前列腺素E2与心脏重构*

刘双综述，盛红专、朱健华审校

前列腺素E2与心脏重构*

刘双综述，盛红专、朱健华审校

前列腺素E2（PGE2）作为重要的脂类介质，在人体各组织器官中广泛分布，通过4种功能各异的G 蛋白偶联受体，PGE2参与了许多生理病理过程。近年研究表明，PGE2在多种疾病所致的心脏重构过程中发挥重要的作用。因此，研究PGE2生物合成途径，评估PGE2各受体在相关疾病中的作用机理，可以为心脏重构的防治提供新的线索。

前列腺素E2；心脏重构；心脏肥厚；心肌梗死

心脏重构通常发生在高血压、缺血性损伤、炎症反应等病理状态下，早期表现为心肌肥厚和间质纤维化，进一步可发展为室壁变薄和心室扩张等晚期表征[1]，严重影响了心脏收缩功能和能量利用，最终引发心力衰竭、心律失常甚至猝死[2]。因此，了解其分子机制，对改善心脏重构的预后具有重要意义。

前列腺素E2（prostaglandin E2, PGE2）是花生四烯酸在环氧合酶（cyclooxygenases, COXs）及前列腺素E2合成酶（prostaglandin E2synthase, PGES）这两种关键酶催化下产生的一种前列腺素，可以在机体所有类型的细胞中表达。PGE2通过与4种功能各异的G蛋白偶联受体结合，参与了多种生理病理过程，如炎症反应、细胞增殖和血压调节等，是体内作用最多样化的前列腺素[3]。PGE2作为一种重要的炎症介质[4]，其产量可被作为环氧合酶抑制剂的非甾体类抗炎药（non steroidal anti-inflammatory drugs, NSAIDs）抑制。其中，可选择性抑制环氧合酶-2（COX-2）的新型NSAIDs因具有良好的抗炎效果、优越的胃肠道安全性而被广泛使用，然而，长期服用却会增加心肌梗死、中风和肺动脉高压等心血管事件的风险[5]，这使得前列腺素与心脏疾病的关系得到了关注。

本文将从PGE2合成通路的限速酶和PGE2受体入手，对PGE2在心脏重构中的作用进行简要综述。

1 前列腺素E2合成通路的限速酶

1.1 环氧合酶-2

环氧合酶有环氧合酶-1（COX-1）和COX-2两种同工酶。COX-1是本构酶，在大部分组织中均有稳定表达，维持前列腺素的正常产生和动态平衡。而COX-2则是诱导酶，在正常状态下的心脏组织内表达量很低，但在心肌损伤或心力衰竭时表达上调。目前以COX-2为研究对象的报道中，关于COX-2/PGE2对心脏功能的作用仍存在一定的争议。

部分研究认为COX-2及其下游前列腺素可能对心脏具有保护作用。使用COX-2抑制剂，可使心肌梗死后猪的死亡率增加、心室重构加剧[6]，亦可加重小鼠病毒性心肌炎的心肌损伤[7]。心肌特异性敲除COX-2基因的小鼠[8]表现有心输出量降低、易发生心律失常，同时伴有心肌细胞肥大、间质纤维化、左心室扩大等。而心肌特异性过表达人COX-2的小鼠[9]则可见心肌细胞中花生四烯酸减少、PGE2合成增加，持续表达的COX-2在缺血再灌注损伤中保护了心脏。这些研究均提示抑制COX-2、减少前列腺素的合成会对心脏功能造成一定负面影响，缺血性心脏疾病患者需谨慎使用Coxibs。

然而，也有观点认为COX-2及前列腺素可能参与了心脏重构，对心脏功能有一定的损害。Streicher等[10]的另一种能在心室肌细胞中稳定过表达COX-2及前列腺素（包括PGE2、血栓素A2）的转基因小鼠，表现为心肌细胞轻度肥大，但无明显心功能改变；表达上调的并非是炎症相关的基因，而是压力负荷相关的胚心标志基因（如心房利钠肽、β-心肌肌球蛋白重链）。胚心标志基因通常在病理性心脏重构时被激活[2]，这表明肥厚仍是病理性的。最近的一项研究发现[11]，COX-2选择性抑制剂可以阻断内皮素-1诱导的乳鼠心肌细胞肥大，而PGE2预处理可使这一效果消失，说明COX-2及下游的PGE2可能参与了心肌细胞肥大的发生。此外，调节心脏肥厚的钙调神经磷酸酶-活化T细胞核因子3（Calcineurin-Nuclear factor of activated T cells3, CaN-NFATc3）信号通路，参与了内皮素-1刺激后COX-2基因的表达，这提示了肥厚相关信号通路与前列腺素的环氧合酶合成通路存在着一定的关联。

这些结果互相矛盾的报道，使得COX-2/PGE2在心脏疾病中的作用难以被明确地解释，增加了对COX-2选择性抑制剂使用风险的管理难度。而造成这些争议的可能原因是，COX-2的下游产生了多种前列腺素，它们对心脏的作用各不相同，甚至完全相反[3]。采用不同的小鼠模型或造模方法，可能导致下游占主导作用的前列腺素也各不相同，对COX-2最终是起保护作用还是损伤作用造成了影响。由此可见，COX-2在心脏中的生物学作用非常复杂，其对心脏的作用取决于诱导的部位和时机，以及其下游产物的平衡。而进一步对COX-2下游通路及产物进行研究，使用更有针对性的治疗方案来替代对COX-2的直接抑制，可以减少COX-2选

择性抑制剂所带来的副作用。

1.2 膜结合型前列腺素 E2合成酶-1

已发现的前列腺素E2合成酶包括位于微粒体的膜结合型PGES-1（mPGES-1）和膜结合型PGES-2（mPGES-2），以及位于胞质的胞质型PGES（cPGES）。其中，由Ptges基因编码的mPGES-1是一种诱导酶，可由白细胞、心肌细胞和成纤维细胞表达，在COX-2依赖性PGE2合成时可被选择性上调，即mPGES-1与COX-2共同定位，决定了病理状态下PGE2的产量[12]。

Degousee等[13]使用全身敲除Ptges基因（Ptges-/-）、mPGES-1缺陷的小鼠进行研究，发现PGE2合成减少，导致心肌梗死后更严重的心室扩张和心脏功能恶化，说明PGE2可能对心肌梗死后发生重构的心脏有保护作用。该研究还发现心肌梗死后诱导上调的mPGES-1主要由梗死区及周围的炎性细胞表达，提示了此处PGE2的一个重要来源是骨髓的炎性细胞。为了明确骨髓白细胞及其他炎性细胞的作用，又进一步使用特异性敲除骨髓Ptges（BM-/-）的小鼠进行了实验[14]，结果BM-/-鼠表现出与预期一致的、更为严重的病理性重构和心功能障碍。但同时发现，BM-/-鼠梗死区的局部炎症反应较强，心肌梗死后心肌有较高水平的PGE2，这可能是代偿性诱导了心肌成纤维细胞mPGES-1活性上调的结果。

以上研究结果亦存在矛盾，即Ptges-/-鼠较低水平和BM-/-鼠较高水平的PGE2均可导致较野生型小鼠更为严重的左心室扩张、心功能恶化，提示引起心脏重构的因素非常复杂。造成这种现象的可能原因有：① PGE2下游信号对心脏所产生的影响可能并不是单一的，PGE2拥有4种功能各异的受体，不同部位、水平的PGE2起主导作用的受体并不一样；②并不仅是PGE2一种前列腺素在产生影响，在mPGES-1活性被抑制时，作为共同前体的PGH2可能会被其他前列腺素合成酶催化为其他前列腺素终末产物，多种前列腺素综合影响了心脏重构。

Ptges-/-鼠表现为炎症、疼痛反应减轻[5]，考虑使用特异性更高的前列腺素合成酶抑制剂来代替COX-2选择性抑制剂用作抗炎治疗是一种进步，但这类抑制剂仍有很多不确定因素和局限性，还需要更谨慎地对其安全性进行评估，尤其是心血管事件的风险。

2 前列腺素E2受体

PGE2不同的生物学效应是通过其四种受体（Prostaglandin E Receptors，EPs）发挥的，分别被命名为EP1、EP2、EP3和EP4，在心脏中均有稳定表达。这四种受体有不同的组织分布和功能特点，EP3和EP4分布最广泛，且对PGE2的亲和力较EP1和EP2高[15]。目前尚少见直接研究EP2与心脏重构关系的报道，因此本文将重点介绍其他三种受体。

2.1 EP1受体

EP1受体是Gq偶联受体，可以提高细胞内Ca2+浓度[3]。

Harding等[16]使用乳鼠心室成纤维细胞体外培养，发现PGE2可以通过EP1而非EP2、EP4受体，激活细胞外信号调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases, ERKs）和蛋白激酶B，调节细胞周期素D3的表达，刺激心肌成纤维细胞增殖。而心肌成纤维细胞增殖和Ⅰ/Ⅲ型胶原比值增高，可使心肌间质纤维化发生，导致心肌顺应性降低，增加毛细血管到心肌细胞的氧扩散距离，对心室功能造成负面影响。

因此，使用EP1受体拮抗剂，可能对心脏重构的治疗有益。

2.2 EP3受体

EP3因C末端不同的剪切位置而形成了多种的亚型，人体内至少存在8种EP3亚型，小鼠体内则有α、β和γ三种。大部分EP3亚型都是Gi偶联受体，可降低环腺苷酸水平，亦可动员细胞内Ca2+水平。此外，EP3α和EP3β还可以通过G12/13激活小分子鸟苷三磷酸酶Rho，增强细胞Ca2+敏感性[15]。

Hohlfeld等[17]首先在猪心上发现，选择性刺激EP3受体可以减少缺血再灌注损伤面积，这为前列腺素对心血管影响的研究提供了新角度。Martin等[18]进一步使用心脏特异性过表达猪EP3的转基因小鼠（EP3-TG）进行研究，亦发现缺血性心肌损伤显著减轻，提示心脏表达此种EP3受体具有一定的保护作用。然而实验中进行磁共振成像检测左心室功能发现，EP3-TG心脏收缩能力弱于同窝野生型小鼠，但离体灌流后并无明显差异。在此基础上，Meyer-Kirch rath等[19]使用心脏特异性过表达与猪同源的人类EP3-II受体的转基因小鼠进行研究，虽然缺血性心肌损伤减轻，但伴有心肌胶原蛋白表达增加，CaN活性显著增高，通过CaN-NFAT通路诱发了左心室肥厚，使心室容积增大。由此推测，缺血性损伤时，选择性激动心源性EP3虽可一定程度上保护心脏，但却因同时激活了CaN-NFAT通路，使心脏重构进一步加重，并不适合治疗使用。

Chen等[20]在使用全身性EP3受体敲除（EP3-/-）小鼠进行血管紧张素II与高血压的研究时发现，尽管EP3-/-鼠的基础血压以及血管紧张素II诱导的升血压程度显著降低，但血管紧张素II所引起的心肌肥厚并未缓解，可见敲除所有的EP3似乎也不能取得预期的效果。由于EP3存在多种亚型，每种亚型所介导的细胞内信号通路也不尽相同，因此仍需要深入研究，以明确各亚型与心脏重构之间的关系。

2.3 EP4受体

EP4是Gs偶联受体[15]，目前的研究表明EP4对心脏有保护作用。

使用体外培养的心室肌细胞和受体拮抗剂进行研究[21-24]，发现PGE2经EP4受体，反式激活表皮生长因子受体，并通过下游的MEK1/2-ERK1/2、而非p38 MAPK，使磷酸化激活的信号传导及转录激活因子STAT3易位至细胞核，从而诱导相关靶基因转录，促进蛋白质合成，参与了心肌细胞肥大的发生。进一步的研究发现，在心室肌细胞中，EP4还可通过cAMPPKA通路激活小分子鸟苷三磷酸酶Rap1，活化ERK1/2和p90RSK，使胚心基因脑利钠肽等表达上调[25]。以往关于丝裂原活化蛋白激酶信号的研究表明，MEK1/2-ERK1/2通路主要诱导和维持代偿性心肌肥厚[2]。而STAT3维持细胞正常的超微结构和功能，对于心肌毛细血管生长、间质基质沉积的控制是必须的。多项研究表明，缺血性损伤或阿霉素诱导心肌病时，心脏STAT3活化不仅是一个肥大信号，还参与抗心肌细胞凋亡、抗炎症反应，对心脏有重要的保护作用[26]。这些提示了PGE2-EP4可能更多的参与了心脏正常生长及代偿性肥厚。

除了离体细胞水平的研究外，转基因小鼠也被用于对EP4作用的研究。Xiao等[27]使用全身性敲除EP4小鼠发现，内源性的PGE2和外源性的受体激动剂均可通过EP4保护心

肌梗死后的心脏。Qian等[28]则首次使用心肌细胞特异性敲除EP4基因的小鼠（EP4-TG）进行研究，发现心肌梗死后的心肌损伤程度加剧，脑利钠肽和STAT3的表达均下调，代偿性肥厚减少，伴有左心室扩张和更严重的心功能不全。此外，EP4-TG鼠还会自发年龄、性别依赖的扩张型心肌病，金属蛋白酶（MMP）-2和MMP-14在中老年EP4-TG鼠心脏中表达上调[29]。

此外，EP4受体激动剂可有效减轻大鼠缺血再灌注造成的心肌损伤和心功能障碍[30]。改善心力衰竭时的心功能[31]。

综上，若使用COX-2选择性抑制剂等非甾体类抗炎药使PGE2合成减少，PGE2通过EP4对心脏的保护作用也将被阻断，这可能会加剧心肌梗死及缺血再灌注造成的心功能损伤，更易诱发失代偿性的心脏重构。而EP4受体激动剂可对缺血性损伤后的心功能改善有所帮助，这可能成为新的治疗靶点。

3 结语与展望

作为一种重要的生物活性脂类小分子物质，PGE2的生物合成及介导的信号通路与心脏重构有密切的关系。对PGE2的合成及信号通路的相关分子进行干预，可影响心肌梗死、炎症等造成的心脏重构及心功能损伤。由于PGE2拥有4种EP受体，以及在心肌细胞、成纤维细胞、炎症细胞、血管内皮细胞的作用存在差异，使得PGE2对不同原因所致的心脏重构有复杂的双向作用。相比带来各种心血管事件副作用的非甾体类抗炎药，使用更有针对性的前列腺素受体作为治疗靶点显然更加合理，而关于PGE2各受体的作用机理仍需进行大量的研究与论证。我们期望，随着对EP受体研究的进一步深入和完善，不远的将来使用相应的受体激动剂或抑制剂，选择性地激动或阻断PGE2的效应，能为心脏重构的防治提供新的策略。

[1] 郭雪微, 马玉山, 施一凡, 等. 冠心病不同类别与左心室重构及心脏功能. 中国循环杂志, 2003, 2: 108-110.

[2] Heineke J, Molkentin JD. Regulation of cardiac hypertrophy by intracellular signalling pathways. Nat Rev Mol Cell Biol, 2006, 7: 589-600.

[3] Yuhki KI, Kojima F, Kashiwagi H, et al. Roles of prostanoids in the pathogenesis of cardiovascular diseases: Novel insights from knockout mouse studies. Pharmacol Ther, 2011, 129: 195-205.

[4] Kalinski P. Regulation of immune responses by prostaglandin E2. J Immunol, 2012, 188: 21-28.

[5] 郭静萱, 刘健. 急性ST段抬高型心肌梗死治疗的新视点. 中国循环杂志, 2008, 1: 1-2.

[6] Timmers L, Sluijter JP, Verlaan CW, et al. Cyclooxygenase-2 inhibition increases mortality, enhances left ventricular remodeling, and impairs systolic function after myocardial infarction in the pig. Circulation, 2007, 115: 326-332.

[7] Takahashi T, Zhu SJ, Sumino H, et al. Inhibition of cyclooxygenase-2 enhances myocardial damage in a mouse model of viral myocarditis. Life Sci, 2005, 78: 195-204.

[8] Wang D, Patel VV, Ricciotti E, et al. Cardiomyocyte cyclooxygenase-2 influences cardiac rhythm and function. Proc Natl Acad Sci USA, 2009, 106: 7548-7552.

[9] Inserte J, Molla B, Aguilar R, et al. Constitutive COX-2 activity in cardiomyocytes confers permanent cardioprotection: Constitutive COX-2 expression and cardioprotection. J Mol Cell Cardiol, 2009, 46: 160-168.

[10] Streicher JM, Kamei K, Ishikawa TO, et al. Compensatory hypertrophy induced by ventricular cardiomyocyte-specific COX-2 expression in mice. J Mol Cell Cardiol, 2010, 49: 88-94.

[11] Li H, Gao S, Ye J, et al. COX-2 is involved in ET-1-induced hypertrophy of neonatal rat cardiomyocytes: Role of NFATc3. Mol Cell Endocrinol, 2014, 382: 998-1006.

[12] Giannico G, Mendez M, and LaPointe MC. Regulation of the membrane-localized prostaglandin E synthases mPGES-1 and mPGES-2 in cardiac myocytes and fibroblasts. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2005, 288: H165-H174.

[13] Degousee N, Fazel S, Angoulvant D, et al. Microsomal prostaglandin E2 synthase-1 deletion leads to adverse left ventricular remodeling after myocardial infarction. Circulation, 2008, 117: 1701-1710.

[14] Degousee N, Simpson J, Fazel S, et al. Lack of Microsomal Prostaglandin E2 Synthase-1 in Bone Marrow-Derived Myeloid Cells Impairs Left Ventricular Function and Increases Mortality After Acute Myocardial Infarction. Circulation, 2012, 125: 2904-2913.

[15] Sugimoto Y, Narumiya S. Prostaglandin E receptors. J Biol Chem, 2007, 282: 11613-11617.

[16] Harding P, LaPointe MC. Prostaglandin E2 increases cardiac fibroblast proliferation and increases cyclin D expression via EP1 receptor. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids, 2011, 84: 147-152.

[17] Hohlfeld T, Meyer-Kirchrath J, Vogel YC, et al. Reduction of Infarct Size by Selective Stimulation of Prostaglandin EP3 Receptors in the Reperfused Ischemic Pig Heart. J Mol Cell Cardiol, 2000, 32: 285-296.

[18] Martin M, Meyer-Kirchrath J, Kaber G, et al. Cardiospecific overexpression of the prostaglandin EP3 receptor attenuates ischemiainduced myocardial injury. Circulation, 2005, 112: 400-406.

[19] Meyer-Kirchrath J, Martin M, Schooss C, et al. Overexpression of prostaglandin EP3 receptors activates calcineurin and promotes hypertrophy in the murine heart. Cardiovasc Res, 2009, 81: 310-318.

[20] Chen L, Miao Y, Zhang Y, et al. Inactivation of the E-prostanoid 3 receptor attenuates the angiotensin II pressor response via decreasing arterial contractility. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2012, 32: 3024-3032.

[21] Mendez M, LaPointe MC. PGE2-induced hypertrophy of cardiac myocytes involves EP4 receptor-dependent activation of p42/44 MAPK and EGFR transactivation. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2005, 288: H2111-H2117.

[22] Qian JY, Leung A, Harding P, et al. PGE2 stimulates human brain natriuretic peptide expression via EP4 and p42/44 MAPK. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2006, 290: H1740-H1746.

[23] Frias MA, Rebsamen MC, Gerber-Wicht C, et al. Prostaglandin E2 activates Stat3 in neonatal rat ventricular cardiomyocytes: A role in cardiac hypertrophy. Cardiovasc Res, 2007, 73: 57-65.

[24] Miyatake S, Manabe-Kawaguchi H, Watanabe K, et al. Prostaglandin E2 Induces Hypertrophic Changes and Suppresses [alpha]-Skeletal Actin Gene Expression in Rat Cardiomyocytes. J Cardiovasc Pharmacol, 2007, 50: 548-554.

[25] He Q, Harding P, and LaPointe MC. PKA, Rap1, ERK1/2, and p90RSK mediate PGE2 and EP4 signaling in neonatal ventricular myocytes. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2010, 298: H136-H143.

[26] Haghikia A, Ricke-Hoch M, Stapel B, et al. STAT3, a key regulator of

cell-to-cell communication in the heart. Cardiovasc Res, 2014, 102: 281-289.

[27] Xiao CY, Yuhki KI, Hara A, et al. Prostaglandin E2 protects the heart from ischemia-reperfusion injury via its receptor subtype EP4. Circulation, 2004, 109: 2462-2468.

[28] Qian JY, Harding P, Liu Y, et al. Reduced cardiac remodeling and function in cardiac-specific EP4 receptor knockout mice with myocardial infarction. Hypertension, 2008, 51: 560-566.

[29] Harding P, Yang XP, and Yang J. Gene expression profiling of dilated cardiomyopathy in older male EP4 knockout mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2010, 298: H623-632.

[30] Hishikari K, Suzuki JI, Ogawa M, et al. Pharmacological activation of the prostaglandin E2 receptor EP4 improves cardiac function after myocardial ischaemia/reperfusion injury. Cardiovasc Res, 2009, 81: 123-132.

[31] Murakami W, Kobayashi S, Myoren T, et al. Novel Selective EP4 Receptor Agonists Restore the Intracellular Ca2+ Handling and the Cardiomyocyte Function in Heart Failure. J Card Fail, 2013, 19: S147.

2014-05-26）

（编辑：漆利萍）

国家自然科学基金（30971223、30971224）；江苏省普通高校研究生科研创新计划省资助项目（CXZZ13_0875）；南通大学研究生科技创新计划资助项目（YKC13071）

226001 江苏省南通市，南通大学心血管疾病研究所 南通大学附属医院 心血管内科

刘双 硕士研究生 主要从事心脏重构方面的研究 Email: ameosly@gmail.com 通讯作者：朱健华 Email：zhujhntheart@163.com

R542.2

A

1000-3614（2015）03-0298-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.03.026