降鈣素基因相關(guān)肽在心血管系統(tǒng)中作用的研究進(jìn)展

許夢，楊旺綜述 李文志審校

綜述

降鈣素基因相關(guān)肽在心血管系統(tǒng)中作用的研究進(jìn)展

許夢，楊旺綜述 李文志審校

降鈣素基因相關(guān)肽；心血管系統(tǒng)；感覺神經(jīng)；神經(jīng)肽

循環(huán)系統(tǒng)中存在著由肽能神經(jīng)末梢釋放的許多生物活性多肽，如緩激肽(bradykinin, BK)、P物質(zhì)(substance P, SP)、血管活性腸肽(vasoactive intestinal peptide, VIP)和降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene related peptide，CGRP)等，參與心血管系統(tǒng)的生理、病理過程，對心血管疾病的發(fā)生與發(fā)展有很大影響。尤其是CGRP，是目前已知的作用廣泛的內(nèi)源性舒血管物質(zhì)，可以減少自由基產(chǎn)生、保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)[1]、抑制交感神經(jīng)活性等，對機體各系統(tǒng)尤其是心血管系統(tǒng)有非常重要的調(diào)節(jié)作用。現(xiàn)綜述如下。

1 CGRP的概況

1.1 CGRP的概念與結(jié)構(gòu) CGRP是Rosenfeld等于1983年發(fā)現(xiàn)的一種由37個氨基酸組成的生物活性肽，相對分子量3 786.91 Da，具有多種生物功能。在CGRP的氨基酸序列中，N末端2位與7位之間由二硫鍵相連，C末端是苯丙氨酸殘基，N末端和C末端是CGRP及其家族各成員結(jié)合受體發(fā)揮生物活性所必需的特異性結(jié)構(gòu)。CGRP有α及β 2種亞型，α-CGRP存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和以背根神經(jīng)節(jié)的感覺神經(jīng)為代表的周圍神經(jīng)系統(tǒng)[2]；β-CGRP在特定神經(jīng)元表達(dá)[3]，兩者具有相似的生物學(xué)活性。

1.2 CGRP的分布 CGRP及其受體廣泛分布于中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)。在外周，主要存在于感覺神經(jīng)元——小的無髓鞘的C神經(jīng)纖維和大的有髓鞘的Aδ神經(jīng)纖維。這些神經(jīng)纖維同時包含其他的肽類，最常見的是速激肽類，尤其是SP和神經(jīng)激肽K(NKA)，此外還有非肽類神經(jīng)遞質(zhì)，如谷氨酸鹽。感覺神經(jīng)元在接受傷害刺激后，末梢釋放神經(jīng)肽對炎性反應(yīng)產(chǎn)生應(yīng)答。包含CGRP的神經(jīng)纖維通常與血管緊密聯(lián)系在一起， CGRP作為血管活性介質(zhì)存在于動脈循環(huán)中：在腦循環(huán)中，起源于三叉神經(jīng)節(jié)的感覺神經(jīng)纖維釋放CGRP，起到舒張腦血管作用；在腸中，CGRP由脊髓傳入神經(jīng)釋放，舒張黏膜血管；含有CGRP的神經(jīng)纖維亦支配心臟，但其密度低于血管，遍布心臟的所有區(qū)域，尤其是沿冠狀動脈走行的部位及乳頭肌、竇房結(jié)、房室結(jié)、室間隔、心房和心耳，這些位點能對血壓的變化、心臟缺血和細(xì)胞毒作用等作出相應(yīng)的反應(yīng)[4]。

1.3 CGRP的受體 CGRP受體廣泛分布于神經(jīng)和心血管系統(tǒng)，有CGRP1和CGRP2 2種形式。CGRP1是CGRP產(chǎn)生心血管效應(yīng)的最主要受體。CGRP受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)，由3種蛋白組成共同發(fā)揮信號傳導(dǎo)作用，分別為降鈣素樣受體(CLR)、受體活性修飾蛋白(RAMP1)和CGRP受體組成蛋白(RCP)。CGRP連接到由CLR和RAMP1組成的異質(zhì)二聚體上，RAMP1是一種單跨膜蛋白，是發(fā)揮藥理學(xué)特性的必需蛋白質(zhì)，并且將RAMP1和CLR形成的復(fù)合物運送到細(xì)胞表面[5，6]，CGRP與其受體結(jié)合產(chǎn)生包括血管舒張等生物學(xué)作用。

2 CGRP的心血管效應(yīng)及作用機制

CGRP對心血管系統(tǒng)作用有很多：心臟的正性變時變力作用——加快心率，增強心肌收縮力，增加心輸出量；改善缺血心肌血液流變學(xué)，增加心肌血流量；保護(hù)心肌細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等。其對心血管系統(tǒng)保護(hù)作用的分子機制如下。

2.1 抑制細(xì)胞凋亡 CGRP可以抑制不同種類細(xì)胞的細(xì)胞凋亡。如CGRP通過刺激經(jīng)典的Wnt信號通路抑制人成骨細(xì)胞凋亡，促進(jìn)局部骨再生[7]。Zhou等[8]研究表明，CGRP可呈劑量依賴的加速人單層支氣管上皮細(xì)胞(HBECs)創(chuàng)傷的恢復(fù)。在該研究中，CGRP增加了LPS誘導(dǎo)的HBECs中S期和G2/M期細(xì)胞的百分比。PKC通路抑制劑(H-7)和MAPK通路抑制劑(PD98059)能部分減弱CGRP的效應(yīng)，表明CGRP通過PKC和/或MAPK通路，加速遷移、增殖和抑制凋亡，促進(jìn)HBECs的創(chuàng)傷愈合。

在急性心肌缺血、心肌梗死、心律失常和心力衰竭等心血管系統(tǒng)疾病中，細(xì)胞凋亡為發(fā)病機制之一，其中Bcl-2家族發(fā)揮主要作用。凋亡前和抗凋亡蛋白共同存在于Bcl-2家族，表明這兩種蛋白的比例決定細(xì)胞對致死信號的敏感性。過多的細(xì)胞凋亡能引起收縮細(xì)胞的缺失、心肌收縮力下降。去甲腎上腺素(norepinephrine, NE)的過度釋放能夠引起心室肌細(xì)胞的凋亡。在急性心肌缺血早期，CGRP和NE同時上調(diào)，證明CGRP和NE共同參與這一病理學(xué)過程。Zhao等[9]證明CGRP抑制NE引起的培育心肌細(xì)胞凋亡是由CGRP受體介導(dǎo)的，而非由蛋白激酶A(PKA)或蛋白激酶C(PKC)通路介導(dǎo)的。Ma等[10]通過對肌細(xì)胞的隔離、培育及鑒定，證明NE通過增加Bax、抑制Bcl-2導(dǎo)致心肌Bcl-2/Bax的比率下降，促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡。CGRP能通過恢復(fù)Bcl-2的正常合成水平及Bcl-2/Bax的比率，抑制由NE引起的心肌細(xì)胞凋亡。用CGRP受體的特異性拮抗劑CGRP8-37則可以拮抗其作用。

2.2 保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞、促進(jìn)血管生成 有功能的、完整的內(nèi)皮細(xì)胞對維持血管張力和結(jié)構(gòu)起關(guān)鍵的作用，內(nèi)皮損傷被認(rèn)為是很多心血管疾病如動脈粥樣硬化、高血壓初始和進(jìn)展的關(guān)鍵步驟。CGRP對內(nèi)皮細(xì)胞有一定的保護(hù)調(diào)控作用，并且在內(nèi)皮細(xì)胞的抗損傷方面可能起重要作用。CGRP水平的降低能加速內(nèi)皮祖細(xì)胞的衰退，增加CGRP是抵抗其衰退的新途徑[11]。巨噬細(xì)胞和炎性反應(yīng)因子刺激血管平滑肌細(xì)胞增生和新生內(nèi)膜過度增生，Yang等[12]證實，CGRP的缺乏能明顯增強血管損傷后新生內(nèi)膜的形成，尤其是血管平滑肌細(xì)胞；同時能夠增加氧化應(yīng)激反應(yīng)和巨噬細(xì)胞浸潤。CGRP明顯抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖、遷移以及ERK1/2活化水平。

缺血能夠引起血管代償性生成，引起CGRP的合成和釋放。Zheng等[13]發(fā)現(xiàn)在大鼠后肢缺血組織中CGRP水平增高，外源性CGRP的表達(dá)增強缺血后肢血流量的恢復(fù)，增加毛細(xì)血管密度。CGRP通過活化內(nèi)皮細(xì)胞AMPK-eNOS通路促進(jìn)血管生成。Tuo等[14]通過檢測人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)中CGRP1受體的表達(dá)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)蛋白和mRNA水平、VEGF受體1(FLT1)和VEGF受體2(KDR)，最終得出CGRP是一種強烈的促血管生成因子，通過促進(jìn)血管生成對骨的生長和重塑起很大的作用這一結(jié)論。CGRP通過增加VEGF的分泌增強HUVECs的增生和遷移[15]。

2.3 抗炎作用 外周神經(jīng)系統(tǒng)通過感覺神經(jīng)釋放神經(jīng)肽如CGRP和P物質(zhì)影響免疫應(yīng)答。CGRP由免疫細(xì)胞如單核巨噬細(xì)胞經(jīng)炎性反應(yīng)刺激后產(chǎn)生，是一種很強大的、在炎性反應(yīng)和疼痛進(jìn)展中起重要作用的前炎性因子[16]，可以抑制I型細(xì)胞因子如白介素12、干擾素γ的產(chǎn)生，增加白介素10的產(chǎn)生[17]。

抗炎性淋巴器官富含感覺神經(jīng)，其對傷害或感染作出應(yīng)答時，通過釋放神經(jīng)肽CGRP影響免疫應(yīng)答，局部和全身的CGRP水平在炎性反應(yīng)中快速增長，直接作用于巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，抑制這些細(xì)胞產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子，并向T細(xì)胞提呈抗原[18，19]。Huang等[20]證實感覺神經(jīng)肽CGRP抑制皮膚微血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生炎性趨化因子，皮膚血管與含有CGRP的神經(jīng)聯(lián)系在一起，表明含有CGRP的神經(jīng)能通過對血管產(chǎn)生影響來調(diào)控皮膚炎性反應(yīng)。

3 CGRP與心血管疾病

3.1 CGRP與高血壓 CGRP廣泛分布于心血管系統(tǒng)中，對微血管舒張作用明顯，降壓作用比前列腺素強10倍，比血管舒張劑如乙酰膽堿和P物質(zhì)強10～100倍，并可持續(xù)較長時間，是目前已知體內(nèi)作用最強的內(nèi)源性舒血管活性物質(zhì)。CGRP還具有抗血管平滑肌細(xì)胞增殖作用，故在高血壓的防治中占有十分重要的地位。研究證實，向血壓正常者輸注血管緊張素Ⅱ引起劑量依賴性血漿CGRP水平升高以及相同程度的血壓升高[21]。CGRP基因敲除鼠表現(xiàn)出血壓升高及交感神經(jīng)系統(tǒng)的過度激活[22～24]。CGRP的血管舒張作用由CGRP受體介導(dǎo)，通過依賴NO和血管內(nèi)皮細(xì)胞的機制或者cAMP介導(dǎo)依賴血管內(nèi)皮細(xì)胞通路而起作用，其作用可以被CGRP拮抗劑CGRP8-37抑制。

3.2 CGRP與心肌缺血再灌注(ischemia-reperfusion, I/R)損傷 CGRP有心臟保護(hù)作用，體內(nèi)和體外實驗表明，感覺神經(jīng)能通過釋放CGRP明顯減輕心臟I/R損傷，在心臟的預(yù)處理和遠(yuǎn)期預(yù)處理起重要作用[25～27]。它可抑制I/R損傷的心肌細(xì)胞、氧自由基的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，加強對自由基的清除能力。Huang等[28]通過用去除α-CGRP基因的遺傳學(xué)方法，探討了此神經(jīng)肽對I/R損傷的嚴(yán)重程度是否有調(diào)節(jié)功能。其結(jié)果表明，通過心臟感覺神經(jīng)傳出功能，α-CGRP在I/R損傷的發(fā)生發(fā)展中對心臟具有保護(hù)作用。

3.3 CGRP與心律失常 CGRP可以明顯減輕心臟I/R損傷，從而減少心律失常的發(fā)生。Baharvand等[29]證實低劑量的硝酸甘油有延遲的抗心律失常效應(yīng)，這種效應(yīng)與其抗心肌梗死效應(yīng)的作用機制相同，包括CGRP釋放和PKC及mK(ATP)活性。Hancock等[30]指出阻斷CGRP受體能消除辣椒素誘發(fā)的心動過速和辣椒素引起的長期心動過緩，辣椒素引起的心動過緩是由CGRP的正性變時作用抑制的。CGRP對某些藥物引起的心律失常有拮抗作用，對正常的心臟節(jié)律沒有影響。

3.4 CGRP與心力衰竭 CGRP對心肌有正性變力、變時的作用，可以加快心率，增強心肌收縮力，增加心排出量。AI-Rubaiee等[31]應(yīng)用CGRP拮抗劑CGRP8-37、磷脂酰肌醇3-激酶抑制劑(LY)-294002以及17β-雌二醇(E)和孕酮(P)來觀察其作用，結(jié)果顯示，CGRP1-37單獨以及與E、P聯(lián)合能夠減小肌節(jié)縮短速率，增加縮短百分比，這一效應(yīng)能被CGRP8-37拮抗，而不是LY。CGRP1-37增加靜止細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度和鈣離子流量這一效應(yīng)也可被CGRP8-37和LY所拮抗。此實驗證實，雌二醇和孕酮可增強CGRP的正性肌力作用，而LY卻能抑制此作用。

Li等[4]用α-CGRP基因敲除鼠證明，α-CGRP對主動脈縮窄所致心力衰竭有保護(hù)作用，這一作用是由減少炎性反應(yīng)、細(xì)胞死亡和纖維化所介導(dǎo)。野生型大鼠左心房α-CGRP含量的迅速增加、對后負(fù)荷增大的持續(xù)反應(yīng)，使其與基因敲除鼠相比，存活率更高。在α-CGRP敲除鼠中，后負(fù)荷增大引起更嚴(yán)重的負(fù)面的心臟重構(gòu)，包括明顯增加的心臟肥大、炎性反應(yīng)、細(xì)胞死亡、纖維化和減少微血管密度，最終導(dǎo)致心力衰竭。

4 結(jié) 論

綜上所述，CGRP作為一種在中樞和外周廣泛分布的神經(jīng)肽，在神經(jīng)和心血管系統(tǒng)中具有強大的效應(yīng)，對某些疾病的發(fā)生、發(fā)展和治療有重要的意義。通過動物實驗證實了CGRP具有舒張血管、保護(hù)心血管系統(tǒng)的作用，但是對于CGRP其他作用的研究仍有很多，如CGRP可能參與氣道慢性炎性反應(yīng)，促進(jìn)骨生長，對神經(jīng)系統(tǒng)有保護(hù)作用，對胃黏膜血流量有調(diào)節(jié)作用等。然而，CGRP的其他功能、在疾病中的地位和作用以及有關(guān)臨床應(yīng)用等方面有待進(jìn)一步研究。

1 Altmayr F, Jusek G, Holzmann B. The neuropeptide calcitonin gene-related peptide causes repression of tumor necrosis factor-alpha transcription and suppression of ATF-2 promoter recruitment in Toll-like receptor-stimulated dendritic cells[J]. J Biol Chem,2010,285(6):3525-3531.

2 Rosenfeld MG, Mermod JJ, Amara SG, et al. Production of a novel neuropeptide encoded by the calcitonin gene via tissue-specific RNA processing[J]. Nature，1983,304(5922):129-135.

3 Amara SG, Arriza JL, Leff SE, et al. Expression in brain of a messenger RNA encoding a novel neuropeptide homologous to calcitonin gene-related peptide[J]. Science，1985,229(4718):1094-1097.

4 Li J, Levick SP, Dipette DJ, et al. Alpha-calcitonin gene-related peptide is protective against pressure overload-induced heart failure[J]. Regul Pept，2013,185(1):20-28.

5 Eftekhari S, Warfvinge K, Blixt FW, et al. Differentiation of nerve fibers storing CGRP and CGRP receptors in the peripheral trigeminovascular system[J]. J Pain，2013,14(11):1289-1303.

6 Eqea SC, Dickerson IM. Direct interactions between calcitonin-like receptor (CLR) and CGRP-receptor component protein (RCP) regulate CGRP receptor signaling[J]. Endocrinology，2012,153(4): 1850-1860.

7 Mrak E, Guidobono F, Moro G, et al. Calcitonin gene-related peptide (CGRP) inhibits apoptosis in human osteoblasts by β-catenin stabilization[J]. J Cell Physiol，2010,225(3):701-708.

8 Zhou Y, Zhang M, Sun GY, et al. Calcitonin gene-related peptide promotes the wound healing of human bronchial epithelial cells via PKC and MAPK pathways[J]. Regul Pept，2013,183(1):22-29.

9 Zhao FP, Guo Z, Wang PF. Calcitonin gene related peptide (CGRP) inhibits norepinephrine induced apoptosis in cultured rat cardiomyocytes not via PKA or PKC pathways[J]. Neurosci Lett，2010,482(2): 163-166.

10 Ma YX, Guo Z, Sun T. CGRP inhibits norepinephrine induced apoptosis with restoration of Bcl-2/Bax in cultured cardiomyocytes of rat[J]. Neurosci Lett，2013,549(2):130-134.

11 Zhou Z, Peng J, Wang CJ, et al. Accelerated senescence of endothelial progenitor cells in hypertension is related to the reduction of calcitonin gene-related peptide[J]. J Hypertens，2010,28(5):931-939.

12 Yang L, Sakurai T, Kamiyoshi A, et al. Endogenous CGRP protects against neointimal hyperplasia following wire-induced vascular injury[J]. J Mol Cell Cardiol，2013,59(1):55-66.

13 Zheng S, Li W, Xu M, et al. Calcitonin gene-related peptide promotes angiogenesis via AMP-activated protein kinase[J]. Am J Physiol Cell Physiol，2010,299(6):C1485-1492.

14 Tuo Y, Guo X, Zhang X, et al. The biological effects and mechanisms of calcitonin gene-related peptide on human endothelial cell[J]. J Recept Signal Transduct Res，2013,33(2):114-123.

15 陀泳華，郭小磊，張鑫鑫，等.降鈣基因相關(guān)肽對人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移的影響及機制研究[J].中國修復(fù)重建外科雜志，2012,26(4):495-500.

16 Bowler KE, Worsley MA, Broad L, et al. Evidence for anti-inflammatory and putative analgesic effects of a monoclonal antibody to calcitonin gene-related peptide[J]. Neuroscience，2013,228(3):271-282.

17 Monneret G, Arpin M, Venet F, et al. Calcitonin gene related peptide and N-procalcitonin modulate CD11b upregulation in lipopolysaccharide activated monocytes and neutrophils[J]. Intensive Care Med，2003,29(6):923-928.

18 Hosoi J, Murphy GF, Egan CL, et al. Regulation of Langerhans cell function by nerves containing calcitonin gene-related peptide[J]. Nature，1993,363(6425):159-163.

19 Holzmann B. Antiinflammatory activities of CGRP modulating innate immune responses in health and desease[J]. Curr Protein Pept Sci，2013,14(4):268-274.

20 Huang J, Stohl LL, Zhou X, et al. Calcitonin gene-related peptide inhibits chemokine production by human dermal microvascular endothelial cells[J]. Brain Behav Immun，2011,25(4):787-799.

21 Portaluppi F, Vergnani L,Degli-Uberti EC. Atrial natriuretic peptide and circadian blood pressure regulation: clues from a chronobiological approach[J]. Chronobiol Int，1993,10(3):176-189.

22 Oh-hashi Y, Shindo T, Kurihara Y, et al. Elevated sympathetic nervous activity in mice deficient in alpha CGRP[J]. Circ Res，2001,89(11):983-990.

23 Gangula PR, Zhao H, Supowit SC, et al. Increased blood pressure in alpha-calcitonin gene-related peptide/calcitonin gene knockout mice[J]. Hypertension，2000，35(1 Pt 2):470-475.

24 Li J, Zhao H, Supowit SC, et al. Activation of the rennin-angiotensin system in alpha-calcitonin gene-related peptide/calcitonin gene knockout mice[J]. J Hypertens，2004,22(7):1345-1349.

25 Chai W, Mehrotra S, Jan Danser AH, et al. The role of calcitonin gene-related peptide (CGRP) in ischemic preconditioning in isolated rat hearts[J]. Eur J Pharmacol，2006，531(1-3):246-253.

26 Pan HL, Chen SR. Sensing tissue ischemia: another new function for capsaicin receptors[J].Circulation，2004,110(13):1826-1831.

27 Wolfrum S, Nienstedt J, Heidbreder M, et al. Calcitonin gene related peptide mediates cardioprotection by remote preconditioning[J]. Regul Pept，2005,127(1-3):217-224.

28 Huang R, Karve A, Shah I, et al. Deletion of the mouse alpha-calcitonin gene-related peptide gene increases the vulnerability of the heart to ischemia-reperfusion injury[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol，2008,294(3):H1291-1297.

29 Baharvand B, Dehaj ME, Rasoulian B, et al. Delayed anti-arrhythmic effect of nitroglycerin in anesthetized rats: involvement of CGRP, PKC and mK ATP channels[J]. Int J Cardiol，2009,135(2):187-192.

30 Hancock JC, Hoover DB. Capsaicin-evoked bradycardia in anesthetized guinea pigs is mediated by endogenous tachykinins[J].Reful Pept，2008,147(1-3):19-24.

31 AI-Rubaiee M, Gangula PR, Millis RM, et al. Inotropic and Iusitropic effects of calcitonin gene-related peptide in the heart[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol，2013,304(11):H1525-1537.

國家自然科學(xué)基金資助項目(No.81171076)

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李文志，E-mail:wenzhili9@126.com

10.3969 / j.issn.1671-6450.2014.07.035

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