Apelin/APJ系統(tǒng)與心血管疾病的研究進(jìn)展*

阿斯艷木·阿不都?xì)W甫 商魯翔 周賢惠 湯寶鵬

Apelin 是脂肪細(xì)胞分泌的一種脂肪細(xì)胞因子，是血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)1型受體相關(guān)蛋白(APJ)的內(nèi)源性配體。Apelin廣泛分布于各器官、組織，在心血管系統(tǒng)高度表達(dá)，具有擴(kuò)張血管、降低血壓、增加心肌收縮力、改善心臟功能、抑制心肌細(xì)胞肥大及纖維化、減小心肌缺血再灌注損傷面積等多種心肌保護(hù)作用[1-2]。既往研究顯示，Apelin水平的異常與眾多心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)[3]。筆者歸納概括Apelin/APJ系統(tǒng)在心血管疾病發(fā)生、發(fā)展中的作用及機(jī)制的研究進(jìn)展，旨在為心血管疾病的預(yù)防及治療提供新的靶點(diǎn)。

1 Apelin/APJ 系統(tǒng)的分子特征及生物學(xué)特性

Apelin是一種內(nèi)源性肽，是孤兒G蛋白偶聯(lián)受體APJ的配體。Apelin編碼基因位于染色體xq25-26.1，由3個外顯子和2個內(nèi)含子組成，相對分子量為12 876，人類與鼠、牛的Apelin前體肽(Prepro Apelin)均有77個氨基酸組成，因羧基末端有豐富的堿性氨基酸殘基，含有多個酶切位點(diǎn)。Prepro Apelin通過酶水解生成Apelin-10、-11、-12、-13、-15、-17、-19、-23、-36等不同長度的具有不同生物學(xué)活性的多種肽，其中Aplein-12、Apelin-13和Apelin-36在心血管系統(tǒng)較為常見[4]。

APJ由APLNR基因編碼，其結(jié)構(gòu)與AngII具有較高的同源性(40%～50%)[5]。該基因位于小鼠2E1染色體和大鼠3q24染色體上，在人類、大鼠和小鼠之間有很高的相似性(90%)[6]。由于APJ對不同長度的Apelin肽片段有不同的親和力，并與不同形式的G蛋白(Gα、Gβ、Gγ)相互作用，激活多種信號通路，從而引起不同的效應(yīng)[7]。Apelin與APJ結(jié)合后激活磷酸肌醇3-激酶(Pi3k)和蛋白kinase B(Akt)的磷酸化，在細(xì)胞增殖或凋亡中起重要作用。此外，Apelin/APJ系統(tǒng)改變了活性氧(ROS)水平，抑制過氧化氫的產(chǎn)生。Apelin-13通過與APJ的結(jié)合而負(fù)調(diào)控腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)信號通路，降低脂肪組織中甘油三酯水解降解為脂肪酸和甘油[8]。

Apelin是在內(nèi)皮細(xì)胞中局部合成的，存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和分泌囊泡等細(xì)胞器中。最新的研究表明，Apelin/APJ系統(tǒng)表達(dá)和作用最重要的部位是心血管系統(tǒng)，特別是血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、心內(nèi)膜和心肌細(xì)胞。其在心血管系統(tǒng)中的生物學(xué)效應(yīng)已成為近年來研究的熱點(diǎn)。

2 Apelin/APJ系統(tǒng)與心血管疾病

2.1心律失常 Apelin在正常心房肌內(nèi)的水平比血漿水平高達(dá)200倍[9]。Apelin 可調(diào)節(jié)成年犬心肌細(xì)胞的Na+通道，改變成年犬心臟的傳導(dǎo)性和興奮性[10]，提示 Apelin 可能對Na+通道相關(guān)的疾病，如 Brugada 綜合征具有治療作用。Ellinor等[11]首次報道孤立性心房顫動(簡稱房顫)患者血漿Apelin水平顯著下降。他們對73例心功能正常的孤立性房顫患者和73例年齡、性別等相匹配的健康對照組患者進(jìn)行血漿Apelin-12水平測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)孤立性房顫患者平均Apelin-12水平明顯低于對照組(307 pg/mL vs 648 pg/mL，P<0.000 05)。Falcone等[12]對93例服用抗心律失常藥物的持續(xù)性房顫患者進(jìn)行電復(fù)律后隨訪6個月，其中26例患者出現(xiàn)房顫復(fù)發(fā)。他們還發(fā)現(xiàn)，房顫復(fù)發(fā)患者血漿Apelin水平明顯低于未復(fù)發(fā)者[(590± 170)pg/mL vs(730±150)pg/mL，P<0.01]。在多因素COX回歸分析中，低Apelin水平是持續(xù)性房顫電復(fù)律后復(fù)發(fā)的獨(dú)立預(yù)測因素(HR=2.9，95%CI：1.2～7.1，P<0.05)。由于Apelin與其受體APJ廣泛表達(dá)于心肌細(xì)胞，由心內(nèi)膜內(nèi)皮細(xì)胞通過旁分泌/內(nèi)分泌釋放，Klára等[13]發(fā)現(xiàn)它們可提高心肌細(xì)胞動作電位傳導(dǎo)速度并縮短心肌細(xì)胞的場電位持續(xù)時間。Cheng等[14]采用細(xì)胞膜片鉗技術(shù)研究了Apelin給藥前后兔左心房心肌細(xì)胞的動作電位(AP)和離子電流的變化，發(fā)現(xiàn)Apelin明顯改變心房電生理，縮短AP時程，可能與其對多離子電流影響有關(guān)。

2.2心肌梗死 血管生成是冠狀動脈粥樣硬化性心臟病中心肌修復(fù)的重要機(jī)制之一。最近一項(xiàng)研究報道了Apelin/APJ系統(tǒng)參與血管生成過程中促血管生成素-1 (Ang-1)/tie-2下游信號通路，調(diào)控血管直徑[15]。Zeng等[16]將2型糖尿病大鼠隨機(jī)分成三組，一組為假手術(shù)組，其余兩組實(shí)施冠狀動脈左前降支(LAD)結(jié)扎手術(shù)制備心肌梗死(簡稱心梗)模型，術(shù)后手術(shù)組分別注入促血管生成素-1、β-半乳糖苷酶，分析缺血性心肌中Ang-1/tie-2下游信號通路，發(fā)現(xiàn)過表達(dá)Ang-1可顯著增加缺血心肌中Apelin的表達(dá)，顯著改善心肌血管生成和心肌功能恢復(fù)。Li等[17]對通過結(jié)扎大鼠LAD的心梗模型中注入Apelin-13，觀察注入Apelin-13后心梗大鼠Apelin/APJ水平的變化，發(fā)現(xiàn)與正常組相比，Apelin/APJ水平在心梗14天后顯著增加，且CD133+/c-Kit+/Sca1+歸巢至缺血區(qū)域，增加心肌毛細(xì)血管密度，促進(jìn)梗死區(qū)域血管生成，改善心功能。Azizi等[18]對結(jié)扎LAD 30 min，再灌注14天的心肌缺血再灌注大鼠隨機(jī)分成兩組，結(jié)扎LAD 24 h后對一組靜脈給予Apelin-13 10 nmol·kg-1·d-1連續(xù)5天，14天后觀察心梗面積，發(fā)現(xiàn)Apelin通過延緩心肌損傷和脂質(zhì)過氧化，并促進(jìn)一氧化氮(NO)的生成實(shí)現(xiàn)保護(hù)心肌，減少心梗區(qū)域的心血管效應(yīng)。該肽還可消除活性氧(ROS)的形成，減少氧化應(yīng)激，防止心肌肥厚[19]。為了進(jìn)一步證實(shí)Apelin對心臟血管生成的影響，Kidoya等[20]將經(jīng)過Apelin預(yù)處理的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞注入大鼠的心肌，引起大鼠心肌血管生成增加，心肌纖維化程度減輕。王孝東等[21]證實(shí)了Apelin對結(jié)扎大鼠LAD引起的心梗的影響，結(jié)果表明，Apelin通過刺激內(nèi)皮細(xì)胞向缺血區(qū)的遷移，促進(jìn)血管的愈合和新生血管的形成，對側(cè)枝循環(huán)和血管生成具有良好的作用。Wang等[22]還發(fā)現(xiàn)，Apelin基因敲除大鼠中，因Apelin的缺失，梗死周圍組織磷脂酰肌醇3-激酶(Pi3k)和蛋白激酶B(Akt)水平急劇下降，從而增加了心梗面積和梗死后死亡率。

2.3高血壓 高血壓與血管內(nèi)皮功能障礙、動脈硬化及神經(jīng)系統(tǒng)過度激活密切相關(guān)。大量研究表明，Apelin/APJ系統(tǒng)與降低血壓密切相關(guān)。Zhu等[23]通過隨機(jī)抽樣收集中國沿海地區(qū)1 301名受試者[年齡(30～79)歲)]收縮壓(SBP)、舒張壓(DBP)、平均動脈壓(MABP)并檢測血漿Apelin-12水平，發(fā)現(xiàn)SBP、DBP、MABP與Apelin水平呈顯著負(fù)相關(guān)(P均<0.01)。Tatemoto等[24]對麻醉大鼠腹腔內(nèi)注射10 nmol/kg的Apelin-12、Apelin-13、Apelin-36后，大鼠MABP明顯降低[分別為(26±5)、 (11±4)、(5±4) mmHg)]，注入Apelin-12后降壓幅度最強(qiáng)，但這種作用被一氧化氮合酶(NOS)抑制劑所阻斷，其機(jī)制可能是Apelin直接激活血管內(nèi)皮L-精氨酸(L-Arg)/NOS通路，進(jìn)而增加細(xì)胞內(nèi)循環(huán)一磷酸鳥苷(CGMP)水平，引起血管舒張，降低血壓。Ishida等[25]發(fā)現(xiàn)，在APJ缺乏的大鼠中，Apelin無法誘導(dǎo)內(nèi)皮NOS磷酸化，且降壓作用減弱，進(jìn)一步證實(shí)了Apelin/APJ系統(tǒng)的血管擴(kuò)張作用通過NO依賴性機(jī)制實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到降壓效果，他們還發(fā)現(xiàn)，APJ缺陷的大鼠對血管收縮因子Ang-Ⅱ的反應(yīng)性增強(qiáng)，表明Apelin/APJ系統(tǒng)在體內(nèi)發(fā)揮降壓作用很可能通過抑制Ang-Ⅱ的升壓作用實(shí)現(xiàn)。然而，Nagano等[26]在外周血管損傷的高血壓大鼠中發(fā)現(xiàn)，Nn-硝基-L-精氨酸甲酯(LNAME)誘導(dǎo)的Apelin刺激，引起瞬間血壓升高，提示Apelin在血管損傷條件下發(fā)揮血管收縮作用，從而發(fā)揮升壓作用。Han等[27]將健康大鼠分為處理組和對照組，處理組給予不對稱二甲基精氨酸ADMA (10 mg·kg-1·day-1)，對照組給予等量生理鹽水，4周后對兩組注射Apelin-13后觀察兩組血壓變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，給予ADMA處理組大鼠中，Apelin-13直接與血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)上的APJ受體結(jié)合，增加肌球蛋白輕鏈的磷酸化，促進(jìn)血管收縮，引起血壓升高，而對照組血壓下降。既往研究已證實(shí)，中樞Apelin在調(diào)節(jié)血壓方面也起著特殊的作用，在壓力性高血壓大鼠的延髓頭端腹外側(cè)區(qū)Apelin水平的表達(dá)顯著增加，直接向延髓頭端腹外側(cè)區(qū)注入Apelin-13(200 pmol/50 nL)，可使血壓升高20 mmHg ，提示中樞Apelin介導(dǎo)的神經(jīng)調(diào)節(jié)作用對血壓的影響與外源Aplein完全相反[28]。

2.4心力衰竭 目前認(rèn)為，Apelin/APJ系統(tǒng)與心力衰竭(簡稱心衰)的病理生理調(diào)節(jié)有關(guān)。Iwanaga等[29]對左室肥厚引起心衰的達(dá)爾鹽敏感型大鼠測定血漿Apelin/APJ水平，發(fā)現(xiàn)Apelin/APJ水平明顯降低，此后將其分為四組分別給予替米沙坦、ono - 4817[基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)抑制劑]、比索洛爾、0.5% 羧甲基纖維素治療后發(fā)現(xiàn)，盡管各組均有心功能改善，但只有在用替米沙坦治療組中Apelin/APJ水平表達(dá)增加，此作用被血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(ACE2)抑制，證明了血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑(ACEI)和血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(ARB)的心血管系統(tǒng)的有益作用是基于Apelin的調(diào)節(jié)。Wang等[30]為觀察外源性給予Apelin-13對心衰犬心功能的影響，分別測定了7只心衰犬和健康犬左心室及血漿Apelin-13水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Apelin-13在心衰犬左室心肌和血漿中的表達(dá)明顯低于健康犬，他們隨后對7只心衰犬間隔2 h前后注入低、高劑量Apelin-13(500 ng·kg-1·min-1和50μg-1·min-1),結(jié)果表明，外源性給予Apelin-13以劑量依賴性的方式顯著改善左室收縮功能，進(jìn)一步證明了外源性Apelin-13在心衰治療中的潛在效果。Szokodi等[31]還發(fā)現(xiàn)，機(jī)械拉伸和慢性壓力超負(fù)荷使大鼠心肌中Apelin含量降低。Wang等[22]對機(jī)械拉伸和慢性壓力超負(fù)荷人體和動物模型進(jìn)行體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Apelin的缺乏損害了Akt/Pi3k和Erk(細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶)通路的激活，促進(jìn)心肌損傷，降低整體心臟功能。一項(xiàng)用外源性Apelin治療終末期心衰的達(dá)爾鹽敏感大鼠的研究表明，Apelin/APJ系統(tǒng)抑制NADPH氧化酶降低氧化應(yīng)激并調(diào)節(jié)Akt/eNOS通路在大鼠心臟中的表達(dá)，從而改善左心室功能障礙和心肌重構(gòu)，揭示了Apelin與氧化損傷的相關(guān)性，為Apelin治療終末期心衰的潛在益處提供了前提[32]。然而，人體實(shí)驗(yàn)得到了相互矛盾的結(jié)果：Apelin水平在早期心衰階段升高，而中晚期心衰階段顯著降低[33]。Chandrasekaran等[34]檢測心衰患者和健康者三個不同部位(冠狀竇、主動脈和腎靜脈)的Apelin水平，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，心衰患者冠狀竇內(nèi)Apelin水平明顯減少，而主動脈和深靜脈的Apelin水平無差異，健康者冠狀竇和主動脈內(nèi)Apelin水平有梯度，而在心衰患者三個部位之間無Apelin梯度，表明了Apelin并不只產(chǎn)生于心臟，左心功能不全的心臟心肌Apelin水平顯著降低。Piktin等[35]從擴(kuò)張型心肌病或缺血性心肌病行心臟移植手術(shù)的患者中取心肌組織，發(fā)現(xiàn)這些患者APJ密度明顯降低，但Apelin水平保持不變，證實(shí)了心衰進(jìn)展的原因可能是APJ密度的降低限制Apelin發(fā)揮正性肌力作用引起。Chen等[36]發(fā)現(xiàn)缺血性心肌病或非缺血性心肌病導(dǎo)致的心功能不全的患者冠狀動脈及血漿Apelin水平明顯下降，經(jīng)左室輔助裝置(LVAD)植入后左室組織中APJ水平上調(diào)，Apelin水平較植入LVAD前明顯增加，提示隨著心功能改善，Apelin合成和分泌增加。

3 總結(jié)與展望

Apelin/APJ系統(tǒng)在心血管系統(tǒng)中廣泛表達(dá)，與心梗、高血壓、心衰、心律失常等疾病的發(fā)生有關(guān)?；贏pelin/APJ系統(tǒng)在這些疾病中的作用，筆者推測APJ受體激動劑或拮抗劑可作為這些疾病新的藥物靶點(diǎn)。 需要更多的研究通過不同方向和角度探討 Apelin/ APJ系統(tǒng)與心血管疾病的關(guān)系，進(jìn)一步探索疾病潛在的治療靶點(diǎn)。