多巴胺受体在心血管疾病中的作用及其分子机制研究进展

冯炜琦 陈颖慧 丁晓维 赵鹏军 于昱

(上海交通大学医学院附属新华医院 心血管发育与再生医学研究所，上海 200092)

多巴胺是哺乳动物大脑中一种非常重要的儿茶酚胺类神经递质。在中枢神经系统中，参与控制运动、认知、情绪，并影响神经内分泌。在外周作为一种局部旁分泌物质，存在于心脏、肾脏、肝脏和阻力血管，如肾动脉、冠状动脉等，主要影响钠稳态、血管张力和激素分泌。多巴胺受体属于G蛋白偶联受体的一个超大家族，具有七个共同的跨膜结构域，既可通过G蛋白途径，也可通过G蛋白非依赖性机制发挥作用。多巴胺受体分为D1样受体和D2样受体，哺乳动物中D1样受体包含D1受体(dopamine receptor 1，D1R)和D5受体(dopamine receptor 5，D5R)，与激活性G蛋白Gs和Golf偶联并激活腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase，AC)有关。D2样受体包含D2受体(dopamine receptor 2，D2R)、D3受体(dopamine receptor 3，D3R)和D4受体(dopamine receptor 4，D4R)，与抑制性G蛋白Gi和Go偶联并抑制AC，可调节离子通道。

多巴胺的心血管作用较为复杂，涉及肾上腺素受体以及特异性多巴胺受体的激活，且肾脏中的多巴胺及其受体也对心血管系统产生深远的继发影响。目前已发现，任一多巴胺受体缺失都会导致机体血压升高。除了与高血压有关外，D1R还可能与心律失常有关，D2R的激活会减轻心肌肥厚和心肌缺血再灌注损伤症状，D5R的缺失会导致心肌肥厚。

1 D1R

D1R主要存在于人的心肌、冠状动脉和肾脏中[1]。在肾脏中，D1R是离子转运的主要生理调节剂，调控约50%的肾钠排泄，通过环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)/蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)途径抑制钠/氢交换体(sodium/hydrogen exchanger，NHE)降低磷酸钠协同转运蛋白的活性，减少肾脏的离子转运；D1R也可通过G蛋白-磷脂酶C-蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)通路，产生三磷酸肌醇和甘油二酯，甘油二酯激活PKC从而抑制钠钾泵(sodium-potassium pump，Na+-K+-ATPase)。此外，D2R增强D1R对肾近端小管中Na+-Pi的协同转运，并增强其对NHE3和Na+-K+-ATPase活性的抑制作用；在冠状动脉中，cAMP交叉激活环磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphate，cGMP)依赖性蛋白激酶从而刺激钙激活的钾通道活性。尽管D1R在人类心脏中表达，但D1R激动剂不直接影响心肌收缩力。

1.1 高血压

通过诱导靶向突变产生的D1R缺乏小鼠，无论是纯合子还是杂合子小鼠平均血压均高于野生型小鼠。在自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rats，SHR)和Dahl盐敏感大鼠即遗传性高血压的模型中，D1R抑制肾近端小管重吸收的能力受损，这是由于D1R介导的第二信使(如cAMP、甘油二酯)受损，引起钠/氢交换抑制作用减弱，钠排泄减少。除了抑制离子转运，多巴胺还通过D1R引起血管舒张而产生利钠作用。在内皮细胞中，D1R通过活化AC，增加cAMP，进而活化cAMP激活的交换蛋白(exchange protein activated by cAMP，EPACs)，激活的EPACs通过多种机制刺激Rac1，从而产生NO扩散到血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)中，进一步激活蛋白激酶G，诱导VSMC的舒张。同时VSMC中表达的D1R通过经典的Gs/cAMP/PKA信号通路诱导血管舒张[2-3]。D1R还可通过与肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)的相互作用来调节血压。如激活的D1R可通过抑制致密斑环氧合酶-2活性来抑制肾素的表达和释放[4]。D1R和血管紧张素Ⅱ1型受体(angiotensin Ⅱ type 1 receptor，AT1R)之间存在拮抗作用，具体表现为当血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)产生增加或AT1R被激活时，D1R的利钠作用减弱；D1R激活AC，而AT1R抑制AC。相反，血管紧张素Ⅱ2型受体(angiotensin Ⅱ type 2 receptor，AT2R)部分通过NO/cGMP途径协同参与D1R诱导的尿钠排泄。因此，D1R可通过负向调节AT1R和增加AT2R表达来降低血压。

另外，D1R可通过抑制氧化酶活性，增加抗氧化酶活性来抑制氧化应激，同时氧化应激也会影响D1R功能。如H2O2通过PKC-GRK2依赖性途径引起D1R磷酸化，从而使D1R与G蛋白解偶联，最终导致D1R不能发挥利钠作用。目前研究倾向于在氧化应激期间，G蛋白偶联受体激酶4在肾近端小管细胞中D1R与G蛋白解偶联导致D1R脱敏的过程中占主导地位[5-6]，但仍需进一步研究。

此外，D1R的缺乏与人类原发性高血压有关，人类D1基因位点5q35.1处的多态性(-48A>G和-94G>A)与原发性高血压的发生有关[7]。

1.2 心肌肥厚

在大鼠的心肌肥厚模型中，肾脏D1R表达升高[8]。1995年，Ganguly等[9]发现D1样受体激动剂菲诺多泮加速腹主动脉缩窄术大鼠的心肌肥厚，而SCH 23390(D1样受体拮抗剂)可部分逆转大鼠的心肌肥厚，但目前关于D1R导致心肌肥厚的具体分子机制尚不清楚。并且，D1R在高血压及心肌肥厚中发挥相反的作用也值得进一步研究，很多时候心肌肥厚是继发于高血压发生的。Hollon等[10]的未发表数据证明D5R突变体导致的心肌肥厚独立于高血压发生。因此，推测D1R的这种相反表现可能是由于心肌肥厚先于高血压的发生，通过独立于血压调控的其他机制在心肌肥厚中发挥作用。

1.3 心律失常

临床试验[11]表明，多巴胺会增加慢性心力衰竭患者的死亡风险。Yamaguchi等[12]2020年的研究发现，仅在部分心力衰竭患者的心肌细胞中D1R表达上调与室性心律失常相关，这可能是由于心力衰竭发展过程中，心肌细胞基因表达存在时空异质性。但在小鼠实验[12]中，D1R表达量与心律失常临床事件的趋势呈正比。

2 D2R

D2R激活会导致AC的抑制、磷脂酰肌醇转换的抑制、K+通道活性的增加和Ca2+动员的抑制等多种生理现象的改变。溴隐亭主要作为D2R激动剂，可通过增加质膜中的α-亚基刺激Na+-K+-ATPase活性，从而增加肾钠转运。有证据[11，13]表明D1R和D2R之间存在相互作用，D1R通过激活PKC以Raf1依赖性方式增强D2R介导的6型AC的活化[14]。除此之外，还有研究证实D2R通过调节HEK293细胞cAMP水平与D1R发生协同作用，增加c-fos原癌基因启动子的表达[15]，共同抑制Na+-K+-ATPase，导致水钠潴留。D2R在肾脏、心脏和冠状动脉中都有表达，其在心血管疾病中的生物学功能主要涉及高血压、心肌肥厚和心肌缺血三类疾病的发生。

2.1 高血压

已有文献[16]报道D2R在高血压中功能异常，D2R纯合和杂合突变小鼠的收缩压和舒张压均高于野生型小鼠。研究发现D2R-/-小鼠血压升高，肾上腺素排泄量升高，且α-肾上腺素能阻断后的血压下降幅度更大，这表明D2R缺失引起的高血压是由于交感神经兴奋和内皮素B受体活动引起的[15]，且醛固酮调节受损[17]。与D1R类似，D2R同样在肾素-血管紧张素系统中发挥重要作用。用溴隐亭刺激肾近端小管消除了AngⅡ对Na+-K+-ATPase的激活和对cAMP的抑制，但关于长期服用D2R激动剂能否通过调节AT1R信号通路和促进钠排泄来降低血压仍有待进一步研究[18]。此外，D2R也可通过氧化应激影响血压，如通过PON2/DJ-1/Sestrin2通路保持正常的肾脏氧化还原平衡，来维持血压，其中DJ-1可参与抑制NADPH氧化酶活性和活性氧的产生，PON2和Sestrin2是抗氧化蛋白，参与抑制活性氧的产生，这三个蛋白均受D2R的正向调节[17]。另有研究[14]表明，D2R TaqI多态性的A2等位基因与血糖正常的中国受试者的血压升高有关。

2.2 心肌肥厚

在一项临床试验中，溴隐亭介导的终末期肾病中左心室肥大的透析患者的左心室重量下降[19]；Li等[20]使用AngⅡ或内皮肽诱导体外新生大鼠心肌细胞肥大的实验模型中，发现促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路中的胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)和c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)的磷酸化显著增加，然后用溴隐亭刺激，可显著降低Ca2+含量，继而抑制心肌肥厚的发生。因此，推测D2R抑制心肌肥厚的作用机制可能与MAPK和Ca2+信号通路有关。

2.3 心肌缺血再灌注

在大鼠体外心肌细胞缺氧-复氧模型中，D2R可通过激活线粒体途径上调抗凋亡蛋白Bcl-2表达以及下调凋亡蛋白胱天蛋白酶(caspase)-3和caspase-9表达等抑制缺血再灌注损伤时心肌细胞的凋亡[21]。也有研究发现缺血后适应性心脏保护作用通过D2R介导的ERK1/2、PI3K-Akt-GSK3β和PKC-ε-mKATP通路激活抑制线粒体通透性转换孔开放来减弱心肌细胞凋亡，同时激活的D2R促进PKC-ε转位到心肌细胞质膜起保护作用[22]。最近Han等[23]研究发现D2R抑制心肌缺血再灌注损伤可能与Wnt/β-catenin信号通路有关。

3 D3R

已有大量实验证明D1R和D3R的相互作用在血压调节中发挥重要作用。在正常Wistar-Kyoto(WKY)大鼠的永生化肾近端小管细胞中D1R刺激D3R的表达，D3R也会诱导D1R的表达[24-25]。在SHR中，D1R和D3R的相互作用受损，二者甚至会降低彼此的表达水平，导致Na+转运和血管平滑肌功能障碍，从而诱导高血压的发生和发展[24]。D3R会降低WKY大鼠肾近端小管细胞中AT1R的表达，而D3R刺激会增加SHR中AT1R的表达[26]；也有研究发现D3R-/-小鼠患有肾素依赖性高血压[27]，这些均表明D3R的表达影响高血压的发生和发展。D3R功能障碍还与心肌纤维化有关。在年轻的D3R-/-小鼠中，心肌间质纤维表达量比年龄匹配的对照组野生型小鼠高40%，推测可能与Ⅰ型胶原蛋白表达增加和基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)活性升高有关[28]。心脏成纤维细胞是胶原蛋白合成和降解的重要介质，参与调节心脏生理和病理纤维化状态，实验表明D3R-/-小鼠中胶原蛋白表达明显增加，成纤维细胞增殖迁移率明显降低[29]，表明D3R可能通过调节Ⅰ型胶原蛋白和MMP-9活性抑制心肌纤维化。

4 D4R

D4R与高血压的研究主要涉及D4R基因的多态性，D4R基因位于外显子3中，具有16个氨基酸(48个碱基对)重复序列，与G蛋白相互作用并影响细胞内cAMP水平。在白人受试者中，D4R基因的长等位基因(定义为至少一个7～10次重复)与收缩压升高3.0 mm Hg(1 mm Hg=0.133 3 kPa)和舒张压升高2.0 mm Hg正相关[30]。尽管D4R已被证明可抑制皮质集合管中的升压素和醛固酮依赖性水钠重吸收[28，31]，但D4R-/-和D4R+/+小鼠的肾脏Na+-K+-ATPase和尿多巴胺排泄无明显差异[32]。D4R的功能障碍也会导致血压升高，可能与大脑中AT1R有关[33]，具体机制有待研究。

5 D5R

D5R与其他受体最大的不同在于其对多巴胺的亲和力相对较高，甚至可在不存在内源受体激动剂的情况下被激活[34]。D5R与D1R一起介导D1样受体的利尿、利钠作用即D1R/D5R异聚体通过肾近曲小管上皮细胞中的磷脂酶C抑制NHE。全基因组连锁研究[35]表明，D5R基因座(染色体4p15.1-16.1)及其假基因1q21.1 2p11.1-p11.2与原发性高血压有关。研究发现D5R-/-小鼠肾上腺素与去甲肾上腺素的含量增加，后续证实D5R-/-小鼠通过刺激NMDA催产素-V1受体-肾上腺素能轴增加中枢交感神经活动[10]，进而引起血流动力学、肾脏水钠处理的变化，导致血压升高。

已有许多研究证明在小鼠中敲除D5R基因会导致高血压和代偿性左心室肥厚[36-37]，且已证实人类D5R突变会导致扩张型心肌病和心脏功能障碍，与血压无关[10]。D5R通过抑制PKC/PLD信号通路抑制NADPH氧化酶和刺激包括血红素加氧酶-1在内的抗氧化因子发挥抗氧化作用[38]。核转录因子红系2相关因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是一种抗氧化应激的转录因子，使肾脏D1R表达增加，进而降低血压[39]；Yang等[40]的实验结果发现，D5R-/-小鼠除了NADPH氧化酶活性增加，还会阻止Nrf2转位到细胞核中，并且通过ERK/JNK途径增加Nrf2降解，最终导致心肌肥厚。其后续的研究[41]结果显示SS-HPT/Drd5质粒对心肌重构和功能障碍具有心脏特异性的有益作用，可为左心室肥大和心力衰竭患者提供有效的治疗。

6 展望

多巴胺在外周系统中通过肾脏或非肾脏机制调节心血管系统疾病的发生和发展，某些心血管疾病对多巴胺受体的亚型具有特异性(见表1)。在细胞水平上，多巴胺信号的刺激或抑制作用不仅受与其结合的受体信号通路的影响，还可能源自不同G蛋白偶联受体之间的直接相互作用，从而产生异聚体。在人类或动物模型中，多巴胺生成不足或多巴胺受体功能障碍会导致各种形式的高血压。多巴胺受体在高血压中的研究及临床应用比较广泛。如在高血压急症，非诺多泮是一种选择性D1样受体激动剂，非消化道给药时，主要作为外周动脉的血管扩张剂，直接作用于近端肾小管的D1R产生利尿、利钠作用，尤其是在高危高血压患者中；并被证实在增加尿量、肌酐清除率方面比硝普钠更加有效[8，42]。此外，多巴胺作为肾上腺素和去甲肾上腺素的前体物质，分别能够与多巴胺受体以及β受体、α受体等交感神经受体相结合，并继而对心血管系统以及肾脏等内脏器官产生多种药理学效应。通常认为小剂量多巴胺(<3 μg·kg-1·min-1)激活外周血管和肾脏D1R，选择性扩张脑血管、冠状动脉和肾动脉，增加肾血流量和肾小球滤过率，进而产生利尿、利钠效应。

表1 多巴胺受体与心血管疾病的关系研究

多巴胺及其受体在其余慢性心血管疾病中的作用及其分子机制的研究正逐渐成为人们关注的焦点。例如，在心肌肥厚中，阻断D1R、激活D2R和D5R可抑制心肌肥大，其中发挥主要作用的受体是D5R，其可能通过调节氧化应激平衡抑制心肌肥厚的发生，但是否还存在其他调节机制尚需进一步研究。在动脉粥样硬化中，主要涉及内皮细胞、平滑肌细胞和巨噬细胞三种细胞的功能异常变化，而这三种细胞都有不同程度多巴胺受体的表达[43]。在内皮细胞中的研究表明，多巴胺可减少中性粒细胞的迁移及与内皮细胞的相互作用，如减弱白介素-8的分泌发挥抗炎细胞因子的作用[44]；在平滑肌细胞中，D1R通过抑制氧化应激、PKA、磷脂酶D和PKC-ζ，阻止血管平滑肌上胰岛素样生长因子1表达和磷酸化，从而减少VSMC的增殖和收缩[13]；在巨噬细胞中，D1R可能通过下调MAPK/ERK信号通路抑制巨噬细胞增殖；但多巴胺及其受体在动脉粥样硬化中的作用仍缺乏动物实验。综上所述，了解多巴胺及其受体的外周效应可为心血管疾病尤其除高血压外的其它心血管疾病的治疗提供新靶点。