磷酸二酯酶9與心衰相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展

吳月，張瑤

(1.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)，黑龍江 哈爾濱　150086; 2.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 心內(nèi)五病區(qū)，黑龍江 哈爾濱　150086)

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磷酸二酯酶9與心衰相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展

吳月1，張瑤2

(1.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)，黑龍江 哈爾濱150086; 2.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 心內(nèi)五病區(qū)，黑龍江 哈爾濱150086)

[摘要]環(huán)核苷酸是細(xì)胞內(nèi)的第二信使，通過(guò)激活心肌保護(hù)因子PKG在心臟保護(hù)機(jī)制中發(fā)揮重要作用。 環(huán)核苷酸磷酸二酯酶(PDE)是環(huán)核苷酸的唯一細(xì)胞內(nèi)分解途徑。最新研究顯示，PDE家族的第9個(gè)成員磷酸二酯酶9(PDE- 9)被發(fā)現(xiàn)存在于心臟細(xì)胞中，并與心衰的發(fā)生關(guān)系密切，在本文中作者主要針對(duì)PDE- 9在心臟功能和心衰的發(fā)展中所起的作用作簡(jiǎn)要綜述。

[關(guān)鍵詞]磷酸二酯酶9； 心衰； 機(jī)制； 文獻(xiàn)綜述

環(huán)磷酸腺苷(cAMP)和環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)是細(xì)胞內(nèi)的第二信使，它們?cè)诖x、神經(jīng)傳遞、細(xì)胞生長(zhǎng)和分化等生理過(guò)程中起重要作用[1]。蛋白激酶G(protein kinase G，PKG)作為cGMP最重要的下游靶點(diǎn)，在心臟保護(hù)機(jī)制中發(fā)揮重要作用。環(huán)核苷酸磷酸二酯酶(Phosphodiesterase,PDE)是環(huán)核苷酸的唯一細(xì)胞內(nèi)分解途徑。最新研究顯示，PDE家族的第9個(gè)成員PDE- 9被發(fā)現(xiàn)存在于心臟細(xì)胞中。尤其是心力衰竭患者，這種酶的含量更高，利用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和人類心臟細(xì)胞證實(shí)，這種酶會(huì)通過(guò)吞噬一個(gè)信號(hào)分子cGMP而對(duì)cGMP/PKG信號(hào)通路介導(dǎo)的心臟保護(hù)路徑造成傷害。這表明PDE- 9是一個(gè)多重“罪犯”，除了目前被廣泛認(rèn)同可導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病外，也是心肌死亡導(dǎo)致心功能衰竭的一個(gè)關(guān)鍵“煽動(dòng)者”[2]，對(duì)此作者簡(jiǎn)要綜述如下。

1PDE- 9

1.1PDE- 9組成及結(jié)構(gòu)

PDE是一類蛋白酶，能選擇性降解體內(nèi)重要的第二信使cAMP和cGMP[3]。迄今為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了21種PDE基因，根據(jù)其序列同源性分為11個(gè)PDE家族[4- 5]，具有不同的cAMP/cGMP特異性。PDE- 9能高特異性地水解cGMP，能把cGMP轉(zhuǎn)化為無(wú)活性的GMP，且廣泛分布在除血液以外的所有組織中[6- 7]。約翰霍普金斯大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)從頑固性心衰患者獲得的心臟細(xì)胞的PDE- 9水平比正常心臟高6倍，而使得此類疾病患者擁有更少的心臟保護(hù)性PKG[2]。

1.2cGMP/PKG信號(hào)通路

作為一種重要的細(xì)胞內(nèi)信使，cGMP 有 3 個(gè)主要作用靶點(diǎn):cGMP依賴的蛋白激酶或蛋白激酶 G、cGMP調(diào)節(jié)的PDEs以及環(huán)磷酸鳥苷門控離子通道(CNG)[8]。PKG 被認(rèn)為是最重要的 cGMP 下游靶點(diǎn)[9- 10]，在哺乳動(dòng)物，PKG 主要以兩種形式存在，即 PKG- Ⅰ和 PKG- Ⅱ，PKG- Ⅰ由于 N- 末端的不同剪接，以α和β兩種亞型存在，且兩種亞型經(jīng)常一起表達(dá)[11]。這些 PKG 屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族并具有相似的結(jié)果特征。PKG- Ⅰ主要在心血管系統(tǒng)中起作用，而 PKG- Ⅱ則主要存在于小腸、腎、腦[12]。在病理生理?xiàng)l件下，活化的 PKG- Ⅰ作用于其下游目標(biāo)，調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞中的受磷蛋白、三磷酸肌醇受體、蘭尼堿受體、肌鈣蛋白、血小板中血栓素 A2受體、L 型 Ca2+通道、Ca2+激活的鉀通道(BK 通道)、肌球蛋白輕鏈磷酸酶及 ATP 敏感K+通道(KAT)[13]，從而引起血管舒張、抑制內(nèi)皮細(xì)胞通透性、抑制血小板活化、減少細(xì)胞凋亡以及對(duì)心肌細(xì)胞的負(fù)性肌力作用而保護(hù)心血管系統(tǒng)[12]。目前有證據(jù)表明 cGMP/PKG 信號(hào)途徑在預(yù)處理和后處理的心臟保護(hù)機(jī)制中發(fā)揮重要作用[14]。預(yù)處理誘導(dǎo)心肌保護(hù)而防止損傷與心肌 cGMP 含量升高有關(guān)[15]。

1.3cGMP/PKG信號(hào)通路介導(dǎo)的兩條心臟保護(hù)路徑

1.3.1NO/cGMP/PKG研究表明，在受到后處理的大鼠離體心臟中，cGMP 的釋放也增加，梗死面積明顯減少[16]。Bolli在 1990 年和 2001 年之間所做的 92 項(xiàng)調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn) NO(無(wú)論是內(nèi)源性產(chǎn)生的或從外源性 NO 供體和前體生成的)具有心臟保護(hù)作用，內(nèi)源性一氧化氮合酶(eNOS)活性基因操縱的抑制加劇心肌損傷，而 NO 顯著降低這種損傷[17]。NO可以激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶，使三磷酸鳥苷(guanosine triphosphate，GTP)轉(zhuǎn)化生成cGMP，然后cGMP進(jìn)一步激活PKG。應(yīng)用藥物抑制可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(sGC)和PKG活性均可消除心肌損傷時(shí)的心肌保護(hù)機(jī)制。雖然作用細(xì)節(jié)不是很清楚，但是可能與抑制肌漿網(wǎng)鈣離子的攝入、促進(jìn)線粒體三磷酸腺苷(adenosinetriphosphate，ATP)敏感性鉀通道(mitochondrial KATP channel，mKATP)的開放有關(guān)[14]。NO也可能扮演著單獨(dú)的cGMP作用角色。目前，盡管這些機(jī)制還未完全闡述清楚，但是有研究證實(shí)NO被亞硝基化作用后可以通過(guò)蛋白激酶C途徑直接抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mPTP)的開放而保護(hù)心臟，對(duì)缺血后適應(yīng)起保護(hù)作用[15- 16]。

1.3.2利鈉肽/cGMP/PKG細(xì)胞膜上利鈉肽受體A(natriuretic peptide receptor- A，NPR- A)是一鳥苷酸環(huán)化酶，其相應(yīng)配體為心房利鈉肽(atrial natriuretic peptide，ANP)/腦鈉肽(brain natriuretic peptide，BNP)，當(dāng)其被激活時(shí)，可催化合成cGMP，cGMP作用于下游底物PKG[18]。已有研究表明，激活cGMP/PKG信號(hào)通路可以起到心肌保護(hù)作用。研究發(fā)現(xiàn)在再灌注早期給予ANP有利于縮小兔子心肌梗死面積[19]。Burley等[20]研究認(rèn)為再灌注時(shí)給予BNP可以使細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度增加，進(jìn)而活化PKG，促進(jìn)mKATP開放以及eNOS的活化而起到減輕再灌注損傷的作用。Burley 和 Baxter[20]在大鼠離體心臟灌注模型中發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在冠狀動(dòng)脈結(jié)扎前和結(jié)扎時(shí)給予 BNP，都可以顯著減少梗死面積，并且作用效果與 BNP 的濃度相關(guān)。

2心衰時(shí)PDE對(duì)cGMP/PKG保護(hù)通路的影響

2.1PDE- 5通過(guò)NOS途徑破壞 cGMP/PKG信號(hào)通路

Kass既往已經(jīng)研究證實(shí)PDE5A抑制作用導(dǎo)致的磷酸化改變對(duì)于氮氧化物合成活化更加敏感，使其通過(guò)氮氧化物調(diào)控cGMP的產(chǎn)生，科研人員還證實(shí)通過(guò)磷酸二酯酶5A(PDE5A)抑制劑增強(qiáng)cGMP合成或者抑制其降解能預(yù)防心臟病。但是實(shí)驗(yàn)證實(shí)氮氧化物信號(hào)通路在心臟病中經(jīng)常處于抑制狀態(tài)。

2.2PDE- 9通過(guò)非依賴NOS途徑破壞 cGMP/PKG信號(hào)通路

cGMP作為第二信號(hào)參與氮氧化物和鈉離子- 多肽偶聯(lián)信號(hào)通路，通過(guò)蛋白激酶G促進(jìn)磷酸化改變。然而，負(fù)調(diào)控因子如PDE的上調(diào)能減弱cGMP的刺激作用。我們的研究表明cGMP選擇性PDE9A在哺乳動(dòng)物心臟中表達(dá)，并在肥厚型心臟病和心衰中表達(dá)上調(diào)。PDE9A在心肌細(xì)胞和肌肉細(xì)胞中調(diào)控鈉離子- 多肽刺激的cGMP而非氮氧化物刺激的cGMP，并且它的基因型和選擇性藥理抑制作用保護(hù)機(jī)體免受神經(jīng)激素和持續(xù)性超負(fù)荷壓力的病理學(xué)反應(yīng)。PDE9A的抑制作用與已經(jīng)確立的不依賴于氮氧化物合成活性的心臟病相反，而PDE5A的抑制作用需要活化的氮氧化物合成。轉(zhuǎn)錄因子活性和PDE選擇性抑制的肌細(xì)胞磷酸化蛋白質(zhì)組分分析揭示了大量特異性的靶點(diǎn)。因此，不同于PDE5A，PDE9A能夠不依賴于氮氧化物通路調(diào)控cGMP信號(hào)，并且其在壓力誘導(dǎo)下的心臟病中的作用為心臟病的治療提供了潛在的靶點(diǎn)。

3PDE- 9與心衰發(fā)展

3.1PDE- 9在心衰發(fā)展中的作用

約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院及心臟和血管醫(yī)學(xué)研究所教授大衛(wèi)·卡斯(David Kass)及他的科研人員利用缺乏PDE- 9基因的轉(zhuǎn)基因小鼠做實(shí)驗(yàn)組，具有完整PDE- 9基因的小白鼠作為對(duì)照組，并先后使用化學(xué)方法刺激心肌細(xì)胞以模仿心力衰竭的效果，及行主動(dòng)脈縮小手術(shù)以給心臟產(chǎn)生額外的工作量，從而誘導(dǎo)心力衰竭。結(jié)果顯示缺乏PDE- 9的小白鼠細(xì)胞具有更高的cGMP水平；心臟有更少的瘢痕、肌肉變厚，擴(kuò)張能力更強(qiáng)。阻斷PDE- 9的合成，從而阻斷對(duì)非依賴NOS途徑 cGMP/PKG信號(hào)通路的破壞，可以促進(jìn)心臟的自我保護(hù)作用，從而改善心衰甚至逆轉(zhuǎn)心衰[2]。

3.2PDE- 9與PDE- 5在心衰發(fā)展中的關(guān)系

科研人員將手術(shù)引發(fā)的心臟衰竭小白鼠分為3組。一組接受PDE- 9抑制藥物治療，另一組用PDE- 5抑制劑西地那非(sildenafil)治療，而第三組使用安慰劑。4周后服用安慰劑的小白鼠完全發(fā)展成心力衰竭，而接受PDE- 5和PDE- 9抑制劑治療的小白鼠的心臟肌肉功能和規(guī)模都表現(xiàn)出顯著改善，心臟泵血能力恢復(fù)到接近正常水平。為比較PDE- 5和PDE- 9抑制劑對(duì)心功能的影響，研究人員隨后給一半小白鼠喂食PDE- 5抑制劑，關(guān)閉小鼠由PDE- 5調(diào)節(jié)的心臟保護(hù)性信號(hào)通路，結(jié)果小鼠沒有任何影響，當(dāng)喂食PDE- 9抑制劑后小白鼠心臟顯示出明顯改善。這說(shuō)明PDE- 9與PDE- 5在心肌衰竭發(fā)展中是通過(guò)引發(fā)保護(hù)信號(hào)通路缺陷而發(fā)揮破壞作用的，兩者相互獨(dú)立[2]。

4總結(jié)與展望

隨著研究的進(jìn)一步深入，學(xué)術(shù)界逐步認(rèn)識(shí)到心衰的發(fā)生和發(fā)展是一個(gè)激活神經(jīng)- 內(nèi)分泌、活化的細(xì)胞因子、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的改變、基因表達(dá)的異常引起的多種蛋白質(zhì)之間的相關(guān)作用、相互影響的極其復(fù)雜的病理生理過(guò)程。在慢性心功能不全發(fā)生發(fā)展的每一個(gè)病理環(huán)節(jié)都有可能成為藥物作用的新靶點(diǎn)，而恰恰又是這些新靶點(diǎn)構(gòu)成了研制新型抗心力衰竭藥物和探討心力衰竭更深層次的發(fā)病機(jī)制的進(jìn)展前沿。目前，抑制PDE- 9的藥物已經(jīng)用于阿爾茨海默病患者測(cè)試。在目前的研究中，PDE- 9抑制劑在心力衰竭小鼠中不僅停止了心肌擴(kuò)大和瘢痕形成，還幾乎逆轉(zhuǎn)了疾病的影響，成為人們期待和關(guān)注的目標(biāo)。

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doi:10.3969/j.issn.1671- 6264.2016.01.038

[中圖分類號(hào)]R541.6

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1671- 6264(2016)01- 0162- 03

[通信作者]張瑤E- mail:yaozhang_grace@aliyun.com

[作者簡(jiǎn)介]吳月(1989-),女,黑龍江齊齊哈爾人,住院醫(yī)師。E- mail:zaijian1989@yeah.net

[收稿日期]2015- 05- 30[修回日期] 2015- 11- 17

[引文格式] 吳月，張瑤.磷酸二酯酶9與心衰相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào):醫(yī)學(xué)版,2016,35(1)：162- 164.

·綜述·