降鈣素基因相關(guān)肽在缺血性心肌損傷中的作用

鄭小宇，王 威，石 蓓 (遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院心內(nèi)科，貴州 遵義 563000)

降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene－related peptide，CGRP)是一個37氨基酸神經(jīng)肽，廣泛分布于中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中，能夠調(diào)節(jié)血管舒縮及局部血流，被證實(shí)是目前最強(qiáng)的血管擴(kuò)張劑，然而，大量研究發(fā)現(xiàn)CGRP在心血管疾病中也發(fā)揮著重要作用。本文深入探討了CGRP在缺血性心肌損傷中的保護(hù)效應(yīng)以及潛在機(jī)制，以期為心肌損傷后的心臟修復(fù)提供一個新的治療策略。

肽類降鈣素家族包含5個成員:降鈣素(CT)，淀粉不溶素(AMY)，CT基因相關(guān)肽(aCGRP和βCGRP)以及腎上腺髓質(zhì)素(AM)，由于這些肽類家族結(jié)構(gòu)相似，因此它們擁有著同樣的生物學(xué)活性。其中，CGRP作為目前擴(kuò)血管作用最強(qiáng)的肽類物質(zhì)而被廣泛研究。外周神經(jīng)系統(tǒng)中，CGRP合成的主要位點(diǎn)是背根神經(jīng)節(jié):包括終止于血管外周的感覺神經(jīng)細(xì)胞體和脊髓背側(cè)角的椎弓板I/II中央?yún)^(qū)，并且在緩激肽和前列腺素類物質(zhì)的誘導(dǎo)下而釋放［1］。此外，有研究提出CGRP的另一個合成途徑是通過免疫細(xì)胞，即作為對抗原受體的遷入和暴露于神經(jīng)生長因子的應(yīng)答反應(yīng)，由T、B淋巴細(xì)胞和單核吞噬細(xì)胞產(chǎn)生［2］。在心血管系統(tǒng)中，CGRP發(fā)揮著積極的心臟保護(hù)作用，本文就CGRP在缺血性心肌損傷中的保護(hù)效應(yīng)及其潛在機(jī)制作一綜述。

1 CGRP及其受體

CGRP及其受體廣泛分布于神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)中，在所有的血管床內(nèi)均可發(fā)現(xiàn)密集分布的CGRP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。CGRP受體是一個由降鈣素受體樣受體(CRLR)、I型跨膜蛋白受體活性修飾蛋白－1(RAMP1)和受體組成蛋白(RCP)共同構(gòu)成的多聚體。CRLR為7－結(jié)構(gòu)域跨膜蛋白，它在許多疾病如偏頭痛和心血管疾病中是潛在的藥物治療靶點(diǎn)［3－4］;而RAMP1則作為主要受體負(fù)責(zé)CRLR轉(zhuǎn)移定位至細(xì)胞表面以及參與配體的連接;RCP是位于細(xì)胞內(nèi)的外在膜蛋白，在許多組織中，該受體與CGRP的反應(yīng)敏感性有著密切聯(lián)系，RCP表達(dá)缺失會引起CGRP介導(dǎo)的環(huán)磷酸腺苷(cAMP)產(chǎn)生減少［5］。

2 CGRP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

CGRP親和力較高，能夠與RAMP1和CRLR的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域相互作用，體現(xiàn)了受體與限定配體的特異性結(jié)合［6］。目前我們了解最清楚的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路則是CGRP受體激活后引起Gas介導(dǎo)的腺苷酸環(huán)化酶活化，并伴隨著cAMP增加、蛋白激酶A(PKA)激活，從而發(fā)揮一系列的生物學(xué)效應(yīng)［7］。有文獻(xiàn)報(bào)道CGRP處理三叉神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞后，MAPK信號的mRNA表達(dá)水平上調(diào)［8］。在肺泡上皮細(xì)胞中，ERK抑制劑U0126可以有效阻斷CGRP介導(dǎo)的細(xì)胞增殖以及ERK通路的活化［9］。同時，CGRP刺激HaCat角蛋白細(xì)胞增殖與ERK1/2、JNK和P38通路的激活有關(guān)，由此說明MAPK級聯(lián)是CGRP主要的下游效應(yīng)器［10］。

3 CGRP與缺血性心肌損傷

感覺神經(jīng)廣泛分布于冠脈血管系統(tǒng)的肌原纖維之間并且主要支配心臟，它們在心臟中對血壓改變、缺血損傷及細(xì)胞毒性應(yīng)激反應(yīng)等起作用。CGRP最初在感覺神經(jīng):即辣椒辣素敏感性C－纖維及A－纖維中被發(fā)現(xiàn)，這兩種神經(jīng)纖維與血管緊密相連。當(dāng)心肌梗死、心力衰竭和高血壓發(fā)生時，血漿中CGRP濃度也會隨之上升，這暗示心血管系統(tǒng)受到不利影響會刺激神經(jīng)纖維釋放CGRP。心肌梗死是導(dǎo)致缺血性心肌損傷最常見的原因，實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)心肌梗死后將CGRP的主要受體RAMP1處理過的間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)移植至心臟，比較單純MSCs移植能夠更加顯著減少心肌梗死面積，提高心臟功能，由此說明CGRP信號通路在缺血性心臟中的重要性［11－12］。缺血再灌注(I/R)損傷時，a－CGRP基因敲除小鼠的心臟功能比野生型小鼠明顯下降，這是由于I/R損傷過程中氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)，心肌細(xì)胞死亡增多，缺少CGRP基因的心臟更易受到不利環(huán)境的影響所致［13］。Li D等研究發(fā)現(xiàn)短暫的缺血預(yù)處理對心臟有著保護(hù)作用，同時，冠狀動脈血流中CGRP釋放亦隨之增加，在使用CGRP受體拮抗劑后，上述有利效應(yīng)則被廢除［14］。以上研究均表明CGRP除了能夠控制血管平滑肌張力外，同時也是一個內(nèi)源性的心臟保護(hù)物質(zhì)。接下來本文擬從CGRP在缺血心臟中調(diào)節(jié)血流量、抑制炎性反應(yīng)、調(diào)控細(xì)胞功能及其潛在作用機(jī)制等四個方面來闡述其強(qiáng)大的保護(hù)力。

3.1 CGRP調(diào)節(jié)血管功能:迄今為止，CGRP是被發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)有力的血管調(diào)節(jié)劑。Li J等［15］使用去氧皮質(zhì)酮鹽型高血壓小鼠模型觀察到，α－CGRP基因敲除鼠的平均動脈壓比野生型鼠高15～20 mm Hg(1 mm Hg=0.133 3 kPa)，且高血壓所致的腎臟損害更加明顯。CGRP受體主要成分(CLR和RAMP1)位于人皮下動脈平滑肌及內(nèi)皮細(xì)胞中，在人體循環(huán)中呈動態(tài)分布，CGRP連接至受體上產(chǎn)生擴(kuò)血管效應(yīng)，并且對阻力血管發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用［16］。有報(bào)道稱它比腺苷，乙酰膽堿以及P物質(zhì)的血管調(diào)節(jié)能力高100－1000倍，能夠有選擇性的調(diào)節(jié)多重血管床，其中冠脈血管是其一個特有的敏感靶點(diǎn)［17］。高濃度CGRP受體在心臟的冠狀動脈上被發(fā)現(xiàn)，它可以調(diào)節(jié)冠狀動脈血管平滑肌的緊張度，有效地增加心臟血流量［18］。血管緊張素II誘導(dǎo)所致高血壓形成后，在a－CGRP基因敲除小鼠體內(nèi)主動脈血管肥厚、膠原形成以及氧化應(yīng)激反應(yīng)更加顯著，內(nèi)皮一氧化氮合酶的基因及蛋白表達(dá)嚴(yán)重缺失。這些結(jié)果提示a－CGRP水平在血管組織中上調(diào)對主動脈肥厚及纖維化有著直接的保護(hù)作用［19］。然而，關(guān)于CGRP的擴(kuò)血管機(jī)制也是多重性的。Sheykhzade等［20］分離大鼠體內(nèi)冠狀動脈的體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CGRP通過激活cAMP－PKA通路誘導(dǎo)血管擴(kuò)張，其主要是抑制鈣離子內(nèi)流，并將其轉(zhuǎn)移至鈣儲存位點(diǎn)來減少細(xì)胞內(nèi)鈣離子，同時還降低組織對鈣離子的敏感性而發(fā)揮作用的。這表明CGRP促進(jìn)血管舒張不僅僅依賴于鈣離子，還涉及其他的信號通路。正是由于CGRP擁有較強(qiáng)的擴(kuò)張血管功能，才能在缺血性心臟病中調(diào)節(jié)冠脈血管，以此增加心臟血流量。

3.2 CGRP的抗炎效應(yīng):心肌缺血損傷后會激發(fā)強(qiáng)烈的炎性反應(yīng)，同時分泌一系列促炎因子:如細(xì)胞因子和趨化因子等，致使心肌細(xì)胞凋亡，心室重構(gòu)加重及心臟功能惡化［21］。已知的證據(jù)表明CGRP有著顯著的抗炎效力，它在固有免疫細(xì)胞中通過兩條途徑發(fā)揮作用:一個是IL－10依賴途徑，即促進(jìn)抗炎因子IL－10的產(chǎn)生，另一個則是IL－10非依賴途徑，由轉(zhuǎn)錄抑制物ICER所介導(dǎo)［22］。ICER全稱為誘導(dǎo)性cAMP早期阻遏蛋白，CGRP在抑制樹突狀細(xì)胞中腫瘤壞死因子(TNFɑ)產(chǎn)生的同時，可以導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄抑制物ICER的快速上調(diào)，ICER基因敲除后這一效應(yīng)被阻斷，這暗示了CGRP可通過ICER而發(fā)揮抗炎作用。使用CGRP處理后的單核巨噬細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞能夠抑制TNFa、IL－1b、IL－12p40和CCL4等炎癥因子產(chǎn)生［23］。CGRP除了能夠在免疫細(xì)胞中起作用外，還能夠阻斷炎癥通路而發(fā)揮效應(yīng)。CGRP連接至RAMP1/CLR受體二聚體上可增加細(xì)胞中cAMP水平，激活PKA，活化的PKA通過干擾IkBa磷酸化降解以及促使NF－kB p50蛋白磷酸化來抑制NF－kB的活性，進(jìn)而促進(jìn)DNA連接抑制劑p50/p50二聚體形成。因此，CGRP對NF－kB炎癥通路應(yīng)該是發(fā)揮抑制作用的［24］。上述數(shù)據(jù)說明CGRP抑制了固有免疫細(xì)胞的抗原遞呈和炎性反應(yīng)能力，減少了炎癥因子釋放，并通過阻斷潛在的炎癥途徑而產(chǎn)生了積極的抗炎效果:比如減輕過度炎性反應(yīng)和器官損害等。心臟缺血時，CGRP可發(fā)揮其有效的抗炎效力來減輕心肌損傷后的炎性反應(yīng)。

3.3 CGRP調(diào)控細(xì)胞功能:心臟缺血損傷區(qū)域血流灌注的恢復(fù)，不僅要有血管舒張使血流量增加，還需要有新生血管形成增多。文獻(xiàn)報(bào)道CGRP可以促進(jìn)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和血管腔形成，并且能增加促血管生成因子VEGF及其受體的表達(dá)［25］。移植表達(dá)CGRP的內(nèi)皮祖細(xì)胞至肺動脈高壓的大鼠中，可以減輕肺血管重構(gòu)并降低血壓［26］。高血壓模型中CGRP的合成及釋放下降會加速內(nèi)皮祖細(xì)胞的衰老及功能紊亂，當(dāng)使用相應(yīng)藥物刺激CGRP產(chǎn)生后，內(nèi)皮祖細(xì)胞的功能便得以改善［27］。因此，CGRP可調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞及其祖細(xì)胞的功能，有利于新生血管的形成，促進(jìn)心臟修復(fù)。流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示急性心肌梗死后的5年內(nèi)，高達(dá)三分之一的存活患者進(jìn)一步發(fā)展成為充血性心力衰竭，這是因?yàn)樾呐K缺血缺氧致使存活心肌數(shù)量減少，壞死心肌被疤痕組織取代，心室重構(gòu)加重所致。盡管藥物、手術(shù)及缺血預(yù)處理干預(yù)等方式可以從一定程度上緩解心臟缺血狀態(tài)［28］，然而受損壞死的心肌細(xì)胞卻很難再生。干細(xì)胞因具有自我更新及多向分化潛能而成為治療心肌梗死的研究熱點(diǎn)。慢病毒轉(zhuǎn)染CGRP基因至大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)可誘導(dǎo)MSCs向內(nèi)皮分化，還能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和微血管生成［29］。既然CGRP對間充質(zhì)干細(xì)胞亦有著積極的調(diào)節(jié)作用，那么它對心臟固有干細(xì)胞是否也具有類似影響，正待我們進(jìn)一步研究。

4 CGRP的作用機(jī)制

CGRP是通過多重機(jī)制保護(hù)心臟功能的。Sueur S等人［30］證實(shí)用H2O2模擬氧化應(yīng)激狀態(tài)誘導(dǎo)H9c2心肌細(xì)胞損傷，使用CGRP預(yù)處理后則可以減少一半的細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)細(xì)胞的存活能力，這是通過RAMP1/CRLR復(fù)合物發(fā)揮作用的。Li等［31］則發(fā)現(xiàn)CGRP預(yù)處理所介導(dǎo)的心臟保護(hù)效應(yīng)并不是因?yàn)榧せ盍薑ATP通道，而是由于抑制了心臟腫瘤壞死因子－a(TNF－a)產(chǎn)生而起作用。急性心肌缺血早期，兒茶酚胺類物質(zhì):如去甲腎上腺素等釋放增加會導(dǎo)致心肌損傷，Zhao等［32］使用去甲腎上腺素誘導(dǎo)大鼠心肌細(xì)胞凋亡的實(shí)驗(yàn)表明，去甲腎上腺素也可使細(xì)胞內(nèi)蛋白激酶A(PKA)及蛋白激酶C(PKC)的活性增加，CGRP雖然能夠減輕去甲腎上腺素所致的心肌損傷，然而卻并沒有發(fā)現(xiàn)其是通過PKA及PKC通路而發(fā)揮上述效應(yīng)。Ma等［33］則對上述實(shí)驗(yàn)報(bào)道進(jìn)行了更加深入的探索，發(fā)現(xiàn)CGRP的抗凋亡作用與凋亡相關(guān)基因Bcl－2/Bax比值變化有關(guān)，CGRP可通過上調(diào)Bcl－2/Bax的比值來抑制心肌細(xì)胞凋亡。僅管CGRP具有強(qiáng)大的保護(hù)作用，并且涉及到了離子通道及線粒體途徑等，然而何種信號機(jī)制占主導(dǎo)，仍然需要通過更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以證實(shí)。

5 小結(jié)

CGRP作為生物體心血管系統(tǒng)內(nèi)一個保護(hù)性因子，以其有效的血管擴(kuò)張活性及促新生血管形成來增加心臟血流，改善缺血心臟的功能。同時，它還能夠增加細(xì)胞中抗炎因子的水平，抑制炎癥因子的表達(dá)來調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，減輕心臟炎性反應(yīng)。此外，CGRP對內(nèi)皮祖細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖、分化等也發(fā)揮了積極的調(diào)控作用。綜上所述，CGRP在缺血性心臟中增加血流灌注、減輕炎性反應(yīng)、促進(jìn)新生血管形成，激活抗凋亡通路等發(fā)揮心臟保護(hù)效應(yīng)。目前，CGRP在不同的細(xì)胞中有效的作用時間及劑量有一定差別，在缺血性心臟病中，其對心肌細(xì)胞及心臟干細(xì)胞的影響是否與作用時間及劑量有關(guān)，且關(guān)系是否密切，其中涉及哪些信號通路等也是值得進(jìn)一步研究的問題。因此，深入研究CGRP對缺血性心臟的作用，期待能夠?yàn)槿毖孕募p傷的治療提供更多更新的治療策略。

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