蛛网膜下腔出血（SAH）后血凝块对血管壁的理化刺激是导致脑血管痉挛（cerebral vasospasm，CVS）的常见原因。长期以来CVS是神经外科的研究热点。研究表明，SAH后脑血管内皮细胞一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）功能受损，内皮细胞生成一氧化氮（NO）减少，脑血管舒张能力下降。另一方面，在诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）作用下，以活性氧簇形式存在的NO增多，通过氧化应激作用促进CVS发生。这种不同类型NOS催化生成不同功能NO的现象，使得NO信号机制复杂，凸显出NO信号在CVS发生、发展中的独特作用。笔者对NO/环磷酸鸟苷（cycle guanosine monophosphate，cGMP）信号与SAH后CVS相关机制的研究进展综述如下。
1.CVS的发病机制与防治
动脉瘤性SAH后CVS在各种CVS中最为常见，按发生时间与机制可分为急性期和慢性期。
1.1急性期
SAH后CVS数分钟即发生，一般持续不到1h，多于4h内缓解。急性期CVS在临床上较难发现，对总体病程影响较小，其原因与机械刺激及生化因素有关。SAH后使动脉管径被动缩小及血液自动脉破裂处溢出，邻近蛛网膜小梁受到牵拉刺激引起血管收缩；另浸润于脑底动脉环周围的血细胞溶解后释放多种活性成分，如5-羟色胺、血管紧张素、儿茶酚胺、前列腺素等，引起早期CVS。
1.2慢性期
又称迟发性脑血管痉挛（delayed cerebral vasospasm，DCV），多始于SAH72h后，7d可达高峰，一般持续2～3周。DCV发生与下列因素有关：
（1）生化因素:血管外的红细胞在12h后趋向溶解，5～8d达高峰，20d完全溶解。溶解后的红细胞释放出氧合血红蛋白，后者直接刺激血管壁损伤血管内皮、消耗NO、增加内皮素合成及诱导自由基生成，引发强烈的脑血管收缩，是目前较为公认的致DCV因素。
（2）钙超载:脑动脉平滑肌的舒缩是影响动脉管径的重要因素，平滑肌舒缩又受Ca2+调控。SAH后脑动脉平滑肌细胞发生除极化，细胞膜电压依赖性Ca2+通道随之开放，胞外高浓度的Ca2+顺浓度梯度进入胞内，于特定域值下引发胞内Ca2+迅速释放，当胞质内Ca2+浓度达到10－6mol/L时，无活性的钙调素（calmodulince，CaM）变为有活性，与胞内增多的Ca2+结合形成Ca2+-CaM复合物，激活肌球蛋白轻链激酶（myosin light chain kinase，MLCK），激活后的MLCK磷酸化肌球蛋白轻链上的Mg2+-三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）酶，水解ATP提供能量，形成肌动球蛋白，引起平滑肌收缩。
（3）免疫炎性反应:研究发现，与无CVS者不同，CVS患者脑血管壁上有IgG、补体C3沉积，血浆C3a、C3d、C4a增加并出现循环免疫复合物，后者在SAH后10h即可出现，持续存在达2周以上。使用免疫抑制剂，如环孢素A、硫唑嘌呤、甲基强地松龙可获较好疗效，进一步证实免疫反应参与CVS。
研究结果表明，在受累脑动脉壁上补体与免疫球蛋白沉积的同时，还有炎性细胞浸润，灵长类动物SAH模型证实，CVS后多个炎性相关基因表达发生变化，进一步证实了免疫炎性反应在SAH过程中的广泛性。但CVS过程中炎性反应的复杂性以及抗炎药物无法完全缓解CVS表明，炎性反应在CVS中的机制仍有待进一步阐明。正确及时地预防和治疗是改善CVS患者预后，降低致死率、致残率的有效方法，包括早期手术清除蛛网膜下腔内凝血块、血管内球囊成形术、脑脊液置换、3H疗法及使用钙拮抗剂等。
自1998年美国科学家因对NO信号转导机制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖后，NO作为一种普遍存在的信号机制一直作为研究热点，对NO与CVS之间关系的研究也较多。
2.NO的产生及一般特性
NO在医疗领域与致病方面的报道甚多，但由于其性质不稳定、生物学活性难于测量，从而限制了对NO的研究。就目前所知，内皮细胞NO的产生机制是内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitricoxide synthase，eNOS）在辅助因子，如四氢叶酸、黄素腺嘌呤二核苷酸等的参与下，使一个电子从氧被转移到L-精氨酸氨基末端的氮，反应结束时L-精氨酸被转化为L-瓜氨酸，同时产生NO和水。
生成的NO能够快速跨过内皮细胞膜及邻近的平滑肌细胞膜，进入血管平滑肌细胞的胞质，在此激活可溶性鸟苷酸环化酶（soluble guanylate cyclase，sGC），增加平滑肌细胞内cGMP水平。许多研究发现，cGMP是借助蛋白激酶G介导血管扩张，蛋白激酶G作用于平滑肌细胞中数种Ca2+调节因子，能够减少细胞内Ca2+的浓度，进而舒张血管平滑肌。
NO为气态信使分子，微溶于多数溶剂，但其水溶性差，乙酰胆碱、内皮细胞中Ca2+增多及血流增加产生的切应力等均可促使血管内皮产生NO，生成的NO具有脂溶性高、半衰期短、信号分散等特点，决定了其作用范围仅限于周围1μm或更近的目标。然而，邻近靶标一旦被激活，尽管NO信号幅值较低，但仍可引发细胞内的整体信号变化。
3.NO/cGMP信号通路中的关键酶
3.1eNOS
体内NO生成是在NOS催化下完成。NOS-Ⅰ又称神经元型一氧化氮合酶（neuronal nitricoxide synthase，nNOS），发现于中枢和外周神经元、非肾上腺素非胆碱能神经元、胰岛、子宫内膜和骨骼肌等处；NOS-Ⅱ又称iNOS，是一种快速激活酶，在NO介导的巨噬细胞杀灭细菌及发生炎性反应时，该合酶表达上调；NOS-Ⅲ又称eNOS，发现于血管内皮、心、脑等处，受酰化和磷酸化作用支配。
3种NOS中研究最多、与脑血管疾病关系最为密切的为eNOS。细胞内Ca2+增多及其与CaM间相互作用是调控eNOS的第1种因素，eNOS在细胞中的位置（胞膜或胞质）是影响其功能活性的第2种因素，细胞骨架的完整性可能是eNOS的第3种调节机制，细胞微管的聚合作用可影响eNOS的活性和内皮NO的合成，这些反应通过热休克蛋白（heat-shock protein，HSP）介导。研究发现，在动脉瘤性SAH继发DCV时，脑动脉壁eNOS及cGMP表达水平降低，同时脑脊液亚硝酸盐水平降低，表明内皮细胞功能障碍是NO减少的原因之一。
SAH导致eNOS功能异常的原因有:（1）SAH后磷酸二酯酶活性增强，3’5’-cGMP代谢加快；（2）胆红素氧化、降解过程中产生的非对称性二甲基精氨酸（asymmetric dimethylarginine，ADMA）对eNOS的内源性抑制。CVS后期，随着胆红素分解产物的氧化和清除，体内ADMA水平下降，eNOS生成NO的比率增高，内皮依赖性舒张反应恢复。NO消耗增多、氧合血红蛋白致NOS表达下调及血管周围ADMA对eNOS的抑制效应，导致脑血管系统对NO的生物利用度减退，使CVS加剧。
有研究利用鼠肠系膜血管探索NOS抑制剂对血管内皮依赖性舒张的影响作用，发现应用eNOS抑制剂L-NAME（Nω-Nitro-L-arginine-methylester）能明显削减可乐定和乙酰胆碱的扩血管作用，表明在该血管组织中，NO参加了可乐定的扩血管作用，同时sGC抑制剂ODQ（1H-［1，2，4］oxadiazolo［4，3-a］quinoxalin-1-one）能明显降低可乐定的扩血管作用则进一步表明，整体NO/cGMP通路均参与其中。基因研究表明，eNOS靶向敲除小鼠的血管平滑肌细胞对NO供体SPER-NO的敏感性增强。
3.2sGC
以气体状态存在于硝酸甘油中的NO和从硝普钠中释放出的NO均能激活鸟苷酸环化酶。由于NO的电子结构特点，使其成为血红蛋白的良好配体，使NO能在较低且无毒的浓度下与sGC的血红蛋白基团结合，从而激活sGC。sGC是NO的唯一受体，其在调节血管张力、维持血小板功能、传递神经递质等多种信号转导通路中发挥重要作用。研究人员利用牛、鼠α1β1异二聚体纯化蛋白序列克隆出第1种sGC的cDNA。随后从人类当中克隆出了α1β1，其位于4q32染色体。
sGC异二聚体的特点是需全部亚单位共同表达，α1和β1亚单位分别表达则不会产生鸟苷酸环化酶活性，只有两个亚单位共同表达才能引发sGC的NO刺激敏感性和基础活性。sGC催化域仅有1个结合位点，位于β1亚单位的第105位组氨酸残基上，NO与该位点的结合促使Fe2+与105位组氨酸残基间的桥接发生断裂，血红蛋白对sGC的抑制作用消除。
sGC被激活后可将5’三磷牛酸鸟苷分解为3’5’-cGMP，后者为细胞内第二信使，作用于cGMP依赖性蛋白激酶、cGMP结合的磷酸二酯酶（phosphodiesterase，PDE）和cGMP门控的离子通道，引发下游级联信号，血小板活性、平滑肌舒张、非肾上腺素非胆碱能神经信号传递皆与该信号有关。研究显示，sGC与NO结合的时间仅有2min。
一般认为，氧化后的sGC和不含有血红蛋白基团的sGC不能被NO激活。但也有学者发现，在病理状态下的血管组织，NO和BAY58-2667（sGC的血红蛋白非依赖性激活剂）也能够与上述氧化了的和不含有血红蛋白基团的sGC结合并给予选择性激活，产生血管扩张效应。研究发现，在SAH早期（出血后3d）sGC的两个亚单位表达下调，出血第5天后（CVS）恢复。犬的SAH模型证实，CVS进展期脑血管表达sGC的幅值、血管平滑肌cGMP的量及脑血管对NO供体的反应性均下降。该结果与大鼠单次注血模型48h后，体内、外血管对NO供体扩血管效应下降的现象相符。
3.3PDE
目前已知的PDE家族成员有十余种亚型，部分PDE可以水解环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP），部分能够水解cGMP，另外一些亚型则对两种环核苷酸均有水解作用。PDE亚型中，与cGMP关系最为密切的是V型PDE（PDEV），其负责将NO信号通路过程中产生的3’5’-cGMP水解为5’-GMP，继而参加底物三磷酸鸟苷的再循环。PDEV含有两个N末端（GAF-A和GAF-B），利用单克隆抗体与GAF-A域结合阻断了其与cGMP的桥接，则PDV无法激活且原有基础活性降低，证明与cGMP结合的是GAF-A末端。
在NO/cGMP信号通路当中，较高的cGMP水平是下游信号正常传递的关键。cGMP水平不仅受细胞合成与释放速率的影响，还受灭活速率的调节，表明任何能够增加cGMP合成、释放或延缓其代谢的理化、生物因素均能对NO/cGMP信号通路产生影响。临床上利用罂粟碱非特异性PDE抑制作用，将其应用于痉挛血管局部，已取得良好的扩血管效果。近年来，PDE亚型的选择性抑制剂在抑制血小板聚集、减轻早产儿肺动脉高压缺氧症状及缓解血管痉挛等多方面均有一定疗效。
Sobey和Quan通过实验证明，PDEV活性增加与大鼠SAH后血管痉挛有关。2012年Han等用小鼠CVS模型进一步证实，选择性PDEV抑制剂（枸橼酸西地那非）对痉挛脑血管能起到明显的扩张作用，可减少神经元死亡，改善神经功能状态，且无明显不良反应，为CVS治疗提供了更加广阔的前景。
