缺血性心肌病治療新靶點Apelin的概述

姚　禎　周　洋　周宇宏

哈爾濱醫科大學藥學院藥理教研室心血管藥物研究教育部重點實驗室，黑龍江哈爾濱150086

缺血性心肌病治療新靶點Apelin的概述

姚禎周洋周宇宏

哈爾濱醫科大學藥學院藥理教研室心血管藥物研究教育部重點實驗室，黑龍江哈爾濱150086

缺血性心肌病的發病率逐年上升，嚴重危害人類健康，且可造成沉重的社會負擔。缺血性心肌病治療方法包括血運重建、心肌再生、改善心功能和心肌能量代謝。Apelin作為新發現的分子肽類物質，可改善線粒體形態及功能，有利于保護心肌。線粒體作為重要的能量供給細胞器，其分裂與融合的動態平衡是維持細胞穩態的重要機制，目前已成為缺血性心肌病治療的新靶點。本文就線粒體的分裂與融合及Apelin在缺血性心肌病中的作用作一綜述。

缺血性心肌病；線粒體分裂：線粒體融合；Apelin

［Abstract］The incidence of ischemic heart disease is increasing in recent years，which brings serious harmless to human health and causes heavy social burden.Treatments of ischemic heart disease include revascularization，myocardial regeneration，improving heart function and energy metabolism.Apelin，as molecular peptides newly discovered，can improve mitochondrial morphology and function and play a crucial role in cardiovascular diseases.Mitochondria are major energy supply organelles，whose dynamic balance of fission and fusion is a significant mechanism for maintaining cellular homeostasis，which have become a new target for the treatment of ischemic heart disease now.This paper reviews the mitochondrial fission and fusion，and the effect of Apelin in ischemic cardiomyopathy.

［Key words］Ischemic cardiomyopathy；Mitochondrial fission；Mitochondrial fusion；Apelin

據報道，心血管疾病是造成老年人死亡的主要病例之一，且呈逐年上升趨勢［1］。其中缺血性心肌病是一種典型的心血管疾病，是指由冠狀動脈粥樣硬化引起長期心臟缺血的一類冠心病，該病會加重心臟的負擔，當負擔加重一定程度后會出現心力衰竭，危害極大。目前單純的內科藥物治療不能完全使患者康復。經皮冠狀動脈介入治療［2］可以快速有效地改善心肌缺血，但是術后容易發生多支血管病變、慢性閉塞病變、支架術后血栓、支架內再狹窄等復雜的并發癥，因此亟需尋找安全有效的治療缺血性心肌病的新靶點。

1　Apelin——新型心血管保護分子肽

Apelin是一種純化的G蛋白偶聯受體APJ的內源性配體，該配體最早由Wei等［3］提取自牛胃的分泌物［4］，Apelin-12、Apelin-13和Apelin-36是純化內源性Apelin的三種主要形式［5］，其中Apelin-13是G蛋白偶聯受體APJ的最主要內源性配體。Apelin在心臟、腎、腎上腺、肺的血管內皮細胞中Apelin表達較高［6］，在免疫炎癥、心血管調節、能量代謝、神經功能等方面占舉足輕重的地位。近些年發現Apelin在心血管中的作用日益顯著，將有可能成為臨床上心血管疾病治療的新藥。

Apelin在心血管系統中能夠有效減少左心室前負荷，從而增強心肌收縮力。Apelin可能通過NO-cGMP途徑使線粒體的數量增加，心肌的能量供應增多，改善心肌的收縮功能［7］。心肌缺血后的短期內Apelin表達會迅速上調，線粒體通透性轉換孔開放，線粒體解偶聯，大量ATP消耗，細胞死亡。心肌缺血早期外源給予Apelin可降低心臟梗死面積；再灌注后Apelin的水平恢復至正常水平［8］，提示Apelin對心臟發揮保護作用，其機制可能與Akt/eNOS途徑以及p44/42促分裂原活化蛋白激酶的磷酸化有關［9］，并且延遲線粒體通透性轉換孔的開放［10］。NO能夠介導Apelin-12對缺血再灌注損傷的保護作用［11］。Tao等［12］證實Apelin可以通過激活PI3K/Akt、MAPK、ERK途徑來減少缺血再灌注損傷。Apelin-l3不僅保護缺血缺氧后的心肌細胞，對于心肌干細胞同樣發揮保護作用，增強對受損心肌干細胞的動員和增殖，提高生存率，修復受損心臟，改善心臟功能［13］。心臟重構的過程中Apelin減少線粒體活性氧（ROS）的產生，阻止過多的ROS觸發細胞程序性死亡［14］。Apelin心肌缺血再灌注損傷發揮保護作用的機制是與PKC、PI3K、MEK1/2、NOS和心肌細胞膜上的Na+/H+和Na+/Ca2+交換泵有關［15］。

在線粒體途徑中，Apelin-13阻滯線粒體去極化，維持線粒體膜電位，細胞色素C釋放和Caspase-3的激活，減少ROS的產生，阻止細胞的線粒體凋亡途徑［16-17］。Apelin-13通過RISK-GSK-3β-mPTP通路保護缺血再灌注的心臟，Apelin-13的保護機制可能是GSK-3β的失活，PI3K/AKT激活ERK1/2可能抑制mPTP線粒體通透性轉換孔的開放，此過程涉及到RISK再灌注補救激酶途徑［18］。在Yamamoto等［19］的研究中，Apelin-l3和Apelin-36具有減少線粒體滲透性孔隙開放時間的作用，這對于心臟的保護具有重要的意義。

由此可知，Apelin與APJ結合通過PI3K的磷酸化和Akt的磷酸化途徑或者通過SHP2、Grb2、p44/42的磷酸化（MAPK）途徑，阻止線粒體通透性轉換孔開放和線粒體解偶聯，能夠選擇性地減少線粒體的ROS和心肌凋亡，對缺血心臟代謝和心臟功能都有改善作用，Apelin可開發成為缺血性心肌病的潛在藥物［20］。

2　線粒體的分裂與融合

線粒體的雙層膜結構從內到外依次是基質、內膜、膜間隙和外膜線粒體膜，一直維持著不斷分裂和融合的動態平衡。線粒體主要具有以下三個功能：生成三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），作用是給細胞提供足夠的能量，從而保持細胞的正常代謝功能；生成并調節ROS；調節細胞內鈣離子，維持細胞鈣調系統的動態平衡。其中提供大量的ATP來維持細胞正常的生命活動是線粒體的最主要功能，因此從某種意義上說，線粒體也可視為能量的源泉，在細胞的眾多細胞器中占首要位置。心臟是一個能量輸出最大、代謝旺盛的器官，心肌代謝的能量90%來源于游離脂肪酸和葡萄糖氧化代謝，其中葡萄糖代謝最主要。心肌缺血缺氧時線粒體發生損傷，葡萄糖的有氧呼吸發生障礙，此時心肌的能量來源是葡萄糖的無氧呼吸，但無氧呼吸同時可產生乳酸，對心臟產生不可逆的損傷。

線粒體的分裂、融合、運輸以及自噬是線粒體常見的線粒體動態變化，其中線粒體的分裂和融合是最主要的動態變化。維持線粒體動態平衡是維持細胞穩態的重要機制［21］。病理條件下，當分裂、融合一方活性被抑制，另一方活性將顯著增強，線粒體動態學平衡被破壞導致線粒體的功能障礙［22］，可引起如阿爾茨海默病、帕金森病和亨廷頓病［23］等神經系統退行性疾病，以及如高血壓病、心力衰竭和心肌缺血再灌注損傷等心血管系統疾病［24］。

線粒體分裂可增加線粒體的數量和分布，對調控細胞內不同部位的鈣離子水平、膜電位的維持及神經元細胞器的運輸等均有重要意義［25］。Drp1、Fis1和Mff是調節分裂活動的三種典型蛋白質［26］。其中Fis1主要分布在線粒體的外膜上，招募Drp1到線粒體上形成指環狀結構，將線粒體擠壓斷裂。線粒體融合的蛋白有Mfn-1、Mfn-2和OPA-1。相比線粒體分裂過程而言，線粒體的融合要復雜的多，線粒體的融合包括線粒體在胞質中的運動和膜結構的改變、兩個線粒體外膜的相互融合、線粒體內膜的對接和相互融合、線粒體DNA和基質的融合。線粒體通過融合交換細胞內物質，通過分裂產生新的線粒體。

3　線粒體異常分裂與心臟疾病

近幾年大量的研究發現線粒體分裂和融合與細胞凋亡有著密不可分的聯系。在線粒體凋亡的初始階段，線粒體外膜的分裂位點聚集了大量的Drp1蛋白，同時開始出現明顯的片段化結構，之后細胞色素C開始釋放，同時Caspase激活，導致細胞死亡。由于心肌細胞具有不可再生的特性，心肌細胞凋亡對維持心臟功能構成極大的威脅，由此可知線粒體分裂對心臟功能的重要性。

缺血再灌注致心肌梗死模型中，Peng等［27］發現心肌缺血再灌注后心肌細胞ATP含量明顯減少，Drp1含量明顯升高，而心肌細胞的ATP含量則明顯減少，線粒體發生損傷，主要表現為線粒體通透性轉化孔的開放時間明顯延長、線粒體膜出現破裂現象以及細胞色素C的釋放。Ong等［28］發現抑制Drp1表達有利于抑制缺血心肌細胞凋亡，減少心肌梗死面積以及抑制線粒體膜通透性轉換孔（mPTP）開放。因此推測通過抑制Drp1的去磷酸化減少線粒體分裂，從而減少心肌細胞凋亡，能夠有效保護心臟。Zepeda等［29］用Drp1K38A腺病毒使Drp1失去功能后，發現小鼠心肌梗死面積減少，耗氧量下降幅度較大，ATP下降幅度不明顯，說明抑制Drp1可保護心臟，促進線粒體能量代謝。Brady等［30］發現HL-1細胞在缺氧/復氧后，異常分裂的線粒體數量增多；轉染Drp1K38A（Drp1的突變體）后，線粒體分裂的數目減少，線粒體通透性轉化孔的開放減少。應用Mdivi-1（Drp1特異性抑制劑）對于線粒體分裂具有明顯的抑制作用。給予mdivi-1的缺血再灌注小鼠組織中心臟梗死面積減少，電鏡觀察拉長的纖絲間線粒體的比例增加。以上都可以說明缺血性心肌病與線粒體分裂密切相關，線粒體分裂引發更嚴重的線粒體功能紊亂，使缺血心肌細胞損傷加重。

在大鼠的心肌肥厚模型中，Pennanen等［31］發現當線粒體的平均體積下降時，每個細胞中含有的線粒體的數量出現增加的現象，而線粒體總量的增加則會減少肌原纖維的體積，從而導致心臟的收縮能力減弱。在此過程中，若提高胞漿的Ca2+，激活鈣調磷酸酶，促使裂變蛋白Drp1遷移到線粒體，引發線粒體分裂，最終導致心肌肥大。這個模型說明線粒體的分裂與胞漿Ca2+濃度有一定的關系，胞漿的Ca2+濃度也能使得缺血性心肌病的線粒體發生分裂，這個模型也闡明了線粒體動力學對在新陳代謝重構和心肌肥大中的重要性。

Ashrafian等［32］報道小鼠擴張性心肌病模型Drp1蛋白變異，線粒體分裂減少，Drp1氧化磷酸化程度降低以及心臟ATP含量的降低，而且作者提出能量短缺可能會對治療心臟病有幫助，減少心臟重構。

Sharp等［33］發現小鼠心臟驟停模型Drp1S637去磷酸化和Drp1聚集導致的線粒體分裂都會引起ROS增加，導致線粒體形態學改變和心臟功能損傷。給予Mdivi-1可以逆轉Drp1的線粒體分裂對心臟的損傷作用，對維持線粒體正常形態和保護心臟功能都有保護作用。研究結論和缺血再灌注模型相似。

綜上所述，Drp1已成為缺血性心肌病的治療新靶點，通過抑制線粒體分裂蛋白Drp1發揮對心臟的保護作用。

4　展望

線粒體的分裂-融合動態變化隨心臟所需的能量而改變，但是異常的線粒體分裂導致線粒體片段化增多，影響心臟的正常收縮和射血。缺血性心肌病發病率逐年升高，尋找安全有效的治療方法迫在眉睫。近年來Apelin的心血管作用已成研究重點，尤其對缺血性心肌病有顯著的改善作用，其機制與抑制缺氧導致的心肌細胞線粒體分裂、減少線粒體損傷、保護心肌細胞有關。Apelin可能會成為新一代的保護缺血性心肌病的高效藥。

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Review of Apelin-a new target of ischemic cardiomyopathy

YAO Zhen ZHOU Yang ZHOU Yuhong
Department of Pharmacology，College of Pharmacy，Harbin Medical UniversityKey Laboratory of Cardiovascular Medicine Research，Heilongjiang Province，Harbin150086，China

R542.22

A

1673-7210（2016）09（c）-0043-04

2016-06-24本文編輯：張瑜杰）

中國博士后科學基金面上資助項目（2014M56 1377）。

周宇宏（1976.11-），女，博士，教授；研究方向：心血管藥理學。