Apelin/APJ系统与心血管疾病的研究进展*

阿斯艳木·阿不都欧甫 商鲁翔 周贤惠 汤宝鹏

Apelin 是脂肪细胞分泌的一种脂肪细胞因子，是血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)1型受体相关蛋白(APJ)的内源性配体。Apelin广泛分布于各器官、组织，在心血管系统高度表达，具有扩张血管、降低血压、增加心肌收缩力、改善心脏功能、抑制心肌细胞肥大及纤维化、减小心肌缺血再灌注损伤面积等多种心肌保护作用[1-2]。既往研究显示，Apelin水平的异常与众多心血管系统疾病的发生、发展有关[3]。笔者归纳概括Apelin/APJ系统在心血管疾病发生、发展中的作用及机制的研究进展，旨在为心血管疾病的预防及治疗提供新的靶点。

1 Apelin/APJ 系统的分子特征及生物学特性

Apelin是一种内源性肽，是孤儿G蛋白偶联受体APJ的配体。Apelin编码基因位于染色体xq25-26.1，由3个外显子和2个内含子组成，相对分子量为12 876，人类与鼠、牛的Apelin前体肽(Prepro Apelin)均有77个氨基酸组成，因羧基末端有丰富的碱性氨基酸残基，含有多个酶切位点。Prepro Apelin通过酶水解生成Apelin-10、-11、-12、-13、-15、-17、-19、-23、-36等不同长度的具有不同生物学活性的多种肽，其中Aplein-12、Apelin-13和Apelin-36在心血管系统较为常见[4]。

APJ由APLNR基因编码，其结构与AngII具有较高的同源性(40%～50%)[5]。该基因位于小鼠2E1染色体和大鼠3q24染色体上，在人类、大鼠和小鼠之间有很高的相似性(90%)[6]。由于APJ对不同长度的Apelin肽片段有不同的亲和力，并与不同形式的G蛋白(Gα、Gβ、Gγ)相互作用，激活多种信号通路，从而引起不同的效应[7]。Apelin与APJ结合后激活磷酸肌醇3-激酶(Pi3k)和蛋白kinase B(Akt)的磷酸化，在细胞增殖或凋亡中起重要作用。此外，Apelin/APJ系统改变了活性氧(ROS)水平，抑制过氧化氢的产生。Apelin-13通过与APJ的结合而负调控腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)信号通路，降低脂肪组织中甘油三酯水解降解为脂肪酸和甘油[8]。

Apelin是在内皮细胞中局部合成的，存在于内质网、高尔基体和分泌囊泡等细胞器中。最新的研究表明，Apelin/APJ系统表达和作用最重要的部位是心血管系统，特别是血管内皮细胞、血管平滑肌细胞、心内膜和心肌细胞。其在心血管系统中的生物学效应已成为近年来研究的热点。

2 Apelin/APJ系统与心血管疾病

2.1心律失常 Apelin在正常心房肌内的水平比血浆水平高达200倍[9]。Apelin 可调节成年犬心肌细胞的Na+通道，改变成年犬心脏的传导性和兴奋性[10]，提示 Apelin 可能对Na+通道相关的疾病，如 Brugada 综合征具有治疗作用。Ellinor等[11]首次报道孤立性心房颤动(简称房颤)患者血浆Apelin水平显著下降。他们对73例心功能正常的孤立性房颤患者和73例年龄、性别等相匹配的健康对照组患者进行血浆Apelin-12水平测定，结果发现孤立性房颤患者平均Apelin-12水平明显低于对照组(307 pg/mL vs 648 pg/mL，P<0.000 05)。Falcone等[12]对93例服用抗心律失常药物的持续性房颤患者进行电复律后随访6个月，其中26例患者出现房颤复发。他们还发现，房颤复发患者血浆Apelin水平明显低于未复发者[(590± 170)pg/mL vs(730±150)pg/mL，P<0.01]。在多因素COX回归分析中，低Apelin水平是持续性房颤电复律后复发的独立预测因素(HR=2.9，95%CI：1.2～7.1，P<0.05)。由于Apelin与其受体APJ广泛表达于心肌细胞，由心内膜内皮细胞通过旁分泌/内分泌释放，Klára等[13]发现它们可提高心肌细胞动作电位传导速度并缩短心肌细胞的场电位持续时间。Cheng等[14]采用细胞膜片钳技术研究了Apelin给药前后兔左心房心肌细胞的动作电位(AP)和离子电流的变化，发现Apelin明显改变心房电生理，缩短AP时程，可能与其对多离子电流影响有关。

2.2心肌梗死 血管生成是冠状动脉粥样硬化性心脏病中心肌修复的重要机制之一。最近一项研究报道了Apelin/APJ系统参与血管生成过程中促血管生成素-1 (Ang-1)/tie-2下游信号通路，调控血管直径[15]。Zeng等[16]将2型糖尿病大鼠随机分成三组，一组为假手术组，其余两组实施冠状动脉左前降支(LAD)结扎手术制备心肌梗死(简称心梗)模型，术后手术组分别注入促血管生成素-1、β-半乳糖苷酶，分析缺血性心肌中Ang-1/tie-2下游信号通路，发现过表达Ang-1可显著增加缺血心肌中Apelin的表达，显著改善心肌血管生成和心肌功能恢复。Li等[17]对通过结扎大鼠LAD的心梗模型中注入Apelin-13，观察注入Apelin-13后心梗大鼠Apelin/APJ水平的变化，发现与正常组相比，Apelin/APJ水平在心梗14天后显著增加，且CD133+/c-Kit+/Sca1+归巢至缺血区域，增加心肌毛细血管密度，促进梗死区域血管生成，改善心功能。Azizi等[18]对结扎LAD 30 min，再灌注14天的心肌缺血再灌注大鼠随机分成两组，结扎LAD 24 h后对一组静脉给予Apelin-13 10 nmol·kg-1·d-1连续5天，14天后观察心梗面积，发现Apelin通过延缓心肌损伤和脂质过氧化，并促进一氧化氮(NO)的生成实现保护心肌，减少心梗区域的心血管效应。该肽还可消除活性氧(ROS)的形成，减少氧化应激，防止心肌肥厚[19]。为了进一步证实Apelin对心脏血管生成的影响，Kidoya等[20]将经过Apelin预处理的骨髓间充质干细胞注入大鼠的心肌，引起大鼠心肌血管生成增加，心肌纤维化程度减轻。王孝东等[21]证实了Apelin对结扎大鼠LAD引起的心梗的影响，结果表明，Apelin通过刺激内皮细胞向缺血区的迁移，促进血管的愈合和新生血管的形成，对侧枝循环和血管生成具有良好的作用。Wang等[22]还发现，Apelin基因敲除大鼠中，因Apelin的缺失，梗死周围组织磷脂酰肌醇3-激酶(Pi3k)和蛋白激酶B(Akt)水平急剧下降，从而增加了心梗面积和梗死后死亡率。

2.3高血压 高血压与血管内皮功能障碍、动脉硬化及神经系统过度激活密切相关。大量研究表明，Apelin/APJ系统与降低血压密切相关。Zhu等[23]通过随机抽样收集中国沿海地区1 301名受试者[年龄(30～79)岁)]收缩压(SBP)、舒张压(DBP)、平均动脉压(MABP)并检测血浆Apelin-12水平，发现SBP、DBP、MABP与Apelin水平呈显著负相关(P均<0.01)。Tatemoto等[24]对麻醉大鼠腹腔内注射10 nmol/kg的Apelin-12、Apelin-13、Apelin-36后，大鼠MABP明显降低[分别为(26±5)、 (11±4)、(5±4) mmHg)]，注入Apelin-12后降压幅度最强，但这种作用被一氧化氮合酶(NOS)抑制剂所阻断，其机制可能是Apelin直接激活血管内皮L-精氨酸(L-Arg)/NOS通路，进而增加细胞内循环一磷酸鸟苷(CGMP)水平，引起血管舒张，降低血压。Ishida等[25]发现，在APJ缺乏的大鼠中，Apelin无法诱导内皮NOS磷酸化，且降压作用减弱，进一步证实了Apelin/APJ系统的血管扩张作用通过NO依赖性机制实现，从而达到降压效果，他们还发现，APJ缺陷的大鼠对血管收缩因子Ang-Ⅱ的反应性增强，表明Apelin/APJ系统在体内发挥降压作用很可能通过抑制Ang-Ⅱ的升压作用实现。然而，Nagano等[26]在外周血管损伤的高血压大鼠中发现，Nn-硝基-L-精氨酸甲酯(LNAME)诱导的Apelin刺激，引起瞬间血压升高，提示Apelin在血管损伤条件下发挥血管收缩作用，从而发挥升压作用。Han等[27]将健康大鼠分为处理组和对照组，处理组给予不对称二甲基精氨酸ADMA (10 mg·kg-1·day-1)，对照组给予等量生理盐水，4周后对两组注射Apelin-13后观察两组血压变化，结果发现，给予ADMA处理组大鼠中，Apelin-13直接与血管平滑肌细胞(VSMCs)上的APJ受体结合，增加肌球蛋白轻链的磷酸化，促进血管收缩，引起血压升高，而对照组血压下降。既往研究已证实，中枢Apelin在调节血压方面也起着特殊的作用，在压力性高血压大鼠的延髓头端腹外侧区Apelin水平的表达显著增加，直接向延髓头端腹外侧区注入Apelin-13(200 pmol/50 nL)，可使血压升高20 mmHg ，提示中枢Apelin介导的神经调节作用对血压的影响与外源Aplein完全相反[28]。

2.4心力衰竭 目前认为，Apelin/APJ系统与心力衰竭(简称心衰)的病理生理调节有关。Iwanaga等[29]对左室肥厚引起心衰的达尔盐敏感型大鼠测定血浆Apelin/APJ水平，发现Apelin/APJ水平明显降低，此后将其分为四组分别给予替米沙坦、ono - 4817[基质金属蛋白酶(MMP)抑制剂]、比索洛尔、0.5% 羧甲基纤维素治疗后发现，尽管各组均有心功能改善，但只有在用替米沙坦治疗组中Apelin/APJ水平表达增加，此作用被血管紧张素转换酶2(ACE2)抑制，证明了血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)和血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂(ARB)的心血管系统的有益作用是基于Apelin的调节。Wang等[30]为观察外源性给予Apelin-13对心衰犬心功能的影响，分别测定了7只心衰犬和健康犬左心室及血浆Apelin-13水平，结果发现Apelin-13在心衰犬左室心肌和血浆中的表达明显低于健康犬，他们随后对7只心衰犬间隔2 h前后注入低、高剂量Apelin-13(500 ng·kg-1·min-1和50μg-1·min-1),结果表明，外源性给予Apelin-13以剂量依赖性的方式显著改善左室收缩功能，进一步证明了外源性Apelin-13在心衰治疗中的潜在效果。Szokodi等[31]还发现，机械拉伸和慢性压力超负荷使大鼠心肌中Apelin含量降低。Wang等[22]对机械拉伸和慢性压力超负荷人体和动物模型进行体外和体内实验，结果发现，Apelin的缺乏损害了Akt/Pi3k和Erk(细胞外调节蛋白激酶)通路的激活，促进心肌损伤，降低整体心脏功能。一项用外源性Apelin治疗终末期心衰的达尔盐敏感大鼠的研究表明，Apelin/APJ系统抑制NADPH氧化酶降低氧化应激并调节Akt/eNOS通路在大鼠心脏中的表达，从而改善左心室功能障碍和心肌重构，揭示了Apelin与氧化损伤的相关性，为Apelin治疗终末期心衰的潜在益处提供了前提[32]。然而，人体实验得到了相互矛盾的结果：Apelin水平在早期心衰阶段升高，而中晚期心衰阶段显著降低[33]。Chandrasekaran等[34]检测心衰患者和健康者三个不同部位(冠状窦、主动脉和肾静脉)的Apelin水平，发现与健康对照组相比，心衰患者冠状窦内Apelin水平明显减少，而主动脉和深静脉的Apelin水平无差异，健康者冠状窦和主动脉内Apelin水平有梯度，而在心衰患者三个部位之间无Apelin梯度，表明了Apelin并不只产生于心脏，左心功能不全的心脏心肌Apelin水平显著降低。Piktin等[35]从扩张型心肌病或缺血性心肌病行心脏移植手术的患者中取心肌组织，发现这些患者APJ密度明显降低，但Apelin水平保持不变，证实了心衰进展的原因可能是APJ密度的降低限制Apelin发挥正性肌力作用引起。Chen等[36]发现缺血性心肌病或非缺血性心肌病导致的心功能不全的患者冠状动脉及血浆Apelin水平明显下降，经左室辅助装置(LVAD)植入后左室组织中APJ水平上调，Apelin水平较植入LVAD前明显增加，提示随着心功能改善，Apelin合成和分泌增加。

3 总结与展望

Apelin/APJ系统在心血管系统中广泛表达，与心梗、高血压、心衰、心律失常等疾病的发生有关。基于Apelin/APJ系统在这些疾病中的作用，笔者推测APJ受体激动剂或拮抗剂可作为这些疾病新的药物靶点。 需要更多的研究通过不同方向和角度探讨 Apelin/ APJ系统与心血管疾病的关系，进一步探索疾病潜在的治疗靶点。