姚　禎　周　洋　周宇宏

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理教研室心血管藥物研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150086

缺血性心肌病治療新靶點(diǎn)Apelin的概述

姚禎周洋周宇宏

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理教研室心血管藥物研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150086

缺血性心肌病的發(fā)病率逐年上升，嚴(yán)重危害人類健康，且可造成沉重的社會(huì)負(fù)擔(dān)。缺血性心肌病治療方法包括血運(yùn)重建、心肌再生、改善心功能和心肌能量代謝。Apelin作為新發(fā)現(xiàn)的分子肽類物質(zhì)，可改善線粒體形態(tài)及功能，有利于保護(hù)心肌。線粒體作為重要的能量供給細(xì)胞器，其分裂與融合的動(dòng)態(tài)平衡是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制，目前已成為缺血性心肌病治療的新靶點(diǎn)。本文就線粒體的分裂與融合及Apelin在缺血性心肌病中的作用作一綜述。

缺血性心肌??；線粒體分裂：線粒體融合；Apelin

［Abstract］The incidence of ischemic heart disease is increasing in recent years，which brings serious harmless to human health and causes heavy social burden.Treatments of ischemic heart disease include revascularization，myocardial regeneration，improving heart function and energy metabolism.Apelin，as molecular peptides newly discovered，can improve mitochondrial morphology and function and play a crucial role in cardiovascular diseases.Mitochondria are major energy supply organelles，whose dynamic balance of fission and fusion is a significant mechanism for maintaining cellular homeostasis，which have become a new target for the treatment of ischemic heart disease now.This paper reviews the mitochondrial fission and fusion，and the effect of Apelin in ischemic cardiomyopathy.

［Key words］Ischemic cardiomyopathy；Mitochondrial fission；Mitochondrial fusion；Apelin

據(jù)報(bào)道，心血管疾病是造成老年人死亡的主要病例之一，且呈逐年上升趨勢(shì)［1］。其中缺血性心肌病是一種典型的心血管疾病，是指由冠狀動(dòng)脈粥樣硬化引起長(zhǎng)期心臟缺血的一類冠心病，該病會(huì)加重心臟的負(fù)擔(dān)，當(dāng)負(fù)擔(dān)加重一定程度后會(huì)出現(xiàn)心力衰竭，危害極大。目前單純的內(nèi)科藥物治療不能完全使患者康復(fù)。經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療［2］可以快速有效地改善心肌缺血，但是術(shù)后容易發(fā)生多支血管病變、慢性閉塞病變、支架術(shù)后血栓、支架內(nèi)再狹窄等復(fù)雜的并發(fā)癥，因此亟需尋找安全有效的治療缺血性心肌病的新靶點(diǎn)。

1　Apelin——新型心血管保護(hù)分子肽

Apelin是一種純化的G蛋白偶聯(lián)受體APJ的內(nèi)源性配體，該配體最早由Wei等［3］提取自牛胃的分泌物［4］，Apelin-12、Apelin-13和Apelin-36是純化內(nèi)源性Apelin的三種主要形式［5］，其中Apelin-13是G蛋白偶聯(lián)受體APJ的最主要內(nèi)源性配體。Apelin在心臟、腎、腎上腺、肺的血管內(nèi)皮細(xì)胞中Apelin表達(dá)較高［6］，在免疫炎癥、心血管調(diào)節(jié)、能量代謝、神經(jīng)功能等方面占舉足輕重的地位。近些年發(fā)現(xiàn)Apelin在心血管中的作用日益顯著，將有可能成為臨床上心血管疾病治療的新藥。

Apelin在心血管系統(tǒng)中能夠有效減少左心室前負(fù)荷，從而增強(qiáng)心肌收縮力。Apelin可能通過(guò)NO-cGMP途徑使線粒體的數(shù)量增加，心肌的能量供應(yīng)增多，改善心肌的收縮功能［7］。心肌缺血后的短期內(nèi)Apelin表達(dá)會(huì)迅速上調(diào)，線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放，線粒體解偶聯(lián)，大量ATP消耗，細(xì)胞死亡。心肌缺血早期外源給予Apelin可降低心臟梗死面積；再灌注后Apelin的水平恢復(fù)至正常水平［8］，提示Apelin對(duì)心臟發(fā)揮保護(hù)作用，其機(jī)制可能與Akt/eNOS途徑以及p44/42促分裂原活化蛋白激酶的磷酸化有關(guān)［9］，并且延遲線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放［10］。NO能夠介導(dǎo)Apelin-12對(duì)缺血再灌注損傷的保護(hù)作用［11］。Tao等［12］證實(shí)Apelin可以通過(guò)激活PI3K/Akt、MAPK、ERK途徑來(lái)減少缺血再灌注損傷。Apelin-l3不僅保護(hù)缺血缺氧后的心肌細(xì)胞，對(duì)于心肌干細(xì)胞同樣發(fā)揮保護(hù)作用，增強(qiáng)對(duì)受損心肌干細(xì)胞的動(dòng)員和增殖，提高生存率，修復(fù)受損心臟，改善心臟功能［13］。心臟重構(gòu)的過(guò)程中Apelin減少線粒體活性氧（ROS）的產(chǎn)生，阻止過(guò)多的ROS觸發(fā)細(xì)胞程序性死亡［14］。Apelin心肌缺血再灌注損傷發(fā)揮保護(hù)作用的機(jī)制是與PKC、PI3K、MEK1/2、NOS和心肌細(xì)胞膜上的Na+/H+和Na+/Ca2+交換泵有關(guān)［15］。

在線粒體途徑中，Apelin-13阻滯線粒體去極化，維持線粒體膜電位，細(xì)胞色素C釋放和Caspase-3的激活，減少ROS的產(chǎn)生，阻止細(xì)胞的線粒體凋亡途徑［16-17］。Apelin-13通過(guò)RISK-GSK-3β-mPTP通路保護(hù)缺血再灌注的心臟，Apelin-13的保護(hù)機(jī)制可能是GSK-3β的失活，PI3K/AKT激活ERK1/2可能抑制mPTP線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放，此過(guò)程涉及到RISK再灌注補(bǔ)救激酶途徑［18］。在Yamamoto等［19］的研究中，Apelin-l3和Apelin-36具有減少線粒體滲透性孔隙開放時(shí)間的作用，這對(duì)于心臟的保護(hù)具有重要的意義。

由此可知，Apelin與APJ結(jié)合通過(guò)PI3K的磷酸化和Akt的磷酸化途徑或者通過(guò)SHP2、Grb2、p44/42的磷酸化（MAPK）途徑，阻止線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放和線粒體解偶聯(lián)，能夠選擇性地減少線粒體的ROS和心肌凋亡，對(duì)缺血心臟代謝和心臟功能都有改善作用，Apelin可開發(fā)成為缺血性心肌病的潛在藥物［20］。

2　線粒體的分裂與融合

線粒體的雙層膜結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外依次是基質(zhì)、內(nèi)膜、膜間隙和外膜線粒體膜，一直維持著不斷分裂和融合的動(dòng)態(tài)平衡。線粒體主要具有以下三個(gè)功能：生成三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），作用是給細(xì)胞提供足夠的能量，從而保持細(xì)胞的正常代謝功能；生成并調(diào)節(jié)ROS；調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣離子，維持細(xì)胞鈣調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。其中提供大量的ATP來(lái)維持細(xì)胞正常的生命活動(dòng)是線粒體的最主要功能，因此從某種意義上說(shuō)，線粒體也可視為能量的源泉，在細(xì)胞的眾多細(xì)胞器中占首要位置。心臟是一個(gè)能量輸出最大、代謝旺盛的器官，心肌代謝的能量90%來(lái)源于游離脂肪酸和葡萄糖氧化代謝，其中葡萄糖代謝最主要。心肌缺血缺氧時(shí)線粒體發(fā)生損傷，葡萄糖的有氧呼吸發(fā)生障礙，此時(shí)心肌的能量來(lái)源是葡萄糖的無(wú)氧呼吸，但無(wú)氧呼吸同時(shí)可產(chǎn)生乳酸，對(duì)心臟產(chǎn)生不可逆的損傷。

線粒體的分裂、融合、運(yùn)輸以及自噬是線粒體常見的線粒體動(dòng)態(tài)變化，其中線粒體的分裂和融合是最主要的動(dòng)態(tài)變化。維持線粒體動(dòng)態(tài)平衡是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制［21］。病理?xiàng)l件下，當(dāng)分裂、融合一方活性被抑制，另一方活性將顯著增強(qiáng)，線粒體動(dòng)態(tài)學(xué)平衡被破壞導(dǎo)致線粒體的功能障礙［22］，可引起如阿爾茨海默病、帕金森病和亨廷頓?。?3］等神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，以及如高血壓病、心力衰竭和心肌缺血再灌注損傷等心血管系統(tǒng)疾?。?4］。

線粒體分裂可增加線粒體的數(shù)量和分布，對(duì)調(diào)控細(xì)胞內(nèi)不同部位的鈣離子水平、膜電位的維持及神經(jīng)元細(xì)胞器的運(yùn)輸?shù)染兄匾饬x［25］。Drp1、Fis1和Mff是調(diào)節(jié)分裂活動(dòng)的三種典型蛋白質(zhì)［26］。其中Fis1主要分布在線粒體的外膜上，招募Drp1到線粒體上形成指環(huán)狀結(jié)構(gòu)，將線粒體擠壓斷裂。線粒體融合的蛋白有Mfn-1、Mfn-2和OPA-1。相比線粒體分裂過(guò)程而言，線粒體的融合要復(fù)雜的多，線粒體的融合包括線粒體在胞質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)和膜結(jié)構(gòu)的改變、兩個(gè)線粒體外膜的相互融合、線粒體內(nèi)膜的對(duì)接和相互融合、線粒體DNA和基質(zhì)的融合。線粒體通過(guò)融合交換細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)，通過(guò)分裂產(chǎn)生新的線粒體。

3　線粒體異常分裂與心臟疾病

近幾年大量的研究發(fā)現(xiàn)線粒體分裂和融合與細(xì)胞凋亡有著密不可分的聯(lián)系。在線粒體凋亡的初始階段，線粒體外膜的分裂位點(diǎn)聚集了大量的Drp1蛋白，同時(shí)開始出現(xiàn)明顯的片段化結(jié)構(gòu)，之后細(xì)胞色素C開始釋放，同時(shí)Caspase激活，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。由于心肌細(xì)胞具有不可再生的特性，心肌細(xì)胞凋亡對(duì)維持心臟功能構(gòu)成極大的威脅，由此可知線粒體分裂對(duì)心臟功能的重要性。

缺血再灌注致心肌梗死模型中，Peng等［27］發(fā)現(xiàn)心肌缺血再灌注后心肌細(xì)胞ATP含量明顯減少，Drp1含量明顯升高，而心肌細(xì)胞的ATP含量則明顯減少，線粒體發(fā)生損傷，主要表現(xiàn)為線粒體通透性轉(zhuǎn)化孔的開放時(shí)間明顯延長(zhǎng)、線粒體膜出現(xiàn)破裂現(xiàn)象以及細(xì)胞色素C的釋放。Ong等［28］發(fā)現(xiàn)抑制Drp1表達(dá)有利于抑制缺血心肌細(xì)胞凋亡，減少心肌梗死面積以及抑制線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔（mPTP）開放。因此推測(cè)通過(guò)抑制Drp1的去磷酸化減少線粒體分裂，從而減少心肌細(xì)胞凋亡，能夠有效保護(hù)心臟。Zepeda等［29］用Drp1K38A腺病毒使Drp1失去功能后，發(fā)現(xiàn)小鼠心肌梗死面積減少，耗氧量下降幅度較大，ATP下降幅度不明顯，說(shuō)明抑制Drp1可保護(hù)心臟，促進(jìn)線粒體能量代謝。Brady等［30］發(fā)現(xiàn)HL-1細(xì)胞在缺氧/復(fù)氧后，異常分裂的線粒體數(shù)量增多；轉(zhuǎn)染Drp1K38A（Drp1的突變體）后，線粒體分裂的數(shù)目減少，線粒體通透性轉(zhuǎn)化孔的開放減少。應(yīng)用Mdivi-1（Drp1特異性抑制劑）對(duì)于線粒體分裂具有明顯的抑制作用。給予mdivi-1的缺血再灌注小鼠組織中心臟梗死面積減少，電鏡觀察拉長(zhǎng)的纖絲間線粒體的比例增加。以上都可以說(shuō)明缺血性心肌病與線粒體分裂密切相關(guān)，線粒體分裂引發(fā)更嚴(yán)重的線粒體功能紊亂，使缺血心肌細(xì)胞損傷加重。

在大鼠的心肌肥厚模型中，Pennanen等［31］發(fā)現(xiàn)當(dāng)線粒體的平均體積下降時(shí)，每個(gè)細(xì)胞中含有的線粒體的數(shù)量出現(xiàn)增加的現(xiàn)象，而線粒體總量的增加則會(huì)減少肌原纖維的體積，從而導(dǎo)致心臟的收縮能力減弱。在此過(guò)程中，若提高胞漿的Ca2+，激活鈣調(diào)磷酸酶，促使裂變蛋白Drp1遷移到線粒體，引發(fā)線粒體分裂，最終導(dǎo)致心肌肥大。這個(gè)模型說(shuō)明線粒體的分裂與胞漿Ca2+濃度有一定的關(guān)系，胞漿的Ca2+濃度也能使得缺血性心肌病的線粒體發(fā)生分裂，這個(gè)模型也闡明了線粒體動(dòng)力學(xué)對(duì)在新陳代謝重構(gòu)和心肌肥大中的重要性。

Ashrafian等［32］報(bào)道小鼠擴(kuò)張性心肌病模型Drp1蛋白變異，線粒體分裂減少，Drp1氧化磷酸化程度降低以及心臟ATP含量的降低，而且作者提出能量短缺可能會(huì)對(duì)治療心臟病有幫助，減少心臟重構(gòu)。

Sharp等［33］發(fā)現(xiàn)小鼠心臟驟停模型Drp1S637去磷酸化和Drp1聚集導(dǎo)致的線粒體分裂都會(huì)引起ROS增加，導(dǎo)致線粒體形態(tài)學(xué)改變和心臟功能損傷。給予Mdivi-1可以逆轉(zhuǎn)Drp1的線粒體分裂對(duì)心臟的損傷作用，對(duì)維持線粒體正常形態(tài)和保護(hù)心臟功能都有保護(hù)作用。研究結(jié)論和缺血再灌注模型相似。

綜上所述，Drp1已成為缺血性心肌病的治療新靶點(diǎn)，通過(guò)抑制線粒體分裂蛋白Drp1發(fā)揮對(duì)心臟的保護(hù)作用。

4　展望

線粒體的分裂-融合動(dòng)態(tài)變化隨心臟所需的能量而改變，但是異常的線粒體分裂導(dǎo)致線粒體片段化增多，影響心臟的正常收縮和射血。缺血性心肌病發(fā)病率逐年升高，尋找安全有效的治療方法迫在眉睫。近年來(lái)Apelin的心血管作用已成研究重點(diǎn)，尤其對(duì)缺血性心肌病有顯著的改善作用，其機(jī)制與抑制缺氧導(dǎo)致的心肌細(xì)胞線粒體分裂、減少線粒體損傷、保護(hù)心肌細(xì)胞有關(guān)。Apelin可能會(huì)成為新一代的保護(hù)缺血性心肌病的高效藥。

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Review of Apelin-a new target of ischemic cardiomyopathy

YAO Zhen ZHOU Yang ZHOU Yuhong
Department of Pharmacology，College of Pharmacy，Harbin Medical UniversityKey Laboratory of Cardiovascular Medicine Research，Heilongjiang Province，Harbin150086，China

R542.22

A

1673-7210（2016）09（c）-0043-04

2016-06-24本文編輯：張瑜杰）

中國(guó)博士后科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目（2014M56 1377）。

周宇宏（1976.11-），女，博士，教授；研究方向：心血管藥理學(xué)。