临床功效。布伦顿开始在爱丁堡皇家医院担任住院医师，照顾心绞痛患者。当时，许多治疗方法，包括治疗性出血，都被用来治疗心绞痛，但大多不成功。1867年，Brunton发表了第一篇使用亚硝酸戊酯治疗心绞痛的报告。他相信“[治疗性]出血所产生的缓解是由于它引起的动脉张力降低”，并且“具有像戊酰亚硝酸盐这样显着程度的减少动脉张力的物质可能会产生相同的效果”。效果，并且可以根据需要多次重复而不损害患者的健康” 。1903年，法国生理学家Charles-Émile François-Franck首次提出亚硝酸戊酯是一种冠状血管扩张剂 。
1879 年，William Murrell 描述了将 1% 硝酸甘油酒精溶液滴在舌头上的症状效果。除了报告它可以缓解心绞痛并防止随后的发作外，他还报告了当他“[尝试]它对[自己]的作用”时所感受到的症状。他描述了“他的头部有剧烈的脉动”，并注意到他的脉搏“比自然的更饱满” 。1914 年，布伦顿最初认为心绞痛是由高血压引起的，他承认“亚硝酸戊酯和硝化甘油对冠状血管的扩张作用很容易解释它们对心绞痛的缓解作用，即使在血压正常的情况下也是如此。
心血管系统中的NO
一氧化氮的历史
1975年，Diamond和Holmes表明，在维持持续挛缩状态的大鼠子宫肌条中，环磷酸腺苷（cAMP）的组织水平增加。他们证明硝酸甘油可以放松去极化的肌肉，而不会显着增加 cAMP 水平，因此得出结论，cAMP 总组织水平的变化并不是硝酸甘油引起的子宫松弛的原因。这些研究人员接着表明，硝酸甘油会增加去极化肌肉中的环磷酸鸟苷(cGMP) 水平。第二年，Diamond 和 Blisard 证明，在去氧肾上腺素收缩的犬股动脉分离条松弛过程中，200 μmol/l 硝酸甘油可使 cGMP 水平增加 15 倍以上，但对 cAMP 水平没有显着影响 。1977 年，药理学家 Ferid Murad 及其同事发表了关于调节牛气管平滑肌收缩力的开创性研究，表明鸟苷酸环化酶激活剂、亚硝酸钠、硝化甘油和硝普钠可提高 cGMP 水平并放松气管平滑肌。他们继续证明了解决方案NO气体以剂量依赖的方式增加了来自不同组织的可溶性和颗粒制剂中的cGMP活性，单独使用NO以及与叠氮化钠、亚硝酸钠、羟胺和硝普钠联合使用时，cGMP水平增加到大约相同的程度；他们得出的结论是，这两种方法通过“相似但未定义的机制”激活鸟苷酸环化酶。后来，同一小组假设“虽然这些试剂激活鸟苷酸环化酶的确切机制尚不清楚，但激活可能是由于 NO 或另一种反应物质的形成，因为 NO 也增加了鸟苷酸环化酶活性”。
Robert Furchgott 和 John Zawadzki 于 1980 年独立发表了关于内皮细胞在血管舒张中的重要性的观察结果。他们报告说，乙酰胆碱在体外并不总能产生血管松弛作用，尽管它在体内是一种有效的血管扩张剂。他们发现，体外松弛度的丧失是由于“在准备过程中，[兔子胸主动脉]内膜表面与异物表面无意间摩擦”。当在组织制备过程中避免这种机械损伤时，它总是对乙酰胆碱做出反应而松弛。因此，他们得出结论，乙酰胆碱介导的血管平滑肌松弛需要内皮细胞 的存在。Furchgott 和他的同事最终提出，缓激肽和其他作用于内皮的分子通过一种他们称为内皮衍生松弛因子(EDRF)。然而，与 NO 的联系尚未得到重视。
Louis Ignarro和Salvador Moncada于1987年独立发现EDRF为NO 4 , 经过一系列实验，Ignarro 等人。指出“从动脉和静脉释放的EDRF具有与NO相同的生物和化学特性。” Moncada 及其同事认为 EDRF 和 NO 是“相同的”，因为“内皮细胞释放的 NO 在生物活性、稳定性以及对抑制剂和增效剂的敏感性方面与 EDRF 没有区别”。基于他们对该领域的集体贡献，1998 年诺贝尔生理学或医学奖授予 Furchgott、Ignarro 和 Murad，“表彰他们发现 NO 作为心血管系统中的信号分子”。
一氧化氮的来源
NO 是一种自由基，由NO 合酶家族从 L-精氨酸和氧气合成，产生副产物 L-瓜氨酸 。在血管壁中，NO 主要由内皮型一氧化氮合酶(eNOS) 产生。然而，还有另外 2 种一氧化氮合酶 (NOS) 也可以从 L-精氨酸产生 NO：神经元一氧化氮合酶(nNOS) 和细胞因子诱导型一氧化氮合酶 (iNOS) 。尽管 eNOS 是调节血管功能的主要 NOS 亚型，但 nNOS 和 iNOS 都被认为是某些组织和环境中的来源 。例如，血管损伤诱导新内膜和内侧平滑肌细胞中 nNOS 的表达，而暴露于促炎细胞因子后血管平滑肌细胞内 iNOS 的产生是脓毒症中血管舒张的主要原因 。
图 一氧化氮的来源
NO 是一种自由基，由 NO 合酶家族从 L-精氨酸和氧气合成，产生副产物 L-瓜氨酸。在血管壁中，NO主要由内皮型一氧化氮合酶（NOS）产生。还有另外 2 种 NOS 亚型也可以从 L-精氨酸产生 NO：神经元 NOS和细胞因子诱导型 NOS。此外，哺乳动物口腔中的细菌菌群富含硝酸盐还原酶，可以将膳食来源的硝酸盐转化为亚硝酸盐。在胃腔极酸性环境（pH≤3）中，质子化亚硝酸盐又可以产生亚硝酸，亚硝酸可以自发分解为NO。这种NO生成途径被称为肠唾液硝酸盐循环（硝酸盐-亚硝酸盐-NO途径）。NO = 一氧化氮；NO 2 − = 无机亚硝酸盐；NO 3 − = 无机硝酸盐。
S-亚硝基硫醇，例如S-亚硝基谷胱甘肽和S-亚硝基血红蛋白，也是NO 的来源。在某些条件下，例如在痕量过渡金属离子存在或光解作用下，S-亚硝基硫醇分解释放NO 。此外，S-亚硝基硫醇可以与其他硫醇基团进行反式-S-亚硝化，从而改变细胞或蛋白质功能。
血红蛋白、细胞色素 P 450还原酶和细胞色素 P 450等多种蛋白质可以催化亚硝酸盐或硝酸盐还原生成 NO 。血红蛋白在缺氧条件下具有亚硝酸还原酶的酶行为，是缺氧血管舒张的传感器和效应器。当血红蛋白被氧饱和 40% 至 60% 时，血红蛋白的亚硝酸盐还原率最大。细胞色素 P 450还原酶通过还原硝酸盐导致 NO 释放，还可以促进 S-亚硝基硫醇的生成。
哺乳动物口腔中的细菌菌群富含硝酸盐还原酶，可以将膳食来源的硝酸盐转化为亚硝酸盐。在胃腔极酸性环境（pH≤3）中，亚硝酸盐质子化产生亚硝酸，亚硝酸可自发分解为NO 。这种 NO 生成途径被称为肠唾液硝酸盐循环（硝酸盐-亚硝酸盐-NO 途径） ，是 NO 的主要来源。
NO的角色
NO 是一种强大的血管扩张剂，可通过激活血管平滑肌细胞中的 sGC 来诱导 cGMP 的形成。cGMP 可以结合并增强蛋白激酶 G活性、cGMP 门控离子通道和 cGMP 敏感磷酸二酯酶 (40)。蛋白激酶 G 促进胞质钙重新摄取到肌浆网、钙从细胞内环境移动到细胞外环境以及钙激活钾通道的开放(23)。这些变化导致血管张力降低，因为细胞内钙的减少损害肌球蛋白轻链激酶磷酸化肌球蛋白的能力，导致平滑肌细胞松弛。
图 . NO 对血管张力的调节
NO 是一种强大的血管扩张剂，通过激活血管平滑肌细胞中的可溶性 sGC 来诱导 cGMP 的形成。cGMP 可以结合并增强蛋白激酶 G活性、cGMP 门控离子通道和 cGMP 敏感磷酸二酯酶。蛋白激酶 G 促进胞浆钙重新摄取到肌浆网、钙从细胞内环境移动到细胞外环境以及钙激活钾通道的开放。这些变化导致血管张力降低，因为细胞内钙的减少损害了肌球蛋白轻链激酶磷酸化肌球蛋白的能力，导致平滑肌细胞松弛。ATPase = 三磷酸腺苷酶；钙2+ =钙离子；cGMP = 环磷酸鸟苷；cGMP-dep 激酶 I = 环鸟苷单磷酸依赖性蛋白激酶I；eNOS = 内皮一氧化氮合酶；GMP =单磷酸鸟苷；GTP=三磷酸鸟苷；MLC = 肌球蛋白轻链；MLCK = 肌球蛋白轻链激酶；MLCP = 肌球蛋白轻链磷酸酶；MLC-P i = 磷酸化肌球蛋白轻链；NO = 一氧化氮；PDE=磷酸二酯酶；sGC = 可溶性鸟苷酸环化酶。
NO 在脉管系统中还有其他几个重要作用。例如，当血管内皮生长因子（VEGF）与VEGF受体2结合时，eNOS被激活并形成NO。该 NO 对于 VEGF 功能至关重要，因为 eNOS 缺陷小鼠的血管通透性和血管生成 显着降低(45)。NO 对 β-连环蛋白的 S-亚硝基化可调节内皮细胞之间的细胞间接触，这可能是内皮通透性中 NO 依赖性变化的原因(42)。NO 和有机硝酸盐还通过激活血小板鸟苷酸环化酶和增加血小板内 cGMP来损害血小板活化和聚集。
最后，更好地了解一氧化氮合成受损的后果可以产生更多关于一氧化氮在心血管系统功能良好中的重要性的信息。例如，当存在低水平的必需辅因子 (6 R )-5,6,7,8-四氢生物蝶呤时，eNOS 在称为酶促解偶联 的过程中产生超氧阴离子而不是 NO。在心血管疾病动物模型和患有高血压和糖尿病等心血管危险因素的患者中观察到 eNOS 解偶联。
硝酸盐的作用机制
有机硝酸盐，例如硝酸甘油Nitroglycerin、二硝酸异山梨酯和单硝酸异山梨酯、，根据制剂的不同，可以从胃肠道、粘膜和皮肤等多个部位快速吸收。这些化合物是具有硝基氧基(-O-NO 2 )部分的前药，并且被代谢产生生物活性代谢物54、55。有机硝酸盐的生物活化导致NO的释放，使它们能够充当NO供体。NO随后引起血管舒张 通过其对血管平滑肌细胞的影响，并损害血小板活化，如前所述。
硝酸盐还涉及血管舒张的表观遗传调节，特别是平滑肌细胞松弛 。此外，硝酸甘油已被证明可以增加组蛋白乙酰化酶的活性，而硝酸甘油依赖性血管反应受收缩蛋白的N ɛ -赖氨酸乙酰化影响 。
硝酸盐被粘膜、胃肠道和皮肤迅速吸收 。因此，硝酸甘油有多种制剂可供通过多种途径递送：口服片剂、舌下片剂、含服片剂、舌下喷雾剂、透皮软膏和透皮贴剂；它也有静脉注射制剂，用于治疗心绞痛、高血压或心力衰竭的住院患者。硝酸甘油的血浆半衰期约为 1 至 4 分钟；经过肝脏和血管内代谢后，其生物活性代谢物的半衰期约为 40 分钟。
| 药品 | 路线/配方 | 剂量 | 起效时间 | 行动持续时间 |
硝酸甘油 | SL喷雾 | 0.4毫克 | 1–3 分钟 | 25分钟 |
SLtablet | 0.3–0.8 毫克 | 1–3 分钟 | 25分钟 | |
TD patch | 0.2–0.8 毫克/小时 | 30分钟 | 10–12 小时 | |
静脉输液 | 5–400 微克/分钟 | 几秒钟之内 | 3–5 分钟 | |
硝酸异山梨酯 | PO IR 片剂 | 5–80 毫克 | 60 分钟 | 8小时 |
单硝酸异山梨酯 | PO IR 片剂 | 5–20 毫克 | 30–45 分钟 | 6 小时 |
亚硝酸戊酯 Amyl nitrite | 安瓿吸入 | 0.3毫升 | 30秒 | 3–15 分钟 |
四硝酸季戊四醇酯 | PO片剂 | 10–80 毫克 | 10–20 分钟 | 8-12小时 |
硝普钠 | 静脉输液 | 0.3–10.0微克/公斤/分钟 | 1分钟 | 6–12 分钟 |
尼可地尔 | PO片剂 | 5–20 毫克 | 30–60 分钟 | 12小时 |
IR = 立即释放；IV = 静脉注射；PO = 口服；SL = 舌下含服；SR= 持续释放；TD = 透皮。
硝酸异山梨酯Isosorbide dinitrate被快速吸收并通过肝脏进行广泛的首过代谢，导致生物利用度低。缓释制剂的吸收速度较慢，可提供长达 12 小时的治疗血浆浓度。口服单硝酸异山梨酯Isosorbide mononitrate可完全吸收，生物利用度为 100%，因为它避免了首过代谢。与其他硝酸盐相比，这导致剂量反应更可预测，且血浆水平变化更小。四硝酸季戊四醇酯Pentaerythrityl tetranitrate是一种长效有机硝酸盐，口服制剂，在 10 至 20 分钟内起效，作用持续时间为 8 至 12 小时。临床前数据表明，季戊四醇四硝酸酯可能不会引起硝酸盐耐受或内皮功能障碍；然而，该药物目前并不常用，因为临床研究尚未显示出对慢性稳定型心绞痛 患者有任何明显的益处。
尼可地尔Nicorandil是一种烟酰胺硝酸酯，其化学结构由烟酰胺衍生物与硝酸酯部分结合而成。尼可地尔既作为NO 供体又作为 K+ATP通道开放剂，提供抗心绞痛作用。尼可地尔的生物活化通过烟酰胺/烟酸途径发生，并涉及通过脱硝作用生成 NO 。尼可地尔还可以扩张冠状动脉微血管和外周阻力小动脉 通过作用于 K + ATP通道引起血管平滑细胞超极化和 L 型电压门控钙通道关闭；它通过胃肠道迅速吸收，不进行首过代谢，30至60分钟后达到最大血浆浓度，半衰期约为52分钟。尼可地尔的口服生物利用度>75%，其抗心绞痛作用持续约12小时。
硝普钠Sodium nitroprusside的氰化物重量百分比为44%，包含与5个氰基部分和亚硝酰基络合的亚铁离子中心 。它可通过静脉注射，与氧合血红蛋白相互作用产生高铁血红蛋白并自发释放 NO 和氰化物。硝普钠引起直接静脉和动脉血管舒张，是一种有效的肺血管扩张剂，并且是缺氧引起的肺血管收缩 的抑制剂。它几乎立即起效，半衰期非常短：其作用在 1 至 2 分钟内消失。
最后，有几种直接的 NO 供体已经在临床上使用，或者已经合成并研究用于特别是在生物材料中。吸入的 NO 气体快速扩散穿过肺泡毛细血管膜，并激活肺血管系统中邻近平滑肌细胞中的sGC。N-二醇二氮烯鎓盐（NONOates）是通过伯胺或仲胺与NO气体在高压和低温下反应合成的NO供体；水解在生理条件下引起自发分解并释放NO 。NO（作为 N 2 O 3或 -ONOO）在体内可与硫醇反应形成S-亚硝基硫醇，如S-亚硝基半胱氨酸和S-亚硝基谷胱甘肽。S-亚硝基硫醇化合物也可以通过硫醇与亚硝酸反应来化学合成。当暴露于生理液体时，S-亚硝基硫醇分解释放NO。其他正在积极研究的新型直接 NO 供体包括呋喃酮、苯并呋喃酮和沸石。
有机硝酸盐的生物转化
有机硝酸盐必须经过生物转化才能释放血管活性分子(78)。对硝化甘油生物转化的详细研究表明，存在由乙醛脱氢酶（ALDH）-2介导的高效途径 和由其他酶或低分子量还原剂介导的低效途径。
有机硝酸盐必须经过生物转化，通过 2 种途径之一释放血管活性分子：由 ALDH-2 介导的高效途径，或由其他酶或低分子量还原剂介导的低效途径。高效力途径在临床相关的硝酸甘油浓度（<1 μmol/l）下很重要，并且位于线粒体。乙醛脱氢酶线粒体亚型ALDH-2 被发现是通过该途径进行硝化甘油生物转化的关键酶，因为它会从硝化甘油生成无机亚硝酸盐 (NO 2 - ) 和 1,2-二硝酸甘油酯。通过该途径释放血管活性分子的机制有 3 种：氮氧化物通过无机亚硝酸盐还原形成；与 ALDH-2 相互作用直接形成一氧化氮；线粒体释放的无机亚硝酸盐可被细胞质中的黄嘌呤氧化酶还原形成NO。低效途径在超药理学硝酸甘油浓度（> 1 μmol/l）下很重要，存在于平滑内质网中，并导致血管组织中形成可测量量的 NO 。在此途径中，硝酸甘油被脱氧血红蛋白、脱氧肌红蛋白、细胞色素 P 450、黄嘌呤氧化酶、谷胱甘肽-S-转移酶、3-磷酸甘油醛脱氢酶或其他 ALDH 亚型；以及低分子量还原剂，例如半胱氨酸、N-乙酰半胱氨酸、硫代水杨酸和抗坏血酸。ALDH2 = 乙醛脱氢酶-2；cGK-I = 环鸟苷单磷酸依赖性蛋白激酶I；Cyt Ox = 细胞色素 c 氧化酶；GDN = 1,2-二硝酸甘油酯；GMN = 1,2-单硝酸甘油酯；GTN=三硝酸甘油酯（硝化甘油）；H + =氢离子；ISDM=单硝酸异山梨酯；ISDN = 硝酸异山梨酯；NO 2 - = 无机亚硝酸盐；不x = 氮氧化物；P450 = 细胞色素 P 450酶；PEDN= 季戊四醇二硝酸酯；PEMN=季戊四醇单硝酸酯；PETN= 季戊四醇四硝酸酯；PETriN=季戊四醇三硝酸酯；XO=黄嘌呤氧化酶；
高效力途径在临床相关的硝酸甘油浓度（<1 μmol/l）下很重要，并且位于线粒体。人们发现醛脱氢酶的线粒体同工型 ALDH-2 是通过该途径进行硝化甘油生物转化的关键酶，因为它会从硝化甘油生成无机亚硝酸盐和 1,2-二硝酸甘油酯。通过该途径释放血管活性分子的机制有 3 种：通过无机亚硝酸盐的还原形成氮氧化物；NO 是通过与 ALDH-2 相互作用而直接形成的；线粒体释放的无机亚硝酸盐可被细胞质中的黄嘌呤氧化酶还原形成NO。
低效途径在超药理学硝酸甘油浓度（>1 μmol/l）下很重要，存在于平滑内质网中，并导致血管组织中形成可测量量的 NO 。在此途径中，硝酸甘油被脱氧血红蛋白、脱氧肌红蛋白、细胞色素 P 450 、黄嘌呤氧化酶、谷胱甘肽-S-转移酶、3-磷酸甘油醛脱氢酶或其他 ALDH 亚型等蛋白质进行生物转化；以及低分子量还原剂，例如半胱氨酸、N-乙酰半胱氨酸、硫代水杨酸和抗坏血酸。
硝酸盐的血流动力学效应
有机硝酸盐具有多种血流动力学效应，主要通过电容静脉和电导动脉的血管舒张来介导。1971 年，帕克等人。发表了一项研究结果，研究了15 名冠状动脉疾病患者服用硝酸甘油前后静息时和运动时的冠状动脉血流量，并得出结论，硝酸甘油主要通过减少左心室氧需求来发挥作用。左心室容积。NO 介导的电容静脉扩张会降低心室前负荷，从而导致心肌需氧量减少。1975 年，格林伯格等人。在对 10 名患者进行血管造影和血流动力学评估后得出结论，硝酸甘油的作用机制“似乎与收缩期壁张力的降低最相关”。他们还发现舒张末期壁张力下降了 57%，“这表明舒张期冠状动脉血流量可能会因血管外血流阻力的减少而增加”。
有机硝酸盐具有多种血流动力学效应，这些效应主要是通过电容静脉和电导动脉的血管舒张介导的。正如正文中详细介绍的那样，20 世纪 70 年代的开创性工作表明，硝酸甘油的作用主要是通过减少左心室容量来减少左心室需氧量。一氧化氮 (NO) 介导的电容静脉扩张会降低心室前负荷，从而导致心肌需氧量和左心室壁张力降低。这导致心内膜下心肌血流量增加。硝酸盐还能扩张大中型冠状动脉和直径>100μm的小动脉。这种作用通过减少后负荷来降低左心室收缩壁张力，因此也减少心肌需氧量。硝酸盐对冠状动脉血管系统的血流动力学影响也能缓解心绞痛。硝酸盐可扩张心外膜冠状动脉，包括狭窄段，还可以通过降低侧支血流阻力来改善冠状动脉侧支的血流。硝酸盐，特别是硝普钠，还可扩张全身动脉床，NO气体和硝普钠可扩张肺血管床，抑制缺氧引起的肺血管收缩。O 2 = 氧气。
硝酸盐还能扩张大中型冠状动脉和直径>100μm的小动脉。这种效应通过减少后负荷来降低左心室收缩壁张力，因此也减少心肌需氧量。硝酸盐对动脉粥样硬化患者冠状动脉血管系统的血流动力学影响也能缓解心绞痛。1972 年，Horwitz、Herman 和 Gorlin 发表了一项针对 70 名心绞痛胸痛患者（49 名患有冠状动脉疾病，21 名未患有冠状动脉疾病）的研究 并发现 76% 的冠状动脉疾病患者在 3 分钟内疼痛有规律地缓解，而没有冠状动脉疾病的患者中只有 19% 在 3 分钟内疼痛有规律地缓解 。硝酸盐扩张心外膜冠状动脉，包括狭窄段，并且还通过降低侧支血流阻力来改善冠状动脉侧支的血流 87 , 89 。1964年，Fam和McGregor研究了硝酸甘油和双嘧达莫对正常犬和慢性心肌缺血犬冠状动脉侧支血流的影响通过将 ameroid 收缩器放置在左前降支和左回旋动脉上而产生。与双嘧达莫不同，他们发现硝酸甘油“尽管平均动脉压下降幅度更大，但并没有导致逆行血流或外周冠状动脉压力显着降低。” 此外，当动脉压保持恒定时，硝酸甘油会导致患有慢性心肌缺血 的狗的逆行血流大幅增加。重要的是，有机硝酸盐不会扩张直径 <100 μm 的冠状动脉微血管，从而降低冠状动脉盗 血引起的缺血风险(91)。硝酸盐，特别是硝普钠，也可以扩张全身动脉床，NO气体和硝普钠可以扩张肺血管床并抑制缺氧引起的肺血管收缩 。
硝酸盐的非血流动力学效应
还发现有机硝酸盐具有多种重要的非血液动力学效应。Hampton 等人于 1967 年首次报道了有机硝酸盐对血小板功能的抑制作用。他证明硝酸甘油在体外会损害血小板聚集。随后，有机硝酸盐已被证明可以通过增加细胞内cGMP和形成 S-亚硝基硫醇来抑制血小板聚集和功能，S-亚硝基硫醇是 sGC 的有效激活剂和血小板聚集抑制剂。有机硝酸盐还具有其他抗血栓作用，因为 sGC 的激活伴随着激动剂介导的钙流的抑制，导致纤维蛋白原与血小板糖蛋白Ilb/IIIa 受体的结合减少。
硝酸盐还被发现通过 NO 在炎症过程中的作用而具有抗炎作用。NO 抑制急性炎症中的中性粒细胞粘附和趋化性，并调节微血管通透性。然而， iNOS表达增加与慢性炎症有关，因为炎症环境中 iNOS 或其衍生物（例如过氧亚硝酸盐）产生的高通量 NO 可促进粘附分子表达和白细胞-内皮细胞相互作用以及其他促炎机制 .
最后，硝酸甘油已被证明可以诱导保护性表型，限制缺血和再灌注后的损伤。硝酸甘油部分地通过损害线粒体通透性过渡孔 的开放来特别防止缺血后内皮功能障碍。
硝酸盐的临床用途
静脉注射、舌下含服和口服制剂中的有机硝酸盐通常用于治疗急性冠脉综合征 。硝酸盐治疗会引起电容静脉的血管舒张，导致心室充盈压、壁张力和心肌需氧量降低 。如前所述，硝酸盐还扩张心外膜冠状动脉，这改善了冠状动脉血流，特别是在缺血区。
尽管有这些充分证明的生理效应，但仍缺乏支持使用硝酸盐治疗急性冠脉综合征的临床结果益处的随机对照试验数据。GISSI-3 (Gruppo Italiano per lo Studio della Sopravvivenza nell'Infarto Miocardico 3) 试验采用 2×2 析因设计，将19,394 名急性心肌梗塞患者随机分配至静脉注射硝酸甘油，随后使用硝酸盐贴剂或安慰剂，以及赖诺普利或安慰剂。6 周死亡率的主要研究终点表明硝酸盐治疗没有显着益处。然而，接受赖诺普利和硝酸盐联合治疗的患者子集在试验中死亡率最低(104) . 6 个月时，接受硝酸盐治疗的患者死亡率没有差异 。ISIS-4（第四次国际梗塞生存研究）对 58,050 名疑似急性心肌梗塞发病后 24 小时内就诊的患者进行了 2×2 析因设计的随机分组，其中包括卡托普利、单硝酸异山梨酯、硫酸镁、和/或安慰剂。硝酸盐治疗并未显着降低死亡率(106) 。值得注意的是，GISSI-3 和 ISIS-4 试验都是在纤溶时代（即经皮冠状动脉介入治疗之前）进行的。时代）。然而，相比之下，对纤溶前时代（且早于 GISSI-3 和 ISIS-4 试验）进行的 10 项试验进行的荟萃分析显示，患者随机接受静脉注射硝酸甘油或硝普钠治疗急性心肌梗死与硝酸盐治疗相关的死亡率降低了 35%，其中死亡率降低幅度最大的是随访第一周。
硝酸甘油是最常用于治疗心绞痛急性发作的药物。它通常以舌下片剂的形式给药，但也可以以舌下喷雾剂的形式提供。舌下含服硝酸甘油或硝酸甘油口腔喷雾剂也可在心绞痛诱发活动前使用，以预防急性心绞痛的发生。
Winsor 和 Berger 研究了 53 名有心绞痛记录的患者，并于 1975 年得出结论，控释口服硝酸甘油对心绞痛具有统计学上显着的临床改善作用。1974 年，Reichek 等人。发表了他们对 14 名心绞痛患者的研究，得出的结论是，硝酸甘油软膏可显着提高运动能力，并持续至少 3 小时。一些研究还表明，通过使用透皮制剂可以改善运动能力，而不会出现心绞痛。总而言之，所有这些研究都支持使用口服有机硝酸盐来提高运动耐量、预防心绞痛和改善慢性稳定性心绞痛。在目前的实践中，二硝酸异山梨酯和单硝酸异山梨酯经常用于这些适应症。
尽管在美国没有上市，但尼可地尔在其他国家用于治疗慢性稳定型心绞痛。在 IONA（尼可地尔对心绞痛的影响）试验中，稳定型心绞痛患者接受尼可地尔治疗可显着降低冠心病死亡、非致命性心肌梗死或心绞痛计划外住院的主要终点
Prinzmetal变异型心绞痛或冠状动脉痉挛的既定治疗方法是使用钙通道阻滞剂进行治疗。长效口服硝酸盐也被发现是有帮助的，并且据认为，在这种情况下，它们的血管舒张作用可增强钙通道阻断作用。
静脉注射硝酸甘油和硝普钠用于治疗因高血压急症和急诊而住院的患者，优先选择硝普钠，因为它比硝酸甘油更能引起动脉血管舒张。尽管硝酸盐通常尚未被证明可用于治疗高血压，但它们被认为是高血压和稳定型心绞痛患者的首选药物之一。理想情况下，它们应与 β 受体阻滞剂联合使用，或者如果 β 受体阻滞剂有禁忌或导致不可接受的副作用，则应单独使用。
硝酸盐以前被认为是血压正常或高血压的急性心力衰竭患者的一线治疗方法，因为之前描述过硝酸盐对静脉和动脉系统、前负荷和后负荷的 血流动力学影响。然而，最近的 Cochrane 综述发现，在症状缓解和血流动力学变量方面，硝酸盐血管扩张剂治疗与治疗急性心力衰竭综合征的替代干预措施之间没有显着差异。然而，鉴于非洲裔美国人心力衰竭试验的惊人结果，肼苯哒嗪的组合现行指南推荐将硝酸异山梨酯与血管紧张素转换酶抑制剂、β-受体阻滞剂和醛固酮拮抗剂一起用于需要进一步控制血压和缓解纽约心脏协会功能性III 级或 IV 级慢性疾病心力衰竭 。这种组合在临床上也可用于无法给予血管紧张素转换酶抑制剂或血管紧张素受体阻滞剂的慢性 收缩性心力衰竭患者。
吸入一氧化氮气体对成人有多种临床用途。它在肺动脉高压患者的血管反应性测试中具有明确的作用。该测试有助于识别可能对钙通道阻滞剂治疗有反应的患者。尽管缺乏可靠的数据，吸入一氧化氮气体也可用于先前诊断为肺动脉高压并伴有急性低氧性呼吸衰竭的患者，以改善通气-灌注匹配。吸入一氧化氮在治疗新生儿严重持续性肺动脉高压方面具有明确的作用，最近发表的 Cochrane 综述也支持其用于治疗患有缺氧性呼吸衰竭且没有膈疝的足月和近足月婴儿。相比之下，最近的 Cochrane 综述并不支持其用于治疗早产儿呼吸衰竭。
硝酸盐耐受性
使用硝酸盐的一个主要问题是产生耐受性，其定义为“持续治疗期间血流动力学和抗心绞痛作用的丧失” 。长期接触所有硝酸盐后会产生耐受性，并导致“在长期治疗的 24 小时内，抗心绞痛和抗缺血作用完全或显着减弱”。1980 年，萨达尼等人。报道了他们对口服二硝酸异山梨酯的耐受性的研究，并表明在每 6 小时给予二硝酸异山梨酯治疗期间，对二硝酸异山梨酯的部分循环耐受性和对硝酸甘油的交叉耐受性迅速发展。两年后，他们继续报告了有关其抗心绞痛作用的类似发现. 随后的研究报告了不同硝酸盐治疗配方的类似结果。
硝酸盐耐受性的原因尚不完全清楚，但存在几种假设。一种假设认为，长期使用有机硝酸盐治疗会引发对血管收缩剂的超敏感性，从而减弱硝酸盐的血管舒张作用。这一作用是通过血管内皮素自分泌水平的增加以及随后磷脂酶 C和蛋白激酶 C的激活来介导的。这些途径导致肌动球蛋白活性和肌细胞收缩性增加。此外，激动剂驱动的钙依赖性 RhoA/Rho 激酶通路激活有助于血管收缩通过抑制肌球蛋白轻链磷酸酶。
硝酸盐耐受机制的另一个假设是有机硝酸盐的长期治疗会使 sGC 脱敏。sGC 的 S-亚硝基化是平滑肌细胞保留 NO 暴露“记忆”的一种方式，导致对 NO 的反应性降低，并且可能是 NO 耐受的机制 。硝酸甘油的代谢也促进活性氧的产生。硫醇基团的氧化在长期硝酸甘油治疗期间，已观察到这些活性衍生物对 ALDH-2 活性位点的影响。这种翻译后修饰可能会抑制 ALDH-2酶活性，从而导致硝酸甘油生物转化和功效。
此外，连续使用硝酸甘油治疗已被证明会导致NO 合酶功能障碍，可能是由于四氢生物蝶呤 的生物利用度降低所致。NO合酶功能障碍可导致超氧阴离子形成。如果超氧化物歧化酶不能有效缓解，超氧阴离子形成的增加会导致过氧亚硝酸根阴离子的形成（通过与 NO 反应），这是一种高活性中间体，可促进氧化应激并降低 NO 生物利用度。
硝酸盐治疗引起的磷酸二酯酶活性增加也与耐受性的发展有关。如前所述，硝酸甘油代谢为 NO，NO 会激活 sGC 从而增加 cGMP。磷酸二酯酶会降低 cGMP 水平，因此，NO 诱导的血管舒张会因其活性而减弱。
最后，假耐受也使有机硝酸盐的长期治疗变得复杂。这种适应性现象不被认为是真正的血管耐受性，因为它是对每种形式的血管扩张剂治疗的反应而发生的。假耐受的特点是神经激素激活、儿茶酚胺释放速率和循环儿茶酚胺水平增加、钠潴留和血管内容量扩张。
尽管已经研究了几种药物用于预防硝酸盐耐受性，但由于缺乏支持性临床数据，目前没有推荐使用。只有一种预防硝酸盐耐受性的方法仍然被广泛接受：使用一种剂量策略，在每 24 小时内提供一段不接触或接触少量硝酸盐的时间间隔。在无硝酸盐间隔期间，硝酸盐耐受性迅速逆转。
硝酸盐的不良反应
除了产生耐受性外，有机硝酸盐治疗还有其他重要考虑因素。硝酸盐治疗的常见副作用包括头痛、潮红、头晕和体位性低血压。当注入硝普钠时，它与氧合血红蛋白相互作用形成高铁血红蛋白并释放一氧化氮和氰化物。因此，接受硝普钠治疗的患者必须监测氰化物中毒的表现，如精神状态改变、癫痫发作和代谢性酸中毒；和高铁血红蛋白血症，如 紫绀、头痛、疲劳和嗜睡。 硝普钠治疗引起的氰化物毒性很少见，如果硝普钠的累积剂量不超过 0.5 mg/kg/h，则不太可能发生。大剂量输注硝酸甘油也可引起高铁血红蛋白血症 。有几种解毒剂可用于治疗氰化物中毒，包括硫代硫酸钠、亚硝酸钠、亚硝酸戊酯和羟钴胺，以及正在开发的潜在解毒剂，例如硫磺钠。硫代硫酸钠可静脉注射，作为血浆硫氰酸酶的硫供体，硫氰酸酶是一种将氰化物转化为硫氰酸盐的酶，一种无毒衍生物。静脉注射亚硝酸钠和吸入亚硝酸戊酯是高铁血红蛋白发生器，高铁血红蛋白对氰化物结合的强亲和力是它们用作解毒剂的基本原理。羟钴胺可静脉注射，含有钴部分，它与细胞内氰化物紧密结合，形成氰钴胺 。Sulfanegen 钠是3-巯基丙酮酸盐的前药，可将氰化物转化为硫氰酸盐。它被证明可以有效逆转幼猪模型中的氰化物毒性，但目前正在将其开发成可安全用于人类的解毒剂。
此外，在某些临床情况下不应使用硝酸盐，或应极其谨慎地使用硝酸盐。由于存在严重低血压的风险，因此在 24 至 48 小时内使用过磷酸二酯酶抑制剂（例如西地那非或他达拉非）的患者不应服用硝酸盐。在怀疑右心室梗塞的原因时也应避免使用硝酸盐，因为硝酸盐引起的静脉容量床扩张可能导致低血压，因为在这种情况下需要高充盈压。肥厚型心肌病患者不应采用硝酸盐治疗，因为它会通过减少前负荷和心室容积来增加流出道阻塞。
NO-sGC-cGMP 途径的新型调节剂
有机硝酸盐一直并将继续成为治疗多种急性和慢性心血管疾病的中流砥柱。尽管许多有机硝酸酯已在临床使用数十年，但最近已批准或目前正在研究的几种新药物和药物类别有可能添加到 NO-sGC-cGMP 途径调节剂列表中
Caveolin-1 (CAV1) 是小窝的主要外壳蛋白，小窝是质膜中的内陷，参与多种生物过程，包括内皮细胞中的信号传导。当与 CAV1 结合时， eNOS活性降低。Cavnoxin 是一种激活 eNOS 的肽，通过研究 CAV1 中负责抑制 eNOS 功能的关键残基而被鉴定出来(185)。在野生型小鼠中，cavnoxin 会增加 NO 水平，导致血管张力，并降低全身血压（185）。因此，增加内源性cavnoxin产生或引入合成的cavnoxin样肽的新方法可能是增加内源性NO产生的有前途的方法。 增加内源性 NO 的另一种方法是通过影响血红蛋白-α 与 eNOS 复合的能力来增加 NO 生物利用度。在微循环中，血红蛋白-α 与 eNOS 形成大分子复合物并控制生物可利用的 NO 178、186的流量。还原的Fe 2+ -O 2 -血红蛋白-α与NO快速反应，生成硝酸盐和氧化的Fe 3+ -血红蛋白-α。血红蛋白-α的这种氧化形式对NO的亲和力比还原形式低得多，因此允许eNOS生成的NO扩散到下面的血管平滑肌细胞。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)–细胞色素 b 5还原酶 3 将 Fe 3+ –血红蛋白-α 还原为 Fe 2+ –血红蛋白-α。因此，增加 NO 生物利用度的另一种潜在方法是抑制 NADH-细胞色素 b 5还原酶 3。另一种可能的策略是破坏血红蛋白-α 与 eNOS 的结合位点。为此目的，开发了一种小肽，血红蛋白-αX。已发现血红蛋白-αX 可以降低小鼠血压并扩张从高血压患者体内分离出的收缩小动脉。 调节 NOS 的转录和翻译是提高内源性 NO 水平的研究和开发工作的另一个重点。两个小分子 AVE3085 和 AVE9488 已被鉴定为结合其启动子的 eNOS 转录增强子178、189。在载脂蛋白 E敲除小鼠中，使用 AVE9488 或 AVE3085 治疗 12 周可减少动脉粥样硬化斑块的形成。用 AVE9488 治疗这些小鼠还逆转了 eNOS 解偶联，增加了必需 eNOS 辅因子四氢-L-生物蝶呤 (BH 4 ) 的血管含量，并减少了血管套诱导的新内膜形成 。在涉及主动脉束带诱导重塑的实验小鼠模型中，使用 AVE3085 治疗 4 周被证明可以减弱心脏重塑。最后，在实验性心肌梗死大鼠模型中，使用 AVE9488 治疗 9 周可改善左心室重构和收缩功能障碍。 如前文关于 AVE9488 治疗所述，需要逆转 eNOS 解偶联，因为它会减少 eNOS 超氧阴离子的产生。四氢生物蝶呤已被证明可以改善 2 型糖尿病患者和心脏移植后服用环孢菌素A的患者的内皮功能障碍。然而，一项对 49 名患者进行的研究，在冠状动脉搭桥手术前随机接受 400 mg/天的 BH 4、700 mg/天的 BH 4或安慰剂2 至 6 周，发现 BH 4治疗对血管功能或血管功能没有影响。超氧化物产生 . 需要更多的研究来探索逆转 eNOS 解偶联的替代方法，从而增加 NO 的产生并减少超氧阴离子的产生。 伊格纳罗等人。表明 sGC 活性可以通过原卟啉IX（一种 sGC 激活剂）以不依赖于 NO 的方式进行调节。原卟啉 IX 由于其严重的光敏作用而从未在临床上使用过。然而，最近开发的一类称为“ciguats”的药物也以类似的不依赖于 NO 的方式调节 NO-sGC-cGMP 途径。雪茄有 2 个亚组：NOsGC 刺激剂（结合 NOsGC 并通过变构调节发挥作用）和 NOsGC 激活剂（占据 NOsGC 的血红素结合位点并与 NO 协同作用）。利菲西瓜特是第一个被鉴定的 NOsGC 刺激剂，在旨在鉴定新型血小板聚集抑制剂 的小分子筛选过程中发现它可以刺激兔血小板中的 sGC。进一步提高 lificiguat 的溶解度和功效的工作导致了riociguat的开发，它是唯一被批准用于临床的 NOsGC 刺激剂 。利奥西呱目前被批准用于治疗肺动脉高压和不能手术的慢性血栓栓塞性肺动脉高压 。目前正在对利奥西呱在治疗肺动脉高压和心力衰竭方面的潜在作用进行试验。其他正在研究的刺激 NOsGC 的雪呱包括vericiguat ，它被证明可以降低慢性收缩性心力衰竭恶化患者 N 末端 B 型利钠肽原的循环水平，以及 nelociguat、IW-1973 和 IW -1701 通过高通量筛选，Cinaciguat 被鉴定为NOsGC激活剂201、202。由于明显的低血压，其临床应用受到限制。在一项对 139 名患有急性失代偿性收缩性心力衰竭的患者进行的安慰剂对照试验中，西那西呱显着降低了肺毛细血管楔压、右心房压力、肺血管阻力和全身血管阻力，并且还显着增加了心脏指数。然而，由于西那西呱剂量 > 200 μg/h 时低血压的发生率增加，该试验提前停止。在较低剂量下，西那西呱已被证明可以降低全身血压，但不会改善急性心力衰竭患者的呼吸困难或心脏指数，因此限制了其在该人群中的使用。另一种正在开发的 NOsGC 激活剂是 ataciguat 。 另一类 NOsGC-cGMP 途径调节剂是磷酸二酯酶。这些酶通过水解cGMP 178、205 的磷酸二酯键来抑制该途径。目前临床使用的磷酸二酯酶5抑制剂有4种可抑制cGMP分解：西地那非、伐地那非、他达拉非和阿伐那非。所有 4 种药物均被批准用于治疗勃起功能障碍。西地那非和他达拉非也用于治疗肺动脉高压，他达拉非被批准用于治疗良性前列腺增生。开发额外的工作正在进行中 磷酸二酯酶抑制剂，包括非选择性磷酸二酯酶和 cGMP 选择性磷酸二酯酶（磷酸二酯酶 5、6 和 9）的抑制剂。 最后，如上所述，肠唾液硝酸盐循环（硝酸盐-亚硝酸盐-NO 途径）是 NO 的来源，源自膳食无机硝酸盐摄入。缺氧和酸中毒 会增强该途径产生的 NO 。因此，人们有兴趣研究使用无机硝酸盐来提高运动能力，特别是左心室射血分数 保留的心力衰竭患者。此外，正在进行的研究致力于探索可以调节微生物组的治疗方案，例如益生元、益生菌和抗菌剂以及心力衰竭、肺动脉高压、高血压、肥胖和其他心血管疾病状态中的硝酸盐-亚硝酸盐-NO 途径。结论
硝酸盐在心血管疾病中的应用有着悠久而传奇的历史。尽管缺乏硬临床终点获益的证据，但它们在当前改善症状的临床实践中继续发挥着重要作用。随着调节 NO-sGC-cGMP 通路新方法的研究和开发不断进行，也许是时候在经皮冠状动脉介入治疗时代重新审视大型前瞻性临床试验中硝酸盐的研究了。参考文献 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0735109717408977