不同鈉尿肽生物學特性在心血管領域的應用研究1)

張 妍,侯雅竹,毛靜遠

鈉尿肽(natriuretic peptides,NPs)是一組具有利尿利鈉、舒血管降壓、抗細胞增殖等活性的多肽[1],包括心房鈉尿肽(atrial natriuretic peptide,ANP)、腦鈉尿肽(brain natriuretic peptide,BNP)、C-型鈉尿肽(c-type natriuretic peptide,CNP)和 D-型鈉尿肽(dendroasspis natriuretic peptide,DNP)等。NPs廣泛存在于人體,對心血管、腎臟等器官的功能有重要調節作用,與血壓、血容量和水鹽平衡維持密切相關[1],但是利鈉肽家族生物學效應和對心血管疾病的診斷以及預后判斷作用又各具特點。ANP、BNP和CNP已從人體純化提取出來,是此篇文章論述的重點。

1 NPs的生物學異同

1.1 NPs的結構 已知在人類NPs中均含有一個特有的由17個氨基酸組成的環狀結構,為其生物活性所必需,其殘基的差異決定了不同NPs的特異性[1],其中ANP和BNP在環的羧基端和羥基端均有數目不等的氨基酸,CNP在環的羧基端沒有延伸于環外的氨基酸,DNP羧基端在已知的NPs中延伸最長。

1.2 受體選擇特異性 ANP、BNP均可激活NPR-A、NPR-C,CNP可同時激活NPR-B和NPR-C,DNP則只能激活NPR-A,但他們結合受體的能力強弱不同[2]。在心血管疾病中,隨著NPs產生增加,而所表現出的生理效應卻是減弱,很大一部分是因為受體的下調。因此,研究取得NPR-A、NPR-B的增敏物、NPR-C的抑制物或純化得到DNP,將為心血管疾病的治療提供新的路徑。

1.3 NPs的體內合成與代謝

1.3.1 NPs的合成與釋放 ANP主要在心房合成,以前體形式儲存于心房肌分泌顆粒中;其釋放受心房跨壁壓的影響[1],而其他一些激素如抗利尿激素、兒茶酚胺類物質也可直接刺激ANP分泌。左心室肥大、血壓過高和血容量超載時,心房大量分泌ANP,在心衰患者中ANP可升高至10倍～30倍。BNP在心房、心室均可合成,但心室占主導地位,其釋放受靜脈血容量或/和血壓的影響。健康個體血漿BNP濃度為1fmol/ml(3.5 pg/mL)或大約為ANP濃度的1/10,而在慢性心力衰竭患者中BNP的濃度可升高200倍～300倍,這使得BNP已被普遍認為是心臟容量負荷和壓力負荷的標志之一。CNP在哺乳動物血管平滑肌的表達不依賴于內皮細胞[3,4],某些病理狀態下,白介素-1、血管內皮生長因子、腫瘤壞死因子等血管活性物質可誘導CNP基因表達。DNP的來源及其作用機制尚不清楚,但在血漿和心房中均可以檢測到DNP,其受內皮素-1和血管緊張素Ⅱ的調節,但是不受TGF-b的影響。

1.3.2 NPs的代謝 NPs在體內代謝主要有三種途徑[5]。內肽酶途徑對所有NPs都有降解作用,其降解能力依次為CNP＞ANP＞BNP,DNP可抵抗中性肽鏈內切酶的降解作用,因此DNP的純化將為心血管疾病的治療拓展新的視角。受體介導途徑的NPs降解清除能力次序為ANP＞CNP＞BNP。尿排出途徑的NPs代謝能力有限,但在其他途徑受抑制的情況下,從尿中排出NPs增多。

2 生物學效應的比較

2.1 利尿利鈉作用 ANP是目前已知最強的利尿利鈉劑[1],其作用約為呋塞米的500倍～1 000倍;且作用發生迅速,靜脈注射后 1 min～2 min即起反應,5 min～10 min達到高峰,持續1 h～2 h。ANP前體肽的利尿作用時間更長;BNP利尿利鈉強度與ANP相近;CNP對腎的利鈉作用不顯著或無作用。

2.2 擴血管降壓作用 ANP有強大的舒張血管作用,可以對抗去甲腎上腺素(NE)、血管緊張素、5-HT和組胺的縮血管效應,并表現出部位的特異性[1];BNP亦能明顯抑制NE的縮血管效應,在血容量過多的狀態下表現出較強的促進血管舒張和降低血壓作用;但CNP的心血管作用更傾向于血管局部作用或中樞對加壓素和促腎上腺皮質激素釋放的調節。DNP也有血管舒張作用,但其作用強度尚未明確。不同鈉尿肽在不同部位發揮不同生理效應,主要與受體分布的差異有關,比如ANP與CNP對腎動脈和隱動脈的舒張作用表現出完全不同的效果;CNP作用于NPR-B,可使隱動脈發生中度舒張,而對腎動脈無效;而ANP作用于NPR-A,引起腎動脈舒張,但對隱動脈無作用。

2.3 抗細胞、內皮增殖作用 ANP、BNP、CNP均可調節血管平滑肌、心肌和成纖維細胞的生長和增殖,阻止細胞外基質的分泌,但CNP是抑制細胞增殖作用最強的鈉尿肽,它通過旁分泌調節平滑肌生長,通過自分泌調節內皮細胞的增殖。此外CNP在血管球囊損傷后具有保護作用,可抑制內膜增生,提示CNP具有預防經皮冠狀動脈腔內成型術(PTCA)后再狹窄的作用。

2.4 對心肌的作用

2.4.1 對心肌收縮力的影響 在鳥的心肌細胞和大鼠的心室肌中發現ANP有負性肌力作用,而對CNP是否具有正性肌力作用還未達成一致認識,只是有證據認為CNP的心肌收縮作用呈濃度依賴性[6]。

2.4.2 抑制心室肌重構 臨床研究發現靜脈輸注ANP可顯著降低首次發生AMI患者AngⅡ和醛固酮的血漿濃度[7],降低心肌梗死局部的心臟交感神經活性,改善患者左心室射血分數值,亦使心肌梗死擴展及心肌梗死后心室病理性重構的程度顯著減小[8,9]。

2.4.3 心肌保護作用 ANP可抑制缺血心肌細胞的凋亡而產生直接的心肌保護作用,這有利于心肌梗死后心功能的維護。

2.5 抗氧化應激作用 有報道ANP顯著地抑制由血管緊張素Ⅱ、內皮素-1等刺激所致的心肌細胞增生肥大以及超氧化物的產生,說明ANP的抗心肌肥大作用與細胞內超氧化物的減少是相關的[10]。ANP還可抑制TNF-α及IL-1β等炎癥因子的釋放,同時阻斷活化的中性粒細胞內超氧化物、溶酶體及基質金屬蛋白酶-9的釋放,并抑制其黏附至冠脈內皮細胞[11],提示ANP的冠脈內皮保護作用與其抗氧化應激作用相關。過氧化物可以增加內皮來源的舒張因子CNP的分泌,這可能是在氧化應激時內皮做出的反應。

3 內源性NPs在心血管疾病臨床診療中的應用

內源性NPs家族的血漿濃度測定已應用于心血管疾病的診斷和估計預后,但近年來更趨于ANP和BNP的研究,這兩種神經肽類物質濃度變化對心血管疾病有不同臨床意義。

3.1 心力衰竭 大量研究證實BNP對于充血性心力衰竭診斷的準確性高于ANP。中華醫學會心血管病學分會和中華心血管病雜志編委會所制訂的《慢性心力衰竭診斷治療指南》中提出,當BNP濃度＜100 pg/mL時,通常不考慮 CHF,而 BNP濃度＞400 pg/mL時,多表明存在CHF。NT-proBNP是BNP激素原分裂后沒有活性的N-末端片段,與BNP相比,半衰期更長,更穩定,其濃度可反映短暫時間內新合成的而不是貯存的BNP釋放,因此更能反映BNP通路的激活,比BNP更具有檢驗優勢。NT-proBNP診斷CHF的準確性在于其高陰性預測價值,O'Donoghue等[12,13]認為可將NT-proBNP作為診斷心功能不全的標志之一,并可對心力衰竭的預后做出判斷。BNP則更適合用于判斷較嚴重的心力衰竭。對于鑒別心源性與肺源性呼吸困難,N T-proBNP和BNP濃度優于血漿ANP的測定[14],且BNP/NT-proBNP可作為急性呼吸困難排除心力衰竭的最直接證據已得到證實[14,15]。但由于血漿NT-proBNP水平與年齡、性別和體重有關,老齡和女性升高,肥胖者降低,腎功能不全時升高,其診斷閾值繁雜,因此目前臨床上更常用BNP檢測。BNP單獨預測收縮功能異常或舒張功能異常的能力不及超聲心動圖,因此只分析左心室功能異常時,BNP不能區分是舒張功能還是收縮功能障礙[16]。

3.2 急性心肌梗死 有關ANP和BNP在急性心肌損傷時的血漿濃度測定均有報道,但血漿BNP/NT-proBNP濃度對心肌損傷后不良事件的發生有更好的預測價值。

BNP水平與梗死面積呈正相關[17],急性心肌梗死(AMI)早期BNP濃度迅速升高[18]。近年來,NT-proBNP在AMI中臨床應用的研究較多。Denzil等[19]通過臨床研究證實NT-proBNP水平在AMI后迅速增加,并于24 h達高峰,可持續至12周;AMI發生后73 h～120 h,血漿NT-proBNP水平是AMI后6周內死亡或左心室功能不全的最強獨立預測因子[20]。Khan等[21]研究發現NT-proBNP預測死亡能力強于TIMI風險評分,且TIMI和NT-proBNP聯合并不能顯著改善其死亡預測能力。在急性心肌梗死時,ANP濃度盡管也會迅速升高[22],但 BNP比ANP更敏感。

3.3 心房顫動 盡管ANP在心房中合成和儲存,但是目前研究認為房顫時血漿BNP濃度的變化意義更大,尤以NT-proB NP相關報道較多。多項研究已證明[23,24],房顫可導致NT-proBNP增加,其平均濃度在800 pg/mL～1 100 pg/mL,高頻率的心房肌細胞收縮和心房本身的炎癥反應是促進其產生可能的機制[23],然而也有研究未發現房顫和NT-proBNP濃度之間存在顯著的聯系[25]。至于房顫發生后多久NT-proBNP開始升高、達峰時間及持續時間尚未定論。有研究認為NT-proBNP可以作為一項獨立的危險因素來預測房顫的發生[26,27],Hwang等[28]研究發現射頻消融成功后NT-proBNP濃度＞220 pg/mL時即可以作為預測房顫復發的獨立危險因素;但Tveit等[29]研究表明NT-proBNP濃度高低不能在房顫電復律前預測電復律成功與否以及電復律后是否復發。

4 結語與展望

NPs自發現以來,一直是生物醫學界研究的熱點。NPs在生物學結構上的差異及對受體親和力的不同是其不同生物學效應的基礎;其中ANP與BNP在利尿利鈉、舒血管降壓的效度相近;CNP通過NPR-B受體對血管平滑肌更有特異性,能夠抑制平滑肌細胞增殖遷移和內膜的增厚。盡管ANP和BNP濃度測定已嘗試用于疾病的臨床診斷和預后判斷,但除BNP已明確是CHF診斷最具價值的神經肽類物質外,其他內源性鈉尿肽家族成員對某些心血管疾病診斷和預后判斷的特異性還需進一步探索。雖然人工合成的單一肽類(卡培立肽、奈西立肽)和肽類復合體(血管鈉肽)已應用于臨床治療且療效顯著,但目前僅用于疾病急性階段的靜脈短期治療,對其長期應用的療效和副作用尚需進一步評價。

在今后的研究中可從以下幾方面進行探索:NPs的生物學特點及其病理生理作用機制需進一步明確;加強對CNP和DNP的深層次研究;探索各成員在不同心血管疾病診斷和預后判斷中的特異性及其血漿濃度的量化規范;改變已有人工合成肽的劑型以便長期應用;充分利用NPs的生物學效應,準確定位鈉尿肽成員強勢作用的不同基因,利用基因克隆重組技術合成新型鈉尿肽。

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