内皮素—1与心脑血管疾病研究进展

王三应 王国付 毛根祥 曹永葆 严静

[关键词] 内皮素-1；心脑血管疾病；研究进展

中图分类号：R54；R743文献标识码：A文章编号：1009-816X（2016）04-0291-03

内皮素（endothelin，ET）是日本学者Yanagisawa等1988年从猪的主动脉内皮细胞分离纯化出来的由21个氨基酸组成的血管活性肽，它是目前已知最强的收缩血管物质之一，参与多种疾病的病理生理发生和发展过程[1]。ET主要分布于心血管内皮细胞系统，也广泛存在于肺、肾、脑、肝以及皮肤等脏器和组织。本文就ET及其在心脑血管疾病中的研究进展进行综述。

1 ET组成、结构及分类

ET分子量大约为2492Da，C端和N端分别为游离的色氨酸和胱氨酸，分子内部有2个二硫键，该二硫键形成的双环状结构是维持ET分子空间结构稳定以及保持ET分子活性的关键因素。ET的氨基酸序列决定了其空间立体构象，根据ET分子内氨基酸序列的不同，分为ET-1、ET-2、ET-3三个同源异构体，ET基因的表达有不同的组织特异性，人的ET-1分子主要在血管内皮细胞表达，而ET-2和ET-3主要在神经组织表达；结构上，ET-1与ET-2只相差2个氨基酸，ET-3和ET-1相差6个氨基酸，但是三者C末端的7个氨基酸则完全相同[2]。虽然ET分子首先在猪体细胞分离得到，人ET分子的研究进展也很快，早期的原位杂交分析表明，人的ET-1、2、3基因分别定位于染色体的6p23-24、1p34和20q13.2-13.3[3]。其中人ET-1基因的cDNA全长12 464bp，结构基因由5个外显子和4个内含子组成。

2 ET的生物合成、调控以及作用机制

ET-1是ET家族中表达量最多的成员，现以ET-1为例简要介绍ET在体内的合成过程。首先由ET-1基因转录成核内不均一RNA（hnRNA），hnRNA经过剪切修饰后形成ET-1前体原mRNA（ppET-1 mRNA），最后经翻译成具有212个氨基酸的前内皮素原（preproendothelin ppET-1），經一种内肽酶的剪切形成39个氨基酸的前内皮素中间体（big ET-1），然后在内皮素转化酶（ET converting enzymes，ECEs）以及其他的糜蛋白酶、金属蛋白酶和肽链内切酶等作用下形成成熟的ET-1分子[4]。

研究表明，ET-1不能在细胞内储存，不形成其他肽类激素样的分泌颗粒，所以研究者推测对于ET-1合成、分泌和释放的调节主要发生在其mRNA转录和翻译阶段[5]。研究人员从内皮细胞中发现并克隆了GATA-2结合蛋白，该蛋白可以与ET-1基因启动子区域的GATA序列特异性结合，从而促进ET-1基因的转录和翻译[6]；ET-1基因启动子还有一个区域称之为activator protein-1（AP1）位点，可以与Jus和Fos蛋白结合，促进ET-1的表达[7]，同时GATA-2与AP1还具有正向协同作用，可以促进ET-1分子的表达；在ET-1基因中有NF-kB的结合位点，但只有NF-kB异二聚体（p65/p50）可以促进ET-1的表达，单独表达p50则有负向调节作用，同时，过表达NF-kB的抑制剂Ik-Bα也能使ET-1基因表达受阻[8]；机械应力的刺激也是影响ET-1分子表达的因素之一，有研究显示血管细胞以及非血管细胞中流速和应力的增加会刺激ET-1分子的释放[9]，这主要是细胞利用其纤毛感知血液动力学的改变，通过蛋白激酶C（PKC）和胞外Ca2+途径促进ET-1基因的表达以及释放。组织缺血、缺氧也会使ET-1蛋白水平升高，导致心脏疾病的发生，缺氧能够诱导内皮细胞产生缺氧性诱导因子1（hypoxia-1 inducible factor，HIF-1），该因子与ET-1基因的缺氧诱导性增强子（hypoxia-1 inducible enhancer，HIE）特异性结合，从而促进基因表达[10]。

ET-1的作用机制是与ETA受体结合，激活几个相互独立又彼此联系的效应通路：首先，通过G蛋白激活磷脂酶C，产生肌醇三磷酸（IP3）和甘油二醇（DG），IP3促进细胞内内质网释放Ca2+，使细胞内Ca2+浓度上升，与钙调素结合，激活肌反应蛋白轻链激酶，从而引起钙介导的平滑肌收缩；同时DG可以激活PKC以及磷酸化质膜上的Na+/H+泵，从而改变质膜离子通道的通透性，最终加强Ca2+介导的细胞收缩过程[11，12]。

3 ET-1与心脑血管疾病

3.1 心力衰竭：ET-1主要在心肌细胞、心肌成纤维细胞和心脏内皮细胞合成表达，在心力衰竭患者以及动物模型的血液以及组织中ET-1均呈高表达，所以血浆ET-1的水平是心力衰竭患者症状严重以及血液动力学恶性变化的指标，同时也成为这些患者预后效果的重要参数[13]，心力衰竭是各种心脏疾病终末期的共同转归，当心力衰竭时，交感神经和肾素血管紧张素-醛固酮系统被激活，导致心律失常的神经激素的分泌表达，加重心力衰竭的发生和发展[14]。ET-1除了通过上述方式导致心律不齐的作用外，它在心室重构方面也起到作用。它会直接刺激心肌肥大[15]，招募单核细胞以及细胞因子的释放，这些都会加速心肌细胞纤维化的发生。ET-1受体的拮抗剂在心力衰竭模型中具有很好的作用。ETA和ETB受体非选择性拮抗剂波生坦（bosentan）可以显著降低左心室充盈压和不利的心室重构，降低患者平均动脉压、平均肺动脉压、右心房压以及肺毛细血管压[16]。

3.2 冠状动脉疾病：动物实验显示，ET-1通过血管收缩功能在调节冠状动脉血管阻力以及心肌毛细血管血流方面发挥重要作用，体内ET-1水平较高的心肌梗死患者预后效果明显比ET-1水平正常者差[17]。在冠状动脉缺血的实验模型中，ET-1受体拮抗剂或者内皮素转换酶抑制剂等抑制ET-1表达都会降低梗死面积。在冠状动脉结扎引起心肌梗死的大鼠模型中，使用ETA选择性拮抗剂BQ-123 12周后，不仅增加了大鼠的存活率，而且明显改善左心室肥大和心室异常[18]。但是必须指出，在心肌梗死患者中短效使用ET-1受体拮抗剂有利于心律失常和心脏功能恢复以及存活率，但是长时间的抑制ET-1表达也会导致诸如梗塞面变薄，进而引起心室扩张等负性作用[19]。

3.3 原發性高血压：ET-1可以借助动脉系统的平滑肌收缩起到直接的缩血管效应，也可以间接的通过神经体液和内分泌因子的作用加强血管收缩功能[20]，引起原发性高血压发生。例如，在体外模型中，ET-1可以诱发血管紧张素Ⅰ和Ⅱ的转化，从而刺激肾上腺素和醛固酮的合成[21]。在高血压实验模型和高血压病患者中，均发现内皮祖细胞的受损，内皮细胞能够分泌很多血管活性物质，被视为“内皮-高血压-心血管事件”反应链的启动子和载体。因此内皮功能障碍是原发性高血压的一个关键致病因素[22]。

3.4 动脉粥样硬化：在动脉粥样硬化疾病中，内皮功能障碍与ET-1密切相关，导致炎症和血栓形成。ET-1过度表达小鼠实验模型研究显示，ET-1可引起血管结构重塑和内皮功能障碍，同时ET-1受体抑制剂可以逆转这种作用，动脉粥样硬化造成的ET-1分泌增多，活化NF-kB，从而介导炎症反应和调控平滑肌增值的细胞因子，加重病情[23]；同时ET-1的表达增多会加强体内脂质的生物合成，在临床上，通过多重回归分析显示，组织ET-1的表达水平是慢性肾脏疾病患者动脉粥样硬化进展的一个主要预测指标[24]。同时，在动脉粥样硬化的动脉中，成熟ET-1分子的前体big ET-1、内皮素转化酶以及ET-1的受体含量也都是相对增多的[12]，而其中的机制是ET-1能够刺激转化生长因子-β、血小板衍生因子、碱性纤维母细胞生长因子和一些粘附因子的表达，而这些因子在动脉粥样硬化斑块的形成中发挥重要作用[25]。

3.5 肺动脉高压：肺动脉高压是一组由异源性疾病和不同发病机制引起的以肺血管阻力持续增高为特征的临床病理生理综合征，最终导致右心衰竭甚至死亡的疾病。肺部ET-1的累积是导致ET系统功能紊乱的重要原因，从而引起肺血管阻力和肺血管重建的发生和发展。在肺动脉高压患者的肌肉动脉和血管内皮细胞中，以及与之相关的结缔组织疾病、先天性心脏缺损和肺纤维化等患者体内，ET-1及其前体表达量较之正常组有明显的升高[26]；而且ET-1的表达水平与肺动脉高压的严重程度密切相关[26，27]。最近的一项有关先天性心脏病并发肺动脉高压的临床研究发现，并发中重度肺动脉高压患者体内的循环内皮细胞与ET-1水平较之对照组有很明显的升高，平均肺动脉压也与循环内皮细胞的比重以及ET-1水平呈现正相关，这两个指标可以作为肺动脉高压临床管理的生物标记[28]。

3.6 脑梗死：又称缺血性脑卒中，是指因脑部血液供应障碍，缺血、缺氧所导致的局限性脑组织的缺血性坏死或软化。脑梗死的临床常见类型有脑血栓形成、腔隙性梗死和脑栓塞等，脑梗死占全部脑卒中的80%。有研究表明，脑梗死患者血浆中ET-1水平明显增高[29]，究其原因，是因为脑梗死时脑组织缺血、缺氧，导致组织细胞呼吸障碍，造成细胞内酸中毒，血管内皮细胞肿胀、损伤，细胞通透性增加，使得ET-1释放入血增多，结果导致血管收缩，组织血流量减少，血粘度增高，血流减慢，这样就会形成恶性循环。所以在脑梗死治疗过程中，要做好保护血管扩张以及稀释血液等相关治疗，减少病患继发性损伤。

综上所述，ET-1在血管相关的病理生理学中具有重要的作用，其表达水平包括受体的循环水平和动态平衡变化可以影响很多心脑血管病的发生和发展过程，而且它可以在其合成、受体结合或者胞内信号传导等各个节点受到其它因子的调控作用。动物模型研究显示ET-1受体拮抗剂对这些疾病的血管功能具有很好的保护作用，但是迄今为止，ET-1受体拮抗剂在临床上的应用仍较局限。随着对ET-1系统的深入研究，寻找心脑血管疾病发生过程中某些细胞或是分子靶标与ET-1的关系会成为后续研究的关注点。

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