磷酸二酯酶9与心衰相关机制的研究进展

吴月，张瑶

(1.哈尔滨医科大学，黑龙江 哈尔滨　150086; 2.哈尔滨医科大学附属第二医院 心内五病区，黑龙江 哈尔滨　150086)



磷酸二酯酶9与心衰相关机制的研究进展

吴月1，张瑶2

(1.哈尔滨医科大学，黑龙江 哈尔滨150086; 2.哈尔滨医科大学附属第二医院 心内五病区，黑龙江 哈尔滨150086)

[摘要]环核苷酸是细胞内的第二信使，通过激活心肌保护因子PKG在心脏保护机制中发挥重要作用。 环核苷酸磷酸二酯酶(PDE)是环核苷酸的唯一细胞内分解途径。最新研究显示，PDE家族的第9个成员磷酸二酯酶9(PDE- 9)被发现存在于心脏细胞中，并与心衰的发生关系密切，在本文中作者主要针对PDE- 9在心脏功能和心衰的发展中所起的作用作简要综述。

[关键词]磷酸二酯酶9； 心衰； 机制； 文献综述

环磷酸腺苷(cAMP)和环磷酸鸟苷(cGMP)是细胞内的第二信使，它们在代谢、神经传递、细胞生长和分化等生理过程中起重要作用[1]。蛋白激酶G(protein kinase G，PKG)作为cGMP最重要的下游靶点，在心脏保护机制中发挥重要作用。环核苷酸磷酸二酯酶(Phosphodiesterase,PDE)是环核苷酸的唯一细胞内分解途径。最新研究显示，PDE家族的第9个成员PDE- 9被发现存在于心脏细胞中。尤其是心力衰竭患者，这种酶的含量更高，利用实验动物和人类心脏细胞证实，这种酶会通过吞噬一个信号分子cGMP而对cGMP/PKG信号通路介导的心脏保护路径造成伤害。这表明PDE- 9是一个多重“罪犯”，除了目前被广泛认同可导致神经退行性疾病外，也是心肌死亡导致心功能衰竭的一个关键“煽动者”[2]，对此作者简要综述如下。

1PDE- 9

1.1PDE- 9组成及结构

PDE是一类蛋白酶，能选择性降解体内重要的第二信使cAMP和cGMP[3]。迄今为止已经发现了21种PDE基因，根据其序列同源性分为11个PDE家族[4- 5]，具有不同的cAMP/cGMP特异性。PDE- 9能高特异性地水解cGMP，能把cGMP转化为无活性的GMP，且广泛分布在除血液以外的所有组织中[6- 7]。约翰霍普金斯大学研究人员发现从顽固性心衰患者获得的心脏细胞的PDE- 9水平比正常心脏高6倍，而使得此类疾病患者拥有更少的心脏保护性PKG[2]。

1.2cGMP/PKG信号通路

作为一种重要的细胞内信使，cGMP 有 3 个主要作用靶点:cGMP依赖的蛋白激酶或蛋白激酶 G、cGMP调节的PDEs以及环磷酸鸟苷门控离子通道(CNG)[8]。PKG 被认为是最重要的 cGMP 下游靶点[9- 10]，在哺乳动物，PKG 主要以两种形式存在，即 PKG- Ⅰ和 PKG- Ⅱ，PKG- Ⅰ由于 N- 末端的不同剪接，以α和β两种亚型存在，且两种亚型经常一起表达[11]。这些 PKG 属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族并具有相似的结果特征。PKG- Ⅰ主要在心血管系统中起作用，而 PKG- Ⅱ则主要存在于小肠、肾、脑[12]。在病理生理条件下，活化的 PKG- Ⅰ作用于其下游目标，调节心肌细胞中的受磷蛋白、三磷酸肌醇受体、兰尼碱受体、肌钙蛋白、血小板中血栓素 A2受体、L 型 Ca2+通道、Ca2+激活的钾通道(BK 通道)、肌球蛋白轻链磷酸酶及 ATP 敏感K+通道(KAT)[13]，从而引起血管舒张、抑制内皮细胞通透性、抑制血小板活化、减少细胞凋亡以及对心肌细胞的负性肌力作用而保护心血管系统[12]。目前有证据表明 cGMP/PKG 信号途径在预处理和后处理的心脏保护机制中发挥重要作用[14]。预处理诱导心肌保护而防止损伤与心肌 cGMP 含量升高有关[15]。

1.3cGMP/PKG信号通路介导的两条心脏保护路径

1.3.1NO/cGMP/PKG研究表明，在受到后处理的大鼠离体心脏中，cGMP 的释放也增加，梗死面积明显减少[16]。Bolli在 1990 年和 2001 年之间所做的 92 项调查研究中发现 NO(无论是内源性产生的或从外源性 NO 供体和前体生成的)具有心脏保护作用，内源性一氧化氮合酶(eNOS)活性基因操纵的抑制加剧心肌损伤，而 NO 显著降低这种损伤[17]。NO可以激活可溶性鸟苷酸环化酶，使三磷酸鸟苷(guanosine triphosphate，GTP)转化生成cGMP，然后cGMP进一步激活PKG。应用药物抑制可溶性鸟苷酸环化酶(sGC)和PKG活性均可消除心肌损伤时的心肌保护机制。虽然作用细节不是很清楚，但是可能与抑制肌浆网钙离子的摄入、促进线粒体三磷酸腺苷(adenosinetriphosphate，ATP)敏感性钾通道(mitochondrial KATP channel，mKATP)的开放有关[14]。NO也可能扮演着单独的cGMP作用角色。目前，尽管这些机制还未完全阐述清楚，但是有研究证实NO被亚硝基化作用后可以通过蛋白激酶C途径直接抑制线粒体通透性转换孔(mPTP)的开放而保护心脏，对缺血后适应起保护作用[15- 16]。

1.3.2利钠肽/cGMP/PKG细胞膜上利钠肽受体A(natriuretic peptide receptor- A，NPR- A)是一鸟苷酸环化酶，其相应配体为心房利钠肽(atrial natriuretic peptide，ANP)/脑钠肽(brain natriuretic peptide，BNP)，当其被激活时，可催化合成cGMP，cGMP作用于下游底物PKG[18]。已有研究表明，激活cGMP/PKG信号通路可以起到心肌保护作用。研究发现在再灌注早期给予ANP有利于缩小兔子心肌梗死面积[19]。Burley等[20]研究认为再灌注时给予BNP可以使细胞内cAMP浓度增加，进而活化PKG，促进mKATP开放以及eNOS的活化而起到减轻再灌注损伤的作用。Burley 和 Baxter[20]在大鼠离体心脏灌注模型中发现，无论是在冠状动脉结扎前和结扎时给予 BNP，都可以显著减少梗死面积，并且作用效果与 BNP 的浓度相关。

2心衰时PDE对cGMP/PKG保护通路的影响

2.1PDE- 5通过NOS途径破坏 cGMP/PKG信号通路

Kass既往已经研究证实PDE5A抑制作用导致的磷酸化改变对于氮氧化物合成活化更加敏感，使其通过氮氧化物调控cGMP的产生，科研人员还证实通过磷酸二酯酶5A(PDE5A)抑制剂增强cGMP合成或者抑制其降解能预防心脏病。但是实验证实氮氧化物信号通路在心脏病中经常处于抑制状态。

2.2PDE- 9通过非依赖NOS途径破坏 cGMP/PKG信号通路

cGMP作为第二信号参与氮氧化物和钠离子- 多肽偶联信号通路，通过蛋白激酶G促进磷酸化改变。然而，负调控因子如PDE的上调能减弱cGMP的刺激作用。我们的研究表明cGMP选择性PDE9A在哺乳动物心脏中表达，并在肥厚型心脏病和心衰中表达上调。PDE9A在心肌细胞和肌肉细胞中调控钠离子- 多肽刺激的cGMP而非氮氧化物刺激的cGMP，并且它的基因型和选择性药理抑制作用保护机体免受神经激素和持续性超负荷压力的病理学反应。PDE9A的抑制作用与已经确立的不依赖于氮氧化物合成活性的心脏病相反，而PDE5A的抑制作用需要活化的氮氧化物合成。转录因子活性和PDE选择性抑制的肌细胞磷酸化蛋白质组分分析揭示了大量特异性的靶点。因此，不同于PDE5A，PDE9A能够不依赖于氮氧化物通路调控cGMP信号，并且其在压力诱导下的心脏病中的作用为心脏病的治疗提供了潜在的靶点。

3PDE- 9与心衰发展

3.1PDE- 9在心衰发展中的作用

约翰霍普金斯大学医学院及心脏和血管医学研究所教授大卫·卡斯(David Kass)及他的科研人员利用缺乏PDE- 9基因的转基因小鼠做实验组，具有完整PDE- 9基因的小白鼠作为对照组，并先后使用化学方法刺激心肌细胞以模仿心力衰竭的效果，及行主动脉缩小手术以给心脏产生额外的工作量，从而诱导心力衰竭。结果显示缺乏PDE- 9的小白鼠细胞具有更高的cGMP水平；心脏有更少的瘢痕、肌肉变厚，扩张能力更强。阻断PDE- 9的合成，从而阻断对非依赖NOS途径 cGMP/PKG信号通路的破坏，可以促进心脏的自我保护作用，从而改善心衰甚至逆转心衰[2]。

3.2PDE- 9与PDE- 5在心衰发展中的关系

科研人员将手术引发的心脏衰竭小白鼠分为3组。一组接受PDE- 9抑制药物治疗，另一组用PDE- 5抑制剂西地那非(sildenafil)治疗，而第三组使用安慰剂。4周后服用安慰剂的小白鼠完全发展成心力衰竭，而接受PDE- 5和PDE- 9抑制剂治疗的小白鼠的心脏肌肉功能和规模都表现出显著改善，心脏泵血能力恢复到接近正常水平。为比较PDE- 5和PDE- 9抑制剂对心功能的影响，研究人员随后给一半小白鼠喂食PDE- 5抑制剂，关闭小鼠由PDE- 5调节的心脏保护性信号通路，结果小鼠没有任何影响，当喂食PDE- 9抑制剂后小白鼠心脏显示出明显改善。这说明PDE- 9与PDE- 5在心肌衰竭发展中是通过引发保护信号通路缺陷而发挥破坏作用的，两者相互独立[2]。

4总结与展望

随着研究的进一步深入，学术界逐步认识到心衰的发生和发展是一个激活神经- 内分泌、活化的细胞因子、细胞内信号转导通路的改变、基因表达的异常引起的多种蛋白质之间的相关作用、相互影响的极其复杂的病理生理过程。在慢性心功能不全发生发展的每一个病理环节都有可能成为药物作用的新靶点，而恰恰又是这些新靶点构成了研制新型抗心力衰竭药物和探讨心力衰竭更深层次的发病机制的进展前沿。目前，抑制PDE- 9的药物已经用于阿尔茨海默病患者测试。在目前的研究中，PDE- 9抑制剂在心力衰竭小鼠中不仅停止了心肌扩大和瘢痕形成，还几乎逆转了疾病的影响，成为人们期待和关注的目标。

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doi:10.3969/j.issn.1671- 6264.2016.01.038

[中图分类号]R541.6

[文献标识码]A

[文章编号]1671- 6264(2016)01- 0162- 03

[通信作者]张瑶E- mail:yaozhang_grace@aliyun.com

[作者简介]吴月(1989-),女,黑龙江齐齐哈尔人,住院医师。E- mail:zaijian1989@yeah.net

[收稿日期]2015- 05- 30[修回日期] 2015- 11- 17

[引文格式] 吴月，张瑶.磷酸二酯酶9与心衰相关机制的研究进展[J].东南大学学报:医学版,2016,35(1)：162- 164.

·综述·