CD38 在心腦血管疾病中的研究進(jìn)展

王艷瀅 焦 磊 張 瑩

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理學(xué)教研室，黑龍江哈爾濱 150081

隨著社會日益發(fā)展和人們飲食、生活習(xí)慣的改變，心腦血管疾病也隨之加重，嚴(yán)重影響人們的正常生活。根據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，我國每年因心腦血管疾病死亡人數(shù)有300 萬人，并且死亡率高于其他疾病，目前死亡率仍處于上升階段，因此防治心腦血管疾病刻不容緩。目前尚不清楚靶向治療心腦血管疾病的特定標(biāo)志物以及可以防止或預(yù)防疾病發(fā)展的有效方案，因此，心腦血管疾病的發(fā)病機(jī)制需要進(jìn)一步研究。CD38 與許多疾病的代謝調(diào)節(jié)和發(fā)病機(jī)制有關(guān)，也廣泛參與調(diào)控心腦血管相關(guān)疾病的發(fā)生與發(fā)展?，F(xiàn)對CD38 在心腦血管相關(guān)疾病中的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 CD38 的基本介紹

1.1 CD38 的結(jié)構(gòu)

CD38 是一種環(huán)狀A(yù)DP 核糖水解酶，分子量為45 kD，其在免疫細(xì)胞中表達(dá)較為廣泛。CD38 組成包括短的胞質(zhì)尾[氨基酸（aa）1～21]、跨膜結(jié)構(gòu)域（aa 22～42）和細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域（aa 43～300）[1]。

1.2 CD38 的功能

CD38 是一種具有受體和酶介導(dǎo)功能的多功能蛋白。在生理水平上，CD38 與代謝的調(diào)節(jié)以及多種疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，這些疾病包括衰老、肥胖、糖尿病和心臟病等。但是大多數(shù)功能是由CD38 酶促活性介導(dǎo)的，在細(xì)胞增殖、肌肉收縮、激素分泌和免疫反應(yīng)中起重要作用[2]。

1.3 CD38 的酶活性和受體/配體活性

CD38 的酶活性比較復(fù)雜。它的一個已知功能是作為NADase 酶，介導(dǎo)NAD 水解，從而產(chǎn)生副產(chǎn)物ADPR和煙酰胺。CD38 還可以通過其ADP 核糖環(huán)化酶活性催化NAD 的環(huán)化反應(yīng)，從而產(chǎn)生cADPR。CD38 的另一種已知底物是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP），可通過堿基交換反應(yīng)將其水解為煙酸腺嘌呤二核苷酸磷酸（NAADP）[2-4]。CD38 不是規(guī)范的受體結(jié)構(gòu)，具有相當(dāng)短的胞質(zhì)尾，故無法單獨(dú)激活下游信號傳導(dǎo)。因此，CD38 需要與其他信號傳導(dǎo)受體直接結(jié)合，才能發(fā)揮其自身的獨(dú)立功能。

2 CD38 與心腦血管疾病的關(guān)系

CD38 與代謝的調(diào)節(jié)以及多種疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。CD38 作為一種膜蛋白，包含一個跨膜結(jié)構(gòu)域，一個短的N 末端胞質(zhì)尾和一個羧基末端胞外域[5]。羧基末端胞外結(jié)構(gòu)域執(zhí)行其酶功能[2，6]。

2.1 CD38 與心肌肥厚及肥胖

心肌肥厚主要發(fā)生在長期應(yīng)激超載的情況下，心臟肥大最初可能是一種代償反應(yīng)，暫時增加并維持心輸出量，但長期的肥大刺激最終可能導(dǎo)致心肌收縮力下降、失代償和心力衰竭[7]。肥胖是當(dāng)今時代的健康問題之一，Barbosa 等[8]發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)CD38 在高脂飲食（HFD）期間作為體重調(diào)節(jié)劑的新作用，證明了CD38的缺乏保護(hù)小鼠免受HFD 誘發(fā)的肥胖，并且對其機(jī)制的分析表明，這種對飲食誘導(dǎo)的肥胖的抵抗至少部分是通過NAD 依賴性激活SIRT-PGC1α 軸，這是一個公認(rèn)的級聯(lián)反應(yīng)，參與調(diào)節(jié)線粒體生物發(fā)生和能量穩(wěn)態(tài)。Barbosa 等[8]認(rèn)為，CD38 通過調(diào)節(jié)NAD 水平，可以控制SIRT 活性和PGC1α 的激活，進(jìn)而調(diào)節(jié)能量代謝和肥胖。本研究為CD38 提供了新的、關(guān)鍵的生理作用，并為該酶的作用機(jī)制提供了新的機(jī)制。Guan 等[9]首先提供了CD38 缺乏通過激活SIRT3-FOXO3 介導(dǎo)的抗肥厚信號通路和抑制Ca2+鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶-NFAT 介導(dǎo)的促肥大通路，并且CD38 缺乏可適度改善Ang-Ⅱ引起的心肌肥大的心臟功能。

2.2 CD38 與缺血再灌注及心臟保護(hù)

缺血/再灌注（I/R）損傷是指損傷發(fā)生時流向心肌的血流受阻，從而血液流向缺血性心臟，最終對心肌產(chǎn)生不可逆的氧化應(yīng)激損傷[10]。Ge 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，CD38 基因敲除小鼠的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞（MEF）通過抑制活性氧（ROS）的產(chǎn)生和Ca2+的超載來抵抗氧化應(yīng)激。Guan 等[12]近期研究發(fā)現(xiàn)，CD38 缺乏癥在體外和體內(nèi)均可顯著保護(hù)心臟免受I/R 損傷，它的保護(hù)作用主要與通過激活SIRT1/FOXO 信號通路抑制心肌細(xì)胞內(nèi)ROS 的產(chǎn)生和細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載有關(guān)。James 等[13]發(fā)現(xiàn)，高效CD38 抑制劑78c 在I/R 體外模型中具有心臟保護(hù)的作用。雖然CD38 缺乏癥可保護(hù)心臟免受I/R 損傷和HFD 誘發(fā)的小鼠肥胖，但CD38 在HFD 誘發(fā)的心臟損傷中的作用仍不清楚。Wang 等[14]在體內(nèi)和體外研究中發(fā)現(xiàn)，CD38 缺乏癥通過激活SIRT3/FOXO3 信號傳導(dǎo)通路來調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的氧化還原穩(wěn)態(tài)，脂質(zhì)代謝和細(xì)胞凋亡，從而顯著保護(hù)心臟免受脂質(zhì)誘導(dǎo)的傷害，這一發(fā)現(xiàn)為闡明脂質(zhì)誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和心臟損傷的機(jī)制提供了新的見解。

2.3 CD38 與心力衰竭

衰老是細(xì)胞停滯的不可逆狀態(tài)，受遺傳和環(huán)境因素調(diào)控。衰老的特點(diǎn)涉及基因組不穩(wěn)定、端粒磨損、線粒體功能障礙、ROS 積累等各個方面[15]。Aksoy 等[16]發(fā)現(xiàn)，在CD38 缺乏癥小鼠的心臟和腦組織中NAD 的含量顯著升高。Camacho-Pereira 等[17]研究表明，在衰老過程中，肝臟、肌肉和脂肪組織中CD38 的表達(dá)逐漸增加，并且CD38 參與衰老可能部分歸因于SIRT3 活性的下調(diào)。Tarrago 等[18]報道，逆轉(zhuǎn)組織中NAD+下降，并且CD38 特異性抑制劑可緩解衰老的一些代謝特征。Wang 等[19]研究發(fā)現(xiàn)，d-半乳糖（d-gal）促進(jìn)心肌細(xì)胞衰老并增加ROS 的產(chǎn)生，衰老心肌細(xì)胞中CD38的表達(dá)上調(diào)，而老齡小鼠心臟中NAMPT 和SIRT1的表達(dá)下調(diào)。研究發(fā)現(xiàn)，CD38 敲低可以減輕d-gal 誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞衰老和氧化應(yīng)激，而SIRT1 特異性抑制劑EX-527 逆轉(zhuǎn)了CD38 缺乏對衰老和氧化應(yīng)激的影響。因此，CD38 介導(dǎo)的NAD+/SIRT1信號在d-gal 誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞衰老中起重要作用。

2.4 CD38 與腦缺血

細(xì)胞生物能量代謝中的幾種酶需要NAD 作為其活性的必要輔助因子。缺血損傷后NAD 耗竭可導(dǎo)致細(xì)胞死亡，并與多-ADP-核糖聚合酶（PARP1）的過度激活以及NAD 消耗酶CD38 的增加有關(guān)。CD38 在炎癥反應(yīng)中也發(fā)揮著重要作用。Aaron 等[20]對CD38 基因敲除（CD38KO）小鼠和野生型小鼠進(jìn)行了短暫的前腦缺血，在缺血性損傷后，CD38KO 小鼠的組織學(xué)和神經(jīng)學(xué)結(jié)果均有明顯改善。在野生型小鼠再灌注過程中檢測到的海馬NAD 水平的降低在CD38 KO 動物中只是短暫的，這表明CD38 有助于缺血后NAD 分解代謝。令人驚訝的是，與野生型動物相比，CD38KO 動物的缺血前多-ADP-核糖（PAR）水平顯著高于野生型動物，并且缺血后與野生型動物的升高水平相比，CD38KO 動物多-ADP-核糖（PAR）水平減少。在CD38KO 小鼠中，高PAR（poly-ADP-ribose）水平是由于聚ADP-核糖糖水解酶 （PARG） 表達(dá)水平降低所致。因此，缺乏CD38 活性不僅可以直接影響炎癥反應(yīng)，而且還會使參與NAD 代謝的酶的表達(dá)水平發(fā)生無法預(yù)測的改變。雖然CD38KO 小鼠對缺血性腦損傷表現(xiàn)出明顯的保護(hù)作用，但與NAD 代謝相關(guān)的酶活性變化使CD38 在缺血性腦損傷機(jī)制中的作用更加復(fù)雜。

炎癥過程會嚴(yán)重影響缺血性腦卒中的腦損傷和臨床損傷。因此，Choe 等[21]研究了腦缺血再灌注小鼠模型中腦卒中CD38 的動力學(xué)以及CD38 缺乏對細(xì)胞因子產(chǎn)生、炎癥和腦損傷的影響。研究發(fā)現(xiàn)在局部I/R后，與野生型小鼠相比，趨化因子MCP-1 的局部表達(dá)在CD38 缺陷型小鼠中減弱。相反，6 h 后在外周血中未觀察到明顯的MCP-1 表達(dá)誘導(dǎo)。并且CD38 缺陷小鼠的缺血半球中浸潤性巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞較少，而小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量未改變。野生型小鼠局灶性腦缺血后巨噬細(xì)胞和CD8+細(xì)胞中CD38 表達(dá)上調(diào)，而小膠質(zhì)細(xì)胞中CD38 表達(dá)未改變。最后，還證明了CD38 缺陷可減輕小鼠臨時性大腦中動脈閉塞（tMCAO）模型再灌注3 d 后的腦缺血損傷和持續(xù)的神經(jīng)功能缺損。腦卒中后CD38 受到不同程度的調(diào)節(jié)，其缺乏會減弱局部I/R 缺血后趨化因子的產(chǎn)生，以及免疫細(xì)胞的浸潤和腦損傷。因此，CD38 可能是缺血性腦卒中的治療靶標(biāo)。

2.5 CD38 與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化過程中巨噬細(xì)胞脂質(zhì)的積累以獲得性溶酶體儲存功能障礙為特征，溶酶體TRP-ML1釋放的Ca2+在促進(jìn)脂質(zhì)內(nèi)吞轉(zhuǎn)運(yùn)中起著至關(guān)重要的作用，NAADP 的Ca2+信使可以顯著地促進(jìn)這一過程，防止溶酶體脂質(zhì)積累[22]。煙酸腺嘌呤二核苷酸磷酸酯是一種有效的細(xì)胞內(nèi)Ca2+第二信使，通過從溶酶體中釋放Ca2+參與各種病理生理過程[23-26]。該核苷酸信號分子主要催化CD38 ADP-核糖基環(huán)化酶的產(chǎn)生，該酶催化煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸中煙酰胺基團(tuán)與煙酸的交換[27-30]。Xu 等[31]研究證明，NAADP 是一種CD38 來源的溶酶體Ca2+信使，對于小鼠巨噬細(xì)胞中溶酶體的游離膽固醇外流至關(guān)重要。隨著CD38 基因的缺失，溶酶體中游離膽固醇的釋放在巨噬細(xì)胞中明顯減弱，導(dǎo)致溶酶體游離膽固醇分離，溶酶體脂質(zhì)增高和動脈粥樣硬化的發(fā)生，表明CD38/NAADP 信號通路在動脈粥樣硬化的病理生理過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3 小結(jié)與展望

CD38 作為一種定位于膜上的Ⅱ型跨膜糖蛋白，它的復(fù)雜功能使其在不同心腦血管相關(guān)疾病中通過不同的途徑發(fā)揮重要的作用。

對于CD38 在不同心腦血管疾病中的作用，研究者還需要解決很多問題。這些問題將通過發(fā)現(xiàn)和識別新的細(xì)胞生長調(diào)節(jié)機(jī)制來解決。了解細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和不同信號通路之間的信息交換以及細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)控機(jī)制，將有助于糾正許多疾病的鈣調(diào)控異常。總之，CD38 分子結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性以及許多尚未解決的問題為今后的研究提供了廣闊的空間。隨著對CD38分子研究的不斷深入和認(rèn)識的不斷加深，將為心腦血管疾病研究的發(fā)展提供良好的基礎(chǔ)和新的方向。