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内皮功能障碍既是动脉粥样硬化血栓形成的早期表现，也是既定疾病的结果。已知的动脉粥样硬化血栓形成的危险因素可以在缺乏明确的血管病变的情况下诱导内皮功能障碍。正常功能的内皮维持血管处于松弛状态，损害血小板活化和血栓形成，阻止平滑肌增殖，抑制白细胞粘附和渗血，并维持对血细胞和血浆蛋白的渗透屏障。随着功能失调表型的发展，这些特性被减弱或逆转：血管张力增加，血栓形成状态随之发生，炎性白细胞附着于内皮细胞并进入血管壁，平滑肌细胞迁移和增殖，血管通透性增加。 正常功能的内皮的一种必需的分子介质是一氧化氮。这种简单的异二聚体分子由氧化还原酶家族（一氧化氮合酶）合成。一氧化氮合酶利用1-精氨酸作为其主要底物，将其氧化成1-瓜氨酸和一氧化氮，并且需要辅因子还原烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，黄素腺嘌呤二核苷酸和单核苷酸，四氢生物蝶呤和钙 - 钙调蛋白。该酶的内皮同种型，内皮型一氧化氮合酶（eNOS），4在内皮细胞中组成型表达，其主要定位于高尔基体，以及细胞膜穴样内陷; 它负责从内皮中基本释放一氧化氮，以及响应于物理（例如剪切应力）和分子（例如，缓激肽）激动剂的一氧化氮通量的快速变化。 实际上，健康的，正常功能的内皮细胞的所有表型特性至少部分地是一氧化氮的生物活性的结果。因此，内皮功能障碍的中心特征是生物活性一氧化氮的损失。合成减少可能导致一氧化氮不足; 增加亚硝酸盐，硝酸盐和过氧化物的氧化失活; 或两者。合成受损是eNOS表达降低或底物或辅因子可用性降低的结果。增强的氧化失活是由脉管系统中产生的过量活性氧（ROS）引起的。这些ROS包括超氧阴离子，过氧化氢和衍生的羟基自由基和氢氧根，以及脂质过氧化物和衍生物过氧自由基。在正常情况下，丰富的抗氧化酶（例如，超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶）和低分子量抗氧化剂（例如α-生育酚和抗坏血酸盐）代谢这些高度反应性的正常氧化代谢衍生物; 然而，动脉粥样硬化血栓形成或明显的动脉粥样硬化血栓形成疾病的风险因素导致脉管系统中ROS的通量增加。ROS的来源包括线粒体代谢，NAD（P）H氧化酶，黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶，葡萄糖/葡萄糖氧化酶和一氧化氮合酶。一氧化氮合酶通过还原氧产生超氧阴离子，并且当酶由于辅因子四氢生物蝶呤的有限可用性或有限的1-精氨酸可用性而“解偶联”时这样做。α-生育酚和抗坏血酸）代谢这些正常氧化代谢的高反应性衍生物; 然而，动脉粥样硬化血栓形成或明显的动脉粥样硬化血栓形成疾病的风险因素导致脉管系统中ROS的通量增加。ROS的来源包括线粒体代谢，NAD（P）H氧化酶，黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶，葡萄糖/葡萄糖氧化酶和一氧化氮合酶。一氧化氮合酶通过还原氧产生超氧阴离子，并且当酶由于辅因子四氢生物蝶呤的有限可用性或有限的1-精氨酸可用性而“解偶联”时这样做。α-生育酚和抗坏血酸）代谢这些正常氧化代谢的高反应性衍生物; 然而，动脉粥样硬化血栓形成或明显的动脉粥样硬化血栓形成疾病的风险因素导致脉管系统中ROS的通量增加。ROS的来源包括线粒体代谢，NAD（P）H氧化酶，黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶，葡萄糖/葡萄糖氧化酶和一氧化氮合酶。一氧化氮合酶通过还原氧产生超氧阴离子，并且当酶由于辅因子四氢生物蝶呤的有限可用性或有限的1-精氨酸可用性而“解偶联”时这样做。ROS的来源包括线粒体代谢，NAD（P）H氧化酶，黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶，葡萄糖/葡萄糖氧化酶和一氧化氮合酶。一氧化氮合酶通过还原氧产生超氧阴离子，并且当酶由于辅因子四氢生物蝶呤的有限可用性或有限的1-精氨酸可用性而“解偶联”时这样做。ROS的来源包括线粒体代谢，NAD（P）H氧化酶，黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶，葡萄糖/葡萄糖氧化酶和一氧化氮合酶。一氧化氮合酶通过还原氧产生超氧阴离子，并且当酶由于辅因子四氢生物蝶呤的有限可用性或有限的1-精氨酸可用性而“解偶联”时这样做。 在此背景下，研究人员提出，增加内皮细胞生物活性一氧化氮通量的一种方法是提供补充底物1-精氨酸。这种治疗范例于1992年由两组首次提出：Creager及其同事表明给予高胆固醇血症受试者补充的L-精氨酸改善了内皮依赖性，一氧化氮介导的前臂血管舒张反应。Dubois-Rande及其同事证明向冠状动脉输注L-精氨酸改善了内皮细胞一氧化氮诱导的血管舒缩反应。自从这些初步观察以来，许多研究表明急性和慢性补充的l-精氨酸改善了具有动脉粥样硬化血栓形成危险因素（例如，高胆固醇血症，糖尿病，高血压）的个体以及具有确定的动脉粥样硬化血栓形成疾病的个体的内皮一氧化氮生物活性。 补充的L-精氨酸改善内皮功能的潜在机制是多种多样的。高亲和力阳离子精氨酸转运蛋白在细胞膜穴样内陷中与eNOS共定位，因此许多研究者认为细胞外l-精氨酸浓度是eNOS细胞内l-精氨酸可用性的主要决定因素。因为细胞内的L-精氨酸水平远远超过eNOS 的K m [纯化的酶的2.9μM ]，然而，在大多数情况下，底物可用性不太可能是限制性的。在动脉粥样硬化疾病，氧化低密度脂蛋白和溶血磷脂酰胆碱减少L-精氨酸转运入细胞。由于l-精氨酸与其他阳离子氨基酸竞争通过高亲和力阳离子转运蛋白转运，补充的l-精氨酸可通过竞争性增强来增加细胞内的L-精氨酸水平。患有动脉粥样硬化血栓形成的个体也具有增加的不对称二甲基精氨酸（ADMA）的血浆浓度，这是一种内源性，竞争性的一氧化氮合酶抑制剂; 在这种情况下，补充的L-精氨酸可以通过eNOS改善一氧化氮的产生。 通过补充的L-精氨酸改善一氧化氮生物活性的其他间接机制是广泛变化的。l-精氨酸具有直接的抗氧化活性; 刺激肥大细胞释放组胺，产生血管扩张反应; 降低去甲肾上腺素的活性，促进内源性血管扩张剂如一氧化氮的作用; 并增加胰岛素分泌，导致血管舒张。此外，作为盐酸盐给药的l-精氨酸可改变细胞内pH值，从而有利地影响钙瞬变和eNOS活化，并支持亚硝酸盐非酶促还原为一氧化氮。 最近的大多数研究显示补充的L-精氨酸的益处涉及动物模型或具有动脉粥样硬化危险因素但没有确定疾病的人类受试者。相比之下，对患有动脉粥样硬化血栓性疾病的动物或人类受试者的研究已经产生了最多不一致的结果。Blum及其同事在随机，双盲交叉试验设计中给患有冠状动脉疾病的个体口服l-精氨酸1个月，并评估了流动介导的肱动脉扩张和细胞粘附分子表达。在这个设计良好的试验中，他们发现与安慰剂相比，l-精氨酸对这些一氧化氮生物活性指数没有益处。已经提出了对这种缺乏益处的几种可能的解释，包括不足以促进内皮细胞一氧化氮生成的补充性L-精氨酸水平; 有限的辅因子可用性，尤其是四氢生物蝶呤; 通过一氧化氮合酶（iNOS）的诱导型同种型增强超氧阴离子的产生，其在动脉粥样硬化中上调; 由于他汀类药物，β-受体阻滞剂和阿司匹林的基线治疗，研究对象的内皮功能得到最大改善。 尽管有这些解释的逻辑，但最近的动物数据已经阐明了在确定的动脉粥样硬化条件下补充的L-精氨酸缺乏益处的可能解释。要理解这一论点的基础，首先必须明白iNOS表达在确定的动脉粥样硬化中明显上调，与eNOS相比，iNOS是一种高通量酶。iNOS产生的一氧化氮产量与eNOS产生大量ROS的动脉粥样硬化环境产生的大量增加有不利影响：超氧阴离子和脂质过氧自由基分别与一氧化氮反应产生过氧亚硝酸盐和过氧亚硝酸盐，使一氧化氮和一氧化氮失活。它们本身就是有效的氧化剂。过氧亚硝酸盐氧化修饰血管壁中的蛋白质并氧化四氢生物蝶呤，这使得eNOS解偶联导致一氧化氮产生减少以及该酶从头产生超氧化物。与此描述一致，。 然而，在最近的一项研究中，观察到补充的L-精氨酸的意外结果。作者认为给予iNOS（ - / - ）/ apoE（ - / - ）小鼠的l-精氨酸会增加eNOS衍生的一氧化氮并进一步降低它们的动脉粥样硬化负担; 然而，他们观察到恰恰相反的结果：l-精氨酸补充剂增加动脉粥样硬化负荷至apoE（ - / - ）小鼠中观察到的水平，完全抵消了消除iNOS的益处。虽然人们可以对这一结果提出各种解释，包括物种差异，但我在随后的一篇社论中提出了建议由于其对肌酸的代谢，L-精氨酸给药可能在这种情况下产生不良反应。与用于一氧化氮合成相比，大约10倍的L-精氨酸代谢成肌酸肌酸合成需要肝脏中S-腺苷-1-甲硫氨酸对胍基乙酸甲酯进行甲基化，产生S-腺苷-1-高半胱氨酸。然后通过S-腺苷-1-高半胱氨酸水解酶将后一种化合物水解成腺苷和1-高半胱氨酸。l-高半胱氨酸可以通过甲基化代谢为甲硫氨酸或经过转硫化为半胱氨酸。前一代谢途径需要足够的甲基化支持，这可能受到肌酸合成消耗多达70％的不稳定甲基的限制（尽管甲基的来源在一个单独但代谢相连的库中）。因为血管细胞只能使1-同型半胱氨酸重新甲基化而不能将其转硫化为半胱氨酸，预计该致动脉粥样化氨基酸的局部浓度在脉管系统中会增加。此外，l-高半胱氨酸可通过抑制二甲基精氨酸二甲基氨基水解酶来增加ADMA的血浆浓度，二甲基氨基水解酶是将该一氧化氮合成酶抑制剂代谢为1-瓜氨酸的酶。重要的是要指出，目前还没有公布的数据来支持这种机制; 然而，我们与黄实验室合作获得了初步结果，显示iNOS（ - / - ）/ apoE（ - / - ）小鼠中的l-高半胱氨酸水平显着高于apoE（ - / - ）小鼠中的l-高半胱氨酸水平（未发表的结果，J.Loscalzo，DE Handy，P。Huang）。 抵消补充的L-精氨酸的这种不利影响的一种可能机制是共同维持肌酸。补充肌酸会通过表达l-精氨酸：甘氨酸脒基转移酶减少内源性肌酸合成，以及降低甲基化应激和同型半胱氨酸合成。此外，通过降低L-精氨酸对肌酸合成的代谢通量，更多的1-精氨酸可用于通过一氧化氮合酶合成一氧化氮。 综合发表的数据表明，补充的L-精氨酸确实可以改善患有血栓形成的危险因素的个体的内皮功能。当长期给予已确定的动脉粥样硬化血栓形成疾病的个体时，补充的L-精氨酸是否真正提供益处仍有待确定。此外，至少有一个理论基础用于在给动脉粥样硬化血栓形成疾病的个体施用氨基酸时要小心，可能尤其是在高同型半胱氨酸血症的情况下。未来的研究将需要确定补充的L-精氨酸改善内皮功能和血管健康的精确机制和条件。 |
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