ghrelin与心血管系统稳态＊

陆薇薇，陈瑶，齐永芬

①苏州大学 医学部生理学与神经生物学系，江苏 苏州 215123；②北京大学 基础医学院生物活性小分子研究室/分子心血管学教育部重点实验室，北京 100083

ghrelin是一种胃肠多肽，可刺激生长激素(growth hormone, GH)释放，参与糖和脂肪代谢，能够增强食欲，增加体重，从而诱导肥胖。另外，ghrelin还具有改善心脏功能和能量代谢、调节自主神经兴奋、舒张血管、对抗炎症反应和氧化应激、保护血管内皮细胞等多种生物学效应[1]，并可能广泛参与机体心血管功能的调节。文章就近年来ghrelin在心血管系统稳态中的调节作用进行综述。

1 ghrelin及其受体

1999年，日本学者Kojima等从大鼠的胃黏膜细胞及下丘脑弓状核中分离出ghrelin。ghrelin是一种可以与生长激素促分泌素受体(growth hormone secretagogue receptor, GHSR)结合的内源性配体，是由28个氨基酸残基组成的多肽，其中第3位丝氨酸N端被ghrelin酰基转移酶(ghrelin-o-acyltransferase, GOAT)酰基化是与受体结合产生生物学效应的前提[1-2]。Ghrelin在体内分布广泛，主要表达于胃底泌酸部位X/A样细胞，另外在小肠、下丘脑、垂体、心脏、肺、肾、血管以及免疫细胞等多种器官和组织细胞也有分布。在人体内，ghrelin主要存在非酰基化和经GOAT催化形成的酰基化两种形式，前者是血浆中ghrelin主要存在形式。血浆中ghrelin水平受多种因素影响，如禁食、饥饿、低蛋白饮食等能量的负平衡状态可导致血浆ghrelin浓度升高，而肥胖、饱食、体重增加则可使血浆ghrelin水平降低[3-4]。

ghrelin的受体主要包括功能性的GHSR1a和非功能性的GHSR1b，其中ghrelin的生理作用大多是由GHSR1a介导的[2,4]。ghrelin受体主要在下丘脑与垂体表达，也广泛存在于心血管系统，并对心血管系统发挥重要的调节作用。与大脑ghrelin受体不同，心脏ghrelin受体与酰基化和非酰基化的ghrelin均能结合，这说明ghrelin的心脏效应不依赖于ghrelin的酰基化。研究发现B型清道夫受体CD36可能是ghrelin除GHSR1a之外的另一功能受体[2]。GHSR1a通过多条信号通路介导ghrelin的生物学效应：首先，通过激活磷脂酶C(phospholipase C, PLC)/三磷酸肌醇(inositol triphosphate, IP3)的信号通路增加细胞内钙浓度，来介导ghrelin在下丘脑的促生长激素释放作用；其次，通过激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)和腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)相关信号通路，在中枢和脂肪组织中发挥代谢调节作用；最后，在心血管系统，ghrelin则主要通过AMPK和磷脂酰肌醇三激酶/丝氨酸苏氨酸激酶(phosphoinositide 3-kinase/AKT, PI3K/AKT)信号通路抗氧化应激和抑制凋亡，发挥心肌和血管内皮保护作用[2]。

2 ghrelin在心血管系统的组织非特异性稳态调节作用

2.1 自主神经调节

ghrelin可作用于下丘脑室旁核和脑干核调节交感神经兴奋性，在食欲、能量稳态和心血管稳态中发挥重要调节作用。外周和中央给予ghrelin均能够抑制交感神经活动，表现为心率减慢和血压降低[2,5]。心肌梗死时给予ghrelin可以显著抑制交感神经兴奋，增强副交感神经兴奋性，并降低血浆中去甲肾上腺素的水平，从而降低心肌梗死时心律失常的发生率和致死率[2,6]。研究发现，大鼠在急性心肌梗死时使用β-肾上腺素能受体阻滞剂联合ghrelin治疗，可通过调节交感神经兴奋性显著改善缺血区冠脉血流量[7]。另有研究发现，在急性情绪应激时ghrelin可增强应激引起的心动过速，阻断GHSR1a则阻止此效应。该研究表明ghrelin能使交感神经兴奋，引起心肌正性变时、变力效应。同样，在离体心脏上发现，灌注ghrelin可增强肾上腺素能受体刺激引起的心脏收缩反应，这可能与增加心肌细胞的钙瞬变有关[8]。Balivada等[9]发现侧脑室给予ghrelin还可调节脾和腰椎交感神经放电，从而，推测ghrelin可能通过交感神经调节免疫系统。然而，目前ghrelin在中枢神经系统中抑制交感神经的确切区域仍有待阐明。

2.2 调节免疫和炎症

GHSR广泛分布于不同的免疫细胞群中，ghrelin水平影响着机体的免疫反应和组织的稳态。ghrelin可抑制单核细胞、T细胞和外周单核细胞分泌促炎因子[2]。同样，ghrelin治疗可能通过抑制GHSR的细胞外调节蛋白激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2,ERK1/2)和核因子κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)信号通路，时间和剂量依赖性地减少血管紧张素II(angiotensin II, Ang II)诱导的人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)分泌炎症因子[10]。另外，ghrelin可显著提高脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)诱导的内毒素休克大鼠的生存率，其机制可能与通过激活免疫细胞受体后丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶-1(mitogen activated protein kinase phosphatase-1,MKP-1)，降低血浆中白介素-6(interleukin-6, IL-6)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor α, TNFα)和单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1, MCP-1)的水平有关。ghrelin还能显著增强中性粒细胞的吞噬和杀菌能力，影响树突状细胞介导的抗原递呈能力以及调节性T细胞的分化、增殖、迁移和反应性[11]。Orlova等[12]发现，蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)和PI3K信号通路参与孕期ghrelin调节辅助性T细胞和调节性T淋巴细胞的形成。

在巨噬细胞中，ghrelin主要依赖于AMPK激活和PPARγ(peroxisome proliferatorsactivated receptor γ, PPARγ)来发挥抗炎效应。另外，ghrelin还可以调节单核巨噬细胞极性，促进抑炎的M2型巨噬细胞分化而抑制致炎的M1型巨噬细胞分化[11]。最近有研究发现，ghrelin可通过调节巨噬细胞代谢影响其免疫功能，表现为抑制LPS诱导的TNFα和IL-1β的分泌，而增加IL-12的分泌。与此同时，ghrelin还增加线粒体膜电位和呼吸频率，减轻了LPS诱导的线粒体超微结构损伤。在LPS激活的巨噬细胞中，葡萄糖剥夺不影响ghrelin诱导的IL-12分泌，而抑制丙酮酸转运和线粒体来源的ATP则阻断ghrelin诱导IL-12分泌的作用，提示ghrelin对巨噬细胞的功能调节依赖于线粒体功能[13]。

2.3 抗凋亡

ghrelin可以抑制缺血和非缺血(如高糖、药物诱导损伤和慢性缺氧)诱导的细胞凋亡。其抑制凋亡的机制一方面可能通过激活GH/IGF-1轴发挥作用；另一方面，ghrelin可能通过依赖或非依赖于GHSR途径激活ERK1/2、PI3K/AKT或AMPK抑制心肌细胞和内皮细胞等的凋亡[14]。Pang等[15]发现ghrelin的类似物hexarelin通过上调GHSR1a受体抑制caspase-3活性，增加Bcl-2/Bax比值，显著抑制了Ang II诱导的心肌细胞凋亡。这一效应也可通过抑制Ang II受体的上调实现。Shati等[16]发现ghrelin通过激活PKA和Akt促进受磷蛋白磷酸化上调肌浆网钙ATP酶2a(sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase,SERCA2a)，可恢复细胞内钙离子稳态，从而降低阿霉素诱导的心肌细胞凋亡。此外，ghrelin通过其受体激活Akt-mTOR信号通路，可明显减轻缺氧/复氧所导致的心肌损伤，显著提高心肌细胞的活性，抑制心肌细胞凋亡[17]。在心肌梗死后给予ghrelin治疗21天发现，ghrelin可以显著增加梗死远端心肌细胞内的内质网数量，减少萎缩的细胞核和吞噬细胞数量，减少不规则性核膜，抑制染色质凝结[18]。

在内皮细胞中，非酰基化ghrelin可通过激活去乙酰化酶(sirtuin 1, SIRT1)或上调SIRT1下游靶点的锰超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等抗氧化酶的表达，抑制氧化应激诱导的细胞凋亡[19]。Li等[20]在人脐静脉内皮细胞中发现ghrelin通过激活环磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphate, cGMP)/NO通路，降低caspase-3活性，抑制晚期糖基化终产物引起的细胞凋亡。此外，在高糖高脂培养基培养的人微血管内皮细胞中，ghrelin能显著改善线粒体功能，抑制caspase-3活性和聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶(poly(ADP-ribose)polymerase, PARP)的降解，减少细胞凋亡。该作用可能是通过阻断JNK1/2和p38信号通路来实现的[21]。最近，Huang等[22]发现ghrelin还能通过GHSR1a/AMPK/SIRT1/PGC-1a/UCP2信号通路，减轻缺血缺氧损伤诱导的氧化应激和神经元凋亡，显著改善神经行为。

2.4 调节自噬

自噬是真核生物体内一种高度保守的细胞内降解过程，具有维持细胞稳态的作用。ghrelin可通过调节自噬对机体发挥心血管保护作用[23]。Tong等[24]研究表明ghrelin可以通过增强心肌细胞自噬抑制细胞凋亡，显著减轻氯化钴诱导的心肌细胞损伤。自噬抑制剂和AMPK抑制剂compound C则阻断ghrelin的心肌细胞保护效应。连续10天给糖尿病心肌病小鼠腹腔注射非酰基化ghrelin，可显著增强心肌细胞的自噬水平，改善心脏功能，抑制心脏中胶原的沉积。其机制可能与激活AMPK/ERK1/2信号通路有关[25]。Xu等[26]发现ghrelin可通过激活AMPK，显著上调钙化血管中自噬标志物LC3和beclin1的蛋白水平，自噬抑制剂则显著阻断ghrelin对钙化的改善作用，表明ghrelin可能通过增强血管自噬而抑制血管钙化。Ruozi等[27]采用功能选择程序技术筛选出ghrelin是缺血损伤的保护因子，并且基于腺病毒相关病毒载体递送非酰基化ghrelin到梗死心肌组织，发现ghrelin能促进心肌细胞自噬，消除心肌梗死后线粒体功能障碍，从而显著减少梗死面积，改善心脏功能。Heshmati等[28]发现，ghrelin可通过激活SIRT1/AMPK信号通路诱导人淋巴细胞自噬、增加侵袭能力和下调GHSR的表达，还发现ghrelin所诱导的自噬并不促进细胞凋亡。

3 ghrelin的心血管系统稳态调节作用及机制

3.1 调节钙稳态

钙离子与心脏的多种生理功能密切相关，在心肌细胞动作电位和心肌收缩中起着重要作用。在心肌缺血等异常状态下，大量Ca2+进入细胞内造成钙超载，诱导心肌细胞的不可逆死亡和恶性室性心律失常的发生[2]。研究表明，ghrelin可通过激活蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)增加L型钙离子流，从而介导心肌的正性肌力作用[29]。另外，Ma等[30]发现ghrelin通过磷酸化心脏受磷蛋白，改善SERCA2a功能，从而减轻缺血引起的钙离子超载和心肌细胞凋亡。Sullivan等[31]发现，糖尿病心肌病大鼠的GHSR1a与肌浆网SERCA2a存在显著的正相关，显示ghrelin可能是通过SERCA2a调节钙离子稳态来改善心肌收缩力的。

ghrelin在血管和心肌钙化中也发挥着重要的调节作用。ghrelin能够以剂量依赖的方式显著抑制血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell, VSMC)的钙化，其机制与上调VSMC中骨保护素并下调核因子NF-κB受体活化因子的表达有关[32]。此外，Fujitsuka等[33]发现ghrelin激动剂通过激活cAMP-CREB通路进而上调SIRT1的酶活性和蛋白表达，可以明显延长衰老模型SAMP8小鼠和klotho敲除鼠的寿命，并减轻心肌钙化、心包炎症和心肌萎缩。

3.2 内皮保护作用

在HUVEC中，ghrelin可通过AMPK/NF-κB信号通路抑制TNFα诱导的单核细胞黏附，促进炎症因子生成，减轻内皮损伤[34]。此外，ghrelin还能通过抑制内皮细胞中解偶联蛋白2(uncoupling protein 2, UCP2)的降解，促使UCP2在细胞内聚集，从而抑制由氧化低密度脂蛋白诱导的炎症反应和活性氧的产生[35]。在探讨ghrelin对大鼠心肌梗死后主动脉损伤及内皮功能障碍的作用的研究中，学者发现与盐水治疗组相比，ghrelin显著增加内皮型一氧化氮合酶的总蛋白和磷酸化蛋白水平，增加还原型谷胱甘肽和超氧化物歧化酶的水平，降低丙二醛和谷胱甘肽二硫水平，从而减轻心肌梗死引起的主动脉损伤，同时，还降低了血管紧张素转换酶、NADPH氧化酶亚单位p22phox和活化的caspase-3蛋白水平[36]。Wang等[37]在兔动脉粥样硬化模型上发现，ghrelin可通过下调血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和VEGFR2以及基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)-2和MMP-9的表达，抑制斑块内血管生成，并显著减少斑块内巨噬细胞的含量，减轻炎症，从而促进斑块稳定。另外，ghrelin可抑制ApoE-/-小鼠和氧化低密度脂蛋白诱导的内皮细胞内质网应激反应，从而减少小鼠内膜增厚和斑块面积[38]。

3.3 抗心肌缺血/再灌注损伤

缺血/再灌注(ischemia/reperfusion, I/R)损伤是急性心肌梗死后心肌发病的重要原因。在心脏中，ghrelin和其类似物hexarelin都可在I/R损伤后发挥心脏保护作用。酰基化ghrelin可以通过激活PKC减轻心肌I/R后心肌梗死面积，改善再灌注后心脏功能[1]。Sun等[39]发现ghrelin可通过高迁移率族蛋白B1(high mobility group protein, HMGB1)/toll样受体4(toll-like receptor 4, TLR4)/NF-κB通路降低IR后心肌梗死面积，减轻心肌氧化应激，降低血清中血清肌酸激酶和乳酸脱氢酶水平。最近Huynh等[40]发现，非酰基化ghrelin的一个生物活性片段可通过非GHSR1a受体依赖的途径激活AMPK从而发挥保护作用，表现为减轻心肌炎症和凋亡，改善心肌收缩力和心脏功能。另有研究同样发现，一种优化的非酰基化ghrelin类似物AZP-531可以显著降低I/R后小鼠心肌梗死的面积，增加抗氧化酶表达，减轻线粒体氧化应激和心肌细胞凋亡，其机制可能与激活Akt、ERK1-2以及核糖体S6蛋白、真核细胞翻译起始因子4E结合蛋白1(4E binding protein 1, 4EBP1)和mTORC1等信号分子有关[41]。Wang等[42]发现，ghrelin可以通过TLR4/NLRP3信号通路显著改善再灌注损伤后心肌细胞凋亡，减轻氧化应激和炎症反应。

3.4 降血压

ghrelin具有扩张血管、降低平均动脉压且同时不增加心率的效果，这使得ghrelin在降低心脏后负荷的同时不增加心肌耗氧量[5]。ghrelin不仅可以通过促进生长素的释放发挥扩张血管的作用，还能与血管内皮细胞上的GHSR1a受体直接结合激活PI3K/AKT信号通路促进NO的产生，从而产生非GH依赖性的血管扩张功能。此外，较高剂量的ghrelin还能通过抑制中枢神经系统的交感神经活性来降低血压[1]。Aoki等[43]在高盐诱导的大鼠高血压模型中发现，ghrelin可通过增加肾神经型一氧化氮合酶的表达，增加肾脏NO的产生，促进利尿进而改善高血压和心肌肥厚。Boshra等[44]在大鼠肾动脉狭窄诱发的肾血管型高血压模型上发现，ghrelin可显著降低平均动脉压而不改变心率，其机制可能与抑制肾素-血管紧张素系统及其所诱导的氧化应激有关。

3.5 抑制心肌重塑

ghrelin可通过GHSR激活GH/IGF-1在心肌重塑中发挥保护作用。然而，Eid等[36]最近发现，ghrelin可以不依赖于GF/IGF-1轴而显著改善心肌梗死后大鼠左心室结构和心肌收缩性。在非梗死区域，ghrelin可减轻炎症反应和脂质过氧化，增强抗氧化酶活性，增加抗凋亡蛋白bcl2的表达，降低活化的caspase3和FAS凋亡蛋白的表达。其机制可能通过激活JAK2/STAT3信号和抑制STAT1信号来实现，或可能部分通过抑制心脏IL-6的生成。

心肌肥厚和心肌纤维化是心肌重塑的重要病理特征。在主动脉缩窄诱导的心肌肥厚的动物模型上，发现术后12周，与野生型小鼠相比，ghrelin敲除鼠心肌肥厚显著加重。此外，与野生型小鼠相比，ghrelin敲除小鼠的胆碱能抗炎途径显著减弱，副交感神经活性降低且血浆中IL-1β和IL-6水平增加。给予尼古丁或ghrelin通过激活胆碱能抗炎途径能够减弱ghrelin敲除小鼠的心脏肥大[45]。因此，内源性ghrelin可能通过激活胆碱能抗炎途径在压力负荷诱导的心肌肥厚中发挥保护作用。ghrelin可能通过促进ERK1/2、Akt的磷酸化或PPARγ激活来抑制阿霉素或AngII诱导的心肌纤维化[46-47]。另外，ghrelin能通过激活AMPK和糖原合成酶激酶-3α/β(glycogen synthase kinase-3α/β, GSK-3α/β)来减轻糖尿病大鼠心肌纤维化[25]。最近研究发现，ghrelin还可通过调整激活素与其抑制因子卵泡抑制蛋白的平衡，显著抑制心肌纤维化，减轻左室重构，改善心功能[48]。此外，Chen等[49]发现ghrelin能通过激活AMPK抑制内皮细胞向间充质细胞的转变从而改善心肌梗死后心肌纤维化。

4 结语

综上所述，ghrelin作为一种新型脑肠肽，在心血管稳态中发挥重要的调节作用。它的发现将为心血管疾病的研究打开新的视角。ghrelin可降低交感神经兴奋性，改善压力发射，减轻心室重塑，降低致命性心律失常的发生率，从而在治疗心力衰竭上具有潜在的应用价值。另外，它能够通过增强血管内皮细胞功能、抑制炎症介质释放、抗氧化应激以及调节自噬等多种途径抑制动脉粥样硬化和血管或心脏重塑的发生与发展。尽管如此，ghrelin的具体作用机制还不完全清楚，有待于进一步深入开展临床和基础研究。探寻其新的受体和信号途径，并阐明其与其他因子及药物的相互影响，将为ghrelin的心血管保护作用机制提供更为详实的证据，使其成为预防与治疗心血管疾病新的作用靶点。