原創(chuàng) 秦力錚 等 中華口腔醫(yī)學雜志

作者：秦力錚 靳路遠 曲興民 王松靈

摘要

綠葉蔬菜是飲食硝酸鹽的主要來源，飲食硝酸鹽由腸黏膜吸收入血。腮腺是機體轉運硝酸鹽的重要器官，唾液腺通過唾液腺漿液性細胞膜上硝酸鹽轉運蛋白（sialin）主動攝取血液中硝酸鹽分泌至唾液。唾液硝酸鹽在口腔細菌作用下部分還原為亞硝酸鹽及一氧化氮，唾液硝酸鹽和亞硝酸鹽隨吞咽及腸黏膜吸收再次進入循環(huán)。硝酸鹽—亞硝酸鹽—一氧化氮途徑是體內一氧化氮非經典來源途徑，其在生理和病理狀態(tài)下發(fā)揮重要作用，尤其是在低氧和缺血狀態(tài)下更明顯。這些作用包括機體保護（如胃腸、心血管保護）、抗炎、調節(jié)糖脂代謝、提高運動能力、維持腸道菌群平衡及延緩衰老等。以往認為硝酸鹽對機體有害的觀點被證明缺乏科學依據。隨著研究和應用的不斷深入，硝酸鹽作為從口腔走向全身的使者有望在全身健康及疾病防治中發(fā)揮重要作用。

硝酸鹽（NO3-）是食物中的天然成分，以綠葉蔬菜含量最高，其次是加工肉類。此外，水、土壤中因地理環(huán)境不同也含有不同濃度硝酸鹽。在20世紀，人們一直認為食物中的硝酸鹽有害，主要原因是推斷其可在體內還原為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽與亞硝胺的形成及癌癥的發(fā)生相關[1]。因此，人們對食物和飲用水中的硝酸鹽含量進行嚴格限定，世界衛(wèi)生組織建議每日硝酸鹽攝入量為3.7 mg/kg。近20年來，人們對硝酸鹽的認識發(fā)生了根本性轉變。超過80%的食物硝酸鹽來自蔬菜，而蔬菜通常被認為是健康食品。流行病學研究發(fā)現，綠葉蔬菜中的硝酸鹽可以預防心血管疾病，而剝奪食物中的硝酸鹽攝入可導致代謝性疾病和心血管疾病[2]。機體獲得硝酸鹽依賴兩種途徑：外源性攝入和內源性產生[3]。菠菜、萵苣和甜菜等綠色蔬菜可提供80%~90%的食物硝酸鹽，加工肉類食物提供10%~15%。一氧化氮合成酶（nitric oxide synthase，NOS）可利用L-精氨酸合成一氧化氮，一氧化氮在機體內的氧化終產物為硝酸鹽。硝酸鹽具有重要的生理功能和疾病防治潛能，口腔和唾液腺在硝酸鹽代謝和功能發(fā)揮中起關鍵作用[1-3]。

一| 口腔在硝酸鹽代謝和功能中的重要性

口腔是機體最具生態(tài)活力的環(huán)境之一，有500~1000億個細菌，由近700個已鑒定的細菌物種組成[4]。舌后背部隱窩中的兼性厭氧菌可以還原唾液硝酸鹽[5]。許多細菌在體外培養(yǎng)中能表達硝酸鹽還原酶基因，并將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽（NO2?）[6]。后者可抑制口腔內致病菌，起到調節(jié)口腔菌群的作用[7]。

口腔微生物穩(wěn)態(tài)可能與心血管疾病有關。無論是健康志愿者還是治療期高血壓患者，連續(xù)使用氯己定漱口水7d，其血壓均可增高[8-10]。硝酸鹽可降低血壓，如同時采用抗菌漱口水含漱，這種作用即可消失[11]。良好的口腔衛(wèi)生有利于心血管健康，而牙周病可增加罹患心血管疾病的風險。但使用抗菌漱口水可影響正?？谇痪?，減低口腔細菌的硝酸鹽還原能力，從而影響血壓。哺乳動物缺乏自身的硝酸鹽還原酶。口腔細菌和哺乳動物宿主之間似存在一種共生關系，如果口腔細菌功能被破壞，飲食硝酸鹽對心血管的有利作用即消失。因此，定期使用抗菌漱口水與口腔菌群和全身健康的關系仍需深入研究。飲食提供的硝酸鹽與NOS合成一氧化氮來源的硝酸鹽可能存在差異，當攝入適量（約200 g/d）綠葉蔬菜時，飲食來源的硝酸鹽占主導地位[12-13]。

體內25%的硝酸鹽被唾液腺主動吸收，并分泌到唾液中至胃腸道[1-2]。唾液腺中主導硝酸鹽轉運的腺體一直不清楚，Xia等[14]通過小型豬建立腮腺萎縮模型，明確了腮腺是機體硝酸鹽轉運的主要器官。硝酸鹽有益的生物學功能已被廣泛認可，但硝酸鹽如何進入細胞以及如何發(fā)揮作用一直不清楚。由筆者課題組牽頭，經過長期研究基于唾液腺器官發(fā)現了細胞膜硝酸鹽通道[15]。硝酸鹽可誘發(fā)唾液腺細胞出現特異性胞膜電流，酸性環(huán)境下電流成倍增加，提示硝酸鹽通過胞膜和質子協(xié)同進入細胞。通過基因檢測和生物信息學分析確定sialin作為胞膜硝酸鹽通道的候選蛋白。sialin基因沉默和sialin自然突變基因細胞轉染及小型豬腮腺轉導證實，sialin為哺乳動物硝酸鹽轉運蛋白[15]。sialin在腮腺、大腦、肝、胰腺、腎及心血管中均為高表達，sialin在唾液腺主要表達于漿液性腺胞[15]。硝酸鹽經sialin轉運進入細胞是硝酸鹽—亞硝酸鹽—一氧化氮通路發(fā)揮作用及維持機體一氧化氮穩(wěn)態(tài)的關鍵性第一步，對全身系統(tǒng)功能及疾病防治具有重要意義[16]。利用CRISPR/Cas9 系統(tǒng)建立Slc17a5/virma二細胞胚胎敲除sialin基因小鼠，出現機體硝酸鹽轉運代謝異常、胃黏膜明顯萎縮及相關功能障礙[17]。健康人唾液和尿液硝酸鹽平均濃度為172和160 mg/L，而舍格倫綜合征患者唾液和尿液硝酸鹽平均濃度為36.2和465mg/L，由此可見唾液腺疾病改變了全身硝酸鹽代謝[18]。

二| 硝酸鹽—亞硝酸鹽—一氧化氮代謝循環(huán)途徑

食物硝酸鹽經腸黏膜吸收進入循環(huán)系統(tǒng)，約75%的血液硝酸鹽通過尿液排出，其余被唾液腺重吸收[1-2]。血液硝酸鹽濃度在進食后15~30min達峰值，半衰期為5~8h[5]。唾液腺通過sialin攝取血液硝酸鹽并分泌入唾液，唾液硝酸鹽濃度可達到血液濃度的10~20倍（圖1）。高濃度唾液硝酸鹽被口腔細菌部分還原為亞硝酸鹽及一氧化氮，硝酸鹽和亞硝酸鹽經腸黏膜重新吸收入血，亞硝酸鹽在外周血中很快被氧化為硝酸鹽，或通過脫氧血紅蛋白、脫氧肌紅蛋白、黃嘌呤氧化酶、細胞色素P-450、醛氧化酶和維生素C等途徑還原為一氧化氮[1-2]（圖2）。亞硝酸鹽半衰期只有110s，但在血漿和組織中其半衰期長達數十分鐘，人體正常血液亞硝酸鹽濃度為50~100 nmol/L，給予富硝酸鹽飲食后可提升4~5倍[5]。

注：NOS為一氧化氮合成酶

圖1 硝酸鹽—亞硝酸鹽—一氧化氮（NO）代謝循環(huán)途徑示意圖

圖2 經典的一氧化氮合成酶（NOS）—一氧化氮（NO）途徑和硝酸鹽—亞硝酸鹽—NO途徑示意圖

三| 硝酸鹽、亞硝酸鹽與癌癥的相關性

2010年國際癌癥研究署報告稱目前尚無任何實質證據證實硝酸鹽在動物體內是致癌物[5]。以往流行病學使用加工或熏制肉類開展硝酸鹽、亞硝酸鹽與腫瘤發(fā)生的相關性研究，但這些研究忽略了此類食品在加工過程中還可形成亞硝胺等其他有害物質，導致這些研究缺乏科學性和準確性[5]。對硝酸鹽和亞硝酸鹽的誤解多是將其與亞硝胺的有害作用混淆。流行病學調查顯示，硝酸鹽與胃癌、食管癌等癌癥的發(fā)生無相關性[19]。Song和Guan[20]研究顯示富含硝酸鹽的蔬菜飲食可能具有降低胃癌發(fā)生率的作用。胃部pH異常、炎癥、幽門螺桿菌催化等均可促使胃內亞硝酸鹽形成亞硝胺等亞硝基化合物，故胃酸缺乏癥和幽門螺桿菌感染患者胃內亞硝胺合成增多，胃癌發(fā)病率增高[21]。而植物中富含的多酚和抗氧化劑（如維生素C等）可有效降低胃內亞硝胺的合成[22]。此外，個體接觸外源性亞硝胺的總量與其生活環(huán)境及習慣有關，存在較大差異。除飲食中的亞硝胺外，吸煙等不良習慣同樣可導致機體攝取并積累大量亞硝胺，煙草中亞硝胺的含量為食品和飲料的100~1000倍[23]。由于日常情況下不可能接觸到極高量的亞硝酸鹽，亞硝酸鹽引起高鐵血紅蛋白癥的實際發(fā)生率極低。

四| 硝酸鹽的生理功能及疾病防治

酶源性一氧化氮途徑是經典的一氧化氮合成途徑。硝酸鹽—亞硝酸鹽—一氧化氮途徑是經典一氧化氮途徑的平行途徑和有力補充，發(fā)揮重要的生理功能（圖3）。當氧氣利用率降低、NOS活性降低時，亞硝酸鹽還原為一氧化氮更加明顯。因此，在以區(qū)域性和全身性缺血為主的病理條件下，從藥理上或通過飲食干預硝酸鹽和亞硝酸鹽的儲存是有益的，食物中的硝酸鹽和亞硝酸鹽可作為一氧化氮的有效儲備來源[24]。除了非經典一氧化氮途徑外，硝酸鹽對機體的作用還可能存在其他機制，如硝酸鹽可通過線粒體亞硝基化調節(jié)線粒體功能[1]。

圖3硝酸鹽的生理功能示意圖

（一）硝酸鹽與胃腸保護及炎癥性疾病

胃腸保護是硝酸鹽對人體有益的最早證據。Jin等[25]研究發(fā)現，人體在應激狀態(tài)下唾液腺主動分泌硝酸鹽保護胃腸道。志愿者從68m高蹦極臺上跳下后，唾液硝酸鹽、亞硝酸鹽可上升10~20倍，并持續(xù)數小時。通過大鼠浸水應激實驗發(fā)現，雙腮腺導管結扎的大鼠胃黏膜潰瘍、糜爛、出血和穿孔明顯增加，飲水中預防性添加硝酸鹽可顯著減輕上述胃黏膜損害，機制上添加硝酸鹽的大鼠胃中亞硝酸鹽和一氧化氮水平明顯升高，胃局部血流增加，血運明顯改善保護胃腸道。在葡聚糖硫酸鈉（dextran sodium sulfate，DSS）誘導腸炎小鼠模型中，飲水中添加硝酸鹽能維持結腸的一致性，改善結腸長度，維持體重，減少結腸上皮細胞凋亡，減輕結腸和外周血中炎性細胞浸潤。此外硝酸鹽還可減少p53信號通路和結直腸癌通路代謝途徑的富集。硝酸鹽可降低腸道上皮炎癥，調節(jié)腸道菌群，緩解DSS誘導的小鼠腸炎[26]。對志愿者不同種類音樂刺激下唾液及唾液中成分的研究發(fā)現，唾液亞硝酸鹽濃度及靜態(tài)唾液流率均有改變，古典音樂環(huán)境中非刺激性唾液流率及亞硝酸鹽濃度明顯升高，說明外界環(huán)境對唾液分泌及亞硝酸鹽濃度具有調節(jié)作用[27]。

炎癥和免疫功能障礙是導致疾病的重要原因，飲食中的硝酸鹽具有抑制炎癥和調節(jié)免疫的功能。體外實驗發(fā)現，在非炎癥條件下補充硝酸鹽不會啟動硝酸鹽—亞硝酸鹽—一氧化氮途徑，而在炎癥條件下硝酸鹽可通過硝酸鹽—亞硝酸鹽—一氧化氮途徑抑制核因子-κB信號通路，減少小鼠巨噬細胞白細胞介素（interleukin，IL）-6 和腫瘤壞死因子α等炎癥因子的表達[28]。動物實驗表明，硝酸鹽飲食可降低體內炎癥因子水平，如IL-1β、IL-6 和 IL-12 p70等，并減少巨噬細胞浸潤[29]。健康人（n=10）連續(xù)2周每天服用250g甜菜根汁后，其血液中炎癥和免疫標志物，如IL-6、干擾素-α、細胞間黏附分子以及血管細胞黏附分子等均顯著降低[30]。硝酸鹽主要通過抑制巨噬細胞激活和浸潤抑制炎癥反應，對其他白細胞如中性粒細胞也有一定作用[28-30]。飲食硝酸鹽免疫調節(jié)功能在治療和預防年齡相關疾病和其他慢性炎癥相關疾病方面具有潛在應用前景。

（二）硝酸鹽與心血管疾病

飲食硝酸鹽通過硝酸鹽—亞硝酸鹽—一氧化氮途徑預防和治療心血管疾病。連續(xù)8周給予老年小鼠補充硝酸鹽，小鼠左心室舒張功能、動脈順應性和冠脈血流儲備均得到改善[31]。14名健康受試者單次服用含23 mmol硝酸鹽的甜菜根汁后，其收縮壓可降低10 mmHg（1mmHg=0.133 kPa），舒張壓降低8 mmHg[32]。硝酸鹽還可有效改善缺血再灌注損傷時的血管內皮功能，并促進血流恢復。17例心力衰竭患者單次服用含12.9 mmol硝酸鹽的甜菜根汁后，其心肺運動測試成績可提高14%[33]。在肺動脈高壓動物模型上，飲食添加硝酸鹽可以擴張小鼠肺動脈，減輕肺動脈高壓導致的右心室肥厚[33]。高血壓、肥胖、肺動脈高壓和腦血管疾病的發(fā)病機制與一氧化氮信號缺陷有關，小鼠長期膳食中缺乏硝酸鹽可導致代謝性疾病、內皮功能障礙和心血管疾病等[2]。硝酸鹽或富含硝酸鹽的食物在血管內皮功能障礙、缺血再灌注損傷和肺動脈高壓的臨床前模型中表現出有益的生理效應。在缺氧和應激條件下硝酸鹽可表現出明顯的血管信號增強活性，具有一氧化氮樣功能。

（三）硝酸鹽與代謝性疾病

高齡、不良生活方式和不健康的飲食習慣是肥胖和2型糖尿病發(fā)病率升高的重要原因。2型糖尿病發(fā)病過程中常伴隨氧化應激、一氧化氮信號受損和心血管疾病等。在鏈脲佐菌素誘導的2型糖尿病大鼠模型中，連續(xù)2個月在飲水中添加100 mg/L硝酸鈉，大鼠葡萄糖耐量和過氧化氫酶活性均顯著改善，糖異生減少，空腹血糖和血液IL-1β水平降低[2]。增加一氧化氮生物利用度的策略可能對代謝綜合征和2型糖尿病具有治療潛力。硝酸鹽—亞硝酸鹽—一氧化氮信號通路靶點包括氧化應激和脂肪褐變，同時激活典型的代謝調節(jié)通路，包括5′-一磷酸腺苷激活的蛋白激酶（5′-AMP activated protein kinase，AMPK）和葡萄糖轉運蛋白4，這與當前使用的幾種降糖藥包括雙胍類藥物影響的通路相似[2]。對小鼠給予高脂飲食同時加載硝酸鹽飲水，7周后實驗動物出現肥胖等代謝性疾病，而硝酸鹽通過降低煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶誘導的氧化應激、AMPK及下游信號通路調控脂肪生成、脂肪酸氧化和葡萄糖穩(wěn)態(tài)[34]。飲食硝酸鹽可作為一種預防和治療代謝性疾病經濟、高效和特異性的飲食治療策略。

（四）硝酸鹽與運動

動物實驗發(fā)現，衰老可導致機體運動機能下降，連續(xù)8周在飲水中添加低濃度亞硝酸鈉可顯著增加衰老小鼠的握力[35]。在一項人體試驗中，富含硝酸鹽的飲食可降低運動休息時的初始肌肉放電率，并降低疲勞運動中的平均和最大放電率，硝酸鹽通過改善肌肉神經功能和耗氧量增強運動機能[36]。給予自行車運動員連續(xù)3d富含硝酸鹽的甜菜根汁飲料，運動員血漿亞硝酸鹽濃度增加1倍，其運動過程中耗氧量減少約5%[37]。飲食中補充硝酸鹽可降低運動耗氧，提高肌肉效率，從而改善耐力運動和短跑運動能力。一氧化氮對神經肌肉活動、肌肉興奮收縮偶聯(lián)（通過Ca2+活性）、線粒體呼吸、血流量的調節(jié)均有重要作用[1-2]。因此，保持適當的一氧化氮含量在機體運動中非常重要。在非精英運動員受試者中，當遵循適當的補充方案時，對肌肉功能的影響比較明顯。飲食硝酸鹽與其他特定的功能助劑相比，其對肌肉收縮性和肌肉效率的影響范圍更廣。

（五）硝酸鹽與衰老及放射損傷

筆者課題組對衰老動物模型的研究顯示，每日攝入硝酸鹽（0.5 mmol/L）可恢復D-半乳糖誘導的衰老小鼠和自然衰老小鼠肝組織內硝酸鹽水平，降低谷丙轉氨酶和天門冬氨酸氨基轉移酶水平，防止肝組織細胞衰老和結構及糖脂代謝的退化。這些證據說明硝酸鹽具有緩解衰老導致的肝臟退行性變及肝臟細胞凋亡的作用[38]。在去勢大鼠唾液腺功能障礙模型上，在摘除卵巢的雌性大鼠飲水中加入適量硝酸鹽3個月，大鼠唾液分泌增加，唾液腺纖維化面積減少，細胞凋亡減少。硝酸鹽通過降低下頜下腺細胞凋亡比率恢復唾液分泌功能[39]。在小鼠放射治療前一周在飲水中加入硝酸鹽預處理，小鼠放療后體重下降趨勢明顯緩解，肺部及下頜下腺組織中氧自由基水平和細胞凋亡數量顯著低于對照組[40]。進一步觀察表明，外源性補充硝酸鹽可激活體內硝酸鹽—亞硝酸鹽—NO通路，從而發(fā)揮一氧化氮的諸多生理作用，包括舒張血管、清除活性氧自由基及改善缺血再灌注損傷[40]。

五| 結語

近年來，越來越多的研究認為食物硝酸鹽在機體中發(fā)揮著一氧化氮樣重要的生理功能。硝酸鹽具有廣泛的生理作用，包括調節(jié)血管張力、抗氧化、提高肌肉運功能力、抑制炎性因子釋放、調節(jié)糖代謝、調節(jié)腸道菌群等。同時，硝酸鹽對卒中、心肌梗死、肺動脈高壓、放射損傷、糖尿病、炎癥、應激性胃潰瘍及衰老相關疾病等具有治療和預防潛能。飲食硝酸鹽對機體無危害，硝酸鹽與腫瘤的發(fā)生并無相關性。人們對于硝酸鹽危害的認知被證明并無依據，且忽略了硝酸鹽的重要生理功能。未來硝酸鹽有望廣泛應用于保健領域，隨著研究的深入硝酸鹽可能以緩釋劑型和復合制劑等藥用方式應用于臨床疾病的防治，包括胃腸保護，心血管、代謝性疾病及放射損傷防護等。相信隨著對硝酸鹽研究的不斷深入及對其有益作用的不斷挖掘，硝酸鹽可以更好地造福人類。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

志謝 首都醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院唾液腺疾病中心及牙再生與口腔功能重建北京市重點實驗室胡亮博士對文章的修訂

作者貢獻聲明 秦力錚：論文撰寫及修訂；靳路遠、曲興民：論文修訂；王松靈：全文指導、論文撰寫及修訂 返回搜狐，查看更多