前动力蛋白2在心血管病变中的研究进展

黄 聪，郭 敏，陈 娟，蔡 飞，张又枝

(湖北科技学院 1. 药学院、2. 糖尿病心脑血管病变湖北省重点实验室，湖北 咸宁 437100)

心血管疾病主要包括心肌梗死、心力衰竭、血管脂质功能紊乱等疾病，发病率和病死率一直居高不下，严重危害着人类健康，发病机制也尚未完全阐明[1]。研究发现，影响摄食行为的多种肽类蛋白，如瘦素、胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide 1, GLP-1)、肠促胰酶肽等能调节心血管功能，具有保护作用[2]。前动力蛋白2(prokineticin 2, PK2)是近年来新发现的一种分泌蛋白，参与调节体内摄食行为、神经生成、激素分泌、昼夜节律和痛觉等生理功能[3]，其在心、脑、肾和子宫等部位都有表达。以上研究提示，PK2这一影响摄食行为的肽类分泌蛋白可能具有调节心血管病变的作用。因此，本文就PK2在心血管病变中的研究进展作一综述，为心血管病变的治疗提供新的研究思路。

1 PK2的生物学特征及生理功能

PK2是一种新发现的具有多种功能的分泌蛋白，在动物脑、心脏、肾脏、胎盘、肾上腺、子宫、消化道等组织中均有表达[4]。PK2由PROK2基因编码，位于染色体3p21.1上, 由81个氨基酸组成[5]。PK2的受体(prokineticin receptor, PKRs)包括PKR1和PKR2，是一种G蛋白偶联受体，二者具有高度的同源性(80%～90%)。PKR1在周围组织细胞广泛分布，而PKR2主要在下丘脑、嗅觉脑室区域等大脑部位表达[4, 6]。PK2与受体结合后，活化下游多种信号途径，介导细胞内钙动员、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase, MAPK)、蛋白激酶 B( protein kinase B，Akt)、磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)的激活和cAMP积聚[7]，参与机体生物学功能，如血管生成、神经生成、激素分泌、昼夜节律、痛觉、胃肠道运动、摄食等[3-4]。

PK2在神经系统、免疫系统、生殖系统、心血管系统等多部位发挥广泛的生理作用。PK2激活 PKR1和2，分别调节睡眠-觉醒周期、体温、激素分泌和血糖的节律性，稳定睡眠的总时间和昼夜节律, 参与体温和能量平衡的调节，维持雌性动物正常的发情周期[4]。PK2/PKR2系统参与焦虑和抑郁等情感障碍的调节[5]。PK2 在下丘脑通过 PKR1产生厌食效应，减少食物摄取，预防肥胖症[4]。PK2可通过降低对化学和机械刺激的疼痛阈值，影响痛觉[4]。PK2可以诱导嗅球室管膜下层来源的神经元祖细胞的迁移和促性腺激素释放激素神经元的存活和迁移，参与嗅球的发育[4]。PK2参与免疫调节，诱导人骨髓细胞分化为单核细胞系和巨噬细胞系，通过激活单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞上的PKRs，释放炎性细胞因子，触发和维持炎性疼痛，调节免疫炎症反应[4]。编码 PK2 和PKR2的基因点突变可导致特发性低促性腺激素性的性腺功能减退[4]。而在外周，PK2/PKR1参与心脏和肾脏新生血管的形成，PKR1缺失引起心脏和肾脏的结构和功能变化[7-8]。另外，胡旺平教授课题组一直致力于研究PK2调制神经痛觉、昼夜节律和睡眠等的功能[9-10]。该课题组发表了近十篇相关文献，其中一篇发现，PK2通过其受体增强大鼠背根神经节神经元酸敏感离子通道活动，表明PK2可能是一个通过酸敏感离子通道造成酸中毒，引起疼痛的前期疼痛影响因子[11]。因此，PK2在体内发挥着广泛的生理作用，其本身、受体和信号通路的研究是众多潜在疾病的治疗靶点。

2 PK2与心血管病变之间的关系

2.1PK2与心肌损伤之间的关系PK2蛋白与其受体都在心血管组织中表达[7, 12]，PK2蛋白通过其受体发挥对血管的保护作用。在大鼠心脏和主动脉组织中，PKR1表达在心脏心室壁和主动脉内皮细胞，在主动脉平滑肌细胞中不表达[7]。PKR1与内皮细胞中的Gα11结合，诱导MAPK和PI3K/Akt磷酸化，促进血管生成，抑制细胞凋亡，改善心肌梗死大鼠心脏功能[13-14]，相比之下，PKR2与Gα12信号通路相连，并下调黏附分子ZO-1，导致内皮细胞功能紊乱和开窗，PKR2对心脏有不良影响，引起心脏肥大和血管渗漏[6, 13]。另外，有研究表明，PKR1也在肾脏肾小球内皮细胞和肾小管中表达，作为促血管生成素的PK2是重要的心脏和肾脏缺氧损伤的标记物[15]，PKR1基因敲除导致肾脏结构和功能障碍[7-8]。

PK2为刺激邻近组织中新血管形成的内分泌和(或)旁分泌血管生成因子[16]，激活成人心外膜来源的祖细胞(epicardium generated epicardium-derived cells, EPDCs)分化成内皮细胞和平滑肌细胞，诱导新生血管的形成；但在PKR1敲除的EPDCs中，没有上述作用，表明PK2诱导新生血管形成等作用由PKR1信号介导[6]。PK2是受体PKR1和PKR2最有效的激动剂，在冠状血管结扎的心肌梗死鼠模型中，过表达PKR1促进血管生成，减少心肌梗死后的心肌细胞凋亡，促进EPDCs的增殖，促进旁路血管形成以克服组织氧合不足，减少心肌梗死面积，改善左心室功能，减少死亡率，并且小鼠心脏中的PKR1上调PK2水平[6-7]。在心肌细胞中，PK2或过表达PKR1激活Akt，抗氧化应激，保护心肌细胞[17]，并且在培养的心脏内皮细胞中，过度表达PK2或PKR1诱导内皮细胞管腔样结构的形成，但不增加血管内皮生长因子水平[17]。心外膜PK2/PKR1信号缺乏导致心脏发育缺陷，是成年小鼠先天性心脏病起源的基础[18]。以上研究表明，PK2/PKR1信号在促进心脏血管再生、抑制细胞凋亡和心脏保护中起重要作用。

另外，有研究表明，心外膜PK2/PKR1信号在心衰中具有关键作用[18]。终末期充血性心力衰竭患者心脏PK2的表达明显下降。随后的研究发现，PK2 通过PKRs 激活ERK1/2 和Akt 信号通路，促进血管生成，减轻心肌损伤和提高心功能[6, 16, 18]。非肽PKR1激动剂克服了肽类药物的代谢不稳定性和低生物利用度，对心衰动物有保护作用，有利于开发新的治疗心衰的非肽PKR1激动剂药物[6]。研究表明，PKR1信号通路在心脏疾病中具有重要作用，PK2/PKR1信号通路可作为治疗心衰新的药物作用靶点。

2.2PK2与血管内皮细胞功能紊乱之间的关系内皮细胞功能紊乱在冠脉综合征、高血压等心血管疾病的病理生理机制中发挥着重要作用[15]。在小鼠冠脉H5V内皮细胞中，PK2激活PKR1/MAPK/Akt信号通路，促进细胞增殖、迁移和管状形成；在人主动脉内皮细胞中，PK2诱导细胞管状样结构形成，维持内皮细胞功能完整[19]。在内皮特异性敲除PKR1 小鼠中，呈现内皮功能紊乱、胰岛素抵抗、心脏以及肾脏功能的紊乱；过表达PKR1后，增加胰岛素的摄取，恢复心脏和肾脏功能[15]。研究表明，PK2/PKR1信号通路促进内皮细胞增殖，调节内皮功能紊乱，发挥血管的保护作用，帮助维持组织正常的血流循环。

2.3PK2与代谢综合征之间的关系代谢综合征(metabolic syndrome, MS)与心血管疾病病死率、死亡率的增加高度相关。胰岛素抵抗和炎症是涉及MS发病的重要机制，研究发现PK2是一个潜在的与MS相关的蛋白[20]。在具有心血管危险因素的中国成年人群中，研究显示，血清中PK2含量>6.32 μg·L-1的人群, PK2越高，机体有更大的腰围和体重指数，舒张压、血浆甘油三酯、血糖和血清尿酸也增高，但是有较低的高密度脂蛋白胆固醇[20]。

肥胖是心血管疾病独立的危险因素和风险标志，过量的脂肪堆积及与肥胖相关的代谢压力可导致心肌的结构和功能变化。在肥胖者的脂肪组织中，PK2发挥脂肪因子的作用，调节肥胖和胰岛素抵抗[21]。PK2具有控制饮食的作用，弓形核是下丘脑处理饮食和能量平衡的区域，PK2在下丘脑弓形核由PKR1介导产生厌食效应，减少摄食行为[22]。PK2通过减少食物摄入及抑制前脂肪细胞增殖和分化两种不同的机制，来抑制脂肪组织扩张[21-22]。在人体脂肪细胞中，高水平的PK2可能反映了一种代谢压力的补偿反应[21]。另有研究表明，心脏脂肪和血管网络起源于一个共同的心脏成纤维祖细胞tcf21+谱系，受PKR1的自分泌和旁分泌控制，PK2/PKR1信号通路促进心脏成纤维祖细胞向血管生成的转换，促进血管生成，维持心脏充足的灌注，抑制脂肪因子转录，减少心脏脂肪堆积[23]。因此，PK2通过控制和减少肥胖，从而预防其并发症，如心血管疾病、胰岛素抵抗等的产生。

PK2/PKR1信号传导增加胰岛素敏感性[22]。经毛细血管的胰岛素运送，从内皮细胞(endothelial cells, ECs)到骨骼肌是胰岛素刺激的葡萄糖摄取的限速步骤，ECs胰岛素递送过程中的缺陷导致胰岛素抵抗[24]。ECs过表达PKR1，促进胰岛素经内皮细胞摄取和血管生成[19]。在内皮特异性PKR1敲除小鼠中，毛细血管形成受损，胰岛素摄取减少；过表达PKR1，恢复其内皮细胞摄取胰岛素的功能[8]。研究表明，PK2/PKR1信号通路在胰岛素再摄取中具有重要作用。

3 结语及展望

PK2是一种分泌型的信号肽，通过受体PKR1和PKR2 参与多种生理病理进程。其中激活PKR1信号通路在减少心肌梗死面积、减少心衰时心肌功能损伤和调节内皮功能紊乱中发挥重要作用，且减少肥胖及其并发症的发生，增加胰岛素敏感性等[22]。以上研究都是在动物体内进行的，在人类是否会产生同样的作用尚有待进一步研究。由于中枢神经系统分泌的PK2影响摄食行为，其释放到外周后，循环和局部的PK2却调节心血管病变等，二者之间通过什么方式发生交叉对话呢？ 2015年的一项研究表明，在心肌梗死小鼠模型中，PKR1非肽类激动剂促进梗死区心肌细胞和血管的再生，提高梗死后心功能等[6]。因此，在未来的研究中，有望以PKR1为靶点研究出新的药物治疗肥胖、糖尿病和心血管疾病等。

[1] 王 珊, 孙桂波, 罗 云, 等. 动脉粥样硬化斑块逆转的研究进展[J]. 中国药理学通报, 2016,32(8): 1059-63.

[1] Wang S, Sun G B, Luo Y, et al. Research progress on the reversal of atherosclerotic plaque [J].ChinPharmacolBull, 2016,32(8): 1059-63.

[2] Mikulaskova B, Maletinska L, Zicha J, et al. The role of food intake regulating peptides in cardiovascular regulation [J].MolCellEndocrinol, 2016,436: 78-92.

[3] Beale K, Gardiner J V, Bewick G A, et al. Peripheral administration of prokineticin 2 potently reduces food intake and body weight in mice via the brainstem [J].BrJPharmacol, 2013,168(2): 403-10.

[4] Negri L, Lattanzi R, Giannini E, et al. Bv8/Prokineticin proteins and their receptors [J].LifeSci, 2007,81(14): 1103-6.

[5] 乔 宇, 周群勇, 马原野, 等. 前动力蛋白生理功能与病理作用研究进展 [J]. 医学研究生学报, 2016,29(12): 1340-4.

[5] Qiao Y, Zhou Q Y, Ma Y Y, et al. Advances in research of physiological roles of prokineticins [J].MedPostgra, 2016,29(12): 1340-4.

[6] Gasser A, Brogi S, Urayama K, et al. Discovery and cardioprotective effects of the first non-peptide agonists of the G protein-coupled prokineticin receptor-1 [J].PLoSOne, 2015,10(4): e0121027.

[7] Boulberdaa M, Urayama K, Nebigil C G. Prokineticin receptor 1 (PKR1) signalling in cardiovascular and kidney functions [J].CardiovascRes, 2011,92(2): 191- 8.

[8] Dormishian M, Turkeri G, Urayama K, et al. Prokineticin receptor-1 is a new regulator of endothelial insulin uptake and capillary formation to control insulin sensitivity and cardiovascular and kidney functions [J].JAmHeartAssoc, 2013,2(5): e000411.

[9] Burton K J, Li X, Li J D, et al. Rhythmic trafficking of TRPV2 in the suprachiasmatic nucleus is regulated by prokineticin 2 signaling [J].JCircadianRhythms, 2015,13: 2.

[10] Hu W P, Li J D, Zhang C, et al. Altered circadian and homeostatic sleep regulation in prokineticin 2-deficient mice [J].Sleep, 2007,30(3): 247-56.

[11] Qiu C Y, Liu Y Q, Qiu F, et al. Prokineticin 2 potentiates acid-sensing ion channel activity in rat dorsal root ganglion neurons [J].JNeuroinflammation, 2012,9: 108-10.doi:10.1186/1743-2094-9-108.

[12] Brouillet S, Hoffmann P, Benharouga M, et al. Molecular characterization of EG-VEGF-mediated angiogenesis: differential effects on microvascular and macrovascular endothelial cells [J].MolBiolCell, 2010,21(16): 2832-43.

[13] Urayama K, Dedeoglu D B, Guilini C, et al. Transgenic myocardial overexpression of prokineticin receptor-2 (GPR73b) induces hypertrophy and capillary vessel leakage [J].CardiovascRes, 2009,81(1): 28-37.

[14] 赵齐飞, 魏 聪, 李红蓉, 等. Neuregulin-1/ErbBs信号通路在慢性心力衰竭中的研究进展 [J]. 中国药理学通报, 2017,33(11): 1481-4.

[14] Zhao Q F, Wei C, Li H R, et al. Research progress of neuregulin-1/ErbBs signal pathway in chronic heart failure [J].ChinPharmacolBull, 2017,33(11): 1481-4.

[15] Nebigil C G. Updates on endothelial functions of proangiogenic prokineticin [J].Hypertension, 2016,68(5):1091-7.

[16] Corlan A S, Cimpean A M, Jitariu A A, et al. Endocrine gland-derived vascular endothelial growth factor/prokineticin-1 in cancer development and tumor angiogenesis [J].IntJEndocrinol, 2017,2017: 3232905.

[17] Urayama K, Guilini C, Messaddeq N, et al. The prokineticin receptor-1 (GPR73) promotes cardiomyocyte survival and angiogenesis [J].FASEBJ, 2007,21(11): 2980-93.

[18] Arora H, Boulberdaa M, Qureshi R, et al. Prokineticin receptor-1 signaling promotes epicardial to mesenchymal transition during heart development [J].SciRep, 2016,6: 2554.

[19] Guilini C, Urayama K, Turkeri G, et al. Divergent roles of prokineticin receptors in the endothelial cells: angiogenesis and fenestration [J].AmJPhysiolHeartCircPhysiol, 2010,298(3): H844-52.

[20] Wang Y, Guo X, Ma H, et al. Prokineticin-2 is associated with metabolic syndrome in a middle-aged and elderly Chinese population [J].LipidsHealthDis, 2016,15: 1.

[21] Von Hunolstein J J, Nebigil C G. Can prokineticin prevent obesity and insulin resistance[J]?CurrOpinEndocrinolDiabetesObes, 2015,22(5): 367-73.

[22] Nebigil C G. Prokineticin is a new linker between obesity and cardiovascular diseases [J].FrontCardiovascMed, 2017,4: 20.

[23] Qureshi R, Kindo M, Arora H, et al. Prokineticin receptor-1-dependent paracrine and autocrine pathways control cardiac tcf21(+) fibroblast progenitor cell transformation into adipocytes and vascular cells [J].SciRep, 2017,7(1): 12804.

[24] Genders A J, Frison V, Abramson S R, et al. Endothelial cells actively concentrate insulin during its transendothelial transport [J].Microcirculation, 2013,20(5): 434-9.