Metrnl與心肌缺血再灌注損傷的研究進展

米永程(綜述)， 黃照河(審校)

隨著心血管疾病發(fā)病率逐年上升，人民群眾的生命健康受到心血管疾病的嚴重威脅，心血管疾病的預防及有效治療成為我們面臨的重大挑戰(zhàn)[1]。隨著溶栓治療、經(jīng)皮冠狀動脈介入治療和冠狀動脈旁路移植術等血運重建治療的推廣，急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)患者的治療效果較前有了重大提升。然而血運重建的有效性受到惡性心律失常、梗死面積增加和持續(xù)性收縮功能障礙等嚴重并發(fā)癥的限制，這些并發(fā)癥與心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia-reperfusion injury,MIRI)密切相關[2-3]。因此，探索MIRI的發(fā)病機制及尋找相關防治措施成為當前迫切需要解決的難點。

1 鎳紋樣蛋白(meteorin-like protein,Metrnl)的結構與功能

1.1Metrnl的結構 Metrnl又稱白細胞介素-41(interleukin-41,IL-41)，是一種新型的脂肪因子，其與神經(jīng)營養(yǎng)因子Metrnl有40%的序列同源性。Metrnl主要在白色脂肪組織、骨骼肌及人體屏障組織中分泌，此外在肝臟、心臟、脾臟及中樞神經(jīng)系統(tǒng)均有表達[4-5]。生物信息學分析表明，小鼠、大鼠和人類基因組所編碼的Metrnl均由311個氨基酸構成，位于NH2末端的45個氨基酸組成其信號肽，未發(fā)現(xiàn)存在任何跨膜區(qū)，其分泌含有266個氨基酸(約30 kDa)的成熟蛋白[6]。

1.2Metrnl的功能

1.2.1 Metrnl的葡萄糖代謝調(diào)節(jié)作用 研究[7-9]發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者血清Metrnl水平與其血糖譜及胰島素抵抗有著顯著關聯(lián)，Metrnl可通過減輕炎癥反應和胰島素抵抗，改善葡萄糖代謝，并刺激骨骼肌細胞對葡萄糖的攝取，上述作用可能通過激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)或過氧化物酶體增殖物激活受體δ(peroxisome proliferators-activated receptors δ,PPARδ)依賴的信號通路實現(xiàn)。因此，Metrnl可能成為葡萄糖代謝相關疾病的新的治療靶點。

1.2.2 Metrnl的血脂調(diào)節(jié)作用 相關研究通過構建Metrnl全基因、腸特異性和肝特異性基因敲除小鼠研究Metrnl對血脂參數(shù)的影響。結果證實，高脂飼料喂養(yǎng)的Metrnl基因全局敲除小鼠血甘油三酯(triglyceride,TG)升高，總膽固醇(total cholesterol,TC)及高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein cholesterol,HDL-C)降低，而正常飼料喂養(yǎng)的Metrnl基因全局敲除小鼠血脂指標無明顯改變；肝臟特異Metrnl基因敲除小鼠血液中的HDL-C、TC及低密度脂蛋白膽固醇(low density lipoprotein cholesterol,LDL-C)水平降低，但TG、極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)、非酯化脂肪酸(non-esterified fatty acid,NEFA)水平、脂質合成及代謝基因的表達未受影響；腸特異性Metrnl基因的敲除不影響任何飲食狀態(tài)下小鼠的血脂參數(shù)[10]。因此，不同組織中的Metrnl調(diào)控不同的血脂成分。Metrnl可能具有良好的調(diào)脂作用，其調(diào)節(jié)TG及HDL-C的潛在作用可能成為血脂代謝異常治療的新靶點。血脂代謝異常是心腦血管疾病的重要危險因素，Metrnl可能為心腦血管疾病的治療提供一個新的治療前景。

1.2.3 Metrnl的抗炎作用 研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮功能障礙可引起如冠心病、動脈粥樣硬化和高血壓等多種心血管疾病，而血清Metrnl水平與內(nèi)皮功能障礙的標志物呈負相關，如E-選擇素、血管細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)和細胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)[11]。血清Metrnl水平與冠心病發(fā)病相關，其在血清中的水平與冠心病患者體內(nèi)的炎性因子白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)呈負相關；炎癥反應在冠心病的發(fā)病過程中起著重要的作用，而Metrnl的抗炎作用可降低冠心病患者IL-6和TNF-α的水平[9]。綜上所述，Metrnl可能存在通過下調(diào)炎癥而改善冠心病的發(fā)病機制，成為治療冠心病的潛在靶點，但我們需要更多的研究來探究其中的機制。Metrnl參與葡萄糖代謝、血脂調(diào)節(jié)、炎癥反應等病理生理過程，其可能成為治療相關疾病新的靶點，但其在上述病理生理過程的具體機制及其他疾病的關聯(lián)仍需我們進一步探究。

2 內(nèi)質網(wǎng)(endoplasmic reticulum,ER)應激與MIRI的關系

MIRI是指缺血的心肌突然得到血流的供應所引發(fā)的心肌細胞代謝功能障礙和結構損傷，該過程是一種復雜的病理生理過程[12]。MIRI可引發(fā)心肌細胞凋亡和壞死，并進一步擴大心肌梗死面積，并可導致心律失常、心力衰竭等其他嚴重并發(fā)癥，降低血運重建后治愈的概率[13]。因此，實現(xiàn)心肌缺血組織血流的早期恢復和實現(xiàn)無或較少的再灌注損傷對于AMI的治療至關重要。MIRI的機制復雜，目前發(fā)現(xiàn)其涉及活性氧的過度生成、氧化/亞硝化應激、炎癥反應、鈣超載和線粒體功能障礙等病理生理過程，但具體機制仍有待進一步闡明[14]。ER作為主要的細胞器，細胞的蛋白質的翻譯、折疊、調(diào)節(jié)鈣穩(wěn)態(tài)等細胞重要生理過程均有ER的參與，其在維持細胞功能動態(tài)平衡方面起到不可替代的作用[15]。內(nèi)質網(wǎng)應激(endoplasmic reticulum stress,ERS)指錯誤折疊蛋白質及折疊蛋白質在ER內(nèi)發(fā)生聚集等情況，由各種因素引起ER正常功能受損及ER穩(wěn)態(tài)受到破壞是引起ERS的主要原因[16]。相關研究[17]表明，ERS是一把雙刃劍，既能對細胞起到保護作用，也可以起到損害的作用。作為不可再生細胞的心肌細胞，其生存和功能依賴于蛋白質質量控制對其內(nèi)穩(wěn)態(tài)和完整性的精細調(diào)控；ER通過蛋白質質量控制檢查新合成的蛋白質，同時消除異常折疊的蛋白質，分泌型蛋白或膜蛋白在ER管腔內(nèi)有正確的折疊方式取決于利于形成二硫鍵的氧化環(huán)境、豐富的蛋白質折疊伴侶蛋白、高鈣離子濃度這三個關鍵性條件，任何干擾這三個條件的因素均可導致ER中未折疊或錯誤折疊蛋白的積聚，從而導致ERS并觸發(fā)未折疊蛋白反應(unfolded protein reaction,UPR)[18]。適度的ERS激活復雜的信號通路產(chǎn)生UPR，UPR激活轉錄和翻譯途徑，促進葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose-regulated protein 78,GRP78)和鈣網(wǎng)蛋白等伴侶蛋白及蛋白折疊酶的釋放，它們參與錯誤折疊蛋白的識別和降解，維持細胞內(nèi)環(huán)境的平衡，對細胞起到保護作用；當在持續(xù)或嚴重的ERS中，UPR不能減輕ERS并恢復細胞內(nèi)環(huán)境的平衡，可激活細胞凋亡通路，從而誘導心肌細胞功能障礙及細胞的凋亡，對缺血再灌注的心肌造成嚴重損傷[19-20]。ERS與許多心血管疾病密切相關，ER穩(wěn)態(tài)和功能的喪失是包括MIRI在內(nèi)的多種心臟疾病發(fā)病的基礎[21]。研究[22]表明，減輕ERS誘導的細胞凋亡可改善MIRI對心肌細胞的損害。因此，抑制ERS可能成為治療MIRI的新方向[23]。

3 Metrnl與MIRI的關系

3.1Metrnl與冠心病的關系 Liu等[24]發(fā)現(xiàn)，冠心病患者血清Metrnl水平低于對照組；血清Metrnl水平與狹窄冠脈數(shù)目及Gensini評分量化的冠心病嚴重程度呈負相關。該研究結果提示血清Metrnl水平不僅與冠心病的有無存在著密切的關聯(lián)，而且與冠心病的嚴重程度顯著相關，Metrnl可能成為冠心病治療的新靶點。

3.2Metrnl改善MIRI作用機制 研究發(fā)現(xiàn)，P21-激活激酶2(P21-protein activated kinase 2,PAK2)是AMPK的下游靶點，AMPK-PAK2信號通路的激活可抑制ERS來阻斷心肌缺血再灌注引起的細胞凋亡[25-26]。AMPK是由三個亞基組成的異源三聚體[27]。這三個亞基分別為催化亞基α、調(diào)節(jié)亞基β和調(diào)節(jié)亞基γ。這三個亞基有著各自的作用，但又緊密聯(lián)系。α亞基含有一個催化結構域，可促進磷酸基從三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)轉移到絲氨酸/蘇氨酸位點；β亞基包含一個碳水化合物結合模塊，起到連接α和γ亞基的紐帶作用；γ亞基由兩個貝特曼結構域組成，該結構域由四個胱硫醚β合成酶(cystathionine β-synthase,CBS)的串聯(lián)重復序列構成，γ亞基主要起到變構激活的作用，有助于其變構作用和下游保護基因的表達[28]。AMPK作為一種普遍存在的細胞應激感受器/效應器，幾乎在所有真核細胞中表達，代謝應激、缺血、疼痛、炎癥等因素均可誘導AMPK的激活[29-31]。研究表明，應激過程中AMPK的激活對心臟具有保護作用，心肌細胞通過增加AMPK的活性來維持能量平衡并促進細胞存活，在慢性應激期間AMPK的激活可改善MIRI引起的心力衰竭預后[32]。PAK2在AMPK保護心臟的通路中起到了重要的作用。PAK2是一種定位于ER膜上的新的應激反應激酶，是心肌損傷中ERS的一種新的介導物。研究發(fā)現(xiàn)，在敲除心臟PAK2基因的小鼠模型中，發(fā)現(xiàn)PAK2可促進ERS條件下的保護性ERS反應，其通過肌苷需要酶1(inositol-requiring enzyme 1,IRE1)/X-box結合蛋白1(X-box-binding protein 1,XBP1)依賴的途徑實現(xiàn)對保護性ER功能的調(diào)節(jié)，通過IRE1激活劑和腺相關病毒9型遞送的XBP1能緩解PAK2缺失小鼠心臟的ER功能障礙[18]。綜上所述，PAK2減輕ERS保護心肌細胞是通過調(diào)節(jié)IRE1/XBP1s信號來實現(xiàn)的。Xu等[33]的研究中發(fā)現(xiàn)在缺氧缺糖再灌注(oxygen-glucose deprivation/reperfusion,OGD/R)過程中，MIRI的心肌細胞模型H9C2細胞中的Metrnl、磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶(p-AMP-activated protein kinase,p-AMPK)及PAK2表達下降，而ER伴侶GRP78、ERS轉導子激活轉錄因子4、轉錄因子6和C/EBP同源蛋白等ERS標志蛋白表達增強，Metrnl的過表達可對上述ERS標志蛋白的表達起抑制作用，并增強p-AMPK及PAK2的表達，抑制OGD/R誘導的H9C2細胞炎癥反應、凋亡和ERS。該研究提示，Metrnl可通過激活心肌細胞AMPK-PAK2信號通路減輕MIRI誘導的ERS從而起到改善MIRI的作用，為治療MIRI提供一個新的方向。

4 結語

盡早地建立血運重建是治療心肌缺血的重要途徑，然而血運重建后導致的MIRI成為影響AMI預后的關鍵因素。Metrnl可改善MIRI對心肌細胞的損害，其有望成為治療MIRI新的潛在靶點，值得我們進行更深層次的研究。