環磷腺苷信號通路與血管重塑關系的研究進展

為保持正常血流，血管壁會改變其結構以維持合適的內腔尺寸，這個過程被定義為血管重塑[1]。血管重塑可發生在多種病理狀態如高血壓、動脈粥樣硬化、血管再狹窄等，抑制病理性血管重塑具有重要臨床意義。研究顯示，多種細胞活動參與了血管重塑的過程，包括細胞骨架重塑、細胞增殖、細胞遷移以及細胞外基質的合成、降解等[2-4]。其中，血管內皮損傷是這一系列病理過程的始動因素，而血管平滑肌細胞（vascular smooth muscle cell，VSMCs）的遷移和增殖引起的內膜增厚是血管重塑最重要的細胞學基礎。環磷腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）通路可通過調控下游效應分子來促進血管內皮修復、抑制血管內膜增生及血小板聚集等，從而抑制血管重塑，但具體機制尚未明確，本文就該領域的研究進展情況作一闡述。

1 cAMP及下游效應分子概述

cAMP作為第二信使，可調節多種細胞功能，包括細胞分化、增殖、凋亡、遷移，也參與調節細胞形態和骨架重塑[5]。很多細胞外的刺激因子如激素、神經遞質、生長因子都可通過結合其同源的G蛋白偶聯受體，激活腺苷酸環化酶（adenylate cyclase，AC），催化細胞內三磷腺苷（adenosine triphosphate，ATP）生成c AMP[6]。相反，磷酸二酯酶（phosphodiesterases，PDEs）又可催化降解cAMP，從而對cAMP水平進行負反饋調節，磷酸二酯酶家族共有11組成員，其中PDE4、PDE7、PDE8特異性作用于cAMP；PDE5、PDE6、PDE9特異性作用于環磷鳥苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）；PDE1、PDE2、PDE3、PDE10和PDE11對cAMP和cGMP都有促降解作用[7]。

cAMP主要作用靶點有cAMP依賴蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）和cAMP直接激活的交換蛋白（exchange protein directly activated by cAMP，Epac）兩個。PKA是一種依賴cAMP的蛋白激酶，是由兩個催化亞基和兩個調節亞基組成的四聚體。根據調節亞基的不同，PKA又分為：PKAⅠ和PKAⅡ。當每個調節亞基結合2個cAMP分子后，四聚體即游離為1個由調節亞基組成的二聚體和2個催化亞基，后者可磷酸化不同的靶蛋白[8]。PKA的亞細胞定位主要由A型激酶錨定蛋白（A-kinase anchor proteins，AKAPs）決定，AKAPs可將PKA錨定在合適的亞細胞區域，還可引導PKA接近作用底物。此外，AKAPs還可引導PKA和PDEs至共同區域[9]。Epac是cAMP另一種效應分子，有Epac1和Epac2兩種形式，兩者有不同的域結構。Epac1在全身組織都有分布，在卵巢、甲狀腺、腎臟中高表達；Epac2主要分布在腦、腎上腺，cAMP必須通過Epac作用才能使Rap1（Ras超家族成員）脫離GDP，結合GTP，表現為活性狀態，激活下游分子，從而調控細胞生長、分泌、黏附等[10]。

2 cAMP和血管內皮

血管內皮由連續單層內皮細胞組成，參與凝血、血栓形成、平滑肌細胞功能調節、炎癥細胞的黏附和遷移，可產生具有血管保護作用的一氧化氮（nitric oxide，NO），這些功能必須依靠單細胞層結構的完整，而血管內皮連接的完整性主要由細胞間黏附連接和緊密連接維持。血管內皮完整性被破壞后，激活了凝血酶系統，導致血小板的黏附和聚集，形成血栓。FANTIDIS等[11]在豬冠狀動脈損傷模型中發現，使用腺苷酸環化酶激活劑Forskolin后，模型動物細胞內cAMP水平上升，與不給藥的對照組相比，內皮剝脫區域明顯減小。另外，cAMP可抑制損傷因素誘導的內皮炎癥，血管內皮炎癥以內皮細胞表面黏附分子的增加及內皮通透性增加為主要特征[12]。多種炎癥因子可增加內皮的通透性，如內皮生長因子、腫瘤壞死因子（tumour necrosis factor，TNF）-α、凝血酶、白細胞介素（interleukin，IL）-16、血管緊張素Ⅱ。細胞內cAMP水平的提高可促進抗炎因子如IL-10的表達，降低促炎癥因子如IL-12的水平[13]。凝血酶可降低內皮細胞內cAMP水平且促進鈣離子內流，導致內皮通透性增加，提高cAMP水平可抑制凝血酶誘導的鈣離子內流，從而降低通透性[14]。cAMP還可通過激活PKA-Rac1（小G蛋白超家族成員）途徑重排細胞骨架，加強內皮細胞間連接，當內皮細胞PKA或是Rac1活性被抑制之后，內皮通透性增加[15]。Park等[16]發現，體外培養的顱內動脈內皮細胞給予Forskolin或是特異性Eapc1激動劑8-Cpt-cAMP處理后，細胞黏附分子1（intercellular adhesion molecule 1，ICAM-1）表達上升，但是給予PKA特異性激動劑N6-Bnz-cAMP或是抑制劑H-89處理卻沒有影響ICAM-1的表達，提示cAMP是通過Epac途徑而并非PKA途徑來調控ICAM-1的水平[16]。LEHRKE等[17]研究也發現，PDE4抑制劑——羅氟司特是通過Epac途徑而并非PKA途徑來抑制TNF-α，誘導血管黏附分子1（vascular adhesion molecule 1，VCAM-1）的高表達。Eapc1-Rap1途徑可抑制小G蛋白超家族成員——Ras同源基因家族成員A（ras homolog gene family，member A，RhoA）的活性，且調節關鍵的連接蛋白，包括血管鈣粘連蛋白（VE-cadherin）、連環蛋白（β-catenin）、緊密連接蛋白加強臍靜脈內皮細胞之間的緊密連接和黏附連接[18-19]。

此外，cAMP途徑可調控炎癥細胞的浸潤，用腺苷酸環化酶激動劑Forskolin或PDE4抑制劑升高cAMP水平可抑制中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和單核細胞的趨化運動[20-21]；PKA酶抑制劑可阻止cAMP抑制白細胞遷移的作用，提示cAMP抑制白細胞遷移的作用可通過PKA途徑實現[22-23]。此外，cAMP還可通過抑制血管內皮細胞中活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）的生成及升高NO水平發揮內皮保護作用。不對稱二甲基精氨酸（asymmetric dimethylarginine，ADMA）是一種內源性NO合酶抑制劑，可以被二甲基精氨酸二甲胺水解酶（dimethylarginine dimethylaminohydrolase，DDAH）降解，DDAH在內皮損傷中扮演重要角色，PDE3/PDE4聯合抑制劑托拉芬群通過cAMP-PKA途徑可提高DDAH啟動子活性、蛋白表達以及酶活性，促進ADMA的失活來提高NO水平，同時促進內皮細胞生存和增殖，抑制ADMA誘導的內皮細胞凋亡[24]。

3 cAMP與血管平滑肌細胞

VSMCs可直接調節血管緊張度和血壓，保持血管的完整性，VSMCs的異常增殖和收縮會導致多種血管疾病：正常狀態下VSMCs是處于靜態的，在病理狀態下如動脈粥樣硬化或血管再狹窄，VSMCs向內膜遷移且增殖[25-27]。MAASS等[28]在對6個孟德爾型高血壓（hypertension and brachydactyly syndrome，HTNB）家族研究時發現，HTNB患者的VSMCs中PDE3基因產生變異，從而導致PDE3磷酸化增強，細胞內cAMP水平降低，導致VSMCs增殖能力增強。研究顯示，腎素-血管緊張素-醛固酮系統的激活參與了多種血管重構的進程，血管緊張素Ⅱ已被證實可誘導VSMCs的遷移、增殖和凋亡[29]。自發性高血壓大鼠內源性血管緊張素Ⅱ的升高可誘導Gi蛋白的表達，從而降低AC活性，促進VSMCs增殖；體外培養的VSMCs給予db-acAMP處理后可拮抗血管緊張素誘導Gi蛋白的高表達，抑制VSMCs增殖[30]。早期生長反應因子1（early growth response，Egr1）在VSMCs和血管內皮細胞中是細胞增殖必需的正向調節因子。KIMURA等[31]發現，使用Forskolin刺激細胞，使cAMP水平提高后通過PKA和Eapc的協同作用可使血管平滑肌細胞Egr1蛋白表達降低，但是內皮細胞中cAMP的上升卻促進了Egr1蛋白的表達，因此，cAMP途徑對VSMCs和血管內皮細胞增殖的調控作用并不相同[31]。

貝前列環素是一種血管保護因子，一般臨床上應用于肺動脈高壓及慢性動脈閉塞性疾病的治療。在支架植入的動物模型研究中，使用貝前列環素給藥后可抑制支架區域的原位血小板聚集和VSMCs增殖，抑制內膜增生，減輕支架植入后再狹窄[32]。將前列環素合酶基因轉染至兔球囊損傷頸動脈區域，可降低損傷后動脈內膜增生；同樣，用前列環素給藥也可降低損傷后頸動脈內膜增生[33]。貝前列環素可提高細胞內cAMP水平且通過cAMP-Eapc-Rap1抑制RhoA活性來調節細胞骨架重塑，進而抑制VSMCs的遷移和內膜增生[34]。細胞內cAMP水平的升高還可抑制血管纖維化，cAMP通過激活環核苷酸陽離子門控通道使細胞內鈣離子水平上升，進而促進溶酶體對Ⅰ型膠原的降解，降低VSMC胞內及分泌到胞外Ⅰ型膠原的含量，它不是通過PKA途徑而是Eapc途徑實現這一功能[35]。

4 cAMP信號通路和血小板抑制

在損傷因素作用下，如動脈粥樣硬化斑塊破裂、支架的直接異物刺激、球囊擴張及支架釋放產生的機械張力，血管內皮完整性受到破壞，這些均可激活凝血酶系統，導致血小板的黏附和聚集，形成血栓。因此，控制血小板的異常激活對預防病理性血栓形成有重要作用。健康血管中，血管內皮來源的前列環素（prostacyclin，PGI2）和NO可抑制病理性血栓形成，內皮來源的NO可提高sGC活性，使cGMP水平升高，從而抑制血小板過度激活。與NO不同，PGI2主要通過提高AC酶活性，激活cAMPPKA途徑來抑制血小板的激活[36]。在血管損傷位點，cAMP信號通路受到抑制[37]，活化的血小板產生二磷腺苷（adenosine diphosphate，ADP），ADP通過結合Gαi-coupled P2Y12來抑制AC活性，阻止cAMP的生成[38]。凝血酶和血小板反應蛋白-1也可激活PDE3A，降解細胞內的cAMP，進一步促進血小板活化，從而產生級聯放大效應[39-40]。多種生物因子如凝血酶、腎上腺素等均可激活血小板，血小板激活因子都需要通過G蛋白偶聯受體（G proteincoupled receptor，GPCRs）和G蛋白異源三聚偶聯途徑來激活血小板[41-42]。為應對細胞外各種信號，血小板擁有不同種類的GPCRs，血小板包含Gαs和Gαi，在調節cAMP方面和其他細胞相同；血小板抑制劑如前列環素、前列腺素E1、垂體腺苷酸環化酶活化肽（pituitary adenylate cyclase activating peptide，PACAP），通過Gαs激活AC，上調胞內cAMP水平；血小板激動劑如凝血酶、腎上腺素是通過Gαi來抑制AC，降低cAMP水平；血小板表達的Gαz蛋白也可以抑制AC活性及cAMP的生成[43]。

5 總結和展望

抑制血管重構在心腦血管疾病預防及治療（尤其是介入治療）中發揮重要作用，越來越多的證據表明cAMP信號通路具有心腦血管的保護作用，cAMP途徑通過促進內皮修復，抑制血管炎癥、內膜增生和血栓形成來減緩血管重構。此外，cAMP途徑的激活還可以減輕缺血性卒中再灌注損傷、心肌梗死后再灌注損傷、抑制心肌重構、促進神經元修復及生長、改善卒中后認知功能。

目前，可升高細胞內cAMP水平的藥物如PDEs抑制劑在臨床上已應用于哮喘、慢性阻塞性肺病、肺動脈高壓的預防和治療，而貝前列環素在肺動脈高壓、慢性閉塞性周圍血管疾病的臨床應用也基于激活cAMP通路。已有廣泛的動物實驗都支持cAMP通路可作為動脈粥樣硬化、支架置入術后或機械取栓后血管再狹窄預防和治療的靶點，但由于cAMP參與了多種生命活動的調節，所以，基于cAMP信號通路的精準和局部治療顯得尤為重要。

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