張昌琳綜述，喬樹賓審校

Apelin-APJ系統(tǒng)在心肌肥厚發(fā)生發(fā)展過程中作用的研究進展

張昌琳綜述，喬樹賓審校

心肌肥厚是心臟對過度負荷所產生的一種適應性反應。在壓力或容量負荷過度性疾病中（如高血壓、瓣膜性心臟病以及冠心?。┑陌l(fā)生、發(fā)展過程中，都可以出現(xiàn)心肌肥厚，并最終導致心律失常、心力衰竭甚至猝死。心肌肥厚是心血管死亡率升高的一個獨立危險因素。Apelin是一種生物活性肽，是G蛋白偶聯(lián)受體APJ的內源性配體。Aplien-APJ系統(tǒng)在體內廣泛存在，目前研究表明Apelin通過其受體APJ，具有強心、利尿、擴血管等維持心血管穩(wěn)態(tài)的作用，對于改善心力衰竭患者的血液動力學狀態(tài)具有良好的作用。此外，近年來有研究表明，Apelin在心肌肥厚的發(fā)生、發(fā)展中起著重要的作用。Apelin可通過多種不同的信號通路來預防、抑制以及逆轉多種因素所致的心肌肥厚；而其受體APJ除了介導Apelin對心肌肥厚的抑制作用外，還可通過獨立于Apelin的信號通路介導對機械牽張及靜水壓誘導的心肌肥厚反應。本文就Apelin-APJ系統(tǒng)在心肌肥厚發(fā)生、發(fā)展過程中的作用及其潛在機制進行綜述。

Apelin；APJ；心肌肥厚

Apelin-APJ系統(tǒng)在全身各組織中分布廣泛，生理及病理生理作用豐富。近年來有研究表明，Apelin-APJ系統(tǒng)在心肌肥厚與纖維化的發(fā)生、發(fā)展過程中起著非常重要的作用，應用外源性Apelin可通過多種機制減輕、阻斷甚至逆轉心肌肥厚的發(fā)生與發(fā)展，提示其可以改善心力衰竭過程中的心肌重塑，從而有望成為心力衰竭治療的一類重要的新型藥物。

1 心肌肥厚

心肌肥厚是心臟對生理及病理性負荷過度的一種適應性反應。從病理生理學角度來說，心肌肥厚分為生理性肥厚與病理性肥厚。生理性肥厚是指體育鍛煉和妊娠等所致的心肌肥厚，這種肥厚是可逆的[1]。而病理性肥厚是指存在高血壓、冠心病、心肌病以及結構性心臟?。ㄈ缧呐K瓣膜病）等疾病時心臟對長期壓力或容量負荷過度而出現(xiàn)的心肌肥厚反應，這種肥厚傳統(tǒng)認為多是不可逆的，但目前也有研究表明是可逆的[1,2]。心肌病理性肥厚可引起心臟舒張和收縮功能不全，最終導致心力衰竭、心律失常甚至猝死[1]。病理性肥厚中出現(xiàn)心房利鈉肽（ANP）、B型利鈉肽（BNP）、β-肌球蛋白重鏈（β-MHC）和α-骨骼肌動蛋白等胚胎基因表達上調，而心肌細胞內質網鈣三磷酸腺苷酶（SERCA2a）和α-肌球蛋白重鏈（α-MHC）等收縮功能相關蛋白表達下降，最終導致心臟收縮功能減低[2,3]。上述胚胎基因的再表達在心肌肥厚發(fā)生、發(fā)展過程中起著非常重要的作用[3]。目前研究表明，許多刺激因素可通過多種不同的作用信號轉導機制引起心肌肥厚反應。

2 Apelin-APJ系統(tǒng)

Apelin是一種生物活性肽，最初由牛胃提取物中分離出來，是G蛋白偶聯(lián)受體APJ的內源性配體。人類Apelin基因APLN位于X染色體q25-26.1段，其編碼產物為含有77個氨基酸的前體肽，隨后被裂解為不同氨基酸長度的片段，包括有Apelin-12、Apelin-13、（Pyr1）Apelin-13、Apelin-16、

Apelin-17、Apelin-19和Apelin-36[4,5]。APJ是一個具有377個氨基酸、7次跨膜域的Gi蛋白偶聯(lián)受體，其與血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）的1型受體有相似的序列同源性及組織分布[5,6]。目前已經證實，Apelin-APJ系統(tǒng)在心血管系統(tǒng)調控、能量代謝、體液平衡、血管生成、腫瘤以及神經內分泌應激等過程中起著重要作用[7-9]。在心血管系統(tǒng)中，APJ受體分布于內皮細胞、平滑肌細胞和心肌細胞。Apelin可引起內皮依賴性的一氧化氮（NO）介導的血管擴張作用并降低血壓，在內皮功能不全時直接作用于血管平滑肌引起血管收縮[4]。Apelin是迄今為止最強效的正性肌力物質，而且發(fā)揮正性肌力作用時不導致心肌肥厚[4]，同時Apelin可抑制抗利尿激素（ADH）的分泌，并拮抗ADH血管收縮與抗利尿作用[10]。

Apelin與許多心血管病的發(fā)生、發(fā)展密切相關，包括高血壓、冠心病、心律失常、肺動脈高壓和心力衰竭[11-16]。目前有許多研究表明，在心力衰竭患者及動物模型中，Apelin血漿及心肌表達水平與APJ的心肌表達水平較正常對照組均明顯下降[17]。短期靜脈應用Apelin可改善狗嚴重心力衰竭模型的左室收縮功能[15]。在紐約心臟協(xié)會（NYHA） 心功能Ⅱ～Ⅲ級的慢性心力衰竭患者中，短期應用（6分鐘/次）外源性Apelin可擴張冠狀動脈與外周血管，降低外周阻力，增加心輸出量，而不加快心率[16]；長期輸注（6小時）Apelin可起到同樣的效果[5]。與傳統(tǒng)血管擴張劑不同，Apelin在心力衰竭患者中并不引起顯著血壓下降，而且不引起反射性心率加快。因此從臨床角度來說，Apelin-APJ系統(tǒng)可能會成為目前慢性心力衰竭最佳藥物治療的有益補充[5,15]。

3 Apelin-APJ系統(tǒng)與心肌肥厚

近年來有研究表明，Apelin-APJ系統(tǒng)在心肌肥厚發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮了重要的作用，應用Aeplin可減輕多種因素所致的心肌肥厚或纖維化。

研究顯示，通過高鹽飲食造模的左心室肥厚大鼠的血漿與心肌內Apelin表達較對照組無明顯差異，進一步發(fā)展為心力衰竭后大鼠血漿與心肌組織內的Apelin較對照組明顯下降[6]。大鼠心肌組織APJ在左心室肥厚期較對照組顯著升高，而在心力衰竭期明顯降低。大鼠體內短期應用大劑量AngⅡ可引起心肌肥厚，心肌組織Apelin mRNA表達下降；同時進行的小劑量AngⅡ輸注實驗提示這種影響Apelin表達的作用獨立于AngⅡ升高血壓的作用。應用血管緊張素Ⅱ 1型受體阻斷劑后，大鼠心肌組織的Apelin與APJ mRNA表達均增加。

Foussal等人的研究表明，Apelin可通過激活過氧化氫酶而阻斷氧化應激相關的心肌肥厚[18]。研究表明，Apelin預處理可抑制五羥色胺（5-HT）引起的過氧化氫生成，這種抑制作用是通過激活過氧化氫酶（catalase）來實現(xiàn)的。通過結扎升主動脈造成的小鼠心肌肥厚模型中，小鼠心臟重量與體重比值（HW/BW）、心肌細胞橫截面積以及超聲心動圖檢查測定的左心室壁厚度都明顯增加，而經Apelin治療（0.1 μmol/kg/d）4周后，上述指標都明顯降低。總之，Apelin通過激活catalase而發(fā)揮抗心肌肥厚作用，為未來心力衰竭的抗氧化治療策略提供了新的思路。

目前認為，Apelin作為一種脂肪因子，在調節(jié)能量代謝中起到了非常重要的作用。4周齡的立特艾比拉特洛波（C57BL/6J）小鼠給予高脂飲食6個月后，再應用Apelin腹腔注射治療兩周[19]。結果顯示，高脂飲食可引起小鼠體重增加、心肌重量增加、超聲心動圖測定的左心室舒張末期內徑與左心室質量增加，心臟短軸縮短率降低，而Apelin治療可顯著改善上述指標。此外，高脂飲食可引起心肌肥厚標志物神經鈣蛋白A、心臟轉錄因子GATA 4與活化T細胞核因子3（NFATC3）明顯增加，組織學檢測的心肌細胞橫截面積也明顯增加，而Apelin治療可明顯抑制上述心肌肥厚作用。高脂飲食使心肌細胞長度顯著增加，心臟收縮及舒張功能明顯減低，Apelin可逆轉上述過程。此外，Apelin可使高脂飲食所引起的心肌細胞內鈣離子瞬變能力明顯改善，這種作用可能與Apelin刺激高脂飲食所降低的SERCA2a的表達有關?？傊?，高脂飲食所引起的肥胖相關心肌肥厚和收縮功能不全可被外源性Apelin治療減輕或逆轉。該研究可能為未來臨床應用Apelin治療肥胖相關心臟并發(fā)癥提供基礎。

心肌纖維化重塑與心力衰竭進展密切相關，而且增加病死率。轉化生長因子β（TGF-β）可使心臟成纖維細胞分化為肌纖維母細胞，肌纖維母細胞以表達α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）與分泌細胞外基質（ECM，主要為Ⅰ型與Ⅲ型膠原）為特征。研究顯示，體外培養(yǎng)的原代小鼠心臟成纖維細胞加入Apelin，可使TGF-β誘導的α-SMA表達減少，而且這種作用呈劑量依賴性[20]。應用Apelin處理可使總膠原纖維沉積明顯減少。Apelin這種抑制TGF-β誘導的纖維化反應可能是通過抑制TGF-β對鞘氨醇激酶-1（SphK1）的激活作用有關。不僅如此，Apelin還可通過激活AMP活化蛋白激酶（AMPK），抑制SphK1的活性，這種作用是獨立于TGF-β的。該研究提示Apelin治療可阻斷心肌肥厚、心肌纖維化以及收縮功能不全的進展，并首次證明了Apelin可通過SphK-1依賴性的機制抑制TGF-β誘導的心臟成纖維細胞的活化。

研究表明，APJ基因敲除（APJ-KO）小鼠在結扎主動脈（TAC）后出現(xiàn)心肌病理性肥厚反應[21]，表現(xiàn)為：APJ-KO小鼠在TAC初期心肌質量增加；但同樣接受TAC的野生型小鼠HW/BW、心肌細胞體積與纖維化程度都明顯減低，而心臟短軸縮短率無明顯下降。然而，Apelin基因敲除（Apelin-KO）小鼠接受TAC后不出現(xiàn)心肌肥厚，提示APJ受體存在獨立于Apelin的信號轉導途徑。Apelin通過作用于其細胞膜受體APJ，引起偶聯(lián)蛋白Gαi活化，使得腺苷酸環(huán)化酶活性降低，進一步使細胞內環(huán)腺苷酸水平降低，從而發(fā)揮其生理及病理生理作用。進一步的研究表明牽張可激活APJ受體，升高細胞內β-抑制蛋白，從而引起了心肌細胞的肥厚反應。加用Apelin后，牽張所致的心肌細胞肥厚反應明顯減低。上述研究數(shù)據表明，APJ具有可分別介導Apelin與機械牽張信號刺激的雙重功能受體。通過感受這些不同信號刺激的平衡狀態(tài)，APJ在持續(xù)壓力負荷所致心肌肥厚形成過程中起著非常重要的作用。

在由腹主動脈縮窄造成的SD大鼠左心室肥厚模型中，大鼠肥厚的左心室心肌組織中Apelin、APJ、磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）與Akt（一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶）及其磷酸化產物表達均明顯升高[22]。離體H9c2大鼠心肌細胞接受靜水壓（180 mmHg，1 mmHg=0.133 kPa）處理48小時后，心肌細胞直徑、體積與蛋白含量均較對照組明顯增加，而應用APJ特異性的短發(fā)夾RNA處理阻斷了上述變化，提示APJ受體作為一種壓力感受器，促進了大鼠心肌肥厚的發(fā)生。進一步的研究顯示可能的作用機制為，APJ將靜水壓刺激轉換為PI3K-自噬旁路的激活，引起心肌肥厚。然而遺憾的是，該研究并未應用Apelin干預靜水壓刺激-APJ--PI3K-自噬旁路，從而Apelin對該通路所引起的心肌肥厚反應的作用不得而知，需要未來進一步的研究進行驗證。

Falc?o-Pire I等對大鼠心肌肥厚模型及因癥狀性主動脈瓣狹窄行換瓣術患者的血漿Apelin及心肌組織中的Apelin與APJ表達情況進行了研究[23]。結果表明，盡管心肌組織中的Apelin和APJ表達較對照組減少或無變化，但在大鼠心肌肥厚模型及主動脈瓣狹窄患者中血漿Apelin表達均有升高趨勢，而且血漿Apelin水平與左心室心肌質量指數(shù)（LVMI）和平均跨瓣壓差呈正相關，與主動脈瓣面積指數(shù)呈負相關。上述結果表明，在肥厚的心肌組織中，Apelin-APJ系統(tǒng)表達下降，而血漿Apelin有升高的趨勢。結合Apelin本身具有的正性肌力作用及血管擴張作用，提示血漿Apelin升高可能是一種代償反應。此外，由于Apelin與主動脈瓣狹窄患者的LVMI和平均跨瓣壓差呈正比，與主動脈瓣膜面積呈反比，提示血漿Apelin水平可能成為心肌肥厚及主動脈瓣狹窄程度的有效標志物。

筆者所在研究團隊（阜外心血管病醫(yī)院冠心病診治中心）周穎等的研究表明[24]，Apelin可能通過鈣離子介導的鈣調神經磷酸酶calcineurin-NFAT和鈣調蛋白依賴的蛋白激酶Ⅱ信號通路，劑量依賴性地抑制AngⅡ誘導的體外心肌細胞肥大。周穎等進一步對Apelin在肥厚型心肌病轉基因小鼠心肌肥厚及心肌纖維化中的作用及其機制進行了探索，結果表明：Apelin可能通過TGF-β1/smads信號通路，改善cTNTQ92轉基因小鼠的心肌細胞排列紊亂、減少膠原蛋白表達、減低膠原體積分數(shù)以及抑制心肌纖維化，并最終改善心臟收縮與舒張功能（結果尚未發(fā)表）。

4 小結

總之，近年來大鼠和小鼠的實驗及體外研究表明，多種

刺激因素（包括高鹽飲食、高脂飲食、牽張、靜水壓、AngⅡ、5-羥色胺、主動脈結扎、TGF-β與肥厚型心肌病轉基因）所致的心肌肥厚與纖維化模型中，Apelin-APJ系統(tǒng)血漿及心肌表達水平發(fā)生變化或不變，應用外源性Apelin處理可通過多種不同的信號轉導途徑，減輕、阻斷甚或逆轉上述因素所致的心肌肥厚及纖維化反應，且這種作用呈劑量依賴性。

5 對未來研究的展望

Apelin不僅具有改善心力衰竭期血液動力學的作用，而且能防止或逆轉心室肥厚，從而預防心室肥厚進展到臨床心力衰竭。然而需要注意的是，目前在各項心肌肥厚研究中，所用的Apelin劑量不同且給藥方式不一致，進一步的研究應探索最佳有效劑量及合適的給藥途徑，另鑒于Apelin作用的多效性，應明確Apelin是否具有毒副作用。

Apelin目前在心肌肥厚中的研究僅局限于小型動物包括小鼠及大鼠，然而由于物種的差異性，Apelin對心肌肥厚的預防及逆轉作用是否對大型動物或人類同樣有效，均需要逐步的實驗來驗證。

APJ可直接介導壓力負荷及牽張刺激，從而通過獨立于Apelin的不同信號通路引起心肌肥厚[21,22]。此外，近來有研究表明，Toddler與ELA可能是除Apelin之外APJ的第二類配體[25,26]。這表明了Apelin-APJ系統(tǒng)的復雜性，未來除了進一步明確Apelin-APJ在心肌肥厚形成過程中可能的下游信號通路，還需要注意對除Apelin之外的其他APJ相關刺激因素與配體對Apelin-APJ系統(tǒng)作用的影響。

Falc?o-Pires等的研究顯示，血漿Apelin水平可能成為心肌肥厚及主動脈瓣狹窄程度的有效血液學標志物[23]。未來的研究應在各種不同原因所致心肌肥厚的人群中，納入足夠數(shù)量的患者，明確血漿Apelin是否可以成為心肌肥厚、主動脈瓣狹窄或左心室流出道梗阻程度的有效血液學標志物。

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2014-12-29）

（編輯：朱柳媛）

100037 北京市，北京協(xié)和醫(yī)學院 中國醫(yī)學科學院 國家心血管病中心 阜外心血管病醫(yī)院 冠心病診治中心

張昌琳 主治醫(yī)師 博士研究生 主要研究方向為冠心病和肥厚型心肌病 Email: frybe@163.com 通訊作者：喬樹賓 Email: qsbfw@sina.com

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A

1000-3614（2015）04-0398-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.04.024