李彤 呼海娟 崔煒

(河北醫(yī)科大學第二醫(yī)院心血管內科河北省心腦血管病研究所,河北 石家莊 050000)

利尿鈉肽系統(tǒng)(natriuretic peptide system, NPS)在慢性心力衰竭(chronic heart failure, CHF)中發(fā)揮重要的代償作用。腦鈉肽(brain natriuretic peptide, BNP)是利尿鈉肽家族的成員之一,在CHF早期,BNP通過排鈉利尿和血管擴張效應,保護心臟免受過高前后負荷的危害。然而,在臨床實踐中發(fā)現(xiàn),隨著CHF程度的加重,循環(huán)中急劇升高的BNP非但未使CHF癥狀得到緩解,反而加劇了水鈉潴留和血管收縮,預示著病情的加重。此外,重組人腦利鈉肽(recombinant human brain natriuretic peptide,rhBNP)作為模擬內源性BNP 生物活性的藥物,在用于血漿BNP水平明顯升高的患者時,療效也并不總是令人滿意。由此不禁聯(lián)想到2型糖尿病的胰島素抵抗現(xiàn)象——CHF時機體是否也對高水平的BNP產生耐受,發(fā)生了“BNP抵抗”?基于這一猜想,首先要了解BNP對水鈉代謝和血管容量的調節(jié)方式,以及CHF患者BNP耐受的潛在機制,這將有助于發(fā)掘治療CHF的新方向。

1 BNP的作用與清除途徑

生理狀態(tài)下,血漿BNP的濃度很低,當心室肌出現(xiàn)容量過載或壓力過載時,心室肌細胞BNP基因的表達將呈爆發(fā)式增加[1]。在正常人血漿中,BNP的主要分子形式是低活性的腦鈉肽前體(proBNP)-108,而不是發(fā)揮主要生物效能的BNP-32,二者在CHF時均明顯升高[2]。利尿鈉肽受體(natriuretic peptide receptor,NPR)-A是BNP的主要結合受體,它是與鳥苷酸環(huán)化酶(guanylyl cyclase,GC)耦聯(lián)的單次跨膜蛋白,由一個N端胞外配體結合區(qū)(450個氨基酸)、一個短疏水跨膜結構域(20～25個氨基酸)和一個C端胞內結構域(570個氨基酸)組成,后者進一步細分為蛋白激酶同源結構域、二聚結構域和GC催化結構域[3]。NPR-A主要分布于腎、腎上腺、回腸末端、脂肪、主動脈和肺組織。當BNP與NPR-A結合后,可催化合成細胞內第二信使環(huán)磷酸鳥苷(cyclic guanosine monophosphate,cGMP),進而激活一系列cGMP結合蛋白,如cGMP依賴型蛋白激酶、cGMP依賴型磷酸二酯酶(cGMP-dependent phosphodiesterase,PDE)和cGMP依賴性離子通道等,共同發(fā)揮多種生理作用[4]。

BNP主要通過NPR-C途徑得以清除。NPR-C在許多細胞類型中都有表達,尤其是內皮細胞和脂肪細胞,它無GC活性,以二聚體形式存在于胞膜上[5],又被稱為“清除受體”。BNP與NPR-A和NPR-C結合后形成配體-受體復合物,該復合物通過一種能量-溫度依賴機制,由網格蛋白包被形成的囊泡迅速內吞入胞內[6-8]。進入胞內的大部分復合物將被溶酶體降解,降解產物釋出胞外;另有約20%的復合物逃脫了溶酶體的降解,受體重新循環(huán)至胞膜,配體則再次進入胞外,二者可繼續(xù)結合參與生理活動的調節(jié)[8-9]。NPR-A與NPR-C的比值對BNP的生物活性起著重要的調節(jié)作用[10]。此外,BNP還可被腦啡肽酶(neprilysin, NEP) 、二肽基肽酶-4和胰島素酶裂解清除[11]。NEP是一種表達于質膜上的鋅依賴酶,存在于肺內皮、腎臟和中性粒細胞中,它可降解包括BNP、緩激肽、血管緊張素(angiotensin,Ang)Ⅰ和Ⅱ及內皮素-1在內的多種肽類。

2 BNP對水鈉代謝和血管容量的調節(jié)

機體對水鈉代謝和血管容量穩(wěn)態(tài)的維持,是通過拮抗系統(tǒng)間的微調協(xié)作和動態(tài)互動來實現(xiàn)的:促進血管收縮和水鈉潴留的神經體液通路主要包括腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)、交感神經系統(tǒng)、內皮素-1和抗利尿激素;促進血管舒張和排鈉利尿的通路主要是NPS和內皮型一氧化氮,其中NPS和RAAS是一對主要的拮抗系統(tǒng)[12]。BNP與NPR-A結合后,可抑制腎小球球旁細胞對腎素的分泌和腎上腺皮質球狀帶對醛固酮的分泌,除此之外,該途徑還可直接拮抗AngⅡ和醛固酮產生的血管收縮和水鈉潴留效應,但其中的具體機制尚不清楚[13]。

BNP還可通過直接的腎臟作用,對水鈉代謝進行調節(jié)。NPR-A在腎血管、腎小球系膜細胞、足細胞和腎小管上皮細胞中都有高度表達[2]。BNP通過擴張入球小動脈和收縮出球小動脈,使腎小球毛細血管壓力升高,增加腎小球濾過率。同時,BNP還能加快腎臟血流速度,抑制RAAS,降低交感神經系統(tǒng)活性,拮抗內皮素-1和抗利尿激素等途徑,協(xié)同發(fā)揮排鈉利尿作用,這一系列作用主要是通過NPR-A信號通路來實現(xiàn)。

在血管系統(tǒng)中,NPR-A主要表達于平滑肌細胞和內皮細胞,后者密度更高。有研究利用Crelox技術對小鼠這兩種細胞中的NPR-A基因進行選擇性消融,以分析究竟是哪種細胞在NPS介導的降壓調節(jié)中起主導作用。對平滑肌細胞進行NPR-A消融后,小鼠在急性應激條件下表現(xiàn)出明顯的高血壓反應,但其慢性動脈血壓水平未發(fā)生變化,這表明平滑肌細胞產生的血管擴張效應主要參與NPS對血壓的急性調節(jié)。與之相反,對內皮細胞進行NPR-A消融后,小鼠出現(xiàn)了慢性高血壓,其血容量增加了11%～13%,這表明NPS通過調節(jié)血管內皮細胞的通透性來維持血容量的長期穩(wěn)定[13-14]。

3 CHF時BNP反應性降低的潛在機制

現(xiàn)已證實,BNP 水平的升高與CHF嚴重程度呈正相關[15-16],BNP水平顯著升高的患者會出現(xiàn)明顯的水鈉潴留和血管收縮體征。此外,大量臨床研究[17-21]表明,將rhBNP用于紐約心功能分級Ⅲ～Ⅳ級的患者時,患者應用rhBNP之前的靜脈血漿BNP水平越高,rhBNP排鈉利尿和改善心功能的療效就越差。這似乎表明,此時高水平的BNP已無法發(fā)揮正常的心臟保護作用,CHF患者已對BNP產生了“抵抗”,對它的反應性降低了。針對這一現(xiàn)象,國內外學者展開了廣泛的研究,提出了諸多可能機制。

3.1 活性BNP的生成減少

人類BNP自心臟分泌后,以較長的proBNP-108形式釋放,隨后在心肌細胞表面被跨膜絲氨酸蛋白酶corin和furin裂解為N末端腦鈉肽前體(NT-proBNP)和BNP-32[22]。proBNP-108、NT-proBNP和BNP-32連同它們的多種截斷片段一起循環(huán)于體內[22-23]。CHF時具有生物活性的BNP-32只占血漿BNP的很小一部分,此時處于高循環(huán)水平的是那些未處理、低活性或無活性的BNP,也正是這部分BNP競爭性地占據(jù)了NPR-A,減弱了BNP對CHF的保護性調節(jié)[22,24]。產生這一現(xiàn)象的可能原因主要有兩方面,其一是CHF時心室中proBNP-108的產生和分泌明顯增加,其靠近裂解位點區(qū)域的O-糖基化抑制了corin和furin的活性[22,25],使得對BNP加工成熟起重要作用的兩種酶無法發(fā)揮作用,致使BNP-32的生成受阻。其二是CHF時二肽基肽酶-4的活性增強,它可將循環(huán)BNP中的N端二肽去除,產生生物活性較低的截短形式并快速被降解,這同樣阻礙了BNP-32的生成。proBNP-108產生cGMP的能力只有BNP-32的1/20～1/10,且其與NPR-C的親和力比BNP-32弱,這使得proBNP-108在循環(huán)中的半衰期更長,然而現(xiàn)有的檢測手段無法將BNP-32與proBNP-108區(qū)分開來。由此可見,盡管CHF時測定的血漿BNP濃度增加,但真正具有生物活性的BNP-32仍相對缺乏,以至無法正常行使對心臟的保護作用[26]。

3.2 BNP的清除增加

在CHF患者的心肌組織中觀察到,NPR-C mRNA的表達增加,且其增加與抑制BNP產生cGMP有關,同時,在左心室輔助設備支持期間的反向重構可使NPR-C mRNA水平正?；?并恢復GC活性和BNP的抗重構作用[27]。來自大鼠模型的證據(jù)顯示,與對照組相比,嚴重CHF時腎NEP的活性顯著增加,腎NEP mRNA的表達增加了3倍,這提示CHF時NEP對BNP的降解作用增強[28]。Fielitz等[29]也發(fā)現(xiàn),CHF患者左心室心肌組織中NEP mRNA的表達量和NEP活性比心功能正常者高約4倍。通過臨床研究[30]證實,抑制NEP可降低CHF患者的住院和死亡風險。

3.3 靶器官對BNP的反應性減弱

Forfia等[31]研究發(fā)現(xiàn),CHF犬血漿cGMP與BNP的比值顯著下降,這提示CHF犬外周血管床中的NPR-A可能出現(xiàn)了下調。Singh等[32]應用放射性標記的利尿鈉肽類似物證實,CHF患者心肌細胞、血管內皮細胞和平滑肌細胞中NPR-A的密度顯著下調。

磷酸化是一種重要的翻譯后修飾方式,對NPR-A的活性調節(jié)至關重要[33]。體內和體外研究[13,34]均表明,AngⅡ、內皮素-1和高濃度的BNP都可使NPR-A去磷酸化而脫敏。然而在實驗性CHF中,腎臟對NPS的低反應雖伴隨著NPR-A表達水平的降低,但其磷酸化狀態(tài)仍被保留[35]。因此,CHF時發(fā)生的NPR-A脫敏,是否還有去磷酸化以外的其他調節(jié)途徑,有待進一步探究。

眾所周知,cGMP可被胞內PDE降解(如PDE5)。在一項應用持續(xù)心房起搏誘導犬發(fā)生心力衰竭的實驗中發(fā)現(xiàn),在心力衰竭時PDE5的活性增強,應用PDE5抑制劑可使血漿cGMP 與BNP比值降低的情況得到改善,但在非心力衰竭動物中無效[31]。

因此,在CHF狀態(tài)下,靶器官的NPR-A表達減少且對BNP的敏感性降低,使得大量BNP無法與足量正常的受體相結合,同時胞內的信號轉導也受到抑制,這些都削弱了BNP對心臟的保護作用。

3.4 拮抗系統(tǒng)對BNP的反調節(jié)

BNP是RAAS的天然拮抗劑,可抑制心肌肥厚和纖維化。正常情況下AngⅡ能刺激BNP的合成與釋放,但隨著CHF的進展,RAAS的慢性過度刺激效應將會壓倒BNP的有益影響,同時削弱BNP的響應能力。研究表明,高水平的AngⅡ可誘導NPR-A下調[19],過量的AngⅠ可使NEP活性顯著增加[36],這些都降低了BNP的生物活性。

交感神經系統(tǒng)會抵消NPS的效應,特別是在腎臟,因為二者在小動脈和腎小管水平有多個共同靶點。與同齡健康受試者相比,CHF患者的全身和心臟交感神經活性均顯著升高[37]。失神經腎中的NPR-A密度高于非失神經腎,且在失神經腎中,與NPR-A相關的 cGMP產量也更高,還表現(xiàn)出更高的腎小球濾過率[38]。

除上述BNP抵抗的機制外,BNP顯著升高的患者還常伴有嚴重的CHF、腎臟充血、腎臟低血流灌注和腎功能受損等情況,這些不利因素均會抑制內源性BNP和rhBNP對腎血管擴張及排鈉利尿的效果。

4 基于提高BNP水平的臨床治療方法

CHF時BNP-32的分泌量相對不足,以至于無法發(fā)揮對機體的保護作用,提高BNP-32的血漿水平似乎是治療CHF的有效方法。通過基因重組技術,人們獲得了與內源性BNP-32具有相同氨基酸序列和空間結構的rhBNP,它可模擬內源性BNP-32 的生物活性,加速血管擴張,改善血流動力學,降低肺循環(huán)壓力,促進排鈉利尿,對CHF起到治療作用。但如前所述,其治療效果會受到BNP嚴重程度的制約。

另有研究發(fā)現(xiàn),抑制NEP可減少BNP降解,提高BNP的血漿水平,但同時也會相應地增強AngⅡ和內皮素-1的拮抗作用[39],因此具有抑制NEP與RAAS雙重效應的血管緊張素受體-腦啡肽酶抑制劑(angiotensin receptor-neprilysin inhibitor,ARNI)便應運而生。沙庫巴曲/纈沙坦是目前唯一可用的ARNI類藥物。2016年更新的心力衰竭指南[40]建議使用ARNI、血管緊張素轉化酶抑制劑或血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑來降低慢性射血分數(shù)降低性心力衰竭患者的發(fā)病率和死亡率,并建議癥狀性紐約心功能分級Ⅱ～Ⅲ級的患者,若能耐受血管緊張素轉化酶抑制劑或血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑,則應更換為ARNI以進一步降低發(fā)病率和死亡率(Ⅰ,B)。隨著對《2017 ACC專家共識決策路徑:優(yōu)化心力衰竭的治療》的聚焦,ARNI類藥物在慢性射血分數(shù)降低性心力衰竭患者中的有益作用得到了更多研究數(shù)據(jù)的支持[41-44]。更新的《2021 ACC專家共識決策路徑:優(yōu)化心力衰竭的治療》[45]將ARNI列為RAAS抑制劑的首選藥物,并指出,當患者符合所有ARNI起始治療標準時,應直接啟動ARNI,而無需用血管緊張素轉化酶抑制劑或血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑進行預處理。

5 小結

人體是一個復雜的有機整體,造成CHF時機體對BNP反應性降低的機制更是環(huán)環(huán)相扣,這其中有太多未知需更深入地研究與發(fā)掘。利用藥理途徑提高CHF時BNP-32的血漿水平,雖能在一定程度上使BNP的有益效能得以延續(xù),但 “BNP抵抗”現(xiàn)象的存在,依然讓增加的BNP不能充分發(fā)揮作用,以至無法達到理想的治療效果。因此,應探尋更有效的治療途徑,扭轉CHF時BNP低效能的狀態(tài),增加機體對BNP的敏感性,例如研制NPR-A激動劑、增敏劑和NPR-C抑制劑等,使BNP能最大程度地發(fā)揮保護機體的作用,得到CHF更加完備的治療方案。