芳香烴受體信號(hào)通路對(duì)心血管系統(tǒng)的影響

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心血管系統(tǒng)疾病具有發(fā)病率、致死率及致殘率高的特點(diǎn)，目前我國(guó)人口老齡化日益加重，心血管系統(tǒng)疾病發(fā)病率越來(lái)越高，心血管疾病已居于我國(guó)城鄉(xiāng)居民死亡原因的首位。常見(jiàn)的心血管疾病包括冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、高血壓病、心律失常、心肌病及心臟先天發(fā)育異常。心肌細(xì)胞的肥大增生與纖維化、血管發(fā)育及血壓異常等因素在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中均可起到關(guān)鍵作用。許多分子與信號(hào)通路均參與心血管疾病的病理生理過(guò)程，有研究報(bào)道，芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor，AHR)信號(hào)通路亦參與其中。AHR是一種由相關(guān)配體激活的獨(dú)立轉(zhuǎn)錄因子，目前，大多數(shù)對(duì)其研究在腫瘤學(xué)及免疫學(xué)，隨著對(duì)AHR的深入研究，許多研究表明AHR與心血管疾病密切相關(guān)，既往研究發(fā)現(xiàn)，AHR與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)存在高度相關(guān)[1]，肺動(dòng)脈高壓病人肺組織，AHR存在表達(dá)量的異常，并可能參與肺血管重構(gòu)[2]。本研究綜述AHR信號(hào)通路心血管系統(tǒng)的影響，可能對(duì)未來(lái)心血管疾病的預(yù)防及治療提供一種新方法。

1 AHR的結(jié)構(gòu)與功能

AHR是由相關(guān)配體激活的一種轉(zhuǎn)錄因子，屬于堿性螺旋-環(huán)-螺旋/PER-ARNT-SIM家族中的一種DNA結(jié)合蛋白。外界環(huán)境中，激活A(yù)HR信號(hào)通路的化合物主要有兩大類，分別是鹵代芳烴如四氯二苯并-P-二惡英(TCDD)及多環(huán)芳烴(如苯并芘)。在細(xì)胞質(zhì)中，未激活的AHR與90 kD分子量大小的兩個(gè)熱休克蛋白、一個(gè)XAP-2蛋白及一個(gè)分子伴侶p23共同形成化合物[3-4]。AHR與其相關(guān)配體結(jié)合時(shí)，AHR從分子伴侶復(fù)合體中分離轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核中，與AHR核轉(zhuǎn)位分子(ARNT)構(gòu)成二聚體，在啟動(dòng)子區(qū)通過(guò)與二惡英反應(yīng)原件(DRE)結(jié)合反式激活相關(guān)靶基因。AHR的靶基因包括Ⅰ相及Ⅱ相的代謝酶，主要有細(xì)胞色素P450超家族的成員(如CYP1A1、CYP1A2和CYP1B1)，還原型輔酶Ⅱ(NADPH)，醌氧化還原酶(NQ01)和乙醛脫氫酶(ALHD3A1)，這些靶基因的激活可增強(qiáng)對(duì)外來(lái)異生物質(zhì)的氧化代謝反應(yīng)，調(diào)節(jié)機(jī)體對(duì)外來(lái)毒物的代謝過(guò)程。

盡管分子量都在30 kD左右，由于轉(zhuǎn)錄翻譯終止密碼子位于的位置不同，不同物種AHR分子介導(dǎo)TCDD毒性存在一定的差異[5]。鼠類研究中發(fā)現(xiàn)AHRb-1，AHRb-2，AHRb-3及AHRd四種AHR的等位基因。4種亞型均含有堿性螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)、PER-ARNT-SIM配體結(jié)合域、反式激活域及在羧基末端含有不同的氨基酸。人類與鼠類的AHR在N端保持一致且在C端有60%的吻合[6]。

隨著多細(xì)胞生物的進(jìn)化，AHR的環(huán)境適應(yīng)性功能在生理過(guò)程的作用尤為重要。AHR mRNA在人體多個(gè)器官組織中均有表達(dá)，胎盤中表達(dá)量最高，在肺組織、心臟、胰腺及肝臟中的表達(dá)量次之，在腎臟、大腦及骨骼肌中的表達(dá)量最少[7]。目前在人類的多個(gè)血管床中如肺微血管系統(tǒng)、主動(dòng)脈弓及臍靜脈中也檢測(cè)到AHR mRNA的表達(dá)[8]。在缺乏外源性配體情況下，AHR信號(hào)通路的激活依賴其內(nèi)源性配體，如前列腺素G2、脂氧素4A及血紅素代謝產(chǎn)物，其余激動(dòng)劑包括環(huán)磷酸腺苷(cAMP)及低密度脂蛋白膽固醇。盡管尚未證實(shí)這些內(nèi)源性因子是否與AHR高度相關(guān)的生理性激動(dòng)劑，通過(guò)對(duì)AHR基因敲除鼠觀察發(fā)現(xiàn)AHR信號(hào)通路的生理性功能影響心血管系統(tǒng)包括心臟功能、血管發(fā)育及血壓調(diào)節(jié)。AHR本質(zhì)是異生物質(zhì)代謝的介導(dǎo)者，同時(shí)也是心血管功能的潛在基因修飾靶點(diǎn)。

2 AHR信號(hào)通路與心臟功能的研究

20世紀(jì)90年代，有3個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室通過(guò)敲除外顯子1或者外顯子2制作AHR基因敲除小鼠[9]。所有基因敲除小鼠均有C57BL/6×129背景，出生幾周后與正常組小鼠比較，這些小鼠表現(xiàn)出更慢的生長(zhǎng)速率，TCDD抵抗，外來(lái)異生物質(zhì)無(wú)法誘導(dǎo)其CYP1A1、CYP1A2的激活，生殖能力下降及肝臟出現(xiàn)病理改變。

內(nèi)源性AHR信號(hào)通路對(duì)心臟發(fā)育及生理功能存在爭(zhēng)議。復(fù)雜機(jī)制調(diào)控下，AHR基因敲除小鼠成年后表現(xiàn)為心肌肥厚及心肌纖維變性[10-12]。心臟增大的AHR基因敲除小鼠早期特征提示，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEFG)的表達(dá)量升高可能與心肌肥厚的表型有一定的相關(guān)性[11]。Vasquez等[12]報(bào)道心肌細(xì)胞的體積增大和組織學(xué)重構(gòu)并非典型的分子重構(gòu)，與血壓及血流量超負(fù)荷所致的細(xì)胞肥厚機(jī)制不同，提示AHR對(duì)心肌細(xì)胞的體積可能有調(diào)控作用。Lund等[13]指出，AHR基因敲除小鼠出現(xiàn)心肌肥厚與體內(nèi)動(dòng)脈血壓增高及血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)、血漿內(nèi)皮素1(ET-1)水平增高有關(guān)。這種心肌肥厚的表型主要由體循環(huán)中增高的ET-1介導(dǎo)，因此，使用內(nèi)皮素受體(ETA)拮抗劑BQ-123治療后可顯著減輕心肌肥厚癥狀及心肌肥厚標(biāo)志物心鈉素(ANF)和β肌球重鏈蛋白(β-MHC)mRNA表達(dá)[14]，AHR基因敲除小鼠的所有分組均可觀察到心肌纖維化，提示心臟的功能性重構(gòu)。

一項(xiàng)深入研究表明，適應(yīng)海拔馴化的低血壓AHR基因敲除小鼠心肌細(xì)胞體積過(guò)度增長(zhǎng)可能是為提高心排血量從而升高血壓的生理學(xué)代償機(jī)制。這種代償性的心肌肥厚與病態(tài)的心肌肥厚標(biāo)志物增高并非一致。Bmal1是AHR的核轉(zhuǎn)錄因子的核心分子之一，在對(duì)Bmal1-/-小鼠觀察過(guò)程中，Lefta等[15]發(fā)現(xiàn)Bmal1-/-小鼠出現(xiàn)心肌細(xì)胞體積和質(zhì)量的升高。AHR基因敲除小鼠研究指出，心肌細(xì)胞的過(guò)度肥厚及心肌纖維化可能與Rho/Rac GTP酶化劑Vav-3有關(guān)。研究中發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈壁中層的增厚及動(dòng)脈壁中的血管平滑肌細(xì)胞增殖[16]。應(yīng)用特定的RNA結(jié)合蛋白可能對(duì)小鼠的心肌肥厚起到抑制作用[17]。上述研究盡管并非完全一致，但均表明內(nèi)源性AHR信號(hào)通路可導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥厚及纖維化發(fā)生，從而影響心臟的正常生理功能。

3 AHR信號(hào)通路與血管發(fā)育的研究

對(duì)AHR基因敲除小鼠研究中發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性AHR對(duì)血管發(fā)育的影響，AHR基因敲除小鼠表現(xiàn)為一系列的肝功能缺陷，包括門脈纖維化及肝臟體積縮小，提示這些肝功能的缺陷可能由代償灌注增加引起的胎肝壞死導(dǎo)致[18]，部分由于敲除AHR后，內(nèi)皮細(xì)胞單一介導(dǎo)下的成年后靜脈導(dǎo)管未閉引起[19]。AHR基因敲除小鼠觀察發(fā)現(xiàn)肝臟、腎臟及玻璃體的血管結(jié)構(gòu)異常[18]。攜帶AHR次形態(tài)等位基因的小鼠出現(xiàn)靜脈導(dǎo)管未閉，經(jīng)TCDD治療后病情緩解。靜脈導(dǎo)管的閉合與AHR的核轉(zhuǎn)位及DNA結(jié)合能力有關(guān)，提示這一特定的內(nèi)源性AHR功能存在反式激活機(jī)制[20]。上述兩個(gè)模型表明內(nèi)源性和外源性配體激活的AHR信號(hào)通路可能通過(guò)同樣的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制介導(dǎo)血管發(fā)育。

4 AHR信號(hào)通路與血壓調(diào)節(jié)的研究

AHR激動(dòng)劑TCDD引起的高血壓在流行病學(xué)及大鼠動(dòng)物模型已證實(shí)，可能與AHR介導(dǎo)激活的細(xì)胞色素P450過(guò)度表達(dá)有關(guān)[21]。由于內(nèi)源性及外源性AHR信號(hào)的相似性，因此，外源性AHR除對(duì)血管發(fā)育調(diào)節(jié)外，也可能具有調(diào)控血壓的作用。正常心率情況下，8月齡的AHR基因敲除小鼠麻醉后易出現(xiàn)低血壓；正常飼養(yǎng)條件下，AHR基因敲除小鼠4月齡時(shí)出現(xiàn)心排血量降低[12]。這些發(fā)現(xiàn)提示AHR可能通過(guò)心排血量的降低導(dǎo)致低血壓。Lund等[13]報(bào)道，清醒狀態(tài)下的AHR基因敲除小鼠出現(xiàn)高血壓，并伴隨AngⅡ和ET-1水平升高，在這個(gè)研究中，減少卡托普利用量可相應(yīng)降低對(duì)血管緊張素轉(zhuǎn)換酶的抑制，但動(dòng)脈血壓并未升高，ET-1認(rèn)為是導(dǎo)致AHR基因敲除小鼠動(dòng)脈壓升高的主要原因。采用ETA受體拮抗劑BQ-123治療后，可顯著降低動(dòng)脈平均壓和血漿AngⅡ含量，表明AngⅡ的升高是由ET-1水平上升引起[14]。AHR基因敲除小鼠研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈血壓升高，采用卡托普利治療后可降至正常[22]。這些模型證明血管α-1D腎上腺素受體的表達(dá)量上升與血壓升高有關(guān)。兩組報(bào)道AHR基因敲除小鼠出現(xiàn)高血壓的研究均在輕微高海拔地方(新墨西哥州的阿爾伯克基，海拔1 620 m；墨西哥城，海拔2 240 m)進(jìn)行；AHR基因敲除小鼠的一項(xiàng)研究表明，由于大氣氧含量水平的不同，內(nèi)源性AHR信號(hào)通路不同程度失活導(dǎo)致海平面水平的低血壓及輕微高海拔地區(qū)的高血壓[23]。

一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)通過(guò)使用AHR雜合子及純合子敲除小鼠全面研究AHR對(duì)血壓的調(diào)控作用，在AHR基因敲除小鼠中發(fā)現(xiàn)在高海拔地區(qū)生活數(shù)年后，這些AHR基因敲除小鼠與海平面地區(qū)出現(xiàn)低血壓。此外，可能介導(dǎo)高血壓的介質(zhì)包括AngⅡ和ET-1的水平亦出現(xiàn)降低，這一現(xiàn)象說(shuō)明AHR基因敲除小鼠已適應(yīng)高海拔地區(qū)生活[24]。與野生型及雜合型比較，在低血壓AHR基因敲除小鼠觀察發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮型一氧化氮合酶和血管一氧化氮含量均增高，而前二者的血壓均為正常值。這可能不是AHR基因敲除小鼠出現(xiàn)低血壓的原因，由于使用非特異性的一氧化氮合酶抑制劑LNNA不能對(duì)此產(chǎn)生治療效果。腎上腺素受體α1拮抗劑哌唑嗪及神經(jīng)節(jié)阻斷劑六甲銨治療比較亦無(wú)差異，因此推斷在AHR基因敲除小鼠的血壓調(diào)節(jié)中存在完整的交感神經(jīng)活動(dòng)。一組西班牙薩拉曼卡(海拔802 m)研究將AHR基因敲除小鼠與Vav-3敲除小鼠比較(后者對(duì)心血管重構(gòu)及血壓產(chǎn)生類似的調(diào)節(jié)作用)提出，AHR基因敲除小鼠的高血壓是由Vav-3通過(guò)交感神經(jīng)興奮作用實(shí)現(xiàn)的[16]。盡管AHR在血壓調(diào)節(jié)中的作用有待進(jìn)一步闡明，值得肯定的是AHR可作為高血壓及其他一氧化氮依賴血管疾病的治療靶點(diǎn)。

5 小 結(jié)

大部分心血管疾病是由于長(zhǎng)期功能紊亂和有害因素累積導(dǎo)致。AHR介導(dǎo)外來(lái)異生物質(zhì)誘導(dǎo)的心血管損害已廣泛認(rèn)可。然而，內(nèi)生AHR在血管重構(gòu)及血壓調(diào)節(jié)的作用仍具有爭(zhēng)議。對(duì)AHR基因敲除小鼠研究已證實(shí)，AHR信號(hào)通路的正常生理活動(dòng)是保持血壓穩(wěn)定的一個(gè)重要因素，基因多態(tài)性與原發(fā)性高血壓的發(fā)生密切相關(guān)[25]，90%人類高血壓的原因仍未知而AHR基因多態(tài)性在人類可檢測(cè)存在差異[26]。因此流行病學(xué)研究AHR基因多態(tài)性，居住地海拔及血壓類型進(jìn)一步證實(shí)AHR在血壓調(diào)控中的作用。另一方面，內(nèi)皮來(lái)源的一氧化氮是衡量血管功能的一個(gè)重要指標(biāo)，隨著AHR對(duì)血管內(nèi)皮一氧化氮產(chǎn)生及血管重構(gòu)的深入研究，預(yù)測(cè)可阻止某些心血管疾病的發(fā)生發(fā)展，如動(dòng)脈粥樣硬化。心血管疾病的本質(zhì)決定發(fā)病是多種病因及長(zhǎng)期累積發(fā)生。內(nèi)源性AHR信號(hào)通路可影響心血管生理進(jìn)程，對(duì)血壓及血管一氧化氮的產(chǎn)生起到重要作用，因此可能作為治療心血管疾病的一個(gè)新靶點(diǎn)。AHR在心血管系統(tǒng)的功能需在基因背景的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及良好的飼養(yǎng)環(huán)境中進(jìn)一步全面研究。

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