Apelin/APJ系統與心血管、應激反應的研究進展

馬瑞英，范俊柏，崔海英，溫苗苗

Apelin作為機體一種特異性生理調節肽，是孤兒G蛋白偶聯受體血管緊張素Ⅱ1型(AT1)受體相關蛋白APJ的內源性配體[1]。研究證明，Apelin/APJ系統廣泛分布于動物及人體的心血管以及神經內分泌等系統，參與炎癥反應、氧化應激、調節激素分泌、維持血管張力和調節心肌收縮力等病理生理過程[2]。研究還發現Apelin/APJ系統和腎素-血管緊張素系統(RAS)相互拮抗，共同參與應激反應的調節。本研究圍繞Apelin/APJ系統在心血管系統中的作用及其對應激的影響進行綜述。

1 Apelin

1.1 Apelin/APJ系統的概述 1993年，O′Dowd等[3]在人類基因組中首次識別出一種新的G蛋白偶聯受體，命名為APJ，其結構類似于AT1受體，但并不與血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)結合。1998年，Tatemoto等[4]運用反向藥理法從牛胃里提取到了能與APJ結合的一種血管活性多肽，即Apelin。除Apelin外，近年來Elabela/Toddler也被證實是APJ的另一種內源性配體，其通過G蛋白偶聯的Apelin受體發揮作用，是人Apelin受體的內源性激動劑，具有與Apelin相當的心血管功能[5]。在信號轉導過程中，Apelin通過APJ激活的信號通路在細胞內起作用。作為G蛋白偶聯受體家族成員，主要通過偶聯G蛋白的下游信號通路參與調控[6]。Apelin/APJ系統自發現以來就引起了全世界學者的廣泛關注。

1.2 Apelin/APJ系統與血壓 2000年，Lee等[7]發現在雄性大鼠體內靜脈注射合成的Apelin肽可立即降低收縮壓和舒張壓，并能持續數分鐘，第一次證實了Apelin的降壓作用。2004年，Ishida等[8]研究結果表明應用Apelin可瞬時降低野生型小鼠和自發性高血壓大鼠(SHR)的血壓，而在APJ受體缺陷小鼠中并未觀察到這種反應。另外，僅AT1受體缺乏大鼠基礎血壓明顯低于APJ受體、AT1受體同時缺乏的大鼠，表明APJ具有降低血壓的作用，并可對AngⅡ的增壓作用進行反調節。2007年，Jia等[9]觀察了Apelin對離體培養大鼠主動脈L-精氨酸(L-Arg)/一氧化氮(NO)通路的體外影響，發現與無Apelin處理相比，不同濃度Apelin處理組的NO產物不同程度地增加，同時Ca2+依賴組一氧化氮合酶(NOS)活性也明顯升高，然而，Ca2+獨立組NOS活性沒有明顯改變。同時經Apelin處理后的離體孵育的大鼠主動脈組織中L-Arg攝取率及其陽離子氨基酸轉運體CAT-1和CAT-2B mRNA水平也相應升高。結果表明Apelin直接激活了血管L-Arg/NOS/NO通路，這可能是Apelin調控血管功能的重要機制之一。

1.3 Apelin/APJ系統與心力衰竭 APJ及Apelin在心臟中有高水平的mRNA表達，近年來，學者們認為Apelin是已知的最有效的心肌收縮刺激劑之一。Szokodi發現在離體灌流的大鼠心臟上，灌流Apelin可引起劑量依賴性的正性肌力效應，并伴有預負荷誘導的左心室壓力最大上升速率增加，此研究首次為Apelin在心臟中的生理意義提供了證據[10]。2010年，Japp等[11]首次提供了Apelin對人類具有血管活性作用的證據，分別給予18例紐約心臟協會心功能Ⅱ級或Ⅲ級慢性心力衰竭病人和26名健康對照者Apelin-13、乙酰膽堿和硝普鈉進行對比研究發現，輸注Apelin-13可增加病人和健康對照者的心臟指數，降低平均動脈壓和外周血管阻力，但不會增加病人的心率。Perjes等[12]認為，在離體灌流的大鼠心臟上，Apelin通過激活蛋白激酶C(PKC)和細胞外信號調節激酶1/2(ERK1/2)來增加心肌的收縮性。Apelin可誘導心肌細胞內的PKC一過性增加，并使ERK1/2的磷酸化程度持續增加，抑制ERK1/2的活性可使Apelin對心肌的收縮性降低。藥物抑制PKC可以減弱Apelin的正性肌力作用，但ERK1/2磷酸化并不受影響。說明適度激活PKC和ERK1/2信號通路可以對Apelin產生影響進而改善心肌收縮力。Sato等[13]研究發現血管緊張素轉化酶(ACE)/ACE2在AngⅡ基因敲除小鼠心肌中的表達增加，Apelin基因敲除小鼠的心肌纖維化程度明顯增強，而Apelin基因敲除小鼠心肌組織中ACE/ACE2表達比值明顯升高。說明Apelin可以抑制AngⅡ引起的心功能障礙和病理重塑。

1.4 Apelin/APJ系統與心肌肥厚 目前已知Apelin是心肌收縮力最有效的內源性刺激因子之一，也有報道認為Apelin/APJ系統與心肌肥厚的發生發展密切相關，可以減輕心肌肥厚。陳柏榮等[14]對比了自發性高血壓大鼠和正常血壓(WKY)大鼠心肌組織Apelin-13、APJ的表達情況，觀察到自發性高血壓大鼠Apelin-13、APJ蛋白表達較WKY大鼠明顯降低，而其收縮壓、左心室舒張期末壓及室間隔厚度明顯升高，蘇木素-伊紅(HE)染色提示自發性高血壓大鼠心肌細胞肥大明顯、排列紊亂。表明Apelin-13表達下降被認為與心肌肥厚密切相關，并可能直接或間接地導致心肌肥厚。Foussal等[15]研究發現Apelin以劑量依賴的方式抑制5-羥色胺(5-HT)和過氧化氫誘導的心肌細胞肥大反應和氧化應激，此過程中伴隨著過氧化氫酶mRNA表達和活性的增加。持續給予Apelin治療可減輕壓力超負荷所致的小鼠左心室肥厚，可能與心肌過氧化氫酶活性的提高和血漿脂質過氧化氫降低有關。Scimia等[16]認為APJ作為一種G蛋白偶聯受體同時也是一種力學傳感器，是機械牽拉和內源性多肽Apelin的雙重受體，通過感知刺激將持續超負荷病理反應與心肌細胞肥大聯系起來。

2 應激反應、RAS系統與Apelin/APJ系統

2.1 應激反應的概述 應激反應是指當機體受到外部環境的刺激(如失血、創傷、缺氧、手術和麻醉)時，會導致神經內分泌系統、心血管系統和免疫系統等發生一系列改變的非特異性防御反應，其本質上是機體的一種自我保護機制[17]。適當強度的應激反應對機體是有利的，但當應激反應過于強烈、時間過長時，會導致機體內環境紊亂，從而造成疾病發生發展甚至威脅生命[18]。應激與心腦血管疾病、自身免疫性疾病、消化道潰瘍等疾病密切相關，甚至有學者認為人類疾病的75%～90%都與應激反應的過度激活有關[19]。

2.2 應激反應與RAS系統 應激系統主要是藍斑-交感神經-腎上腺髓質軸(SAM)、下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸(HPA)和自主神經系統組成。應激時首先興奮SAM和HPA，同時伴有多種神經遞質、激素及炎性因子的改變，進而引起機體各器官功能出現異常。研究表明，促腎上腺皮質激素釋放激素和血管加壓素是應激時的關鍵調節因子，使血中兒茶酚胺和糖皮質激素分泌增加，此時存在于腎上腺皮質和髓質的RAS系統被激活，在這個過程中，腎素催化血管緊張素(Ang)轉化為血管緊張素Ⅰ(AngⅠ)，后者在ACE的作用下水解為AngⅡ，由于RAS系統的亢進使Ang mRNA的表達及AngⅡ水平明顯升高，此時反作用于腎上腺，刺激其活動進一步增強[20]。作為RAS系統的關鍵酶，ACE不僅可以將AngⅠ轉化為AngⅡ，還可以滅活有擴血管效應的緩激肽。2000年，Donoghue等報道了ACE的同源物ACE2，其是從人類心力衰竭心室cDNA文庫中被鑒定出來的，與ACE一樣，也是一種膜金屬蛋白酶，但不同的是，底物AngⅠ相同時，ACE2并不能像ACE一樣使AngⅠ轉化為AngⅡ，僅可將AngⅠ水解為Ang1-9，后者再被ACE轉化為具有擴血管效應的Ang1-7，或者ACE2也可直接將AngⅡ降解為Ang1-7，并且不被ACE抑制劑阻斷[21]。ACE2將AngⅡ代謝成有益肽Ang1-7，是RAS負性調節的主要機制，這一重要的生化和生理特性正被用作治療心力衰竭[22]。

2.3 應激反應與Apelin/APJ系統 近年來，大量研究表明，ACE2不僅在RAS系統中起關鍵作用，還可以催化其他肽類降解，如Apelin是目前已知降解Apelin的唯一酶類。目前已經證實Apelin/APJ系統與RAS系統交互調節、彼此拮抗。Apelin缺乏時，ACE2表達下調，引起心血管損傷及重構，Apelin治療后ACE2水平升高，同時可改善受損的心血管結構和功能[23]。Apelin與AngⅡ都是ACE2的催化底物，并且研究發現二者的序列具有一定的同源性，APJ和AT1受體在多種心血管系統中都有表達，Apelin可激動APJ和AT1受體生成異質二聚體，由此使AngⅡ不能與AT1受體結合。但AngⅡ/AT1受體信號并不會對Apelin/APJ軸造成影響。另外，Apelin/APJ系統興奮后可以上調ACE2的表達，同時使其活性增強，敲除小鼠體內Apelin基因時發現ACE2表達明顯降低，說明Apelin/APJ與RAS系統存在交互作用[24]。研究發現ACE2/Apelin信號可通過觸發細胞自噬使AngⅡ誘導心血管纖維化重構功能紊亂得到抑制。自噬增強一方面可減少血管外膜成纖維細胞中炎性因子白細胞介素-1(IL-1)、白細胞介素-6(IL-6)等含量，另一方面也可降低氧自由基生成，同時抑制血管平滑肌細胞凋亡[25]。此外，Apelin/APJ系統廣泛表達于中樞神經系統，包括室旁核、視上核等，作用于下丘腦-垂體-腎上腺系統，影響促皮質激素釋放激素和精氨酸加壓素的釋放，從而參與應激反應。

3 結 語

在心臟方面，Apelin具有正性肌力作用可以保護缺血心肌細胞；在血管方面，Apelin可以調節血管張力、促進血管平滑肌細胞增殖以及參與肺血管重構等；另外，Apelin還可以充當循環激素參與能量代謝、免疫炎癥及應激反應等?；贏pelin在這些系統中的作用，本研究推測APJ受體激動劑或拮抗劑可作為這些疾病新的藥物靶點，需要更多的研究通過不同方向和角度探討Apelin/APJ系統與心血管疾病與應激反應的關系，進一步探索疾病潛在的治療靶點是當下研究的主要任務。