環(huán)磷腺苷信號(hào)通路與血管重塑關(guān)系的研究進(jìn)展

為保持正常血流，血管壁會(huì)改變其結(jié)構(gòu)以維持合適的內(nèi)腔尺寸，這個(gè)過程被定義為血管重塑[1]。血管重塑可發(fā)生在多種病理狀態(tài)如高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、血管再狹窄等，抑制病理性血管重塑具有重要臨床意義。研究顯示，多種細(xì)胞活動(dòng)參與了血管重塑的過程，包括細(xì)胞骨架重塑、細(xì)胞增殖、細(xì)胞遷移以及細(xì)胞外基質(zhì)的合成、降解等[2-4]。其中，血管內(nèi)皮損傷是這一系列病理過程的始動(dòng)因素，而血管平滑肌細(xì)胞（vascular smooth muscle cell，VSMCs）的遷移和增殖引起的內(nèi)膜增厚是血管重塑最重要的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。環(huán)磷腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）通路可通過調(diào)控下游效應(yīng)分子來促進(jìn)血管內(nèi)皮修復(fù)、抑制血管內(nèi)膜增生及血小板聚集等，從而抑制血管重塑，但具體機(jī)制尚未明確，本文就該領(lǐng)域的研究進(jìn)展情況作一闡述。

1 cAMP及下游效應(yīng)分子概述

cAMP作為第二信使，可調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能，包括細(xì)胞分化、增殖、凋亡、遷移，也參與調(diào)節(jié)細(xì)胞形態(tài)和骨架重塑[5]。很多細(xì)胞外的刺激因子如激素、神經(jīng)遞質(zhì)、生長(zhǎng)因子都可通過結(jié)合其同源的G蛋白偶聯(lián)受體，激活腺苷酸環(huán)化酶（adenylate cyclase，AC），催化細(xì)胞內(nèi)三磷腺苷（adenosine triphosphate，ATP）生成c AMP[6]。相反，磷酸二酯酶（phosphodiesterases，PDEs）又可催化降解cAMP，從而對(duì)cAMP水平進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)，磷酸二酯酶家族共有11組成員，其中PDE4、PDE7、PDE8特異性作用于cAMP；PDE5、PDE6、PDE9特異性作用于環(huán)磷鳥苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）；PDE1、PDE2、PDE3、PDE10和PDE11對(duì)cAMP和cGMP都有促降解作用[7]。

cAMP主要作用靶點(diǎn)有cAMP依賴蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）和cAMP直接激活的交換蛋白（exchange protein directly activated by cAMP，Epac）兩個(gè)。PKA是一種依賴cAMP的蛋白激酶，是由兩個(gè)催化亞基和兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基組成的四聚體。根據(jù)調(diào)節(jié)亞基的不同，PKA又分為：PKAⅠ和PKAⅡ。當(dāng)每個(gè)調(diào)節(jié)亞基結(jié)合2個(gè)cAMP分子后，四聚體即游離為1個(gè)由調(diào)節(jié)亞基組成的二聚體和2個(gè)催化亞基，后者可磷酸化不同的靶蛋白[8]。PKA的亞細(xì)胞定位主要由A型激酶錨定蛋白（A-kinase anchor proteins，AKAPs）決定，AKAPs可將PKA錨定在合適的亞細(xì)胞區(qū)域，還可引導(dǎo)PKA接近作用底物。此外，AKAPs還可引導(dǎo)PKA和PDEs至共同區(qū)域[9]。Epac是cAMP另一種效應(yīng)分子，有Epac1和Epac2兩種形式，兩者有不同的域結(jié)構(gòu)。Epac1在全身組織都有分布，在卵巢、甲狀腺、腎臟中高表達(dá)；Epac2主要分布在腦、腎上腺，cAMP必須通過Epac作用才能使Rap1（Ras超家族成員）脫離GDP，結(jié)合GTP，表現(xiàn)為活性狀態(tài)，激活下游分子，從而調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、分泌、黏附等[10]。

2 cAMP和血管內(nèi)皮

血管內(nèi)皮由連續(xù)單層內(nèi)皮細(xì)胞組成，參與凝血、血栓形成、平滑肌細(xì)胞功能調(diào)節(jié)、炎癥細(xì)胞的黏附和遷移，可產(chǎn)生具有血管保護(hù)作用的一氧化氮（nitric oxide，NO），這些功能必須依靠單細(xì)胞層結(jié)構(gòu)的完整，而血管內(nèi)皮連接的完整性主要由細(xì)胞間黏附連接和緊密連接維持。血管內(nèi)皮完整性被破壞后，激活了凝血酶系統(tǒng)，導(dǎo)致血小板的黏附和聚集，形成血栓。FANTIDIS等[11]在豬冠狀動(dòng)脈損傷模型中發(fā)現(xiàn)，使用腺苷酸環(huán)化酶激活劑Forskolin后，模型動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)cAMP水平上升，與不給藥的對(duì)照組相比，內(nèi)皮剝脫區(qū)域明顯減小。另外，cAMP可抑制損傷因素誘導(dǎo)的內(nèi)皮炎癥，血管內(nèi)皮炎癥以內(nèi)皮細(xì)胞表面黏附分子的增加及內(nèi)皮通透性增加為主要特征[12]。多種炎癥因子可增加內(nèi)皮的通透性，如內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、腫瘤壞死因子（tumour necrosis factor，TNF）-α、凝血酶、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-16、血管緊張素Ⅱ。細(xì)胞內(nèi)cAMP水平的提高可促進(jìn)抗炎因子如IL-10的表達(dá)，降低促炎癥因子如IL-12的水平[13]。凝血酶可降低內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)cAMP水平且促進(jìn)鈣離子內(nèi)流，導(dǎo)致內(nèi)皮通透性增加，提高cAMP水平可抑制凝血酶誘導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流，從而降低通透性[14]。cAMP還可通過激活PKA-Rac1（小G蛋白超家族成員）途徑重排細(xì)胞骨架，加強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞間連接，當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞PKA或是Rac1活性被抑制之后，內(nèi)皮通透性增加[15]。Park等[16]發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)的顱內(nèi)動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞給予Forskolin或是特異性Eapc1激動(dòng)劑8-Cpt-cAMP處理后，細(xì)胞黏附分子1（intercellular adhesion molecule 1，ICAM-1）表達(dá)上升，但是給予PKA特異性激動(dòng)劑N6-Bnz-cAMP或是抑制劑H-89處理卻沒有影響ICAM-1的表達(dá)，提示cAMP是通過Epac途徑而并非PKA途徑來調(diào)控ICAM-1的水平[16]。LEHRKE等[17]研究也發(fā)現(xiàn)，PDE4抑制劑——羅氟司特是通過Epac途徑而并非PKA途徑來抑制TNF-α，誘導(dǎo)血管黏附分子1（vascular adhesion molecule 1，VCAM-1）的高表達(dá)。Eapc1-Rap1途徑可抑制小G蛋白超家族成員——Ras同源基因家族成員A（ras homolog gene family，member A，RhoA）的活性，且調(diào)節(jié)關(guān)鍵的連接蛋白，包括血管鈣粘連蛋白（VE-cadherin）、連環(huán)蛋白（β-catenin）、緊密連接蛋白加強(qiáng)臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞之間的緊密連接和黏附連接[18-19]。

此外，cAMP途徑可調(diào)控炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)，用腺苷酸環(huán)化酶激動(dòng)劑Forskolin或PDE4抑制劑升高cAMP水平可抑制中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的趨化運(yùn)動(dòng)[20-21]；PKA酶抑制劑可阻止cAMP抑制白細(xì)胞遷移的作用，提示cAMP抑制白細(xì)胞遷移的作用可通過PKA途徑實(shí)現(xiàn)[22-23]。此外，cAMP還可通過抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞中活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）的生成及升高NO水平發(fā)揮內(nèi)皮保護(hù)作用。不對(duì)稱二甲基精氨酸（asymmetric dimethylarginine，ADMA）是一種內(nèi)源性NO合酶抑制劑，可以被二甲基精氨酸二甲胺水解酶（dimethylarginine dimethylaminohydrolase，DDAH）降解，DDAH在內(nèi)皮損傷中扮演重要角色，PDE3/PDE4聯(lián)合抑制劑托拉芬群通過cAMP-PKA途徑可提高DDAH啟動(dòng)子活性、蛋白表達(dá)以及酶活性，促進(jìn)ADMA的失活來提高NO水平，同時(shí)促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞生存和增殖，抑制ADMA誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[24]。

3 cAMP與血管平滑肌細(xì)胞

VSMCs可直接調(diào)節(jié)血管緊張度和血壓，保持血管的完整性，VSMCs的異常增殖和收縮會(huì)導(dǎo)致多種血管疾病：正常狀態(tài)下VSMCs是處于靜態(tài)的，在病理狀態(tài)下如動(dòng)脈粥樣硬化或血管再狹窄，VSMCs向內(nèi)膜遷移且增殖[25-27]。MAASS等[28]在對(duì)6個(gè)孟德爾型高血壓（hypertension and brachydactyly syndrome，HTNB）家族研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，HTNB患者的VSMCs中PDE3基因產(chǎn)生變異，從而導(dǎo)致PDE3磷酸化增強(qiáng)，細(xì)胞內(nèi)cAMP水平降低，導(dǎo)致VSMCs增殖能力增強(qiáng)。研究顯示，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的激活參與了多種血管重構(gòu)的進(jìn)程，血管緊張素Ⅱ已被證實(shí)可誘導(dǎo)VSMCs的遷移、增殖和凋亡[29]。自發(fā)性高血壓大鼠內(nèi)源性血管緊張素Ⅱ的升高可誘導(dǎo)Gi蛋白的表達(dá)，從而降低AC活性，促進(jìn)VSMCs增殖；體外培養(yǎng)的VSMCs給予db-acAMP處理后可拮抗血管緊張素誘導(dǎo)Gi蛋白的高表達(dá)，抑制VSMCs增殖[30]。早期生長(zhǎng)反應(yīng)因子1（early growth response，Egr1）在VSMCs和血管內(nèi)皮細(xì)胞中是細(xì)胞增殖必需的正向調(diào)節(jié)因子。KIMURA等[31]發(fā)現(xiàn)，使用Forskolin刺激細(xì)胞，使cAMP水平提高后通過PKA和Eapc的協(xié)同作用可使血管平滑肌細(xì)胞Egr1蛋白表達(dá)降低，但是內(nèi)皮細(xì)胞中cAMP的上升卻促進(jìn)了Egr1蛋白的表達(dá)，因此，cAMP途徑對(duì)VSMCs和血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖的調(diào)控作用并不相同[31]。

貝前列環(huán)素是一種血管保護(hù)因子，一般臨床上應(yīng)用于肺動(dòng)脈高壓及慢性動(dòng)脈閉塞性疾病的治療。在支架植入的動(dòng)物模型研究中，使用貝前列環(huán)素給藥后可抑制支架區(qū)域的原位血小板聚集和VSMCs增殖，抑制內(nèi)膜增生，減輕支架植入后再狹窄[32]。將前列環(huán)素合酶基因轉(zhuǎn)染至兔球囊損傷頸動(dòng)脈區(qū)域，可降低損傷后動(dòng)脈內(nèi)膜增生；同樣，用前列環(huán)素給藥也可降低損傷后頸動(dòng)脈內(nèi)膜增生[33]。貝前列環(huán)素可提高細(xì)胞內(nèi)cAMP水平且通過cAMP-Eapc-Rap1抑制RhoA活性來調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架重塑，進(jìn)而抑制VSMCs的遷移和內(nèi)膜增生[34]。細(xì)胞內(nèi)cAMP水平的升高還可抑制血管纖維化，cAMP通過激活環(huán)核苷酸陽離子門控通道使細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平上升，進(jìn)而促進(jìn)溶酶體對(duì)Ⅰ型膠原的降解，降低VSMC胞內(nèi)及分泌到胞外Ⅰ型膠原的含量，它不是通過PKA途徑而是Eapc途徑實(shí)現(xiàn)這一功能[35]。

4 cAMP信號(hào)通路和血小板抑制

在損傷因素作用下，如動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂、支架的直接異物刺激、球囊擴(kuò)張及支架釋放產(chǎn)生的機(jī)械張力，血管內(nèi)皮完整性受到破壞，這些均可激活凝血酶系統(tǒng)，導(dǎo)致血小板的黏附和聚集，形成血栓。因此，控制血小板的異常激活對(duì)預(yù)防病理性血栓形成有重要作用。健康血管中，血管內(nèi)皮來源的前列環(huán)素（prostacyclin，PGI2）和NO可抑制病理性血栓形成，內(nèi)皮來源的NO可提高sGC活性，使cGMP水平升高，從而抑制血小板過度激活。與NO不同，PGI2主要通過提高AC酶活性，激活cAMPPKA途徑來抑制血小板的激活[36]。在血管損傷位點(diǎn)，cAMP信號(hào)通路受到抑制[37]，活化的血小板產(chǎn)生二磷腺苷（adenosine diphosphate，ADP），ADP通過結(jié)合Gαi-coupled P2Y12來抑制AC活性，阻止cAMP的生成[38]。凝血酶和血小板反應(yīng)蛋白-1也可激活PDE3A，降解細(xì)胞內(nèi)的cAMP，進(jìn)一步促進(jìn)血小板活化，從而產(chǎn)生級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)[39-40]。多種生物因子如凝血酶、腎上腺素等均可激活血小板，血小板激活因子都需要通過G蛋白偶聯(lián)受體（G proteincoupled receptor，GPCRs）和G蛋白異源三聚偶聯(lián)途徑來激活血小板[41-42]。為應(yīng)對(duì)細(xì)胞外各種信號(hào)，血小板擁有不同種類的GPCRs，血小板包含Gαs和Gαi，在調(diào)節(jié)cAMP方面和其他細(xì)胞相同；血小板抑制劑如前列環(huán)素、前列腺素E1、垂體腺苷酸環(huán)化酶活化肽（pituitary adenylate cyclase activating peptide，PACAP），通過Gαs激活A(yù)C，上調(diào)胞內(nèi)cAMP水平；血小板激動(dòng)劑如凝血酶、腎上腺素是通過Gαi來抑制AC，降低cAMP水平；血小板表達(dá)的Gαz蛋白也可以抑制AC活性及cAMP的生成[43]。

5 總結(jié)和展望

抑制血管重構(gòu)在心腦血管疾病預(yù)防及治療（尤其是介入治療）中發(fā)揮重要作用，越來越多的證據(jù)表明cAMP信號(hào)通路具有心腦血管的保護(hù)作用，cAMP途徑通過促進(jìn)內(nèi)皮修復(fù)，抑制血管炎癥、內(nèi)膜增生和血栓形成來減緩血管重構(gòu)。此外，cAMP途徑的激活還可以減輕缺血性卒中再灌注損傷、心肌梗死后再灌注損傷、抑制心肌重構(gòu)、促進(jìn)神經(jīng)元修復(fù)及生長(zhǎng)、改善卒中后認(rèn)知功能。

目前，可升高細(xì)胞內(nèi)cAMP水平的藥物如PDEs抑制劑在臨床上已應(yīng)用于哮喘、慢性阻塞性肺病、肺動(dòng)脈高壓的預(yù)防和治療，而貝前列環(huán)素在肺動(dòng)脈高壓、慢性閉塞性周圍血管疾病的臨床應(yīng)用也基于激活cAMP通路。已有廣泛的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)都支持cAMP通路可作為動(dòng)脈粥樣硬化、支架置入術(shù)后或機(jī)械取栓后血管再狹窄預(yù)防和治療的靶點(diǎn)，但由于cAMP參與了多種生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)，所以，基于cAMP信號(hào)通路的精準(zhǔn)和局部治療顯得尤為重要。

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