降鈣素基因相關肽在缺血性心肌損傷中的作用

鄭小宇，王 威，石 蓓 (遵義醫學院附屬醫院心內科，貴州 遵義 563000)

降鈣素基因相關肽(calcitonin gene－related peptide，CGRP)是一個37氨基酸神經肽，廣泛分布于中樞和外周神經系統中，能夠調節血管舒縮及局部血流，被證實是目前最強的血管擴張劑，然而，大量研究發現CGRP在心血管疾病中也發揮著重要作用。本文深入探討了CGRP在缺血性心肌損傷中的保護效應以及潛在機制，以期為心肌損傷后的心臟修復提供一個新的治療策略。

肽類降鈣素家族包含5個成員:降鈣素(CT)，淀粉不溶素(AMY)，CT基因相關肽(aCGRP和βCGRP)以及腎上腺髓質素(AM)，由于這些肽類家族結構相似，因此它們擁有著同樣的生物學活性。其中，CGRP作為目前擴血管作用最強的肽類物質而被廣泛研究。外周神經系統中，CGRP合成的主要位點是背根神經節:包括終止于血管外周的感覺神經細胞體和脊髓背側角的椎弓板I/II中央區，并且在緩激肽和前列腺素類物質的誘導下而釋放［1］。此外，有研究提出CGRP的另一個合成途徑是通過免疫細胞，即作為對抗原受體的遷入和暴露于神經生長因子的應答反應，由T、B淋巴細胞和單核吞噬細胞產生［2］。在心血管系統中，CGRP發揮著積極的心臟保護作用，本文就CGRP在缺血性心肌損傷中的保護效應及其潛在機制作一綜述。

1 CGRP及其受體

CGRP及其受體廣泛分布于神經系統和心血管系統中，在所有的血管床內均可發現密集分布的CGRP神經網絡。CGRP受體是一個由降鈣素受體樣受體(CRLR)、I型跨膜蛋白受體活性修飾蛋白－1(RAMP1)和受體組成蛋白(RCP)共同構成的多聚體。CRLR為7－結構域跨膜蛋白，它在許多疾病如偏頭痛和心血管疾病中是潛在的藥物治療靶點［3－4］;而RAMP1則作為主要受體負責CRLR轉移定位至細胞表面以及參與配體的連接;RCP是位于細胞內的外在膜蛋白，在許多組織中，該受體與CGRP的反應敏感性有著密切聯系，RCP表達缺失會引起CGRP介導的環磷酸腺苷(cAMP)產生減少［5］。

2 CGRP信號轉導通路

CGRP親和力較高，能夠與RAMP1和CRLR的細胞外結構域相互作用，體現了受體與限定配體的特異性結合［6］。目前我們了解最清楚的信號轉導通路則是CGRP受體激活后引起Gas介導的腺苷酸環化酶活化，并伴隨著cAMP增加、蛋白激酶A(PKA)激活，從而發揮一系列的生物學效應［7］。有文獻報道CGRP處理三叉神經膠質細胞后，MAPK信號的mRNA表達水平上調［8］。在肺泡上皮細胞中，ERK抑制劑U0126可以有效阻斷CGRP介導的細胞增殖以及ERK通路的活化［9］。同時，CGRP刺激HaCat角蛋白細胞增殖與ERK1/2、JNK和P38通路的激活有關，由此說明MAPK級聯是CGRP主要的下游效應器［10］。

3 CGRP與缺血性心肌損傷

感覺神經廣泛分布于冠脈血管系統的肌原纖維之間并且主要支配心臟，它們在心臟中對血壓改變、缺血損傷及細胞毒性應激反應等起作用。CGRP最初在感覺神經:即辣椒辣素敏感性C－纖維及A－纖維中被發現，這兩種神經纖維與血管緊密相連。當心肌梗死、心力衰竭和高血壓發生時，血漿中CGRP濃度也會隨之上升，這暗示心血管系統受到不利影響會刺激神經纖維釋放CGRP。心肌梗死是導致缺血性心肌損傷最常見的原因，實驗室研究發現心肌梗死后將CGRP的主要受體RAMP1處理過的間充質干細胞(MSCs)移植至心臟，比較單純MSCs移植能夠更加顯著減少心肌梗死面積，提高心臟功能，由此說明CGRP信號通路在缺血性心臟中的重要性［11－12］。缺血再灌注(I/R)損傷時，a－CGRP基因敲除小鼠的心臟功能比野生型小鼠明顯下降，這是由于I/R損傷過程中氧化應激反應增強，心肌細胞死亡增多，缺少CGRP基因的心臟更易受到不利環境的影響所致［13］。Li D等研究發現短暫的缺血預處理對心臟有著保護作用，同時，冠狀動脈血流中CGRP釋放亦隨之增加，在使用CGRP受體拮抗劑后，上述有利效應則被廢除［14］。以上研究均表明CGRP除了能夠控制血管平滑肌張力外，同時也是一個內源性的心臟保護物質。接下來本文擬從CGRP在缺血心臟中調節血流量、抑制炎性反應、調控細胞功能及其潛在作用機制等四個方面來闡述其強大的保護力。

3.1 CGRP調節血管功能:迄今為止，CGRP是被發現的最強有力的血管調節劑。Li J等［15］使用去氧皮質酮鹽型高血壓小鼠模型觀察到，α－CGRP基因敲除鼠的平均動脈壓比野生型鼠高15～20 mm Hg(1 mm Hg=0.133 3 kPa)，且高血壓所致的腎臟損害更加明顯。CGRP受體主要成分(CLR和RAMP1)位于人皮下動脈平滑肌及內皮細胞中，在人體循環中呈動態分布，CGRP連接至受體上產生擴血管效應，并且對阻力血管發揮著重要的調節作用［16］。有報道稱它比腺苷，乙酰膽堿以及P物質的血管調節能力高100－1000倍，能夠有選擇性的調節多重血管床，其中冠脈血管是其一個特有的敏感靶點［17］。高濃度CGRP受體在心臟的冠狀動脈上被發現，它可以調節冠狀動脈血管平滑肌的緊張度，有效地增加心臟血流量［18］。血管緊張素II誘導所致高血壓形成后，在a－CGRP基因敲除小鼠體內主動脈血管肥厚、膠原形成以及氧化應激反應更加顯著，內皮一氧化氮合酶的基因及蛋白表達嚴重缺失。這些結果提示a－CGRP水平在血管組織中上調對主動脈肥厚及纖維化有著直接的保護作用［19］。然而，關于CGRP的擴血管機制也是多重性的。Sheykhzade等［20］分離大鼠體內冠狀動脈的體外實驗發現，CGRP通過激活cAMP－PKA通路誘導血管擴張，其主要是抑制鈣離子內流，并將其轉移至鈣儲存位點來減少細胞內鈣離子，同時還降低組織對鈣離子的敏感性而發揮作用的。這表明CGRP促進血管舒張不僅僅依賴于鈣離子，還涉及其他的信號通路。正是由于CGRP擁有較強的擴張血管功能，才能在缺血性心臟病中調節冠脈血管，以此增加心臟血流量。

3.2 CGRP的抗炎效應:心肌缺血損傷后會激發強烈的炎性反應，同時分泌一系列促炎因子:如細胞因子和趨化因子等，致使心肌細胞凋亡，心室重構加重及心臟功能惡化［21］。已知的證據表明CGRP有著顯著的抗炎效力，它在固有免疫細胞中通過兩條途徑發揮作用:一個是IL－10依賴途徑，即促進抗炎因子IL－10的產生，另一個則是IL－10非依賴途徑，由轉錄抑制物ICER所介導［22］。ICER全稱為誘導性cAMP早期阻遏蛋白，CGRP在抑制樹突狀細胞中腫瘤壞死因子(TNFɑ)產生的同時，可以導致轉錄抑制物ICER的快速上調，ICER基因敲除后這一效應被阻斷，這暗示了CGRP可通過ICER而發揮抗炎作用。使用CGRP處理后的單核巨噬細胞及樹突狀細胞能夠抑制TNFa、IL－1b、IL－12p40和CCL4等炎癥因子產生［23］。CGRP除了能夠在免疫細胞中起作用外，還能夠阻斷炎癥通路而發揮效應。CGRP連接至RAMP1/CLR受體二聚體上可增加細胞中cAMP水平，激活PKA，活化的PKA通過干擾IkBa磷酸化降解以及促使NF－kB p50蛋白磷酸化來抑制NF－kB的活性，進而促進DNA連接抑制劑p50/p50二聚體形成。因此，CGRP對NF－kB炎癥通路應該是發揮抑制作用的［24］。上述數據說明CGRP抑制了固有免疫細胞的抗原遞呈和炎性反應能力，減少了炎癥因子釋放，并通過阻斷潛在的炎癥途徑而產生了積極的抗炎效果:比如減輕過度炎性反應和器官損害等。心臟缺血時，CGRP可發揮其有效的抗炎效力來減輕心肌損傷后的炎性反應。

3.3 CGRP調控細胞功能:心臟缺血損傷區域血流灌注的恢復，不僅要有血管舒張使血流量增加，還需要有新生血管形成增多。文獻報道CGRP可以促進人臍靜脈內皮細胞的增殖、遷移和血管腔形成，并且能增加促血管生成因子VEGF及其受體的表達［25］。移植表達CGRP的內皮祖細胞至肺動脈高壓的大鼠中，可以減輕肺血管重構并降低血壓［26］。高血壓模型中CGRP的合成及釋放下降會加速內皮祖細胞的衰老及功能紊亂，當使用相應藥物刺激CGRP產生后，內皮祖細胞的功能便得以改善［27］。因此，CGRP可調節血管內皮細胞及其祖細胞的功能，有利于新生血管的形成，促進心臟修復。流行病學數據顯示急性心肌梗死后的5年內，高達三分之一的存活患者進一步發展成為充血性心力衰竭，這是因為心臟缺血缺氧致使存活心肌數量減少，壞死心肌被疤痕組織取代，心室重構加重所致。盡管藥物、手術及缺血預處理干預等方式可以從一定程度上緩解心臟缺血狀態［28］，然而受損壞死的心肌細胞卻很難再生。干細胞因具有自我更新及多向分化潛能而成為治療心肌梗死的研究熱點。慢病毒轉染CGRP基因至大鼠骨髓間充質干細胞(MSCs)可誘導MSCs向內皮分化，還能促進內皮細胞增殖和微血管生成［29］。既然CGRP對間充質干細胞亦有著積極的調節作用，那么它對心臟固有干細胞是否也具有類似影響，正待我們進一步研究。

4 CGRP的作用機制

CGRP是通過多重機制保護心臟功能的。Sueur S等人［30］證實用H2O2模擬氧化應激狀態誘導H9c2心肌細胞損傷，使用CGRP預處理后則可以減少一半的細胞凋亡，增強細胞的存活能力，這是通過RAMP1/CRLR復合物發揮作用的。Li等［31］則發現CGRP預處理所介導的心臟保護效應并不是因為激活了KATP通道，而是由于抑制了心臟腫瘤壞死因子－a(TNF－a)產生而起作用。急性心肌缺血早期，兒茶酚胺類物質:如去甲腎上腺素等釋放增加會導致心肌損傷，Zhao等［32］使用去甲腎上腺素誘導大鼠心肌細胞凋亡的實驗表明，去甲腎上腺素也可使細胞內蛋白激酶A(PKA)及蛋白激酶C(PKC)的活性增加，CGRP雖然能夠減輕去甲腎上腺素所致的心肌損傷，然而卻并沒有發現其是通過PKA及PKC通路而發揮上述效應。Ma等［33］則對上述實驗報道進行了更加深入的探索，發現CGRP的抗凋亡作用與凋亡相關基因Bcl－2/Bax比值變化有關，CGRP可通過上調Bcl－2/Bax的比值來抑制心肌細胞凋亡。僅管CGRP具有強大的保護作用，并且涉及到了離子通道及線粒體途徑等，然而何種信號機制占主導，仍然需要通過更多的實驗數據加以證實。

5 小結

CGRP作為生物體心血管系統內一個保護性因子，以其有效的血管擴張活性及促新生血管形成來增加心臟血流，改善缺血心臟的功能。同時，它還能夠增加細胞中抗炎因子的水平，抑制炎癥因子的表達來調節免疫系統，減輕心臟炎性反應。此外，CGRP對內皮祖細胞和間充質干細胞的增殖、分化等也發揮了積極的調控作用。綜上所述，CGRP在缺血性心臟中增加血流灌注、減輕炎性反應、促進新生血管形成，激活抗凋亡通路等發揮心臟保護效應。目前，CGRP在不同的細胞中有效的作用時間及劑量有一定差別，在缺血性心臟病中，其對心肌細胞及心臟干細胞的影響是否與作用時間及劑量有關，且關系是否密切，其中涉及哪些信號通路等也是值得進一步研究的問題。因此，深入研究CGRP對缺血性心臟的作用，期待能夠為缺血性心肌損傷的治療提供更多更新的治療策略。

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