多胺代谢与缺血性心血管疾病研究进展

任 婷,成细华,陈 聪,吴若霞,饶春梅,彭 霞,孙彦波,黄政德*

(湖南中医药大学，湖南 长沙 410208）

多胺代谢与缺血性心血管疾病研究进展

任 婷,成细华,陈 聪,吴若霞,饶春梅,彭 霞,孙彦波,黄政德*

(湖南中医药大学，湖南 长沙 410208）

多胺广泛分布于生物组织和体液中,参与体内多种生理和病理过程,具有促进细胞生长、分化、增生，对维持细胞膜和线粒体的完整性，DNA和RNA结构的稳定性,以及在信号转导、基因表达、蛋白合成等方面都意义重大。多胺参与心肌缺血损伤的发生，多胺代谢失衡，鸟氨酸脱羧酶及精脒/精胺乙酰转移酶活性改变，腐胺生成增多而精胺、精脒减少,将导致继发性的心肌损伤,本文就多胺及多胺在缺血性心血管疾病研究中的意义及进展加以综述。

多胺；ODC；SSAT；心肌缺血

多胺 (polyamines)是一类脂肪胺类小分子化合物，广泛分布于原核和真核生物的组织细胞中，以精胺(spermine，SPM)、精脒(spermidine，SPD)和腐胺(putrescine，PUT)为代表[1]。 生理PH值下，呈质子化的多胺能与带负电荷的生物大分子相互作用并结合[2]。多胺具有多种生理学功能，在调节核酸与蛋白质的合成、酶功能及环磷酸核苷代谢、细胞膜功能，调控细胞周期、细胞凋亡，修复受损组织等方面起着重要作用[3-4]。新近研究表明，多胺不仅在延缓衰老、孕体发育、脑缺血及肿瘤的发生发展等方面具有重要作用[5-8],而且在心血管疾病方面取得一定的研究进展，本文就多胺的特性及其与缺血性心血管疾病研究进展进行综述。

1 心肌多胺代谢

1.1 心肌多胺代谢途径

研究发现,心肌细胞的多胺载体有两类：一种以转运腐胺为主，一种以精胺和精脒为主。机体内多胺的代谢途径如下[9]：（1）鸟氨酸脱羧酶 (ornithinedecarboxylase，ODC)和 S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC)等多胺合成代谢限速酶的活性;（2）精脒/精胺乙酰转移酶(spermidine/spermine N1-acetyltransferase，SSAT)和多胺氧化酶(PAO)等多胺分解代谢限速酶的活性；（3）多胺的转运。其中ODC催化鸟氨酸生成PUT，再由精脒合成酶和精胺合成酶分别生产SPM和SPD，SSAT催化SPM逆转化为SPD及SPD逆转化为PUT，接着PUT由氧化酶生成氨基丁酸，之后生成胺离子和二氧化碳排出体外。多胺完整的代谢过程可随外界刺激不断调整其动态平衡[10]，其平衡和代谢受以上这组酶的精确调控[11]，正常状态下酶活性水平较低[12]。

1.2 心肌多胺代谢限速酶ODC、SSAT酶活性检测

以心肌为实验材料，制备心肌组织匀浆；分别以dl-[1-14C]Ornithine及[1-14C]acetyl-Coenzyme A为底物, 终浓度分别为：90 μmol·L-1(18.5 kBq)与36 μmol·L-1(2.96 kBq)，以液体闪烁计数仪记录生成的14CO2及[14C]acetylspermidine的放射活度，测出ODC，SSAT的基础活性及Km值；计算大鼠心肌ODC、SSAT的酶促反应动力学参数，筛选出适宜的底物浓度；同时观察一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)对酶活性的影响[13]。

临床上常用放射计数技术分析从dl-[1-14C]OrnithineHCI释放出的14CO2的量，测定ODC活性，用放射计数技术分析从[1-14C]acetyl-CoA生成的[14C]-acetylSpd的量，测定 SSAT活性。

1.3 心肌多胺代谢限速酶ODC、SSAT活性抑制与诱导

ODC活性和多胺含量水平有昼夜变化规律，抑制其活性可直接降低细胞内多胺水平[14]。目前，最有效的ODC特异性抑制剂是二氟甲基鸟氨酸 （a-difluoromethylornithine,DFMO），作用机理是DFMO作为ODC的底物进行脱羧反应，导致ODC发生不可逆结构改变，从而引起ODC活性丧失，多胺合成受到抑制，细胞内多胺被耗竭[15]；外源性腐胺可逆转DFMO对多胺水平的抑制作用，而降低心肌细胞内多胺水平[16]。赵雅君等发现一氧化氮（NO）通过抑制多胺合成代谢，促进多胺分解代谢，降低心肌细胞内多胺池的作用[13]。研究发现[17]，ODC可被生长刺激剂快速诱导产生，SSAT可被生长抑制剂及各种毒刺激诱导产生。最有效的SSAT诱导剂是多胺类似物，通过抑制ODC活性，诱导SSAT活性，可用于抗肿瘤治疗[8]。

2 多胺对心血管系统的影响

2.1 多胺与心肌细胞凋亡

细胞凋亡可发生于组织重建、肿瘤退化、胚胎发育及免疫调节等各个时期[18]。多胺可通过参与特定的生物学过程及与导致细胞程序性死亡的分子发生相互作用直接诱导细胞凋亡[19]：（1）通过调控离子通道诱导细胞凋亡；（2）通过线粒体调控途径诱导细胞凋亡。多胺也可通过氧化作用产生异化产物间接诱导细胞凋亡。对模拟缺血的大鼠心肌研究发现多胺诱导 H9c2细胞凋亡，通过DFMO阻断ODC减少心肌衍生的H9c2细胞的多胺含量，可对抗缺血诱导的细胞凋亡以保护心肌细胞[20]。徐长庆等[21]发现多胺对缺血再灌注诱导的原代培养心肌细胞的凋亡是把 “双刃剑”，表现在PUT的促凋亡作用和SPM和SPD的抗凋亡作用。Morada M.等[22]的研究表明多胺与ERS之间关系密切，隐孢子虫入侵人类肠道上皮细胞 (HCT-8)24 h后，SSAT-1活性增加4倍，与HCT-8细胞应激反应的相关ERS蛋白 (钙网蛋白，GRP78/BiP)增加，而参与DNA修复的多聚ADP核糖聚合酶却减少，从而导致细胞凋亡。

2.2 多胺与缺血性心血管疾病

多胺是心肌细胞正常生存不可缺少的。多胺参与心脑缺血损伤的发生[23]，在缺血预适应心肌保护中具有重要地位[24]。Woodcock[25]报道，大鼠心肌IR引起IP 3释放伴再灌注性心律失常发生，庆大霉素和精胺(5 mM)有效抑制之。离体大鼠心脏灌流模型中，心肌缺氧40 min复氧2 h后，组织中精胺含量明显减少[21]，外源性精胺呈剂量依赖型引起大鼠分离的心肌细胞内钙增加，低浓度 （0.5 mmol/L，2 mL/kg）外源性精胺可保护心肌受损，浓度高达10 mol/L甚或引起心肌细胞发生“钙爆炸”，破坏钙离子稳定[26]。韩丽萍[27]等发现，运动可增加心肌细胞内多胺，对老龄大鼠心脏起保护作用，精胺能够通过上调自噬缓解心肌缺血再灌注损伤，尤其是缩小无复流面积。Hsieh等[28]的研究表明，细胞内多胺通过调节内质网应激相关蛋白稳态，介导MDCK细胞上皮-间充质过渡转移。异丙肾上腺素（ISO）所致的大鼠心肌肥大时，心肌组织中多胺代谢限速酶的表达增加，多胺含量增加[29]。降低多胺浓度对心肌肥厚起一定的保护作用[30]。

2.3 多胺代谢与心肌缺血再灌注

心肌缺血再灌注损伤是阻碍缺血心肌从再灌注治疗中获得最佳疗效的主要难题[31]。在心肌缺血再灌注损伤时，多胺代谢失衡，ODC及SSAT的活性改变[13]，腐胺生成增多，精胺、精脒减少，总多胺池多胺含量减少，NO含量增加。而NO含量增加能清除自由基、减轻钙超载对缺血再灌注心肌产生保护作用[32]。ODC的活性在十余分钟内的短暂缺血阶段中其活性与缺血时间呈正相关关系[14]。赵雅君[24]等发现ODC/多胺系统在心肌缺血再灌注损伤和心肌缺血预处理方面可发挥重要作用。转基因小鼠和大鼠ODC过度表达，腐胺含量增加，缺血再灌注损伤梗塞出现较慢，体积较小[33]。因此，多胺保护机制可能是多胺可清除超氧化物，能在心肌缺血再灌注损伤发生时发挥清除自由基，阻断磷脂酶A和 C，从而能够调控心肌内钙浓度，减轻钙超载的作用。

3 展望

目前多胺对心肌缺血再灌注保护的研究主要是对精胺和腐胺的研究，对精脒的研究报道甚少。此外，因为实验对象、研究方法、加入外源性精胺的浓度等因素的不同，实验结果也有较大差距。因此，多胺在心肌缺血再灌注损伤发生发展过程中究竟是保护作用还是损伤作用，目前尚未定论。目前仅可确认的是给予的多胺浓度的高低对多胺产生保护作用还是损伤作用有密切关联，若适当给予外源性多胺可增加心肌细胞内多胺池，使其在正常细胞水平下发挥心肌保护作用。在以后的研究中以多胺代谢通路、多胺的作用浓度以及代谢途径中的酶为靶点，调控细胞内多胺稳态，可能为临床寻求治疗心肌缺血损伤的有效途径提供依据。

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（本文编辑 李 杰）

Review on the Research Progress of Polyamines Metabolism and Ischemic Cardiovascular Disease

REN Ting,CHEN Xihua,CHEN Cong,WU Ruoxia,RAO Chunmei,PENG Xia,SUN Yanbo,HUANG Zhengde*
（Hunan University of Chinese Medicine,Changsha,Hunan 410208,China）

Polyamine,involved in a variety of physiological and pathological process in the body,is widely distributed in biological tissues and fluids,which can promote cell growth,differentiation,hyperplasia.They show great significance in maintaining the integrity of the cell membrane and mitochondria,stability of DNA and RNA structure,and in signal transduction,gene expression,protein synthesis.Polyamine participates in the occur of myocardial ischemia injury.The imbalance of polyamine metabolism,changes of ornithine decarboxylase and spermidine/spermine N 1-acetyltransferase activities,increased formation of putrescine,decreased spermine and spermidine,will lead to secondary myocardial injury.In this paper,the polyamine and its significance and the progress in the study of ischemic cardiovascular diseases are reviewed.

polyamine;ornithine decarboxylase;spermidine/spermine N 1-acetyltransferase;myocardial ischemia

R541

A

doi：10.3969/j.issn.1674－070X.2017.06.030

本文引用：任 婷,成细华,陈 聪,吴若霞,饶春梅,彭 霞,孙彦波,黄政德.多胺代谢与缺血性心血管疾病研究进展[J].湖南中医药大学学报，2017,37（6）：690-692.

2016-01-23

国家自然科学基金资助项目(81373576,81503536)；湖南省教育厅项目(14B136,14C0872)；湖南省中医药管理局重点课题(201304)；湖南省科技厅一般项目(2014SK3034)；中西医结合防治心脑疾病的相关基础研究湖南省高校科技创新团队科研项目(5)。

任 婷，女，博士研究生，研究方向：心血管疾病的中医药防治研究。

* 黄政德，男，博士，教授，博士研究生导师，E-mail：Hzd112@163.com。