Apelin/APJ系统在心肌缺血-再灌注损伤中的保护作用

曾俊中 田国平

Apelin/APJ系统在心肌缺血-再灌注损伤中的保护作用

曾俊中 田国平

急性心肌梗死再灌注时可出现缺血-再灌注(I/R)损伤，导致心肌细胞坏死、凋亡和细胞功能障碍。Apelin是血管紧张素Ⅱ 1型受体(AT1R)相关蛋白(APJ)的内源性配体。Apelin/APJ系统在心血管系统中表达丰富。研究表明，Apelin可以限制梗死心肌面积和改善心力衰竭导致的心脏机械功能受损，有望成为治疗缺血性心肌损伤的新方法。

Apelin；缺血-再灌注损伤；缺血挛缩；氧化应激；细胞凋亡

血管紧张素Ⅱ 1型受体(AT1R)相关蛋白(APJ)是一种有7个跨膜域、由377个氨基酸组成的跨膜蛋白，它属于孤儿G蛋白偶联受体[1]。Tatemoto等[2]于1998年首次分离出APJ的天然配体，即内源性活性多肽Apelin。Apelin/APJ系统广泛存在于胃肠道、脂肪、脑、肝、肾、骨骼肌、心脏、血管和肺组织[3]。在心血管系统中，APJ受体主要分布在血管内皮细胞、血管平滑肌细胞和心肌细胞中，Apelin主要由血管内皮细胞分泌产生[4]。研究发现，Apelin/APJ系统具有扩张血管、降低血压、增加心肌收缩力、抑制心肌细胞肥大及凋亡、促进血管生成等作用，它与心肌梗死后缺血-再灌注(I/R)损伤密切相关。本文就Apelin/APJ系统在I/R损伤中的心肌保护作用作一介绍。

1 Apelin/APJ的分子生物学特性

Apelin基因定位于人类X染色体的q25～26.1段，Apelin cDNA通过激活其C-端区域序列编码含77个氨基酸的前体肽原[5]，有多个潜在的翻译后加工蛋白酶切位点，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个氨基酸的肽段是没有生物活性的。目前研究最多的是Apelin-13、-36，其中Apelin-13在心血管系统中活性最强，可提高细胞外磷酸化效能及单核细胞-血管内皮细胞黏附作用[7]。

APJ受体基因定位于人染色体11q12.1段，是由380个氨基酸组成的G蛋白偶联受体(GPCR)家族中的一员，位于其疏水性跨膜区中的氨基酸有31%与AT1R相同，但这种相似性不足以使血管紧张素Ⅱ与APJ受体结合，表明了配体与受体之间存在高度特异性。Apelin/APJ系统作用于AT1R，发挥对血管紧张素Ⅱ的拮抗作用[8]。

2 I/R损伤

急性心肌梗死再灌注时可出现I/R损伤，在I/R损伤中最重要的病理生理改变是细胞内钙离子(Ca2+)稳态失衡、活性氧释放、心脏短暂机械功能障碍或心肌顿抑、心肌细胞凋亡和坏死。

受损区域心肌细胞的强烈挛缩在肌纤维膜的破裂和细胞死亡中起着关键性作用[9]。研究表明，氧化应激和Ca2+超载可以诱导线粒体通透性转换孔(MPTP)突然开放，促使心肌细胞挛缩[10]。在再灌注的早期，MPTP的开放是再灌注损伤(及细胞死亡)从可逆向不可逆转变的关键步骤，可导致活性氧(ROS)产生、线粒体肿胀、线粒体氧化磷酸化解偶联，引起心肌细胞坏死和凋亡[11]。Ca2+超载可激活钠离子(Na+)/氢离子(H+)转运蛋白(NHE)及Na+/Ca2+转运蛋白(NCE)，促使细胞挛缩和MPTP的开放，导致细胞死亡[12]。ROS在I/R损伤中发挥重要作用，它可以修饰和灭活蛋白质、脂类、DNA、RNA，导致细胞功能障碍。黄嘌呤氧化酶(XO)和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NOX)的激活可引起超氧阴离子(O2-)生成，导致心肌细胞损伤。心肌细胞在经历缺氧和复氧(H/R)后，超氧化物歧化酶(SOD)可以将O2-转化成过氧化氢 (H2O2)，减少自由基，但当大量的ROS产生时，内源性抗氧化系统不足以对心肌起到保护作用。Ca2+超载时，ROS引起的体外脂质过氧化作用会导致心肌细胞严重损伤，且脂质过氧化反应的产物4-羟基-2-壬烯醛(HNE)可促进Ca2+超载，进一步加重心肌细胞损伤。ROS引起的氧化应激可直接导致收缩蛋白的氧化修饰，或造成Ca2+超载，间接引起细胞损伤[13]。既往研究表明，急性心肌梗死中心区域主要表现为坏死，周边区域则以凋亡为主，还包括少量的自体吞噬。再灌注治疗可减少心肌坏死，却不能抑制心肌细胞凋亡，I/R损伤反而可能加重细胞凋亡，扩大梗死面积。

3 Apelin在I/R损伤中的保护作用机制

3.1 正性肌力和舒张血管作用

Apelin具有改善心肌收缩力、舒张血管的作用。Wang等[14]研究发现，Apelin在改善心肌收缩力方面具有剂量依赖性，且作用平缓、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与IP3受体 (IP3R)结合，促使肌浆网中Ca2+释放；DAG通过蛋白激酶C(PKC)磷酸化，激活NHE，继而引起细胞内Na+、Ca2+水平增加[15]。同时，由Ca2+介导的Ca2+释放通道雷尼丁受体(RyR)开放也可使细胞内Ca2+浓度增加，影响心肌收缩力。此外，NHE引起细胞内环境碱化，可增加肌丝结构对Ca2+的敏感性，从而进一步增强心肌收缩力[16]。

Apelin舒张血管的作用是通过内皮细胞释放一氧化氮(NO)来完成的。Apelin与血管内皮细胞上的APJ受体结合，通过磷脂酰肌醇3-激酶-丝氨酸/苏氨酸激酶(PI3K-Akt)途径激活内皮型一氧化氮合酶(eNOS)，促使NO生成。Apelin也可通过PLC-DAG-IP3 信号转导通路引起细胞内Ca2+浓度增加，激活eNOS生成NO[17]，继而扩张血管。当血管内皮细胞功能障碍时，由于不能产生NO，Apelin与平滑肌细胞上APJ受体结合将引起血管平滑肌收缩。这一效应是通过细胞内Ca2+浓度增加和PLC-DAG-IP3通路引起的肌球蛋白轻链磷酸化介导产生的。细胞内Ca2+浓度增加可能是由于肌浆网中IP3R开放，通过RyR引起Ca2+释放所致。

3.2 抗缺血性挛缩

在I/R损伤中，细胞内Ca2+超载及三磷酸腺苷(ATP)耗竭可导致心肌细胞缺血性挛缩坏死，抑制细胞内Ca2+超载可以状态改善缺血性挛缩坏死。研究表明，Apelin能够降低I/R损伤中心肌挛缩峰值，延迟缺血性挛缩发生的时间。目前，Apelin改善心肌缺血性挛缩的确切机制尚不明确，可能与细胞内Ca2+浓度的调节及对ATP的影响有关。肌浆网上Ca2+通道开放，细胞膜NHE-NCE系统激活，导致细胞内Ca2+浓度增加。Apelin可在NO的介导下增强内质网Ca2+-ATP酶(SERCA)的活性，促使Ca2+向肌浆网内流，改善心肌舒张功能。该效应比肌浆网对Ca2+的吸收和释放速度更快[18]，这也解释了为什么Apelin可降低细胞内Ca2+超载，并改善缺血后心肌的机械功能。研究发现，在离体大鼠心脏I/R损伤前使用Apelin处理能够减轻ATP耗竭，延迟缺血挛缩的发生。缺血挛缩的机制与组织ATP减少有关，且上述效应能被糖酵解产生的ATP缓解。这表明外源性Apelin可能通过刺激丙酮酸盐转换成丙氨酸，增加糖酵解，从而增加ATP含量。进一步研究发现，缺血后期经Apelin处理的心脏中丙氨酸水平并未升高，说明Apelin并不能持续作用于心脏缺血挛缩的全过程，这可能是受组织氧化还原状态的影响所致[19]。

3.3 抗氧化应激

对大鼠心肌I/R损伤及离体心肌H/R损伤进行的研究表明，Apelin具有限制氧化应激的作用。Zeng等[20]发现，在离体心肌细胞发生H/R损伤时，超氧化物荧光反应(用于检测O2-浓度)呈阳性的细胞比例增加；而在缺血性损伤前30 min给予Apelin可明显减少阳性细胞比例。再灌注过程中，大量的 O2-被内皮细胞、中性粒细胞及心肌细胞释放，Apelin可增强SOD的活性，清除O2-，抑制氧化应激反应。在再灌注后期，Apelin可通过再灌注性补救激酶(RISK)途径激活eNOS，促使NO释放；而NO可使中性粒细胞NADPH-OX失活，抑制O2-产生[21]。Apelin可能通过激活SOD促使NO释放，从而对抗氧化应激。

3.4 抗凋亡

目前凋亡的细胞内信号转导机制已明确，即凋亡是一种受基因调控的、具有能量依赖性的细胞主动死亡的过程。细胞内外的各种凋亡诱导因素(如缺血、缺氧、氧化应激、酸中毒刺激等)作用于细胞后，通过外源性的死亡受体途径或内源性的线粒体途径促进细胞凋亡的发生。I/R损伤的机制之一是细胞凋亡触发后数小时内发生的心肌细胞死亡。研究发现，在小鼠和人类成骨细胞、大鼠心肌细胞及大鼠神经细胞中，Apelin均具有抗细胞凋亡作用。Apelin可激活PI3K-Akt途径，通过磷酸化多种转录因子，抑制凋亡基因的表达而增强抗凋亡基因的表达。在大鼠心肌细胞和神经细胞中发现的细胞外调节蛋白激酶(ERK1/2)途径也可抑制凋亡蛋白BAD/BAX，发挥抗凋亡作用。

4 外源性Apelin应用时机

研究发现，在长时间缺血前后给予阿片类、腺苷、西地那非、鞘氨醇、缓激肽等可以对抗I/R损伤，并起到保护心肌的作用[23]。然而，Apelin只有在心肌缺血之后应用才有效。

APJ受体和Apelin的表达水平在心肌缺血的后期和再灌注过程中都会发生变化。Kleinz等[24]发现，在离体大鼠心脏中，冠状动脉闭塞35 min后、再灌注30 min后，Apelin mRNA的表达均显著上调，而APJ mRNA表达虽有上调趋势，但未达统计学意义。该研究组在大鼠心肌广泛缺血40 min时给予再灌注处理，30 min后发现APJ mRNA的表达水平上调8倍而APJ蛋白表达水平上调41%。

有研究者认为，缺血心肌只有在得到再灌注后，内源性分泌的活性肽Apelin才能发挥作用，因而在再灌注的早期给予Apelin才能发挥心肌保护作用，但这一观点尚存在争议。

5 结语

Apelin/APJ系统在I/R损伤中发挥了对抗细胞挛缩、氧化应激、细胞凋亡以及改善心脏机械功能的重要作用。在心肌梗死的再灌注治疗中，Apelin可能具有潜在的临床应用价值。

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(收稿：2014-07-24 修回：2014-09-14)

(本文编辑：孙 雯)

421001 湖南，南华大学附属第二医院心内科

田国平，Email:pgtian555@hotmail.com

10.3969/j.issn.1673-6583.2015.01.010