Apelin/APJ系統(tǒng)在心肌缺血-再灌注損傷中的保護(hù)作用

曾俊中 田國平

Apelin/APJ系統(tǒng)在心肌缺血-再灌注損傷中的保護(hù)作用

曾俊中 田國平

急性心肌梗死再灌注時(shí)可出現(xiàn)缺血-再灌注(I/R)損傷，導(dǎo)致心肌細(xì)胞壞死、凋亡和細(xì)胞功能障礙。Apelin是血管緊張素Ⅱ 1型受體(AT1R)相關(guān)蛋白(APJ)的內(nèi)源性配體。Apelin/APJ系統(tǒng)在心血管系統(tǒng)中表達(dá)豐富。研究表明，Apelin可以限制梗死心肌面積和改善心力衰竭導(dǎo)致的心臟機(jī)械功能受損，有望成為治療缺血性心肌損傷的新方法。

Apelin；缺血-再灌注損傷；缺血攣縮；氧化應(yīng)激；細(xì)胞凋亡

血管緊張素Ⅱ 1型受體(AT1R)相關(guān)蛋白(APJ)是一種有7個(gè)跨膜域、由377個(gè)氨基酸組成的跨膜蛋白，它屬于孤兒G蛋白偶聯(lián)受體[1]。Tatemoto等[2]于1998年首次分離出APJ的天然配體，即內(nèi)源性活性多肽Apelin。Apelin/APJ系統(tǒng)廣泛存在于胃腸道、脂肪、腦、肝、腎、骨骼肌、心臟、血管和肺組織[3]。在心血管系統(tǒng)中，APJ受體主要分布在血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞中，Apelin主要由血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌產(chǎn)生[4]。研究發(fā)現(xiàn)，Apelin/APJ系統(tǒng)具有擴(kuò)張血管、降低血壓、增加心肌收縮力、抑制心肌細(xì)胞肥大及凋亡、促進(jìn)血管生成等作用，它與心肌梗死后缺血-再灌注(I/R)損傷密切相關(guān)。本文就Apelin/APJ系統(tǒng)在I/R損傷中的心肌保護(hù)作用作一介紹。

1 Apelin/APJ的分子生物學(xué)特性

Apelin基因定位于人類X染色體的q25～26.1段，Apelin cDNA通過激活其C-端區(qū)域序列編碼含77個(gè)氨基酸的前體肽原[5]，有多個(gè)潛在的翻譯后加工蛋白酶切位點(diǎn)，可水解生成不同的活性肽段Apelin-12、-13、-16、-17、-19、-36[6]。其中少于12個(gè)氨基酸的肽段是沒有生物活性的。目前研究最多的是Apelin-13、-36，其中Apelin-13在心血管系統(tǒng)中活性最強(qiáng)，可提高細(xì)胞外磷酸化效能及單核細(xì)胞-血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附作用[7]。

APJ受體基因定位于人染色體11q12.1段，是由380個(gè)氨基酸組成的G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)家族中的一員，位于其疏水性跨膜區(qū)中的氨基酸有31%與AT1R相同，但這種相似性不足以使血管緊張素Ⅱ與APJ受體結(jié)合，表明了配體與受體之間存在高度特異性。Apelin/APJ系統(tǒng)作用于AT1R，發(fā)揮對血管緊張素Ⅱ的拮抗作用[8]。

2 I/R損傷

急性心肌梗死再灌注時(shí)可出現(xiàn)I/R損傷，在I/R損傷中最重要的病理生理改變是細(xì)胞內(nèi)鈣離子(Ca2+)穩(wěn)態(tài)失衡、活性氧釋放、心臟短暫機(jī)械功能障礙或心肌頓抑、心肌細(xì)胞凋亡和壞死。

受損區(qū)域心肌細(xì)胞的強(qiáng)烈攣縮在肌纖維膜的破裂和細(xì)胞死亡中起著關(guān)鍵性作用[9]。研究表明，氧化應(yīng)激和Ca2+超載可以誘導(dǎo)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(MPTP)突然開放，促使心肌細(xì)胞攣縮[10]。在再灌注的早期，MPTP的開放是再灌注損傷(及細(xì)胞死亡)從可逆向不可逆轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵步驟，可導(dǎo)致活性氧(ROS)產(chǎn)生、線粒體腫脹、線粒體氧化磷酸化解偶聯(lián)，引起心肌細(xì)胞壞死和凋亡[11]。Ca2+超載可激活鈉離子(Na+)/氫離子(H+)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(NHE)及Na+/Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(NCE)，促使細(xì)胞攣縮和MPTP的開放，導(dǎo)致細(xì)胞死亡[12]。ROS在I/R損傷中發(fā)揮重要作用，它可以修飾和滅活蛋白質(zhì)、脂類、DNA、RNA，導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙。黃嘌呤氧化酶(XO)和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NOX)的激活可引起超氧陰離子(O2-)生成，導(dǎo)致心肌細(xì)胞損傷。心肌細(xì)胞在經(jīng)歷缺氧和復(fù)氧(H/R)后，超氧化物歧化酶(SOD)可以將O2-轉(zhuǎn)化成過氧化氫 (H2O2)，減少自由基，但當(dāng)大量的ROS產(chǎn)生時(shí)，內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)不足以對心肌起到保護(hù)作用。Ca2+超載時(shí)，ROS引起的體外脂質(zhì)過氧化作用會導(dǎo)致心肌細(xì)胞嚴(yán)重?fù)p傷，且脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的產(chǎn)物4-羥基-2-壬烯醛(HNE)可促進(jìn)Ca2+超載，進(jìn)一步加重心肌細(xì)胞損傷。ROS引起的氧化應(yīng)激可直接導(dǎo)致收縮蛋白的氧化修飾，或造成Ca2+超載，間接引起細(xì)胞損傷[13]。既往研究表明，急性心肌梗死中心區(qū)域主要表現(xiàn)為壞死，周邊區(qū)域則以凋亡為主，還包括少量的自體吞噬。再灌注治療可減少心肌壞死，卻不能抑制心肌細(xì)胞凋亡，I/R損傷反而可能加重細(xì)胞凋亡，擴(kuò)大梗死面積。

3 Apelin在I/R損傷中的保護(hù)作用機(jī)制

3.1 正性肌力和舒張血管作用

Apelin具有改善心肌收縮力、舒張血管的作用。Wang等[14]研究發(fā)現(xiàn)，Apelin在改善心肌收縮力方面具有劑量依賴性，且作用平緩、持久。Apelin的正性肌力作用可能是由于磷脂酶 C(PLC)的激活和1,4,5-三磷酸肌醇 (IP3)及二酰甘油(DAG)的生成。IP3與IP3受體 (IP3R)結(jié)合，促使肌漿網(wǎng)中Ca2+釋放；DAG通過蛋白激酶C(PKC)磷酸化，激活NHE，繼而引起細(xì)胞內(nèi)Na+、Ca2+水平增加[15]。同時(shí)，由Ca2+介導(dǎo)的Ca2+釋放通道雷尼丁受體(RyR)開放也可使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加，影響心肌收縮力。此外，NHE引起細(xì)胞內(nèi)環(huán)境堿化，可增加肌絲結(jié)構(gòu)對Ca2+的敏感性，從而進(jìn)一步增強(qiáng)心肌收縮力[16]。

Apelin舒張血管的作用是通過內(nèi)皮細(xì)胞釋放一氧化氮(NO)來完成的。Apelin與血管內(nèi)皮細(xì)胞上的APJ受體結(jié)合，通過磷脂酰肌醇3-激酶-絲氨酸/蘇氨酸激酶(PI3K-Akt)途徑激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)，促使NO生成。Apelin也可通過PLC-DAG-IP3 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加，激活eNOS生成NO[17]，繼而擴(kuò)張血管。當(dāng)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙時(shí)，由于不能產(chǎn)生NO，Apelin與平滑肌細(xì)胞上APJ受體結(jié)合將引起血管平滑肌收縮。這一效應(yīng)是通過細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加和PLC-DAG-IP3通路引起的肌球蛋白輕鏈磷酸化介導(dǎo)產(chǎn)生的。細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加可能是由于肌漿網(wǎng)中IP3R開放，通過RyR引起Ca2+釋放所致。

3.2 抗缺血性攣縮

在I/R損傷中，細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載及三磷酸腺苷(ATP)耗竭可導(dǎo)致心肌細(xì)胞缺血性攣縮壞死，抑制細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載可以狀態(tài)改善缺血性攣縮壞死。研究表明，Apelin能夠降低I/R損傷中心肌攣縮峰值，延遲缺血性攣縮發(fā)生的時(shí)間。目前，Apelin改善心肌缺血性攣縮的確切機(jī)制尚不明確，可能與細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的調(diào)節(jié)及對ATP的影響有關(guān)。肌漿網(wǎng)上Ca2+通道開放，細(xì)胞膜NHE-NCE系統(tǒng)激活，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加。Apelin可在NO的介導(dǎo)下增強(qiáng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶(SERCA)的活性，促使Ca2+向肌漿網(wǎng)內(nèi)流，改善心肌舒張功能。該效應(yīng)比肌漿網(wǎng)對Ca2+的吸收和釋放速度更快[18]，這也解釋了為什么Apelin可降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載，并改善缺血后心肌的機(jī)械功能。研究發(fā)現(xiàn)，在離體大鼠心臟I/R損傷前使用Apelin處理能夠減輕ATP耗竭，延遲缺血攣縮的發(fā)生。缺血攣縮的機(jī)制與組織ATP減少有關(guān)，且上述效應(yīng)能被糖酵解產(chǎn)生的ATP緩解。這表明外源性Apelin可能通過刺激丙酮酸鹽轉(zhuǎn)換成丙氨酸，增加糖酵解，從而增加ATP含量。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，缺血后期經(jīng)Apelin處理的心臟中丙氨酸水平并未升高，說明Apelin并不能持續(xù)作用于心臟缺血攣縮的全過程，這可能是受組織氧化還原狀態(tài)的影響所致[19]。

3.3 抗氧化應(yīng)激

對大鼠心肌I/R損傷及離體心肌H/R損傷進(jìn)行的研究表明，Apelin具有限制氧化應(yīng)激的作用。Zeng等[20]發(fā)現(xiàn)，在離體心肌細(xì)胞發(fā)生H/R損傷時(shí)，超氧化物熒光反應(yīng)(用于檢測O2-濃度)呈陽性的細(xì)胞比例增加；而在缺血性損傷前30 min給予Apelin可明顯減少陽性細(xì)胞比例。再灌注過程中，大量的 O2-被內(nèi)皮細(xì)胞、中性粒細(xì)胞及心肌細(xì)胞釋放，Apelin可增強(qiáng)SOD的活性，清除O2-，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)。在再灌注后期，Apelin可通過再灌注性補(bǔ)救激酶(RISK)途徑激活eNOS，促使NO釋放；而NO可使中性粒細(xì)胞NADPH-OX失活，抑制O2-產(chǎn)生[21]。Apelin可能通過激活SOD促使NO釋放，從而對抗氧化應(yīng)激。

3.4 抗凋亡

目前凋亡的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制已明確，即凋亡是一種受基因調(diào)控的、具有能量依賴性的細(xì)胞主動死亡的過程。細(xì)胞內(nèi)外的各種凋亡誘導(dǎo)因素(如缺血、缺氧、氧化應(yīng)激、酸中毒刺激等)作用于細(xì)胞后，通過外源性的死亡受體途徑或內(nèi)源性的線粒體途徑促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。I/R損傷的機(jī)制之一是細(xì)胞凋亡觸發(fā)后數(shù)小時(shí)內(nèi)發(fā)生的心肌細(xì)胞死亡。研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠和人類成骨細(xì)胞、大鼠心肌細(xì)胞及大鼠神經(jīng)細(xì)胞中，Apelin均具有抗細(xì)胞凋亡作用。Apelin可激活PI3K-Akt途徑，通過磷酸化多種轉(zhuǎn)錄因子，抑制凋亡基因的表達(dá)而增強(qiáng)抗凋亡基因的表達(dá)。在大鼠心肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK1/2)途徑也可抑制凋亡蛋白BAD/BAX，發(fā)揮抗凋亡作用。

4 外源性Apelin應(yīng)用時(shí)機(jī)

研究發(fā)現(xiàn)，在長時(shí)間缺血前后給予阿片類、腺苷、西地那非、鞘氨醇、緩激肽等可以對抗I/R損傷，并起到保護(hù)心肌的作用[23]。然而，Apelin只有在心肌缺血之后應(yīng)用才有效。

APJ受體和Apelin的表達(dá)水平在心肌缺血的后期和再灌注過程中都會發(fā)生變化。Kleinz等[24]發(fā)現(xiàn)，在離體大鼠心臟中，冠狀動脈閉塞35 min后、再灌注30 min后，Apelin mRNA的表達(dá)均顯著上調(diào)，而APJ mRNA表達(dá)雖有上調(diào)趨勢，但未達(dá)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。該研究組在大鼠心肌廣泛缺血40 min時(shí)給予再灌注處理，30 min后發(fā)現(xiàn)APJ mRNA的表達(dá)水平上調(diào)8倍而APJ蛋白表達(dá)水平上調(diào)41%。

有研究者認(rèn)為，缺血心肌只有在得到再灌注后，內(nèi)源性分泌的活性肽Apelin才能發(fā)揮作用，因而在再灌注的早期給予Apelin才能發(fā)揮心肌保護(hù)作用，但這一觀點(diǎn)尚存在爭議。

5 結(jié)語

Apelin/APJ系統(tǒng)在I/R損傷中發(fā)揮了對抗細(xì)胞攣縮、氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡以及改善心臟機(jī)械功能的重要作用。在心肌梗死的再灌注治療中，Apelin可能具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。

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(收稿：2014-07-24 修回：2014-09-14)

(本文編輯：孫 雯)

421001 湖南，南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院心內(nèi)科

田國平，Email:pgtian555@hotmail.com

10.3969/j.issn.1673-6583.2015.01.010