α7煙堿型乙酰膽堿受體在心血管疾病中的研究進展

作者單位：250011 濟南，山東中醫(yī)藥大學(王雪)；250011 濟南，山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院心內(nèi)科(李曉)

α7 煙堿型乙酰膽堿受體在心血管疾病中的研究進展

王雪李曉

【摘要】炎癥在心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵的作用。最近研究表明，通過刺激迷走神經(jīng)，激活膽堿能受體可以抑制促炎細胞因子釋放，這一通路被稱為“膽堿能抗炎通路”(CAP)。隨著CAP的研究深入，其在心血管疾病防治中的地位備受關(guān)注，尤其是發(fā)揮核心作用的α7 煙堿型乙酰膽堿受體(α7nAChR)。該文就CAP和α7nAChR在高血壓病、休克、急性心肌缺血再灌注等疾病中的作用進行綜述，并對其在心血管疾病中潛在的臨床意義進行討論。

【關(guān)鍵詞】膽堿能抗炎通路；α7 煙堿型乙酰膽堿受體；心血管疾病；綜述

DOI:10.3969/g.issn.0253-9802.2015.02.002

通訊作者，李曉，E-mail：lixiao617@163.com

收稿日期：(2014-11-06)

Research progress of α7 nicotinic acetylcholine receptor in cardiovascular diseasesWangXue，LiXiao.ShandongUniversityofTraditionalChineseMedicine,Jinan250011,China

Correspondingauthor,LiXiao，E-mail:lixiao617@163.com

Abstract【】Inflammation plays a key role in the incidence and development of cardiovascular diseases. Recent studies have shown that the release of pro-inflammatory cytokines could be suppressed by stimulating the vagus nerve and activate cholinergic receptors. This pathway is known as “cholinergic anti-inflammatory pathway” (CAP). Along with the in-depth studies related to CAP, the effect of such pathway, especially α7 nicotinic acetylcholine receptor (α7nAChR) which plays a central role in CAP, upon prevention and treatment of cardiovascular diseases has captivated more and more attention. In this paper, the role of CAP and α7nAChR in hypertension, shock, acute myocardial ischemia and reperfusion and other diseases was reviewed and the potential clinical significance was discussed.

【Key words】Cholinergic anti-inflammatory pathway; α7 nicotinic acetylcholine receptor;

Cardiovascular disease; Review

炎癥反應是機體應對感染和損傷所產(chǎn)生的一種防御機制，其中促炎細胞因子具有激活免疫系統(tǒng)和促進組織修復的功能，但過量的炎癥因子則會誘發(fā)廣泛的組織損傷和器官功能障礙，因此如何維持炎癥反應的平衡就顯得十分重要。近年研究發(fā)現(xiàn)，除體液機制外，“膽堿能抗炎通路”(CAP)這一神經(jīng)抗炎機制在調(diào)節(jié)炎癥因子方面也起到了一定的作用[1-2]。CAP是抗炎信號通過迷走神經(jīng)傳出纖維到達脾臟、肝臟、心臟和胃腸道等網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)，通過釋放的乙酰膽堿與巨噬細胞等免疫細胞上表達的α7 煙堿型乙酰膽堿受體(α7nAChR)結(jié)合，抑制促炎因子釋放而起到抗炎的作用。

心血管系統(tǒng)疾病威脅著人類的健康與生存，其中炎癥在其發(fā)病機制和發(fā)展過程中都起著關(guān)鍵作用[3]。因此探討α7nAChR在各種心血管疾病中的作用可能會為未來的治療提供一個新的方向。本文就目前α7nAChR在各種心血管疾病中的研究進展進行綜述。

一、 α7nAChR概述及通路

α7nAChR是煙堿乙酰膽堿受體(nAChR)的亞型之一，屬于神經(jīng)元型nAChR，與α-銀環(huán)蛇毒素具有高度的親和力。在神經(jīng)元中，α7nAChR是由5個α7 亞基環(huán)繞而成的同源聚合體，是配體門控離子通道，對鈣離子有高度的通透性。在5個亞基接合處有5個配體結(jié)合位點，配體與位點相互作用可以改變受體的功能狀態(tài)。α7nAChR是膽堿能抗炎通路中聯(lián)系大腦和免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵亞型，廣泛分布于除神經(jīng)元外的多種細胞上，如T細胞、B細胞、單核細胞、中性粒細胞、小膠質(zhì)細胞、上皮細胞、內(nèi)皮細胞等，因此其可能參與多種器官組織的抗炎過程。

有實驗表明，尼古丁或乙酰膽堿可通過激活α7nAChR降低巨噬細胞釋放的促炎因子[TNF-α、IL-1B、IL-6、高遷移率組蛋白l(HMGB1)等]水平，但對抗炎因子IL-10的產(chǎn)生無影響[4]。目前研究認為，α7nAChR 的抗炎機制主要是通過影響以下2條信號轉(zhuǎn)導通路，即核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)和激活蛋白酪氨酸激酶2/信號轉(zhuǎn)導子與轉(zhuǎn)錄激活子3(JAK2/STAT3)[5]。其中NF-κB是促炎因子的轉(zhuǎn)錄因子，是由 p65 和 p50 構(gòu)成的同源或異源二聚體。α7nAChR被激活后可抑制核因子κB抑制蛋白激酶(IKK)，阻止核因子κB抑制蛋白(IκB)被磷酸化，從而保持對NF-κB的抑制作用，達到抗炎的效果。JAK2/STAT3是膽堿能抗炎的另一條重要通路，α7nAChR激活后細胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)域發(fā)生改變，使得JAK2磷酸化后激活通路下游的效應子STAT3，被活化的STAT3進入細胞核內(nèi)完成抗炎作用。研究認為STAT3是一種關(guān)鍵性的抗炎轉(zhuǎn)錄因子，其抗炎作用被認為與IL-10的抗炎作用相關(guān)，而不是直接抑制促炎因子的轉(zhuǎn)錄。

二、 高血壓病與α7nAChR

高血壓病是心肌梗死、腦卒中、心力衰竭和腎功能障礙的主要危險因素之一，由高血壓病造成的靶器官損害，包括心肌肥大和細胞功能障礙、血管重構(gòu)和腎臟病變都影響著心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展及預后。全身動脈血管炎癥反應參與高血壓病的生理病理過程，它是多種炎癥細胞、遞質(zhì)、細胞因子共同作用的結(jié)果[6]。研究發(fā)現(xiàn)高血壓病患者CRP、TNF-α等炎癥因子明顯升高, 且呈高度相關(guān)，由此證明高血壓病可能是一種慢性低級別的炎癥反應[7]。Li等[8]的研究證明，和對照組大鼠相比，多種類型的高血壓病大鼠模型中，心臟、腎臟和主動脈上α7nAChR的基因和蛋白表達均下調(diào)，且在自發(fā)性高血壓病大鼠中IL-1、IL-6和TNF-α水平升高，靶器官損害明顯，這一改變在α7nAChR基因敲除的高血壓病大鼠中表現(xiàn)更為明顯。他們進一步實驗證實，α7nAChR選擇性激動劑(PNU-282987)可改善SHR炎癥因子的水平和靶器官的損害程度，可能是通過抑制NF-κB信號通路的激活實現(xiàn)的。Chen等[9]研究發(fā)現(xiàn)，兩腎一夾高血壓大鼠模型的主動脈和腎中α7nAChR蛋白表達下調(diào)，血清中TNF-α水平升高，這可能促進了繼發(fā)性高血壓病血管炎癥的產(chǎn)生。由此可見，α7nAChR在高血壓病發(fā)生、發(fā)展和靶器官損害中起到了關(guān)鍵作用，可能成為一個潛在的治療靶點。

三、 心肌缺血/再灌注和α7nAChR

炎癥反應在心肌缺血/再灌注損傷(MIRI)起到了關(guān)鍵的作用，導致體內(nèi)促炎因子大量生成。先前的研究表明刺激迷走神經(jīng)能緩解MIRI[10]。Xiong等[11]的急性MIRI大鼠模型實驗結(jié)果顯示，α7nAChR選擇性激動劑(PNU-282987)處理后能有效地減少心肌梗死面積和血清中肌鈣蛋白I，并能降低促炎因子TNF-α和HMGB1的水平，表明在MIRI中，激活α7nAChR不僅能顯著地緩解全身的炎癥反應，還可以對缺血心肌起到保護作用。熊軍[12]的研究證明，再灌注30 min實施PNU-282987處理后對大鼠MIRI的保護效果最佳，應用PNU-282987處理后隨著時間的延長，其心肌保護效應逐漸減弱，但此時對促炎因子的抑制作用最差。Li等[13]對50只大鼠進行隨機分組實驗，發(fā)現(xiàn)與缺血再灌注組相比，一種α7nAChR強效的激動劑(PNU-120596)處理后能顯著降低大鼠心肌梗死面積、心肌超微結(jié)構(gòu)損傷、血清肌酸激酶和乳酸脫氫酶，此外也能緩解促炎因子產(chǎn)生、內(nèi)皮細胞活化和中性粒細胞浸潤，但這些保護作用被α-銀環(huán)蛇毒素(α7nAChR選擇性拮抗劑)所抑制。綜上所述，α7nAChR活化的抗炎通路解釋了迷走神經(jīng)對MIRI的保護作用，其在細胞內(nèi)的具體信號通路值得進一步研究，為MIRI的治療提供新途徑。

四、 慢性心力衰竭和α7nAChR

慢性心力衰竭(CHF)是各種心血管疾病發(fā)展的終末共同通路。研究表明，CHF與慢性炎癥及免疫激活有關(guān)，炎癥因子在CHF的病理生理機制中起著重要作用，多種炎癥因子如TNF-α、IL-1、IL-6、CRP在CHF時均增高[14-15]。已經(jīng)有動物實驗和臨床資料表明，刺激迷走神經(jīng)可改善心力衰竭癥狀、抑制心室重構(gòu)、減少CHF所致的致命性心律失常和心源性猝死的發(fā)生，但具體的機制還未完全闡明[16]。近年來研究顯示在心肌細胞上發(fā)現(xiàn)了α7nAChR，由此我們推斷刺激迷走神經(jīng)改善心臟內(nèi)的炎癥狀態(tài)從而延緩CHF的發(fā)展，可能是α7nAChR介導的膽堿能抗炎通路所起的作用。胥曉麗等[17]的實驗研究發(fā)現(xiàn)，多柔比星誘導的CHF大鼠膽堿能神經(jīng)密度降低，心臟和血清中的TNF-α水平提高，TNF-α的變化與膽堿能神經(jīng)密度的降低呈負相關(guān)。楊中偉等[18]研究證實，腹主動脈內(nèi)經(jīng)狹窄縮小致CHF的大鼠模型中，術(shù)后心房α7nAChR的表達呈下降趨勢，但這一變化在術(shù)后16周內(nèi)與對照組相比差異無統(tǒng)計學意義，說明膽堿能抗炎通路可能是在16周后參與到心力衰竭的病理過程中的。根據(jù)上述，我們認為由α7nAChR介導的膽堿能抗炎通路與CHF的發(fā)生、發(fā)展有一定聯(lián)系，但具體機制仍需進一步研究。

五、 動脈粥樣硬化和α7nAChR

動脈粥樣硬化(AS)是多種病因造成的始發(fā)于動脈壁內(nèi)膜的一系列復雜分子和細胞改變的總結(jié)果，最終成為心肌梗死、腦梗死、肢端功能喪失等一系列疾病的誘發(fā)原因[19]。先前研究認為，AS是一種具有慢性炎癥反應特征的病理過程[20]。研究表明，位于動脈壁和脂肪組織周圍的巨噬細胞所產(chǎn)生的促炎因子在AS的發(fā)病機制中發(fā)揮了重要的作用[21]。因此，抑制血管和脂肪組織中過度的的炎癥反應是治療AS的焦點。李后開等[22]研究發(fā)現(xiàn)，ACEI、ARB和他汀類藥物都可以通過抑制NF-κB的表達而達到抗AS的作用。CAP作為一種重要的神經(jīng)抗炎通路在AS的發(fā)生、發(fā)展和預后中也可能也起著關(guān)鍵的作用。Wilund等[2]通過檢測和分析α7nAChR基因敲除大鼠的血清和巨噬細胞發(fā)現(xiàn)，α7nAChR缺乏的小鼠全身炎性標志物增加，更為重要的是表面缺乏α7nAChR的巨噬細胞具有明顯的致AS作用，包括巨噬細胞內(nèi)氧化應激反應、ox-LDL吸收和膽固醇積累的增加，血管壁上泡沫細胞的形成和其他一些AS的早期表現(xiàn)。上述結(jié)果認為增加α7nAChR的激活和表達對AS可能是一種潛在的治療方法。

六、 休克和α7nAChR

休克是臨床常見的危重疾病之一，許多因素參與了其病理過程。各種原因?qū)е碌男菘硕寄芤饳C體過度的炎癥反應，因此在休克早期采取抗炎措施，阻止或減少炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生和釋放，對休克病程發(fā)展具有重要意義。隨著“CAP”的提出，關(guān)于CAP在休克中作用機制的實驗研究越來越多，力圖為抗休克治療尋求一條新思路。在犬的燒傷休克模型中，杜明華等[23]研究發(fā)現(xiàn)和單純燒傷組相比，α7nAChR激動劑(PNU-282987)組燒傷后血漿TNF-α的水平顯著降低，平均動脈壓于24 h恢復到燒傷前的83.6%，此外血漿中ALT、CK-MB及血尿素氮水平下降，上述結(jié)果證明PNU-282987不僅能抑制致死性燒傷休克犬全身炎癥反應，還能改善心、肝、腎等器官功能和提高存活率。已經(jīng)有研究表明在內(nèi)毒素誘導的休克大鼠模型中，阻斷或敲除α7nAChR可以減弱山莨菪堿降低血清和肝臟中TNF-α和IL-1β的作用，并能抵消山莨菪堿改善存活率的效果，這些結(jié)果表明α7nAChR參與了山莨菪堿的抗休克作用，其可能的機制為山莨菪堿通過阻斷乙酰膽堿與毒蕈堿受體結(jié)合，使體內(nèi)更多的乙酰膽堿與α7nAChR結(jié)合增加，從而激活了CAP，發(fā)揮了抗休克作用[24-25]。

七、 展望

綜上所述，α7nAChR介導的CAP在心血管疾病中擔任著重要的作用，與傳統(tǒng)體液抗炎機制相比，CAP抗炎信號能更直接、迅速地作用于特定的組織，雖然很多重要機制尚未闡述清楚，但這為心血管疾病的抗炎治療展開了一個全新的視角。尼古丁作為被研究最多的α7nAChR激動劑，因為其本身的毒性和成癮性，并不適合在臨床廣泛推廣，因此開發(fā)特異、低毒的α7nAChR激動劑是未來干預炎癥的重要發(fā)展方向。

參考文獻

[1]Bencherif M, Lippiello PM, Lucas R, et al. Alpha7 nicotinic receptors as novel therapeutic targets for inflammation-based diseases. Cell Mol Life Sci，2011，68:931-949.

[2]Wilund KR, Rosenblat M, Chung HR, et al. Macrophages from alpha 7 nicotinic acetylcholine receptor knockout mice demonstrate increased cholesterol accumulation and decreased cellular paraoxonase expression: a possible link between the nervous system and atherosclerosis development. Biochem Biophys Res Commun，2009，390:148-154.

[3]Liu C, Su D. Nicotinic acetylcholine receptor α7 subunit: a novel therapeutic target for cardiovascular diseases. Front Med，2012，6:35-40.

[4]周國武, 田野蘋. 炎癥反射的研究進展. 現(xiàn)代生物醫(yī)學進展, 2009, 9: 1359-1361.

[5]周國武, 王雪琦, 田野蘋. α7 煙堿型乙酰膽堿受體與炎癥調(diào)節(jié). 現(xiàn)代生物醫(yī)學進展, 2009，9: 2794-2797.

[6]鐘海蘭, 盧新政. 高血壓與炎癥的研究進展. 心血管病學進展, 2010, 31: 203-205.

[7]褚劍鋒, 陳可冀. 炎癥與高血壓應對策略. 中西醫(yī)結(jié)合心腦血管病雜志, 2007, 5: 95-98.

[8]Li DJ, Evans RG, Yang ZW, et al. Dysfunction of the cholinergic anti-inflammatory pathway mediates organ damage in hypertension. Hypertension，2011，57:298-307.

[9]Chen JK, Zhao T, Ni M, et al. Downregulation of alpha7 nicotinic acetylcholine receptor in two-kidney one-clip hypertensive rats. BMC Cardiovasc Disord，2012，12:38.

[10]Katare RG, Ando M, Kakinuma Y, et al. Vagal nerve stimulation prevents reperfusion injury through inhibition of opening of mitochondrial permeability transition pore independent of the bradycardiac effect. J Thorac Cardiovasc Surg，2009，137:223-231.

[11]Xiong J, Yuan YJ, Xue FS, et al. Postconditioning with α7nAChR agonist attenuates systemic inflammatory response to myocardial ischemia-reperfusion injury in rats. Inflammation，2012，35:1357-1364.

[12]熊軍. α7nAChR 激動劑后處理對大鼠在體心肌缺血-再灌注損傷的保護作用及機制的實驗研究. 北京協(xié)和醫(yī)學院, 2011.

[13]Li H, Zhang ZZ, Zhan J, et al. Protective effect of PNU-120596, a selective alpha7 nicotinic acetylcholine receptor-positive allosteric modulator, on myocardial ischemia-reperfusion injury in rats. J Cardiovasc Pharmacol，2012，59:507-513.

[14]El Desoky ES. Drug therapy of heart failure: an immunologic view. Am J Ther，2011，18:416-425.

[15]何文俊, 張濤, 蔣學俊, 等. 炎癥因子與慢性心力衰竭. 中華臨床醫(yī)師雜志：電子版, 2011, 5: 457-460.

[16]Schwartz PJ. Vagal stimulation for heart diseases: from animals to men. An example of translational cardiology. Circ J，2011，75:20-27.

[17]胥曉麗, 曾菊絨, 于曉江, 等. 多柔比星誘導的心衰大鼠心臟膽堿能神經(jīng)分布及 TNF-α 表達的變化. 南方醫(yī)科大學學報, 2012, 32: 1139-1142.

[18]楊中偉, 趙婷, 李冬潔, 等. 慢性心力衰竭大鼠心房血管緊張素 Ⅱ1 型受體和尼古丁 α7 受體的表達. 第二軍醫(yī)大學學報, 2010, 31: 1282-1285.

[19]劉穎琳, 劉耕陶. 血管內(nèi)皮細胞炎癥反應與動脈粥樣硬化的關(guān)系對藥物研究的啟示. 中國藥理學通報, 2001, 17: 361-364.

[20]Ross R.The pathogenesis of atherosclerosis: a perspective for the 1990s. Nature，1993，362:801-809.

[21]Vela D, Buja LM, Madjid M, et al. The role of periadventitial fat in atherosclerosis. Arch Pathol Lab Med，2007，131:481-487.

[22]李后開, 戴敏. 內(nèi)皮細胞炎癥反應在動脈粥樣硬化研究中的作用. 中國動脈硬化雜志, 2004, 12: 607-610.

[23]杜明華, 胡泉, 羅紅敏, 等. PNU282987 對致死性燒傷休克犬器官功能和存活率的影響. 中國危重病急救醫(yī)學, 2012, 24: 651-654.

[24]劉沖, 沈甫明, 樂穎影, 等. 山莨菪堿抗休克作用的尼古丁受體α7機制. 藥學發(fā)展前沿論壇及藥理學博士論壇論文集, 2008.

[25]胡森, 宋琪, 王磊, 等. 電針興奮膽堿能抗炎通路對內(nèi)毒素引起的細胞因子釋放和臟器功能損害作用研究. 中國中西醫(yī)結(jié)合急救雜志, 2008, 15: 205-208.

(本文編輯：楊江瑜)

基礎研究論著