前列腺素E2與心臟重構(gòu)*

劉雙綜述，盛紅專、朱健華審校

前列腺素E2與心臟重構(gòu)*

劉雙綜述，盛紅專、朱健華審校

前列腺素E2（PGE2）作為重要的脂類介質(zhì)，在人體各組織器官中廣泛分布，通過4種功能各異的G 蛋白偶聯(lián)受體，PGE2參與了許多生理病理過程。近年研究表明，PGE2在多種疾病所致的心臟重構(gòu)過程中發(fā)揮重要的作用。因此，研究PGE2生物合成途徑，評估PGE2各受體在相關(guān)疾病中的作用機理，可以為心臟重構(gòu)的防治提供新的線索。

前列腺素E2；心臟重構(gòu)；心臟肥厚；心肌梗死

心臟重構(gòu)通常發(fā)生在高血壓、缺血性損傷、炎癥反應等病理狀態(tài)下，早期表現(xiàn)為心肌肥厚和間質(zhì)纖維化，進一步可發(fā)展為室壁變薄和心室擴張等晚期表征[1]，嚴重影響了心臟收縮功能和能量利用，最終引發(fā)心力衰竭、心律失常甚至猝死[2]。因此，了解其分子機制，對改善心臟重構(gòu)的預后具有重要意義。

前列腺素E2（prostaglandin E2, PGE2）是花生四烯酸在環(huán)氧合酶（cyclooxygenases, COXs）及前列腺素E2合成酶（prostaglandin E2synthase, PGES）這兩種關(guān)鍵酶催化下產(chǎn)生的一種前列腺素，可以在機體所有類型的細胞中表達。PGE2通過與4種功能各異的G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合，參與了多種生理病理過程，如炎癥反應、細胞增殖和血壓調(diào)節(jié)等，是體內(nèi)作用最多樣化的前列腺素[3]。PGE2作為一種重要的炎癥介質(zhì)[4]，其產(chǎn)量可被作為環(huán)氧合酶抑制劑的非甾體類抗炎藥（non steroidal anti-inflammatory drugs, NSAIDs）抑制。其中，可選擇性抑制環(huán)氧合酶-2（COX-2）的新型NSAIDs因具有良好的抗炎效果、優(yōu)越的胃腸道安全性而被廣泛使用，然而，長期服用卻會增加心肌梗死、中風和肺動脈高壓等心血管事件的風險[5]，這使得前列腺素與心臟疾病的關(guān)系得到了關(guān)注。

本文將從PGE2合成通路的限速酶和PGE2受體入手，對PGE2在心臟重構(gòu)中的作用進行簡要綜述。

1 前列腺素E2合成通路的限速酶

1.1 環(huán)氧合酶-2

環(huán)氧合酶有環(huán)氧合酶-1（COX-1）和COX-2兩種同工酶。COX-1是本構(gòu)酶，在大部分組織中均有穩(wěn)定表達，維持前列腺素的正常產(chǎn)生和動態(tài)平衡。而COX-2則是誘導酶，在正常狀態(tài)下的心臟組織內(nèi)表達量很低，但在心肌損傷或心力衰竭時表達上調(diào)。目前以COX-2為研究對象的報道中，關(guān)于COX-2/PGE2對心臟功能的作用仍存在一定的爭議。

部分研究認為COX-2及其下游前列腺素可能對心臟具有保護作用。使用COX-2抑制劑，可使心肌梗死后豬的死亡率增加、心室重構(gòu)加劇[6]，亦可加重小鼠病毒性心肌炎的心肌損傷[7]。心肌特異性敲除COX-2基因的小鼠[8]表現(xiàn)有心輸出量降低、易發(fā)生心律失常，同時伴有心肌細胞肥大、間質(zhì)纖維化、左心室擴大等。而心肌特異性過表達人COX-2的小鼠[9]則可見心肌細胞中花生四烯酸減少、PGE2合成增加，持續(xù)表達的COX-2在缺血再灌注損傷中保護了心臟。這些研究均提示抑制COX-2、減少前列腺素的合成會對心臟功能造成一定負面影響，缺血性心臟疾病患者需謹慎使用Coxibs。

然而，也有觀點認為COX-2及前列腺素可能參與了心臟重構(gòu)，對心臟功能有一定的損害。Streicher等[10]的另一種能在心室肌細胞中穩(wěn)定過表達COX-2及前列腺素（包括PGE2、血栓素A2）的轉(zhuǎn)基因小鼠，表現(xiàn)為心肌細胞輕度肥大，但無明顯心功能改變；表達上調(diào)的并非是炎癥相關(guān)的基因，而是壓力負荷相關(guān)的胚心標志基因（如心房利鈉肽、β-心肌肌球蛋白重鏈）。胚心標志基因通常在病理性心臟重構(gòu)時被激活[2]，這表明肥厚仍是病理性的。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)[11]，COX-2選擇性抑制劑可以阻斷內(nèi)皮素-1誘導的乳鼠心肌細胞肥大，而PGE2預處理可使這一效果消失，說明COX-2及下游的PGE2可能參與了心肌細胞肥大的發(fā)生。此外，調(diào)節(jié)心臟肥厚的鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶-活化T細胞核因子3（Calcineurin-Nuclear factor of activated T cells3, CaN-NFATc3）信號通路，參與了內(nèi)皮素-1刺激后COX-2基因的表達，這提示了肥厚相關(guān)信號通路與前列腺素的環(huán)氧合酶合成通路存在著一定的關(guān)聯(lián)。

這些結(jié)果互相矛盾的報道，使得COX-2/PGE2在心臟疾病中的作用難以被明確地解釋，增加了對COX-2選擇性抑制劑使用風險的管理難度。而造成這些爭議的可能原因是，COX-2的下游產(chǎn)生了多種前列腺素，它們對心臟的作用各不相同，甚至完全相反[3]。采用不同的小鼠模型或造模方法，可能導致下游占主導作用的前列腺素也各不相同，對COX-2最終是起保護作用還是損傷作用造成了影響。由此可見，COX-2在心臟中的生物學作用非常復雜，其對心臟的作用取決于誘導的部位和時機，以及其下游產(chǎn)物的平衡。而進一步對COX-2下游通路及產(chǎn)物進行研究，使用更有針對性的治療方案來替代對COX-2的直接抑制，可以減少COX-2選

擇性抑制劑所帶來的副作用。

1.2 膜結(jié)合型前列腺素 E2合成酶-1

已發(fā)現(xiàn)的前列腺素E2合成酶包括位于微粒體的膜結(jié)合型PGES-1（mPGES-1）和膜結(jié)合型PGES-2（mPGES-2），以及位于胞質(zhì)的胞質(zhì)型PGES（cPGES）。其中，由Ptges基因編碼的mPGES-1是一種誘導酶，可由白細胞、心肌細胞和成纖維細胞表達，在COX-2依賴性PGE2合成時可被選擇性上調(diào)，即mPGES-1與COX-2共同定位，決定了病理狀態(tài)下PGE2的產(chǎn)量[12]。

Degousee等[13]使用全身敲除Ptges基因（Ptges-/-）、mPGES-1缺陷的小鼠進行研究，發(fā)現(xiàn)PGE2合成減少，導致心肌梗死后更嚴重的心室擴張和心臟功能惡化，說明PGE2可能對心肌梗死后發(fā)生重構(gòu)的心臟有保護作用。該研究還發(fā)現(xiàn)心肌梗死后誘導上調(diào)的mPGES-1主要由梗死區(qū)及周圍的炎性細胞表達，提示了此處PGE2的一個重要來源是骨髓的炎性細胞。為了明確骨髓白細胞及其他炎性細胞的作用，又進一步使用特異性敲除骨髓Ptges（BM-/-）的小鼠進行了實驗[14]，結(jié)果BM-/-鼠表現(xiàn)出與預期一致的、更為嚴重的病理性重構(gòu)和心功能障礙。但同時發(fā)現(xiàn)，BM-/-鼠梗死區(qū)的局部炎癥反應較強，心肌梗死后心肌有較高水平的PGE2，這可能是代償性誘導了心肌成纖維細胞mPGES-1活性上調(diào)的結(jié)果。

以上研究結(jié)果亦存在矛盾，即Ptges-/-鼠較低水平和BM-/-鼠較高水平的PGE2均可導致較野生型小鼠更為嚴重的左心室擴張、心功能惡化，提示引起心臟重構(gòu)的因素非常復雜。造成這種現(xiàn)象的可能原因有：① PGE2下游信號對心臟所產(chǎn)生的影響可能并不是單一的，PGE2擁有4種功能各異的受體，不同部位、水平的PGE2起主導作用的受體并不一樣；②并不僅是PGE2一種前列腺素在產(chǎn)生影響，在mPGES-1活性被抑制時，作為共同前體的PGH2可能會被其他前列腺素合成酶催化為其他前列腺素終末產(chǎn)物，多種前列腺素綜合影響了心臟重構(gòu)。

Ptges-/-鼠表現(xiàn)為炎癥、疼痛反應減輕[5]，考慮使用特異性更高的前列腺素合成酶抑制劑來代替COX-2選擇性抑制劑用作抗炎治療是一種進步，但這類抑制劑仍有很多不確定因素和局限性，還需要更謹慎地對其安全性進行評估，尤其是心血管事件的風險。

2 前列腺素E2受體

PGE2不同的生物學效應是通過其四種受體（Prostaglandin E Receptors，EPs）發(fā)揮的，分別被命名為EP1、EP2、EP3和EP4，在心臟中均有穩(wěn)定表達。這四種受體有不同的組織分布和功能特點，EP3和EP4分布最廣泛，且對PGE2的親和力較EP1和EP2高[15]。目前尚少見直接研究EP2與心臟重構(gòu)關(guān)系的報道，因此本文將重點介紹其他三種受體。

2.1 EP1受體

EP1受體是Gq偶聯(lián)受體，可以提高細胞內(nèi)Ca2+濃度[3]。

Harding等[16]使用乳鼠心室成纖維細胞體外培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)PGE2可以通過EP1而非EP2、EP4受體，激活細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases, ERKs）和蛋白激酶B，調(diào)節(jié)細胞周期素D3的表達，刺激心肌成纖維細胞增殖。而心肌成纖維細胞增殖和Ⅰ/Ⅲ型膠原比值增高，可使心肌間質(zhì)纖維化發(fā)生，導致心肌順應性降低，增加毛細血管到心肌細胞的氧擴散距離，對心室功能造成負面影響。

因此，使用EP1受體拮抗劑，可能對心臟重構(gòu)的治療有益。

2.2 EP3受體

EP3因C末端不同的剪切位置而形成了多種的亞型，人體內(nèi)至少存在8種EP3亞型，小鼠體內(nèi)則有α、β和γ三種。大部分EP3亞型都是Gi偶聯(lián)受體，可降低環(huán)腺苷酸水平，亦可動員細胞內(nèi)Ca2+水平。此外，EP3α和EP3β還可以通過G12/13激活小分子鳥苷三磷酸酶Rho，增強細胞Ca2+敏感性[15]。

Hohlfeld等[17]首先在豬心上發(fā)現(xiàn)，選擇性刺激EP3受體可以減少缺血再灌注損傷面積，這為前列腺素對心血管影響的研究提供了新角度。Martin等[18]進一步使用心臟特異性過表達豬EP3的轉(zhuǎn)基因小鼠（EP3-TG）進行研究，亦發(fā)現(xiàn)缺血性心肌損傷顯著減輕，提示心臟表達此種EP3受體具有一定的保護作用。然而實驗中進行磁共振成像檢測左心室功能發(fā)現(xiàn)，EP3-TG心臟收縮能力弱于同窩野生型小鼠，但離體灌流后并無明顯差異。在此基礎(chǔ)上，Meyer-Kirch rath等[19]使用心臟特異性過表達與豬同源的人類EP3-II受體的轉(zhuǎn)基因小鼠進行研究，雖然缺血性心肌損傷減輕，但伴有心肌膠原蛋白表達增加，CaN活性顯著增高，通過CaN-NFAT通路誘發(fā)了左心室肥厚，使心室容積增大。由此推測，缺血性損傷時，選擇性激動心源性EP3雖可一定程度上保護心臟，但卻因同時激活了CaN-NFAT通路，使心臟重構(gòu)進一步加重，并不適合治療使用。

Chen等[20]在使用全身性EP3受體敲除（EP3-/-）小鼠進行血管緊張素II與高血壓的研究時發(fā)現(xiàn)，盡管EP3-/-鼠的基礎(chǔ)血壓以及血管緊張素II誘導的升血壓程度顯著降低，但血管緊張素II所引起的心肌肥厚并未緩解，可見敲除所有的EP3似乎也不能取得預期的效果。由于EP3存在多種亞型，每種亞型所介導的細胞內(nèi)信號通路也不盡相同，因此仍需要深入研究，以明確各亞型與心臟重構(gòu)之間的關(guān)系。

2.3 EP4受體

EP4是Gs偶聯(lián)受體[15]，目前的研究表明EP4對心臟有保護作用。

使用體外培養(yǎng)的心室肌細胞和受體拮抗劑進行研究[21-24]，發(fā)現(xiàn)PGE2經(jīng)EP4受體，反式激活表皮生長因子受體，并通過下游的MEK1/2-ERK1/2、而非p38 MAPK，使磷酸化激活的信號傳導及轉(zhuǎn)錄激活因子STAT3易位至細胞核，從而誘導相關(guān)靶基因轉(zhuǎn)錄，促進蛋白質(zhì)合成，參與了心肌細胞肥大的發(fā)生。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，在心室肌細胞中，EP4還可通過cAMPPKA通路激活小分子鳥苷三磷酸酶Rap1，活化ERK1/2和p90RSK，使胚心基因腦利鈉肽等表達上調(diào)[25]。以往關(guān)于絲裂原活化蛋白激酶信號的研究表明，MEK1/2-ERK1/2通路主要誘導和維持代償性心肌肥厚[2]。而STAT3維持細胞正常的超微結(jié)構(gòu)和功能，對于心肌毛細血管生長、間質(zhì)基質(zhì)沉積的控制是必須的。多項研究表明，缺血性損傷或阿霉素誘導心肌病時，心臟STAT3活化不僅是一個肥大信號，還參與抗心肌細胞凋亡、抗炎癥反應，對心臟有重要的保護作用[26]。這些提示了PGE2-EP4可能更多的參與了心臟正常生長及代償性肥厚。

除了離體細胞水平的研究外，轉(zhuǎn)基因小鼠也被用于對EP4作用的研究。Xiao等[27]使用全身性敲除EP4小鼠發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性的PGE2和外源性的受體激動劑均可通過EP4保護心

肌梗死后的心臟。Qian等[28]則首次使用心肌細胞特異性敲除EP4基因的小鼠（EP4-TG）進行研究，發(fā)現(xiàn)心肌梗死后的心肌損傷程度加劇，腦利鈉肽和STAT3的表達均下調(diào)，代償性肥厚減少，伴有左心室擴張和更嚴重的心功能不全。此外，EP4-TG鼠還會自發(fā)年齡、性別依賴的擴張型心肌病，金屬蛋白酶（MMP）-2和MMP-14在中老年EP4-TG鼠心臟中表達上調(diào)[29]。

此外，EP4受體激動劑可有效減輕大鼠缺血再灌注造成的心肌損傷和心功能障礙[30]。改善心力衰竭時的心功能[31]。

綜上，若使用COX-2選擇性抑制劑等非甾體類抗炎藥使PGE2合成減少，PGE2通過EP4對心臟的保護作用也將被阻斷，這可能會加劇心肌梗死及缺血再灌注造成的心功能損傷，更易誘發(fā)失代償性的心臟重構(gòu)。而EP4受體激動劑可對缺血性損傷后的心功能改善有所幫助，這可能成為新的治療靶點。

3 結(jié)語與展望

作為一種重要的生物活性脂類小分子物質(zhì)，PGE2的生物合成及介導的信號通路與心臟重構(gòu)有密切的關(guān)系。對PGE2的合成及信號通路的相關(guān)分子進行干預，可影響心肌梗死、炎癥等造成的心臟重構(gòu)及心功能損傷。由于PGE2擁有4種EP受體，以及在心肌細胞、成纖維細胞、炎癥細胞、血管內(nèi)皮細胞的作用存在差異，使得PGE2對不同原因所致的心臟重構(gòu)有復雜的雙向作用。相比帶來各種心血管事件副作用的非甾體類抗炎藥，使用更有針對性的前列腺素受體作為治療靶點顯然更加合理，而關(guān)于PGE2各受體的作用機理仍需進行大量的研究與論證。我們期望，隨著對EP受體研究的進一步深入和完善，不遠的將來使用相應的受體激動劑或抑制劑，選擇性地激動或阻斷PGE2的效應，能為心臟重構(gòu)的防治提供新的策略。

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2014-05-26）

（編輯：漆利萍）

國家自然科學基金（30971223、30971224）；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃省資助項目（CXZZ13_0875）；南通大學研究生科技創(chuàng)新計劃資助項目（YKC13071）

226001 江蘇省南通市，南通大學心血管疾病研究所 南通大學附屬醫(yī)院 心血管內(nèi)科

劉雙 碩士研究生 主要從事心臟重構(gòu)方面的研究 Email: ameosly@gmail.com 通訊作者：朱健華 Email：zhujhntheart@163.com

R542.2

A

1000-3614（2015）03-0298-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.03.026