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作用

曾俊中 田國平

急性心肌梗死再灌注時可出現(xiàn)缺血-再灌注(I/R)損傷，導致心肌細胞壞死、凋亡和細胞功能障礙。Apelin是血管緊張素Ⅱ 1型受體(AT1R)相關蛋白(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致的心臟機械功能受損，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；氧化應激；細胞凋亡

血管緊張素Ⅱ 1型受體(AT1R)相關蛋白(APJ)是一種有7個跨膜域、由377個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)皮細胞、血管平滑肌細胞和心肌細胞中，Apelin主要由血管內(nèi)皮細胞分泌產(chǎn)生[4]。研究發(fā)現(xiàn)，Apelin/APJ系統(tǒng)具有擴張血管、降低血壓、增加心肌收縮力、抑制心肌細胞肥大及凋亡、促進血管生成等作用，它與心肌梗死后缺血-再灌注(I/R)損傷密切相關。本文就Apelin/APJ系統(tǒng)在I/R損傷中的心肌保護作用作一介紹。

1 Apelin/APJ的分子生物學特性

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個氨基酸的前體肽原[5]，有多個潛在的翻譯后加工蛋白酶切位點，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，可提高細胞外磷酸化效能及單核細胞-血管內(nèi)皮細胞黏附作用[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胞內(nèi)鈣離子(Ca2+)穩(wěn)態(tài)失衡、活性氧釋放、心臟短暫機械功能障礙或心肌頓抑、心肌細胞凋亡和壞死。

受損區(qū)域心肌細胞的強烈攣縮在肌纖維膜的破裂和細胞死亡中起著關鍵性作用[9]。研究表明，氧化應激和Ca2+超載可以誘導線粒體通透性轉換孔(MPTP)突然開放，促使心肌細胞攣縮[10]。在再灌注的早期，MPTP的開放是再灌注損傷(及細胞死亡)從可逆向不可逆轉變的關鍵步驟，可導致活性氧(ROS)產(chǎn)生、線粒體腫脹、線粒體氧化磷酸化解偶聯(lián)，引起心肌細胞壞死和凋亡[11]。Ca2+超載可激活鈉離子(Na+)/氫離子(H+)轉運蛋白(NHE)及Na+/Ca2+轉運蛋白(NCE)，促使細胞攣縮和MPTP的開放，導致細胞死亡[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、脂類、DNA、RNA，導致細胞功能障礙。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，導致心肌細胞損傷。心肌細胞在經(jīng)歷缺氧和復氧(H/R)后，超氧化物歧化酶(SOD)可以將O2-轉化成過氧化氫 (H2O2)，減少自由基，但當大量的ROS產(chǎn)生時，內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)不足以對心肌起到保護作用。Ca2+超載時，ROS引起的體外脂質過氧化作用會導致心肌細胞嚴重損傷，且脂質過氧化反應的產(chǎn)物4-羥基-2-壬烯醛(HNE)可促進Ca2+超載，進一步加重心肌細胞損傷。ROS引起的氧化應激可直接導致收縮蛋白的氧化修飾，或造成Ca2+超載，間接引起細胞損傷[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，卻不能抑制心肌細胞凋亡，I/R損傷反而可能加重細胞凋亡，擴大梗死面積。

3 Apelin在I/R損傷中的保護作用機制

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，繼而引起細胞內(nèi)Na+、Ca2+水平增加[15]。同時，由Ca2+介導的Ca2+釋放通道雷尼丁受體(RyR)開放也可使細胞內(nèi)Ca2+濃度增加，影響心肌收縮力。此外，NHE引起細胞內(nèi)環(huán)境堿化，可增加肌絲結構對Ca2+的敏感性，從而進一步增強心肌收縮力[16]。

Apelin舒張血管的作用是通過內(nèi)皮細胞釋放一氧化氮(NO)來完成的。Apelin與血管內(nèi)皮細胞上的APJ受體結合，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 信號轉導通路引起細胞內(nèi)Ca2+濃度增加，激活eNOS生成NO[17]，繼而擴張血管。當血管內(nèi)皮細胞功能障礙時，由于不能產(chǎn)生NO，Apelin與平滑肌細胞上APJ受體結合將引起血管平滑肌收縮。這一效應是通過細胞內(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產(chǎn)生的。細胞內(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，細胞內(nèi)Ca2+超載及三磷酸腺苷(ATP)耗竭可導致心肌細胞缺血性攣縮壞死，抑制細胞內(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)生的時間。目前，Apelin改善心肌缺血性攣縮的確切機制尚不明確，可能與細胞內(nèi)Ca2+濃度的調節(jié)及對ATP的影響有關。肌漿網(wǎng)上Ca2+通道開放，細胞膜NHE-NCE系統(tǒng)激活，導致細胞內(nèi)Ca2+濃度增加。Apelin可在NO的介導下增強內(nèi)質網(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可降低細胞內(nèi)Ca2+超載，并改善缺血后心肌的機械功能。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。缺血攣縮的機制與組織ATP減少有關，且上述效應能被糖酵解產(chǎn)生的ATP緩解。這表明外源性Apelin可能通過刺激丙酮酸鹽轉換成丙氨酸，增加糖酵解，從而增加ATP含量。進一步研究發(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 抗氧化應激

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

3.4 抗凋亡

目前凋亡的細胞內(nèi)信號轉導機制已明確，即凋亡是一種受基因調控的、具有能量依賴性的細胞主動死亡的過程。細胞內(nèi)外的各種凋亡誘導因素(如缺血、缺氧、氧化應激、酸中毒刺激等)作用于細胞后，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細胞凋亡的發(fā)生。I/R損傷的機制之一是細胞凋亡觸發(fā)后數(shù)小時內(nèi)發(fā)生的心肌細胞死亡。研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠和人類成骨細胞、大鼠心肌細胞及大鼠神經(jīng)細胞中，Apelin均具有抗細胞凋亡作用。Apelin可激活PI3K-Akt途徑，通過磷酸化多種轉錄因子，抑制凋亡基因的表達而增強抗凋亡基因的表達。在大鼠心肌細胞和神經(jīng)細胞中發(fā)現(xiàn)的細胞外調節(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應用時機

研究發(fā)現(xiàn)，在長時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，并起到保護心肌的作用[23]。然而，Apelin只有在心肌缺血之后應用才有效。

APJ受體和Apelin的表達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的表達均顯著上調，而APJ mRNA表達雖有上調趨勢，但未達統(tǒng)計學意義。該研究組在大鼠心肌廣泛缺血40 min時給予再灌注處理，30 min后發(fā)現(xiàn)APJ mRNA的表達水平上調8倍而APJ蛋白表達水平上調41%。

有研究者認為，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)揮心肌保護作用，但這一觀點尚存在爭議。

5 結語

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

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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