苏红燕,马衣热·耐比,曹晓青,李香,张小娟
(1山东省胸科医院,济南 250014;2新疆喀什地区肺科医院)
亲环素A(CyPA)是广泛分布在细胞内的蛋白,属于亲环素家族的一种细胞内伴侣蛋白,有肽酰脯氨酰顺反异构酶(PPIase)活性[1,2],在许多重要的生物学功能包括蛋白折叠、运输和T细胞激活等过程中有重要作用。在CyPA介导的信号传导过程中,CD147是最主要的CyPA受体[3]。CD147属于细胞外基质金属蛋白酶诱导剂之一,广泛分布在整个跨膜糖蛋白中,属于免疫球蛋白超家族。既往研究已证实,CyPA及其受体CD147在炎症、病毒感染、肿瘤等病理过程中起重要作用[2~5]。近期研究显示,CyPA/CD147信号通路与多种心血管疾病密切相关。现就CyPA/CD147信号通路在心血管病中的作用研究进展进行综述。
CyPA是Fischer等首先在1984年从牛胸腺中分离的一种细胞溶质蛋白,是细胞免疫抑制剂环胞素A(CSA)细胞内作用的靶点[5,6]。CyPA是含量最丰富的亲环素家族成员之一,相对分子质量为18 kD,主要由八条反向平行的β折叠片段形成桶状结构,两条α单环围绕其周围,七个芳香环和其他疏水残基共同形成一个紧密的疏水中心,此处即为CsA与其结合的位点。原型CyPA最初认为其主要存在于组织细胞胞质中,此后证实其广泛分布于各种原核及真核生物组织中[7]。CyPA主要存在于内皮细胞、单核—巨噬细胞、血管平滑肌细胞、心肌成纤维细胞、激活的血小板等多种细胞内[5~9],但在炎性刺激如缺氧、感染、氧化应激及其氧化应激诱导剂等条件下,机体可分泌CyPA到细胞外间隙。CyPA作为近期新发现的促炎性因子,具有蛋白折叠、运输、T细胞激活等生物学功能,与多种疾病包括病毒感染、神经退行性变、肿瘤、类风湿性关节炎、脓毒症、哮喘、牙周炎、衰老等密切相关。
CD147即细胞外基质金属蛋白酶,是免疫球蛋白超家族成员之一,相对分子质量为50~60 kD,在造血细胞、上皮细胞、内皮细胞和白细胞等多种细胞中表达,具有刺激基质金属蛋白酶活性、激活淋巴细胞、运输白细胞和激活血小板等多种功能[3,10]。CD147是CyPA的细胞表面受体,在CyPA介导的信号传导过程中起到重要的作用[3,10]。大量研究显示,CyPA/CD147信号传导通路在多种疾病包括肺动脉高压[11]、慢性阻塞性肺疾病[12]、类风湿性关节炎[13]等中被激活。目前动物及人体试验证实,CyPA/CD147在多种心血管疾病的病理过程中起重要作用[5,14~17],进一步探讨作用机制有利于为早期防治心脏疾病提供新的科学依据。
目前研究表明,CyPA/CD147信号通路参与了动脉粥样硬化、冠心病、心肌肥厚、心肌炎和腹主动脉瘤(AAA)等心血管疾病发生、发展过程。
2.1 CyPA/CD147与动脉粥样硬化、冠心病 内皮功能损伤是引起动脉粥样硬化性疾病发生发展的初始促发因素[18,19]。AMPK/eNOS信号通路在血管内平衡和血压调节过程中起重要作用[20]。CyPA广泛分布于各种组织细胞中,细胞内CyPA具有多种功能,包括细胞内运输、信号传导、转录调控等[21]。CyPA在Nox酶如p47phox的易位过程中起到至关重要的作用,其中p47phox促进血管平滑肌细胞增殖。由于Nox酶产生的ROS可激活其他氧化酶系统,CyPA和Nox酶可以协同促进ROS的产生,从而增强氧化应激反应[1]。机体发生氧化应激反应时可以促进CyPA分泌至细胞外,从而刺激内皮细胞产生黏附分子,发生细胞凋亡以及炎性细胞的转移[22~24]。大量研究已经证实,细胞内及细胞外的CyPA均可促进内膜增厚、AAA、动脉粥样硬化、心肌肥厚以及冠心病等疾病的发生。
冠心病是动脉粥样硬化导致器官病变的最常见类型,严重危害人类健康。据发病特点及治疗原则不同分为两大类[25]:慢性冠脉疾病(CAD),包括稳定型心绞痛、缺血性心肌病和隐匿性冠心病;急性冠脉综合征(ACS),包括不稳定型心绞痛、非ST段抬高型心肌梗死(NSTEMI)、ST段抬高型心肌梗死(STEMI)。进一步探讨其相关发病机制,对有效防治冠心病有着重要的临床意义。基于上述基础研究结果,许多临床研究围绕CyPA在冠心病患者中的预测价值进行[25,26]。
May等[27]试验证明,CyPA参与了心脏心肌缺血和再灌注损伤的过程。大量实验数据显示,CyPA对ACS可能也有预测价值。Yan等[28]报道:与稳定型心绞痛和对照组相比,不稳定型心绞痛、急性心肌梗死患者血浆中CyPA水平明显升高。此研究与Satoh等[29]试验结果一致,他们发现稳定冠心病患者解剖学方面的严重程度与其血浆CyPA水平密切相关。CyPA/CD147激活途径在易损动脉粥样硬化斑块发展中发挥作用[30]。在兔急性心肌梗死动物模型中,CyPA在左室壁中高表达,给予血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)类药物——雷米普利可提高抗氧化酶活性,从而引起左室CyPA表达显著下降、LVEF明显提高,显著抑制左室重构[28]。而且,在心脏缺血再灌注动物模型中,抑制CyPA/CD147信号通路后可明显减少心肌梗死面积、保护心脏收缩功能[7]。这些研究结果显示,急性心肌梗死后心脏组织中CyPA水平持续增高,其可能是左室重构和收缩功能异常的标记物。血浆CyPA可由单核细胞和对氧化应激、炎症发生反应的血管壁细胞分泌,同时也可由受损的心肌细胞和间质纤维细胞分泌[7]。STEMI患者的循环血浆中CyPA水平持续性增高,可能反映机体处于强烈的氧化应激反应和促炎症反应状态[7]。
Satoh等[29]研究亦证明,血浆CyPA、CD147水平在CAD患者中明显升高;且CyPA是评价经皮冠状动脉介入术(PCI)、冠脉搭桥术(CABG)等治疗效果的重要方法。Huang等[31]探讨了55例给予PCI术的STEMI患者血浆CyPA水平与左室重构的关系,发现血浆CyPA水平降低者6个月后左室功能明显优于血浆CyPA水平未降低者。此研究与Satoh等[29]试验结果一致。与STEMI患者血浆C反应蛋白水平相比,血浆CyPA水平对于预测左室功能有更大的临床意义。推测可能原因为:CRP、IL-6仅仅是炎性反应的标志物;而CyPA不仅与血管壁炎性反应相关,而且与血管壁氧化应激反应密切相关。同时Satoh等[29]试验还表明,STEMI患者通过抑制CyPA/CD147信号通路减少血浆CyPA水平,从而保护左室功能。稳定冠心病患者解剖学方面的严重程度与其血浆CyPA水平密切相关。Seizer等[7]发现,敲除CyPA-/-小鼠CD147不会减少缺血再灌注损伤造成的心梗面积;而CD147-/+小鼠可以通过减少单核/巨噬细胞的聚集作用,从而保护心肌免受缺血再灌注的损害。由此可见,CyPA/CD147信号通路与冠心病的发生、发展密切相关。
2.2 CyPA/CD147与心肌肥厚 心肌肥厚是心脏对血流动力学压力的适应性反应,常见的两大分类为生理性心肌肥厚和病理性心肌肥厚。其中,病理性心肌肥厚是心脏对各种慢性压力刺激如高血压、冠心病、心肌梗死、代谢性及糖尿病性心肌病、瓣膜性心脏病等发生的适应性增生,最终引起心室重构和心力衰竭[32]。
在分子水平上,心肌细胞肥大主要表现为细胞体积增大、蛋白合成增加、肌小节重构增加[32]。心肌肥厚是一种复杂的、多因素的病理生理过程,它涉及多种细胞和分子系统。由此可见,为防止心肌发生病理性重塑、延缓心衰发生进程,充分了解分子水平上心肌肥厚的发病机制尤其重要。目前大量研究显示,心肌肥厚分子方面的主要发病机制包括机械应激、体液刺激、胚胎基因转录程序的转换、炎性刺激以及氧化应激作用等。其中,交感神经系统和肾素—血管紧张素—醛固酮系统(RAAS)是被广泛研究的神经激素机制。既往大量研究发现,AngⅡ在心肌肥厚的病理发病过程中有十分重要的作用[9]。AngⅡ在ROS产生、炎性因子的分泌、Ca2+的调节等方面起着关键作用,且可以直接引起心肌细胞肥大、激活肥厚基因[26]。近期研究证实,在心肌肥厚的发病机制中,RAAS与CyPA/CD147信号通路密切相关[33]。
Satoh等[34]研究发现,CyPA和AngⅡ可协同促进ROS的产生,从而引起心肌肥厚、心肌细胞外基质重构、心功能不全。Satoh等[9]研究显示,ApoE-/-小鼠经AngⅡ干预后更易发生心肌肥厚;且与ApoE-/-CyPA+/+小鼠相比,ApoE-/-CyPA-/-小鼠发生心肌肥厚的几率明显降低。缺少CyPA的心肌纤维细胞,经AngⅡ干预后ROS的产生明显减少,细胞增殖和迁移均明显受抑制[35]。上述研究证实,在AngⅡ刺激的心肌肥厚中,CyPA通过增加ROS产生及刺激心肌纤维细胞增生、迁移,直接促进心肌细胞肥厚发挥作用,但未明确CyPA的受体。
既往研究显示,CD147与肺动脉高压、动脉粥样硬化、血小板激活等心血管疾病密切相关。Suzuki等[36]对CD147-/+和CD147+/+小鼠进行主动脉结扎术(TAC),发现与CD147+/+小鼠相比,CD147-/+小鼠的心脏重量/体质量明显降低;且心脏彩超结果显示,CD147+/+小鼠比CD147-/+小鼠更易发生心肌肥厚、心脏扩大。可见,CD147在心肌肥厚及心衰发生、发展过程中同样起到重要的作用。
Yurchenko等[37]研究报道,CD147以CsA依赖性方式与细胞外CyPA相互作用。研究[38]证实,CyPA在体外H9C2心肌细胞肥大发生发展中起着十分重要的作用;由AngⅡ诱导的H9C2心肌细胞发生肥大时,CyPA及其受体CD147的表达明显升高;同时应用褪黑素干预治疗后,CyPA和CD147表达明显降低。由此可见,CyPA/CD147信号通路在AngⅡ诱导的心肌肥厚中被激活,而褪黑素通过其潜在的抗氧化特点抑制AngⅡ诱导的心肌肥厚。抑制CyPA/CD147信号通路至少是褪黑素抑制AngⅡ诱导的心肌肥厚的发病机制之一,其中可能还包括其他信号通路。综上所述,我们推测CyPA/CD147通路可能是将来治疗心肌肥厚的新靶点。
2.3 CyPA/CD147与心肌炎 心肌炎指由各种原因引起的心肌炎性损伤所导致的心脏功能受损,包括收缩、舒张功能减低和心律失常。病因包括感染、自身免疫疾病和毒素/药物毒性三类,其中感染是最主要的致病原因,病原体以病毒最为常见,包括肠道病毒(尤其是柯萨奇B病毒、CVB3)、腺病毒、巨细胞病毒、EB病毒和流感病毒等。
Seizer等[39]通过应用CyPA抑制剂——NIM811,探讨了CyPA在CVB3导致的心肌炎中的作用。发现:①CyPA和CD147在CVB3引起的心肌炎中明显升高;②CyPA对心肌炎患者的巨噬细胞、T细胞有明显的聚集作用;③应用CyPA抑制剂——NIM811可以有效防止心肌发生纤维化。这些结果证实,CyPA和CD147在CVB3引起的心肌炎中起重要作用,是治疗心肌炎的新靶点。同时,Seizer等[39]发现102例心肌炎患者心肌标本中CyPA和CD147表达明显升高,发现CyPA主要由巨噬细胞、淋巴细胞及平滑肌细胞分泌。由此可见,CyPA和CD147在心肌炎的病理生理过程中有重要作用,是心肌炎的重要标志物之一。
2.4 CyPA/CD147与AAA AAA形成的直接原因是动脉壁发生慢性炎性病变,同时伴随动脉壁弹力纤维和胶原纤维的降解、损伤等退行性病变,使得腹主动脉壁机械强度显著下降,致使动脉壁局限膨出而成瘤[40]。Key机制包括血管平滑肌细胞的衰老、氧化应激反应的发生、促炎性因子的产生,以及基质金属蛋白酶的增加等,从而降解细胞外基质。由此可推测,CyPA与AAA的发生相关。Satoh等[34]研究发现,ApoE-/-小鼠经AngⅡ干预后易发生AAA;且与ApoE-/-CyPA+/+小鼠相比,ApoE-/-CyPA-/-小鼠发生AAA的几率明显降低。ApoE-/-CyPA-/-小鼠分泌炎性因子明显减少,且动脉壁弹力纤维和胶原纤维的降解、损伤等退行性病变,以及动脉扩张发生率明显降低。同时Satoh等[34]研究显示,ApoE-/-CyPA+/+小鼠经AngⅡ干预后出现动脉瘤破裂及猝死的发生率约为40%,而ApoE-/-CyPA-/-小鼠出现上述心血管事件发生率明显降低。因此,CyPA可能是将来治疗动脉瘤的新靶点[41]。2009年,Weintraub等[40]明确强调CyPA对于AAA的发生是一个必不可少的蛋白。然而,CD147亦广泛存在于人类动脉瘤标本中。
大量研究显示,CyPA/CD147信号通路在动脉粥样硬化、冠心病、心肌肥厚、心肌炎、AAA等心血管疾病中具有潜在的、重要的作用,是预防及治疗心血管病的新靶点。然而,目前CyPA/CD147及其下游信号通路在心血管疾病的研究尚处于初步阶段;仍需通过大量的基础及临床试验,进一步深入探讨其在心血管疾病的具体作用机制。为完善相关心血管病的发病机制提供更加重要的依据,也为心血管病的早期发现和防治、改善预后以及提高心血管病患者的生活质量等方面,提供新的治疗靶点及治疗手段。