PDE8与各系统疾病关系的研究进展

张猛，王丽宏，张芳芳，王浩

1 山东第一医科大学药理学研究所，山东泰安 271016；2 解放军第968医院朝阳院区，辽宁朝阳 122000

磷酸二酯酶8（PDE8）是PDE超家族成员之一，与PDE4和PDE7相同，属于环磷酸腺苷（cAMP）特异性水解酶，可通过调控cAMP水平发挥生物学作用［1］。目前关于PDE4与PDE7相关研究较多。研究发现，抑制PDE4和PDE7可对多种疾病，包括阿尔茨海默病（AD）、帕金森综合征、抑郁、慢性阻塞性肺疾病、多发性硬化、精神分裂症、动脉粥样硬化等发挥有益的改善作用。PDE8于1998年在小鼠睾丸中首次被克隆，自此揭开了人们对其研究的序幕［2］。有研究发现，PDE8与PDE4具有相似的生物学功能，但其与cAMP的亲和力是PDE4的40～100倍［3］，因此成为了新的研究热点。众所周知，cAMP作为细胞内关键的第二信使，参与多种生理过程，包括学习记忆、细胞分化和增殖、免疫/炎症反应、气道平滑肌状态、视觉信号转导和代谢功能等［4］，而PDE8通过调控cAMP浓度可在机体发挥以上多种生物学作用，进而参与多种疾病的发生，包括中枢神经系统、呼吸系统、心血管系统等多种疾病，为进一步了解PDE8在上述疾病发生发展中的作用，为以PDE8为靶点进行各种疾病治疗药物的开发提供实验依据，特进行本综述。

1 PDE8的分类

PDE8包含PDE8A和PDE8B，两者均在哺乳动物表达，并具有种属差异。在人体，PDE8A高表达于睾丸、脾脏、结肠、肠、卵巢、胎盘和肾脏［5］；PDE8B则主要表达于甲状腺、大脑、脊髓和胎盘中；进一步研究显示，PDE8B1在人的甲状腺中最丰富，PDE8B3在脑组织中最丰富［6］。在大鼠中［7］发现，肝脏和睾丸中PDE8A表达最高，肾、心、脑、肺中表达逐渐降低，而大鼠甲状腺PDE8A表达较低；另外大鼠脑中PDE8B含量丰富，除小脑外，在大脑的所有部位均有表达，在心脏、肺、肾和甲状腺中PDE8B表达较低。对于PDE8在小鼠体内分布的系统性研究较少，目前发现PDE8B高表达于小鼠脂肪组织，而在心室组织、肝脏、胰岛中表达逐渐降低；在雄性小鼠睾丸的精小管也有PDE8的表达［8］。PDE8在多个组织器官中分布，说明其可能参与机体多种功能的调控，与多种疾病相关。

2 PDE8与痴呆

在人体、小鼠和大鼠脑内均表达PDE8，说明PDE8参与脑内功能调控，与多种中枢神经系统疾病发生相关。AD是痴呆的最常见类型，属于中枢神经系统退行性疾病［9］。研究表明，PDE4和PDE7均与AD相关，抑制二者可保存cAMP，而cAMP可以经过多条通路产生神经保护作用，最常见的是作用于下游的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶A（PKA）效应系统，介导cAMP反应元件结合蛋白的磷酸化、激活脑源性神经营养因子等相关基因的表达，调控突触可塑性和神经发生，进而对AD产生明显的改善作用［10］。目前对于PDE8是否可在AD中发挥与PDE4和PDE7相似的作用，还未有系统性的研究。但细胞研究发现，敲除PDE8B基因能明显上调cAMP水平［11］。动物研究发现，PDE8B基因在海马齿状颗粒细胞层和CA1锥体细胞层明显高表达，而这两个区域在学习记忆中发挥至关重要作用，而敲除PDE8B基因能明显改善小鼠的空间学习记忆能力［12］。对AD患者的研究发现，PDE8B在Braak分级Ⅲ～Ⅵ期的AD患者皮层和海马区域中显著上调，而且是唯一上调显著的PDE［13］。这说明PDE8也参与AD发生，与抑制PDE4和PDE7相似，抑制PDE8可能也可以通过调控cAMP发挥对AD的改善作用，而且这种保护作用的产生可能与PDE8B亚型有关。但也有研究发现，相比年轻小鼠，老年小鼠海马PDE8A蛋白表达明显升高，说明PDE8A在衰老的调控中可能也发挥作用［14］。因此对于PDE8及其亚型在AD中的作用还有待于进一步研究。

血管性痴呆（VD）是常见的非退行性病变诱发痴呆的常见原因。有研究发现，PDE8可能与VD发生有关，是VD治疗的潜在靶点。永久性一侧颈总动脉结扎（UCCAO）可诱导小鼠出现慢性脑缺血性损伤，出现认知功能的明显下降，常被用于研究VD。研究发现，高效的PDE8抑制剂compound 3a和compound 15可明显改善UCCAO小鼠的认知功能损伤，其机制可能与其提高cAMP水平有关［15］。

3 PDE8与帕金森病（PD）

PD是继AD之后第二常见的神经退行性疾病，以静止性震颤、运动迟缓、身体僵硬为主要症状［16］。研究发现，PDE8在纹状体中具有高表达，而且PDE8A随着年龄的增长在纹状体中的表达明显增加［14］。众所周知，纹状体与PD的发病密切相关，因此，PDE8可能参与PD的发生。另外，常染色体显性纹状体退行性疾病（ADSD）是一种与PD有关的疾病，其临床特征与PD相似［17］。有研究发现，PDE8B随着年龄的增长在大脑壳核中高表达，而且这个部分脑区与ADSD发病密切相关［18］。但对于PDE8及其亚型在PD中的作用还有待进一步系统研究。

4 PDE8与脑卒中

脑卒中是一类突发的急性脑血管病，临床上，脑卒中病例以缺血性卒中最为常见，据报道，2015年全球出现了2 490万例缺血性卒中患者，其中有300万例死亡［19］。缺血性卒中病理机制复杂，包括神经炎症、神经元过度凋亡、胆碱酯酶失活、氧化应激失衡、线粒体自噬等［20-21］，PDE8A作为一种主要与线粒体相关的蛋白或许可以为脑卒中的研究提供新思路。有研究表明，增加cAMP水平可以降低神经炎症，通过抑制cAMP上游的PDE4、PDE7、PDE8，提高cAMP水平缓解神经炎症，从而促进功能恢复［22］。MAURICE［23］发现PDE8抑制剂PF-04957325可降低效应T细胞与脑内皮细胞的黏附，最近BASOLE等［3］也发现通过运用PDE8抑制剂可减少脑源性Th1和Th17 T细胞在中枢神经系统的积累，证明了靶向抑制PDE8确实可以减少炎症病变，从而减轻缺血性卒中后的神经炎症反应和随后的脑损伤。

5 PDE8与糖尿病

糖尿病作为代谢性疾病，其常见病变部位为胰岛。有研究发现cAMP是胰腺细胞中重要的信使，是胰岛素分泌最强的增强剂，对胰腺细胞分泌葡萄糖起关键调控作用，认为其与糖尿病密切相关［24］。研究表明，PDE8下调能增强大鼠胰岛细胞瘤细胞和小鼠胰岛β细胞的胰岛素分泌，这与PDE8可介导静息cAMP水平的调节直接相关［25］。TIAN等［11］发现，通过shRNA敲除小鼠胰岛β细胞中IBMX不敏感的PDE8B，可提高IBMX暴露后亚质膜空间cAMP的基础水平，并可对抗29，59-二脱氧腺苷引起的亚质膜空间cAMP水平的降低，此外，敲低小鼠胰岛瘤细胞的PDE8B可减少葡萄糖诱导的亚质膜空间cAMP的水平波动，并可诱导胰岛素正常分泌的脉冲模式失常。由于选择性PDE8抑制剂较少且基因敲除动物模型尚不稳定，因此PDE8在胰腺β细胞中调节葡萄糖刺激的cAMP水平的变化机制还未完全阐明。

6 PDE8与心功能不全

cAMP合成、降解和信号转导异常与许多心脏疾病有关，包括房颤、适应性不良心脏重塑和心功能不全等［26］。在心室肌细胞中，可通过cAMP激活PKA增加l型房颤中Ca2+通道电流和肌浆网Ca2+的释放，从而在兴奋收缩偶联时增加收缩力。PDE8A是一种新发现的与心脏相关的PDE，它控制一个或多个cAMP池，通过Ca2+调节心肌细胞的运动，从而影响心脏功能。PATRUCCO等［27］研究发现，PDE8A转录本和蛋白在心室肌细胞中表达并具有催化活性，在β-肾上腺素能信号刺激期间，缺失PDE8A会增强CAMP/PKA引起的Ca2+通道电流和肌浆网Ca2+释放增加，且程度比野生型心肌细胞大得多，并且证实了在心室肌细胞β-肾上腺素能受体激活过程中，PDE8A至少在一个腔室的cAMP和PKA活性调节中起关键作用的假说。2021年，陈龙老师团队，通过整体、离体心脏及细胞水平阐明了PDE8抑制剂PF-04957325对正常大鼠血流动力学作用及其细胞的作用机理，发现PDE8抑制剂PF-04957325通过增加肌浆网受磷蛋白磷酸化水平提高肌浆网钙泵活性，发挥其增加大鼠心脏正性肌力作用，降低外周血管阻力，从而导致舒张压降低［28］。因此，研究PDE8抑制剂是增强心肌细胞功能、改善心功能不全的又一思路。

7 PDE8与慢性呼吸系统疾病

cAMP作为最重要的第二信使之一，在松弛气道平滑肌和抑制炎症中发挥重要作用［29］。因此抑制PDE通过保存cAMP水平，可发挥改善慢性呼吸系统疾病的作用，如临床广泛使用的PDE4抑制剂——罗氟司特。长期以来一直通过使用短效和长效β-肾上腺素受体激动剂进行治疗哮喘和慢性阻塞性肺疾病患者气道平滑肌（HASM）的高收缩性，HASM细胞中有两个以腺苷酸环化酶为中心的cAMP信号室，一个是与β2肾上腺素受体藕联的腺苷酸环化酶6，另一个是与前列腺素受体2和4分别藕联的腺苷酸环化酶2［30-33］。近年体外研究发现，PDE8在HASM细胞中表达，通过荧光传感器对HASM活细胞中cAMP水平进行检测，发现PDE8选择性抑制剂PF-04957325可提高cAMP的基础水平，其机制可能与其特异性调节β2受体-腺苷酸环化酶6介导的cAMP信号通路有关［34］。因此可以说，PDE8也是HASM细胞水解cAMP最主要的PDE之一，可能也是调节其反应性和气道重塑的新靶点。

肺纤维化是一种病因复杂且不可逆的病理过程，数种疾病都会引起肺纤维化，例如职业病中占比最大的尘肺病，它的典型病理特征是慢性炎症和进展性肺纤维化；在部分新冠病毒感染痊愈患者中也发现肺部有纤维化病症；常见的肺源性和心源性疾病、肺炎/支气管哮喘等慢性呼吸道疾病均会引起肺纤维化［35］。囊性纤维化跨膜传导调节蛋白（CFTR）是一种cAMP依赖性蛋白，通过Gs-AC-cAMP-PKA通路发挥作用［36］。当CFTR异常关闭时，cAMP水平降低，导致支气管分泌物改变，黏液清除受损，引起肺炎和肺阻塞等相关呼吸系统疾病［37］。有研究发现，PDE8A在正常人的支气管原代上皮细胞中有表达，运用PDE8抑制剂PF-04957325可增强该细胞CFTR的活性；对两种囊性纤维化细胞F508del和R117H应用PF-04957325后，其CFTR的活性也可增强；而且在通过CRISPR-Cas9基因编辑手段敲除人囊性纤维化支气管上皮细胞系中的PDE8A后，CFTR基因与蛋白的表达增强［38］。另外危金松等［39］通过体内研究发现，在应用博莱霉素诱导小鼠肺纤维化后，肺组织中的PDE8A也高表达，这表明PDE8A可能是治疗囊性纤维化的一个潜在靶点。

8 结语

综上所述，PDE8包含多种亚型，在体内广泛分布，发挥多种生物学作用，参与多种疾病，包括痴呆、PD、脑卒中等中枢神经系统疾病、心血管系统疾病、呼吸系统疾病的发生，因此PDE8可能是以上疾病防治的新靶点。但是其确切的作用和机制尚不完全明了，有待进一步研究；而且其分型众多，且不同亚型生物学作用可能存在差异，因此高选择性PDE8抑制剂的开发也任重道远。

利益冲突所有作者声明不存在利益冲突

作者贡献声明张猛，王丽宏：收集和分析文献资料，撰写论文；张芳芳，王浩：审核及修正论文，指导论文写作