PDE8與各系統(tǒng)疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

張猛，王麗宏，張芳芳，王浩

1 山東第一醫(yī)科大學(xué)藥理學(xué)研究所，山東泰安 271016；2 解放軍第968醫(yī)院朝陽院區(qū)，遼寧朝陽 122000

磷酸二酯酶8（PDE8）是PDE超家族成員之一，與PDE4和PDE7相同，屬于環(huán)磷酸腺苷（cAMP）特異性水解酶，可通過調(diào)控cAMP水平發(fā)揮生物學(xué)作用［1］。目前關(guān)于PDE4與PDE7相關(guān)研究較多。研究發(fā)現(xiàn)，抑制PDE4和PDE7可對多種疾病，包括阿爾茨海默?。ˋD）、帕金森綜合征、抑郁、慢性阻塞性肺疾病、多發(fā)性硬化、精神分裂癥、動(dòng)脈粥樣硬化等發(fā)揮有益的改善作用。PDE8于1998年在小鼠睪丸中首次被克隆，自此揭開了人們對其研究的序幕［2］。有研究發(fā)現(xiàn)，PDE8與PDE4具有相似的生物學(xué)功能，但其與cAMP的親和力是PDE4的40～100倍［3］，因此成為了新的研究熱點(diǎn)。眾所周知，cAMP作為細(xì)胞內(nèi)關(guān)鍵的第二信使，參與多種生理過程，包括學(xué)習(xí)記憶、細(xì)胞分化和增殖、免疫/炎癥反應(yīng)、氣道平滑肌狀態(tài)、視覺信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和代謝功能等［4］，而PDE8通過調(diào)控cAMP濃度可在機(jī)體發(fā)揮以上多種生物學(xué)作用，進(jìn)而參與多種疾病的發(fā)生，包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等多種疾病，為進(jìn)一步了解PDE8在上述疾病發(fā)生發(fā)展中的作用，為以PDE8為靶點(diǎn)進(jìn)行各種疾病治療藥物的開發(fā)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，特進(jìn)行本綜述。

1 PDE8的分類

PDE8包含PDE8A和PDE8B，兩者均在哺乳動(dòng)物表達(dá)，并具有種屬差異。在人體，PDE8A高表達(dá)于睪丸、脾臟、結(jié)腸、腸、卵巢、胎盤和腎臟［5］；PDE8B則主要表達(dá)于甲狀腺、大腦、脊髓和胎盤中；進(jìn)一步研究顯示，PDE8B1在人的甲狀腺中最豐富，PDE8B3在腦組織中最豐富［6］。在大鼠中［7］發(fā)現(xiàn)，肝臟和睪丸中PDE8A表達(dá)最高，腎、心、腦、肺中表達(dá)逐漸降低，而大鼠甲狀腺PDE8A表達(dá)較低；另外大鼠腦中PDE8B含量豐富，除小腦外，在大腦的所有部位均有表達(dá)，在心臟、肺、腎和甲狀腺中PDE8B表達(dá)較低。對于PDE8在小鼠體內(nèi)分布的系統(tǒng)性研究較少，目前發(fā)現(xiàn)PDE8B高表達(dá)于小鼠脂肪組織，而在心室組織、肝臟、胰島中表達(dá)逐漸降低；在雄性小鼠睪丸的精小管也有PDE8的表達(dá)［8］。PDE8在多個(gè)組織器官中分布，說明其可能參與機(jī)體多種功能的調(diào)控，與多種疾病相關(guān)。

2 PDE8與癡呆

在人體、小鼠和大鼠腦內(nèi)均表達(dá)PDE8，說明PDE8參與腦內(nèi)功能調(diào)控，與多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生相關(guān)。AD是癡呆的最常見類型，屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾?。?］。研究表明，PDE4和PDE7均與AD相關(guān)，抑制二者可保存cAMP，而cAMP可以經(jīng)過多條通路產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用，最常見的是作用于下游的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶A（PKA）效應(yīng)系統(tǒng)，介導(dǎo)cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白的磷酸化、激活腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子等相關(guān)基因的表達(dá)，調(diào)控突觸可塑性和神經(jīng)發(fā)生，進(jìn)而對AD產(chǎn)生明顯的改善作用［10］。目前對于PDE8是否可在AD中發(fā)揮與PDE4和PDE7相似的作用，還未有系統(tǒng)性的研究。但細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)，敲除PDE8B基因能明顯上調(diào)cAMP水平［11］。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，PDE8B基因在海馬齒狀顆粒細(xì)胞層和CA1錐體細(xì)胞層明顯高表達(dá)，而這兩個(gè)區(qū)域在學(xué)習(xí)記憶中發(fā)揮至關(guān)重要作用，而敲除PDE8B基因能明顯改善小鼠的空間學(xué)習(xí)記憶能力［12］。對AD患者的研究發(fā)現(xiàn)，PDE8B在Braak分級Ⅲ～Ⅵ期的AD患者皮層和海馬區(qū)域中顯著上調(diào)，而且是唯一上調(diào)顯著的PDE［13］。這說明PDE8也參與AD發(fā)生，與抑制PDE4和PDE7相似，抑制PDE8可能也可以通過調(diào)控cAMP發(fā)揮對AD的改善作用，而且這種保護(hù)作用的產(chǎn)生可能與PDE8B亞型有關(guān)。但也有研究發(fā)現(xiàn)，相比年輕小鼠，老年小鼠海馬PDE8A蛋白表達(dá)明顯升高，說明PDE8A在衰老的調(diào)控中可能也發(fā)揮作用［14］。因此對于PDE8及其亞型在AD中的作用還有待于進(jìn)一步研究。

血管性癡呆（VD）是常見的非退行性病變誘發(fā)癡呆的常見原因。有研究發(fā)現(xiàn)，PDE8可能與VD發(fā)生有關(guān)，是VD治療的潛在靶點(diǎn)。永久性一側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎（UCCAO）可誘導(dǎo)小鼠出現(xiàn)慢性腦缺血性損傷，出現(xiàn)認(rèn)知功能的明顯下降，常被用于研究VD。研究發(fā)現(xiàn)，高效的PDE8抑制劑compound 3a和compound 15可明顯改善UCCAO小鼠的認(rèn)知功能損傷，其機(jī)制可能與其提高cAMP水平有關(guān)［15］。

3 PDE8與帕金森?。≒D）

PD是繼AD之后第二常見的神經(jīng)退行性疾病，以靜止性震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩、身體僵硬為主要癥狀［16］。研究發(fā)現(xiàn)，PDE8在紋狀體中具有高表達(dá)，而且PDE8A隨著年齡的增長在紋狀體中的表達(dá)明顯增加［14］。眾所周知，紋狀體與PD的發(fā)病密切相關(guān)，因此，PDE8可能參與PD的發(fā)生。另外，常染色體顯性紋狀體退行性疾病（ADSD）是一種與PD有關(guān)的疾病，其臨床特征與PD相似［17］。有研究發(fā)現(xiàn)，PDE8B隨著年齡的增長在大腦殼核中高表達(dá)，而且這個(gè)部分腦區(qū)與ADSD發(fā)病密切相關(guān)［18］。但對于PDE8及其亞型在PD中的作用還有待進(jìn)一步系統(tǒng)研究。

4 PDE8與腦卒中

腦卒中是一類突發(fā)的急性腦血管病，臨床上，腦卒中病例以缺血性卒中最為常見，據(jù)報(bào)道，2015年全球出現(xiàn)了2 490萬例缺血性卒中患者，其中有300萬例死亡［19］。缺血性卒中病理機(jī)制復(fù)雜，包括神經(jīng)炎癥、神經(jīng)元過度凋亡、膽堿酯酶失活、氧化應(yīng)激失衡、線粒體自噬等［20-21］，PDE8A作為一種主要與線粒體相關(guān)的蛋白或許可以為腦卒中的研究提供新思路。有研究表明，增加cAMP水平可以降低神經(jīng)炎癥，通過抑制cAMP上游的PDE4、PDE7、PDE8，提高cAMP水平緩解神經(jīng)炎癥，從而促進(jìn)功能恢復(fù)［22］。MAURICE［23］發(fā)現(xiàn)PDE8抑制劑PF-04957325可降低效應(yīng)T細(xì)胞與腦內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，最近BASOLE等［3］也發(fā)現(xiàn)通過運(yùn)用PDE8抑制劑可減少腦源性Th1和Th17 T細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的積累，證明了靶向抑制PDE8確實(shí)可以減少炎癥病變，從而減輕缺血性卒中后的神經(jīng)炎癥反應(yīng)和隨后的腦損傷。

5 PDE8與糖尿病

糖尿病作為代謝性疾病，其常見病變部位為胰島。有研究發(fā)現(xiàn)cAMP是胰腺細(xì)胞中重要的信使，是胰島素分泌最強(qiáng)的增強(qiáng)劑，對胰腺細(xì)胞分泌葡萄糖起關(guān)鍵調(diào)控作用，認(rèn)為其與糖尿病密切相關(guān)［24］。研究表明，PDE8下調(diào)能增強(qiáng)大鼠胰島細(xì)胞瘤細(xì)胞和小鼠胰島β細(xì)胞的胰島素分泌，這與PDE8可介導(dǎo)靜息cAMP水平的調(diào)節(jié)直接相關(guān)［25］。TIAN等［11］發(fā)現(xiàn)，通過shRNA敲除小鼠胰島β細(xì)胞中IBMX不敏感的PDE8B，可提高IBMX暴露后亞質(zhì)膜空間cAMP的基礎(chǔ)水平，并可對抗29，59-二脫氧腺苷引起的亞質(zhì)膜空間cAMP水平的降低，此外，敲低小鼠胰島瘤細(xì)胞的PDE8B可減少葡萄糖誘導(dǎo)的亞質(zhì)膜空間cAMP的水平波動(dòng)，并可誘導(dǎo)胰島素正常分泌的脈沖模式失常。由于選擇性PDE8抑制劑較少且基因敲除動(dòng)物模型尚不穩(wěn)定，因此PDE8在胰腺β細(xì)胞中調(diào)節(jié)葡萄糖刺激的cAMP水平的變化機(jī)制還未完全闡明。

6 PDE8與心功能不全

cAMP合成、降解和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常與許多心臟疾病有關(guān)，包括房顫、適應(yīng)性不良心臟重塑和心功能不全等［26］。在心室肌細(xì)胞中，可通過cAMP激活PKA增加l型房顫中Ca2+通道電流和肌漿網(wǎng)Ca2+的釋放，從而在興奮收縮偶聯(lián)時(shí)增加收縮力。PDE8A是一種新發(fā)現(xiàn)的與心臟相關(guān)的PDE，它控制一個(gè)或多個(gè)cAMP池，通過Ca2+調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)，從而影響心臟功能。PATRUCCO等［27］研究發(fā)現(xiàn)，PDE8A轉(zhuǎn)錄本和蛋白在心室肌細(xì)胞中表達(dá)并具有催化活性，在β-腎上腺素能信號刺激期間，缺失PDE8A會增強(qiáng)CAMP/PKA引起的Ca2+通道電流和肌漿網(wǎng)Ca2+釋放增加，且程度比野生型心肌細(xì)胞大得多，并且證實(shí)了在心室肌細(xì)胞β-腎上腺素能受體激活過程中，PDE8A至少在一個(gè)腔室的cAMP和PKA活性調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用的假說。2021年，陳龍老師團(tuán)隊(duì)，通過整體、離體心臟及細(xì)胞水平闡明了PDE8抑制劑PF-04957325對正常大鼠血流動(dòng)力學(xué)作用及其細(xì)胞的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)PDE8抑制劑PF-04957325通過增加肌漿網(wǎng)受磷蛋白磷酸化水平提高肌漿網(wǎng)鈣泵活性，發(fā)揮其增加大鼠心臟正性肌力作用，降低外周血管阻力，從而導(dǎo)致舒張壓降低［28］。因此，研究PDE8抑制劑是增強(qiáng)心肌細(xì)胞功能、改善心功能不全的又一思路。

7 PDE8與慢性呼吸系統(tǒng)疾病

cAMP作為最重要的第二信使之一，在松弛氣道平滑肌和抑制炎癥中發(fā)揮重要作用［29］。因此抑制PDE通過保存cAMP水平，可發(fā)揮改善慢性呼吸系統(tǒng)疾病的作用，如臨床廣泛使用的PDE4抑制劑——羅氟司特。長期以來一直通過使用短效和長效β-腎上腺素受體激動(dòng)劑進(jìn)行治療哮喘和慢性阻塞性肺疾病患者氣道平滑?。℉ASM）的高收縮性，HASM細(xì)胞中有兩個(gè)以腺苷酸環(huán)化酶為中心的cAMP信號室，一個(gè)是與β2腎上腺素受體藕聯(lián)的腺苷酸環(huán)化酶6，另一個(gè)是與前列腺素受體2和4分別藕聯(lián)的腺苷酸環(huán)化酶2［30-33］。近年體外研究發(fā)現(xiàn)，PDE8在HASM細(xì)胞中表達(dá)，通過熒光傳感器對HASM活細(xì)胞中cAMP水平進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)PDE8選擇性抑制劑PF-04957325可提高cAMP的基礎(chǔ)水平，其機(jī)制可能與其特異性調(diào)節(jié)β2受體-腺苷酸環(huán)化酶6介導(dǎo)的cAMP信號通路有關(guān)［34］。因此可以說，PDE8也是HASM細(xì)胞水解cAMP最主要的PDE之一，可能也是調(diào)節(jié)其反應(yīng)性和氣道重塑的新靶點(diǎn)。

肺纖維化是一種病因復(fù)雜且不可逆的病理過程，數(shù)種疾病都會引起肺纖維化，例如職業(yè)病中占比最大的塵肺病，它的典型病理特征是慢性炎癥和進(jìn)展性肺纖維化；在部分新冠病毒感染痊愈患者中也發(fā)現(xiàn)肺部有纖維化病癥；常見的肺源性和心源性疾病、肺炎/支氣管哮喘等慢性呼吸道疾病均會引起肺纖維化［35］。囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)蛋白（CFTR）是一種cAMP依賴性蛋白，通過Gs-AC-cAMP-PKA通路發(fā)揮作用［36］。當(dāng)CFTR異常關(guān)閉時(shí)，cAMP水平降低，導(dǎo)致支氣管分泌物改變，黏液清除受損，引起肺炎和肺阻塞等相關(guān)呼吸系統(tǒng)疾病［37］。有研究發(fā)現(xiàn)，PDE8A在正常人的支氣管原代上皮細(xì)胞中有表達(dá)，運(yùn)用PDE8抑制劑PF-04957325可增強(qiáng)該細(xì)胞CFTR的活性；對兩種囊性纖維化細(xì)胞F508del和R117H應(yīng)用PF-04957325后，其CFTR的活性也可增強(qiáng)；而且在通過CRISPR-Cas9基因編輯手段敲除人囊性纖維化支氣管上皮細(xì)胞系中的PDE8A后，CFTR基因與蛋白的表達(dá)增強(qiáng)［38］。另外危金松等［39］通過體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用博萊霉素誘導(dǎo)小鼠肺纖維化后，肺組織中的PDE8A也高表達(dá)，這表明PDE8A可能是治療囊性纖維化的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。

8 結(jié)語

綜上所述，PDE8包含多種亞型，在體內(nèi)廣泛分布，發(fā)揮多種生物學(xué)作用，參與多種疾病，包括癡呆、PD、腦卒中等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管系統(tǒng)疾病、呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生，因此PDE8可能是以上疾病防治的新靶點(diǎn)。但是其確切的作用和機(jī)制尚不完全明了，有待進(jìn)一步研究；而且其分型眾多，且不同亞型生物學(xué)作用可能存在差異，因此高選擇性PDE8抑制劑的開發(fā)也任重道遠(yuǎn)。

利益沖突所有作者聲明不存在利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明張猛，王麗宏：收集和分析文獻(xiàn)資料，撰寫論文；張芳芳，王浩：審核及修正論文，指導(dǎo)論文寫作