非神經(jīng)元乙酰膽堿在心臟疾病中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

朱垚，陸江,2

(1 湖北醫(yī)藥學(xué)院麻醉學(xué)研究所，湖北十堰 442000;2 湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬太和醫(yī)院)

·綜述·

非神經(jīng)元乙酰膽堿在心臟疾病中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

朱垚1，陸江1,2

(1 湖北醫(yī)藥學(xué)院麻醉學(xué)研究所，湖北十堰 442000;2 湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬太和醫(yī)院)

心肌細(xì)胞自主合成和釋放的乙酰膽堿被稱為非神經(jīng)元乙酰膽堿，其在心臟疾病中發(fā)揮重要作用，例如平衡迷走-交感神經(jīng)對心臟的控制、減輕心肌缺血再灌注損傷、緩解慢性心力衰竭，其可能的作用通路主要有MAP激酶ERK1/2、PI3K/Akt通路。

非神經(jīng)元乙酰膽堿；心肌缺血；心力衰竭；炎性損傷

研究[1]發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞能自主合成和釋放乙酰膽堿(Ach)，這些Ach被稱為“非神經(jīng)元乙酰膽堿(NNA)”。研究[2～4]表明，刺激迷走神經(jīng)后NNA表達(dá)量明顯增加，NNA不僅對迷走-交感神經(jīng)控制心臟活動(dòng)起著平衡作用，還廣泛參與心肌細(xì)胞的相關(guān)功能調(diào)節(jié)，發(fā)揮保護(hù)效應(yīng)，但其作用機(jī)制目前尚不明確。本文就NNA在心臟疾病中的作用及機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 NNA概述

和交感神經(jīng)分布不同，迷走神經(jīng)分布較為分散、稀疏，分布部位多局限于傳導(dǎo)系統(tǒng)，在心臟中大多分布于心室肌的工作細(xì)胞區(qū)。由于迷走神經(jīng)分布的局限性，心臟中很多Ach由心臟自發(fā)合成及釋放NNA來補(bǔ)充。有研究發(fā)現(xiàn)，在迷走神經(jīng)未激活的情況下，離體的自主跳動(dòng)心臟可自發(fā)合成及釋放NNA，隨著心室肌搏動(dòng)速率增強(qiáng)，NNA釋放到周圍基質(zhì)中的濃度亦升高。若移除心房區(qū)的迷走神經(jīng)纖維，NNA的釋放量僅會減少1/3，但若阻斷心臟乙酰膽堿脂酶(AChE)效應(yīng)，則會導(dǎo)致心率減慢，其原因可能是NNA僅在周圍基質(zhì)累積，而未能被AChE水解成膽堿，從而被膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)體(CHT)轉(zhuǎn)運(yùn)至膽堿能神經(jīng)纖維。半膽堿基-3(HC3)雖然能阻斷CHT-1對膽堿的轉(zhuǎn)運(yùn)入胞活動(dòng)，以抑制心肌細(xì)胞合成NNA，但是在迷走神經(jīng)被激活的狀態(tài)下，HC3并不會影響竇房結(jié)和心室NNA的含量。若刺激迷走神經(jīng)，直到房室肌對該神經(jīng)的應(yīng)答減弱，心房和心室中NNA的含量卻只會下降到原來的75%。因此推斷，心臟中Ach是長期由心肌工作細(xì)胞自主合成及釋放NNA，只有很少一部分Ach是由自主神經(jīng)纖維受到刺激時(shí)所釋放;并且在迷走神經(jīng)激活的狀況下還會促進(jìn)心肌細(xì)胞NNA的合成及釋放。

心肌細(xì)胞存在一套NNA的合成系統(tǒng)。CHT-1、膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(ChAT)和囊泡乙酰膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)體(VAChT)在大鼠和家兔的心房肌和心室肌中都存在表達(dá)[1]。但是這些物質(zhì)的表達(dá)與機(jī)體年齡存在關(guān)聯(lián)性，CHT-1在年老動(dòng)物心房肌中的表達(dá)比年幼動(dòng)物高，在心室肌中的表達(dá)卻比年幼動(dòng)物低；VAChT在心臟中的區(qū)域表達(dá)性、年齡關(guān)聯(lián)性與CHT-1的情況相類似；ChAT在年老動(dòng)物心房和心室肌中的表達(dá)都要比年幼動(dòng)物低；這些表達(dá)變化可能與心臟的結(jié)構(gòu)和功能隨年齡的改變有關(guān)[3]。研究[4,5]發(fā)現(xiàn)，毒蕈堿拮抗劑能促進(jìn)ChAT的轉(zhuǎn)錄和Ach的合成，但是這些積極效應(yīng)能被毒蕈堿樣乙酰膽堿受體2(M2)阻斷劑阿托品所抑制，這也進(jìn)一步證實(shí)了外源性Ach能影響自主NNA的合成。

2 NNA在心臟疾病中的作用

2.1 平衡迷走-交感神經(jīng)對心臟活動(dòng)的控制 NNA在心臟功能調(diào)節(jié)和抗擊某些心臟疾病方面發(fā)揮著重要作用，并能反過來增強(qiáng)迷走神經(jīng)的功能效應(yīng)。Roy等[2]敲除大鼠心肌細(xì)胞的VAChT基因(該大鼠稱為VAChT KO大鼠)，敲除后大鼠心肌中并沒有合成與釋放NNA，可見NNA的合成及釋放依賴VAChT的活性。盡管迷走-交感神經(jīng)對心臟起著調(diào)節(jié)控制作用，但VAChT KO大鼠對血壓的調(diào)節(jié)和對運(yùn)動(dòng)后的應(yīng)答測試，較對照組大鼠表現(xiàn)出恢復(fù)時(shí)間變慢和心率極速上升的現(xiàn)象。VAChT KO大鼠注射異丙腎上腺素后心率減慢、心肌收縮力下降，目前其機(jī)制仍不明確。Lewartowski等[1]發(fā)現(xiàn)VAChT被藥物抑制或siRNA基因干擾，新生的心肌細(xì)胞會發(fā)生肥大，這種效應(yīng)與HC3阻斷NNA的效應(yīng)一致。研究[2,5]發(fā)現(xiàn)，如果心肌細(xì)胞Ca2+瞬間達(dá)到高峰，心肌肥大標(biāo)記物β肌球蛋白重鏈及心房鈉尿肽(ANP)也將升高。迷走神經(jīng)的激活會促進(jìn)心臟NNA的釋放，但當(dāng)交感神經(jīng)過度激活時(shí)，心臟中NNA含量升高，反過來抑制去甲腎上腺素的釋放。Gavioli等[6]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)交感神經(jīng)過度活化時(shí)，NNA能防止心臟功能發(fā)生紊亂?？梢?，NNA對迷走-交感神經(jīng)控制心臟活動(dòng)起著平衡作用，在一定程度上NNA的代償補(bǔ)充會對心臟起到有利保護(hù)的調(diào)節(jié)作用。

2.2 減輕心肌缺血再灌注損傷 研究[7]發(fā)現(xiàn)，通過激活迷走神經(jīng)可顯著減少短期心肌缺血大鼠和豬心臟中近50%的梗死灶，提高左心室射血分?jǐn)?shù)并維持再灌注后的正常心率。心臟在長期缺血后可通過激活NNA合成系統(tǒng)，加速NNA的合成。敲除ChAT基因后活性氧(ROS)增加，更容易引起細(xì)胞激活Caspase-3進(jìn)而趨向凋亡，但NNA具有抑制ROS產(chǎn)生的作用，從而抑制凋亡的產(chǎn)生[8]。研究[1,9]發(fā)現(xiàn)迷走神經(jīng)激活引起的保護(hù)機(jī)制與NNA的參與有關(guān)。

缺氧誘導(dǎo)因子(HIF-1α)為心臟中一種自我保護(hù)的因子，其能減輕缺血和低氧帶來的不利損傷[10,11]。在低氧環(huán)境下，NNA可參與HIF-1α水平的調(diào)節(jié)；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1α不僅能夠誘導(dǎo)凋亡抑制基因AI的表達(dá)，也能促進(jìn)細(xì)胞膜葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4(Glut-4)的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞基質(zhì)葡萄糖含量增高。心肌梗死后心臟重塑表現(xiàn)更加敏感。在離體全新缺血的心臟對比試驗(yàn)中，心臟特定高表達(dá)ChAT大鼠相比對照組大鼠有更強(qiáng)的抵抗缺血的能力。其機(jī)制可能是特定高表達(dá)ChAT的大鼠心臟，NNA合成量升高，升高的NNA使心肌細(xì)胞中線粒體能量代謝受到了抑制，由有氧呼吸變?yōu)樘墙徒?，抑制?xì)胞對氧氣的需求，從而增強(qiáng)對低氧刺激的抵抗性[9]。

迷走神經(jīng)對心肌缺血再灌注的保護(hù)還體現(xiàn)在抗炎作用中。在狗的缺血再灌注心臟中，迷走神經(jīng)激活后刺激心肌細(xì)胞合成NNA抑制炎性因子例如腫瘤壞死因子α(TNF-α)和白細(xì)胞介素6(IL-6)的釋放[14]。迷走神經(jīng)的激活也極大地抑制中性粒細(xì)胞在心肌缺血再灌注區(qū)域的浸潤，抑制巨噬細(xì)胞合成及釋放促炎因子，減輕炎癥反應(yīng)[12]。迷走神經(jīng)激活后刺激心肌細(xì)胞合成的NNA還能極大地改善由于心肌缺血再灌注后因心臟傳導(dǎo)功能障礙所導(dǎo)致的心跳過速和心室纖維性顫動(dòng)。心肌傳導(dǎo)取決于細(xì)胞內(nèi)蛋白連接子之間的電活動(dòng)，這些蛋白連接子稱為縫隙連接蛋白(Cx)，而NNA可以抑制Cx43的去磷酸化，從而調(diào)控心肌細(xì)胞間的傳導(dǎo)和心臟心律。

2.3 緩解慢性心力衰竭 抑制交感神經(jīng)、激活迷走神經(jīng)治療心力衰竭已經(jīng)在臨床動(dòng)物模型中得到驗(yàn)證。Hamann等[13]研究發(fā)現(xiàn)，迷走神經(jīng)的活化能夠改善心肌缺血再灌注后心肌功能，降低C反應(yīng)蛋白、心房ANP前體、TNF-α、IL-6、ROS水平，升高心肌NO含量。但Yu等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在術(shù)后3～6個(gè)月刺激慢性心力衰竭模型狗迷走神經(jīng)，其心輸出量比沒有經(jīng)過迷走神經(jīng)刺激的狗要大，但兩者左心室梗死面積、收縮末期強(qiáng)度比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。NNA治療心力衰竭的機(jī)制可能與迷走神經(jīng)的激活抑制了交感神經(jīng)釋放去甲腎上腺素有關(guān)。NNA激動(dòng)劑目前運(yùn)用于臨床治療，多奈哌齊可增強(qiáng)ChAT啟動(dòng)子活性并促進(jìn)NNA的合成和釋放[15]?？赡嫘钥鼓憠A酯酶藥吡斯的明可促進(jìn)微血管的生成并保護(hù)Cx43，從而有效治療心力衰竭和心肌缺血[16]。但目前關(guān)于這類藥物的長期安全性和療效仍有待研究。

3 NNA在心臟疾病中的作用機(jī)制

NNA的受體是一種G蛋白偶聯(lián)的毒蕈堿樣乙酰膽堿受體(M1～M5)。心臟中的NNA與M2結(jié)合后，會通過調(diào)節(jié)腺苷酸環(huán)化酶來抑制Ca2+內(nèi)流，促進(jìn)K+外流，從而抑制自律細(xì)胞降低心率，縮短心肌細(xì)胞動(dòng)作電位和降低心肌收縮性、收縮幅度從而抑制竇房結(jié)與房室結(jié)的傳導(dǎo)[1]。NNA參與心肌細(xì)胞保護(hù)的信號通路主要包括以下兩種。

3.1 促細(xì)胞分裂原活化蛋白(MAP)激酶與細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK1/2)通路 MAP激酶ERK1/2信號通路是M2受體介導(dǎo)的信號通路之一。M2受體G蛋白βγ亞基與NNA偶聯(lián)，通過PI3Kγ使ERK1/2磷酸化，這個(gè)過程涉及酪氨酸激酶Shc、Grb2、Sos、Ras和Raf的參與。但是M2受體G蛋白α亞基與NNA偶聯(lián)同樣可以激活ERK1/2，活化的Rap1會抑制ERK1/2磷酸化過程中酪氨酸激酶Ras的功能，所以通過特異性結(jié)合Gi家族的α亞基可以促進(jìn)ERK1/2的磷酸化，從而活化MAP激酶ERK1/2信號通路。β-抑制蛋白是G蛋白偶聯(lián)受體的負(fù)向調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器，其可抑制ERK1/2進(jìn)入細(xì)胞核，而且作為支架蛋白可以與絲裂原活化蛋白激酶1、胞外信號調(diào)節(jié)激酶2(ERK2)、Raf-1結(jié)合，結(jié)果是抑制ERK1/2信號通路的激活。此抑制通路與細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、腫瘤細(xì)胞遷移密切相關(guān)[17]。

3.2 磷脂酰肌醇3-激酶(P13K)與絲氨酸、蘇氨酸激酶(AKT)通路 Miao等[18]研究發(fā)現(xiàn)，EGFR的效應(yīng)得益于NNA介導(dǎo)的M2受體激活，EGFR效應(yīng)通路中含有PI3K/Akt通路，所以M2受體的激活促進(jìn)了PI3K/Akt通路的功能及作用。PI3K/Akt通路還參與細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)以及細(xì)胞抗凋亡反應(yīng)[19]。NNA參與上述信號通路表現(xiàn)出的有益效應(yīng)和細(xì)胞保護(hù)作用，其分子機(jī)制至今還不能完全闡釋。但Lewartowski等[1]的研究發(fā)現(xiàn)很有可能與心肌細(xì)胞上M2的激活有關(guān)。研究[20]發(fā)現(xiàn)，激活的M2能促進(jìn)ANP的釋放與分泌，并提高心肌中NO的水平；ANP激活胞質(zhì)中特定的非可溶性膜形式鳥苷酸環(huán)化酶(pGC)，NO激活胞質(zhì)中可溶性游離鳥苷酸環(huán)化酶(sGC)，這兩種酶產(chǎn)生cGMP激活蛋白激酶G,從而減輕心肌缺血損傷、抑制心肌肥大。

局限于細(xì)胞內(nèi)NNA水平測定的技術(shù)困難，目前迷走神經(jīng)刺激心肌細(xì)胞表達(dá)NNA以及NNA表現(xiàn)出的有益效應(yīng)和保護(hù)作用的一系列分子機(jī)制還不十分清晰。但NNA激動(dòng)劑目前已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)并運(yùn)用于臨床治療。通過深入研究NNA在心肌缺血、心力衰竭和心肌抗炎損傷中的保護(hù)作用及機(jī)制，有可能會為臨床治療新藥物的開發(fā)提供新靶點(diǎn)。值得注意的是，臨床上通過外源刺激迷走神經(jīng)來增強(qiáng)NNA含量以治療心力衰竭等心臟疾病的策略仍有待長期實(shí)驗(yàn)觀察與驗(yàn)證。

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國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201610929005)；湖北醫(yī)藥學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目(2016027)。

陸江(E-mail: lulujiangjiang@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.22.036

R541.7

A

1002-266X(2017)22-0096-03

2017-01-09)