5-羥色胺受體在心肌缺血再灌注損傷中作用的研究進(jìn)展

劉 倩，黃勇祥，鄭昌博

（昆明醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院暨云南省天然藥物藥理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500）

近年來，心血管疾病的患病人數(shù)不斷上升，占據(jù)全球死亡人數(shù)的首位［1］。世界衛(wèi)生組織公布的數(shù)據(jù)顯示，缺血性心臟?。╥schemic heart disease，IHD）是世界范圍內(nèi)導(dǎo)致死亡和殘疾的主要疾病，2019年IHD患病人數(shù)達(dá)到1.97億，死亡人數(shù)高達(dá)914萬，占世界總死亡人數(shù)的16%［2］。經(jīng)皮冠狀動脈介入治療（percutaneous coronary intervention，PCI）以及冠狀動脈旁路移植術(shù)（coronary artery bypass graft，CABG）是目前治療急性心肌梗死的2種主要手術(shù)治療方式，均能有效恢復(fù)缺血心肌組織的供血功能，減少心肌細(xì)胞凋亡，明顯降低心肌梗死患者的死亡率［3-4］。然而，采用上述2種手術(shù)方式治療時又會引起機(jī)體一系列的病理反應(yīng)，如過氧化反應(yīng)、炎癥、細(xì)胞內(nèi)鈣超載和酸中毒等，最終造成不可逆的細(xì)胞凋亡和壞死。這種在心臟中由缺血后再灌注造成的損傷，稱為心肌缺血再灌注損傷（myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI）。有研究表明，MIRI會導(dǎo)致多種心臟疾病的形成，包括心肌梗死、心律失常、心肌肥厚和心力衰竭等［5］。為減輕和改善MIRI，需不斷探索新的治療策略。

1 心肌缺血再灌注損傷機(jī)制概述

MIRI主要由缺血和再灌注2個過程所誘導(dǎo)（圖1）。心肌缺血時，心臟冠狀動脈急性阻塞，導(dǎo)致前室壁心梗，細(xì)胞代謝阻滯，ATP產(chǎn)生不足，無氧呼吸導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)乳酸過多以及細(xì)胞酸中毒［6］；同時，肌膜缺損和肌漿網(wǎng)功能障礙，肌漿網(wǎng)中的蘭尼堿受體2（ryanodine receptor 2，RyR2）、肌漿/內(nèi)質(zhì)網(wǎng) Ca2+-ATP酶（sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase，SERCA）和受磷蛋白（phospholamban，PLB）不能有效攝取Ca2+到肌漿網(wǎng)中，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載，進(jìn)一步引起線粒體功能紊亂［7-8］。相比于缺血時機(jī)體供能直接阻斷所誘導(dǎo)的損傷，缺血后再灌注帶來的不可逆損傷更為嚴(yán)重。心肌缺血后再灌注時，梗死區(qū)域血管通透性發(fā)生改變，中性粒細(xì)胞被激活并發(fā)生遷移，促使髓過氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）、過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）和活性氧（reactive oxygen species，ROS）大量形成［9］。它們的積累會引起一系列氧化反應(yīng)，損傷心肌細(xì)胞膜和內(nèi)皮細(xì)胞膜，造成膜結(jié)合酶系統(tǒng)的功能障礙［10-11］，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)［12］；同時，復(fù)灌時細(xì)胞外pH值發(fā)生變化，細(xì)胞內(nèi)外的pH值形成明顯梯度差異，Na+/H+交換蛋白被激活，促使大量Na+在細(xì)胞內(nèi)積累，進(jìn)一步激活Na+/Ca2+交換電流。為維持細(xì)胞內(nèi)外Na+平衡，Na+/Ca2+交換電流轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蜻\(yùn)輸模式介導(dǎo)Ca2+超載過程，造成心肌收縮功能障礙和心肌細(xì)胞過度攣縮，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和壞死［6，13］。線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔（mitochondrial permeablity transition pore，mPTP）是一種多蛋白復(fù)合物，是參與細(xì)胞死亡途徑的關(guān)鍵蛋白［14］。心肌缺血再灌注導(dǎo)致心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載，進(jìn)一步激活mPTP［15］。mPTP激活后線粒體的通透性發(fā)生改變，線粒體膜電位下降，導(dǎo)致線粒體外膜發(fā)生破裂，細(xì)胞內(nèi)離子和代謝穩(wěn)態(tài)中斷，最終造成心肌細(xì)胞壞死［14］。

圖1 心肌缺血再灌注損傷的主要病理過程.MPO：髓過氧化物酶；ROS：活性氧；mPTP：線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔.

目前，改善MIRI的主要研究方向集中于保護(hù)心肌細(xì)胞線粒體功能、減少細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載等。但關(guān)于減少中性粒細(xì)胞在體內(nèi)聚集、浸潤，抑制MPO和H2O2在心肌缺血再灌注中釋放的研究還相對較少，尤其是對MPO和H2O2上游靶點(diǎn)的研究報道更為鮮見。有研究顯示，發(fā)生MIRI后，血小板衍生的5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）會增加膜結(jié)合的白細(xì)胞黏附分子CD11b的表達(dá)，同時誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞脫粒，隨后中性粒細(xì)胞在急性炎癥和組織損傷部位聚集，刺激細(xì)胞外組織環(huán)境中MPO和H2O2的積累，導(dǎo)致心肌梗死增加［9］。近年來，同時患有抑郁癥和心血管疾病的患者較非抑郁癥心血管疾病患者的死亡風(fēng)險更高［16-17］，而5-HT作為診斷重度抑郁癥的重要指標(biāo)，說明5-HT與MIRI間可能存在密切關(guān)聯(lián)。因此，將5-HT受體作為改善MIRI的潛在靶點(diǎn)進(jìn)行研究，可能為治療心肌損傷拓寬新思路。

2 5-HT向心血管系統(tǒng)釋放及轉(zhuǎn)運(yùn)的機(jī)制

5-HT是由色氨酸衍生的吲哚衍生物，在腦、胃和肺等組織中均有表達(dá)，其中在大腦皮質(zhì)和神經(jīng)突觸中含量較高。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，5-HT作為一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，參與痛覺感受、睡眠狀態(tài)和體溫變化等生理功能的調(diào)節(jié)［18］。在外周神經(jīng)系統(tǒng)中，5-HT主要作為胃腸道的神經(jīng)遞質(zhì)和局部激素。外周系統(tǒng)中90%5-HT是由腸黏膜的腸嗜鉻蛋白細(xì)胞產(chǎn)生，并被儲存在血小板中［19］，血小板具有儲存和釋放5-HT的能力，可調(diào)節(jié)外周5-HT水平。正常狀態(tài)下，5-HT經(jīng)血液循環(huán)運(yùn)達(dá)全身，維持機(jī)體平衡［13］。5-HT在機(jī)體發(fā)揮作用后，一部分被囊泡單胺轉(zhuǎn)運(yùn)體轉(zhuǎn)運(yùn)至囊泡中，經(jīng)單胺氧化酶（monoamineoxidase，MAO）分解代謝為5-羥吲哚乙酸（5-hydroxyindole acetic acid，5-HIAA）隨尿液排出體外［20］；另一部分被5-HT轉(zhuǎn)運(yùn)體重攝取進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，再次參與機(jī)體調(diào)控［20］。5-HT在心臟中與心血管重構(gòu)密切相關(guān)［21］，參與心臟發(fā)育和穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)。一旦受到外界刺激，血小板破損釋放出大量5-HT，刺激中性粒細(xì)胞在急性炎癥和組織損傷部位的募集，并誘導(dǎo)MPO和H2O2的產(chǎn)生，加重對心臟的損害［9］。

最近研究表明，5-HT與MIRI密切相關(guān)。心肌缺血期間，5-HT在心肌間質(zhì)中大量積累，并通過受體依賴性途徑對心肌細(xì)胞產(chǎn)生影響。5-HT受體與維持心臟的平衡穩(wěn)態(tài)有關(guān)，但關(guān)于調(diào)節(jié)5-HT改善MIRI的機(jī)制尚未闡明。

3 5-HT受體與心肌缺血再灌注損傷

心肌缺血時，血小板破損釋放出5-HT，心肌間質(zhì)內(nèi)5-HT大量積累，5-HT通過受體依賴性和MAO依賴性途徑對心肌細(xì)胞產(chǎn)生有害影響［22］。主要觀點(diǎn)認(rèn)為，心肌間質(zhì)5-HT濃度升高，通過5-HT受體依賴性的冠狀動脈血管收縮直接誘導(dǎo)心肌細(xì)胞損傷，并激活傳入心臟交感神經(jīng)［22-23］。

5-HT可與心臟中不同5-HT受體結(jié)合發(fā)揮不同的調(diào)控作用。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)5-HT受體可分為14個亞型：5-HT1（A，B，D，E，F(xiàn)），5-HT2（A，B，C），5-HT3，5-HT4，5-HT5（A，B），5-HT6和5-HT7。其中5-HT1E，5-HT1F，5-HT5A，5-HT5B和5-HT6受體在哺乳動物心臟中的功能和機(jī)制尚未有深入研究［24］，因此本文重點(diǎn)介紹 5-HT1A，5-HT1B，5-HT1D，5-HT2A，5-HT2B，5-HT2C，5-HT3，5-HT4和5-HT7等受體可直接或間接影響MIRI的生理功能。

3.1 5-HT1A受體

5-HT1A受體在心臟中最顯著的作用是加重氧化應(yīng)激誘發(fā)的心血管反應(yīng)，抑制5-HT1A受體，可減少應(yīng)激伴隨的心動過速和交感神經(jīng)興奮。有研究表明，5-HT1A受體拮抗劑吡啶洛爾（pyrapyridolol）改善MIRI，是通過拮抗5-HT1A受體活性抑制mPTP開放，恢復(fù)細(xì)胞代謝穩(wěn)態(tài)，減少血栓形成，改善缺血后心肌功能障礙，降低細(xì)胞凋亡［25］。

最近研究報道，發(fā)生缺血性卒中時，抑制5-HT1A受體可激活cAMP/蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）通路抑制神經(jīng)元凋亡，恢復(fù)腦神經(jīng)功能［26］。cAMP/PKA信號通路被激活后可抑制NF-κB易位，減少炎癥發(fā)生［27］。目前，5-HT1A受體是否通過調(diào)控cAMP/PKA信號通路參與調(diào)控MIRI過程尚不清楚。

3.2 5-HT1B/1D受體

以往研究表明，5-HT1B受體和5-HT1D受體具有抗炎和神經(jīng)保護(hù)作用［28］，但在心血管方向的研究一直未明確闡述。近期Sheibani等［29］發(fā)現(xiàn)，心肌發(fā)生缺血再灌注時，5-HT1B/1D受體介導(dǎo)一氧化氮（nitric oxide，NO）在心臟中的產(chǎn)生，影響左心室收縮壓和射血分?jǐn)?shù)。舒馬曲坦（sumatripta）作為5-HT1B/1D受體激動劑，可通過激活5-HT1B/1D受體活性，增加與5-HT的結(jié)合，有效降低5-HT在心臟中的積累。激活5-HT1B/1D受體后，可拮抗由心肌缺血再灌注誘導(dǎo)的NF-κB通道激活，從而降低NO和腫瘤壞死因子α的產(chǎn)生，進(jìn)一步緩解心肌缺血再灌注導(dǎo)致的左心室收縮功能障礙，減輕心肌損傷。此外，5-HT1B/1D受體不僅參與MIRI，還參與腸缺血再灌注以及睪丸缺血再灌注中炎癥調(diào)節(jié)和氧化應(yīng)激等反應(yīng)［10，30］。

3.3 5-HT2A受體

5-HT2A受體在心臟中主要介導(dǎo)冠狀動脈收縮，同時5-HT2A受體可引發(fā)血小板聚集，誘導(dǎo)心臟血管中血栓的形成，從而引發(fā)心肌缺血和冠心病［23，31］。5-HT2A受體拮抗劑沙格雷酯（sarpogrelate）可改善MIRI。在缺血再灌注期間，抑制5-HT2A受體可升高抗細(xì)胞凋亡Bcl-2蛋白表達(dá)水平，降低胱天蛋白酶3蛋白表達(dá)［32］，還可減少ROS和Ca2+在心肌細(xì)胞內(nèi)的累積［33］。除減輕心肌細(xì)胞凋亡外，抑制5-HT2A受體還可改善缺血后心肌功能障礙，包括恢復(fù)心肌收縮壓和舒張壓，增加冠狀動脈血流量、減少NO產(chǎn)生［33］。

眾所周知，電壓門控K+通道在調(diào)節(jié)膜電位和心血管系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。K+通道中的ATP敏感性K+通道（KATP）在MIRI中的作用被廣泛研究，KATP敏感性下降會導(dǎo)致缺氧時心肌細(xì)胞更容易發(fā)生Ca2+超載、纖維化和組織壞死［34］。有研究發(fā)現(xiàn)，使用N-甲基-D-天冬氨酸受體阻斷劑后，可阻斷Kv1.5通道的電流，使得5-HT2A受體以膜電位（Em）依賴性方式被激活，誘導(dǎo)疾病的發(fā)生［35］。然而5-HT2A受體是否在MIRI中也受到Kv1.5通道的調(diào)控，還需進(jìn)行更加深入的研究。

3.4 5-HT2B受體

5-HT2B受體在多種心肺疾病中存在不利影響，并可能介導(dǎo)心肌梗死后瘢痕形成及心臟重構(gòu)［36］。5-HT2B受體抑制劑SB204741通過激活腫瘤抑癌基因Dnajb4的表達(dá)，有效改善心肌梗死后心肌纖維化，減少由膠原蛋白形成的心瘢痕組織［36］。

5-HT2B受體參與改善MIRI可能與體內(nèi)激素相關(guān)。Song等［37］發(fā)現(xiàn)，β2腎上腺素受體激動劑可促進(jìn)5-HT2B受體與β2腎上腺素受體結(jié)合成異源二聚化體，并通過激活Gi蛋白-磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B信號通路發(fā)揮保護(hù)心肌的作用［37］。此外，Dhaibar等［38］發(fā)現(xiàn)，5-HT2B受體是雌激素受體α的潛在靶點(diǎn)，其通過與5-HT2B受體結(jié)合后可發(fā)揮對心肌的保護(hù)作用。而糖皮質(zhì)激素受體可抑制雌激素受體α與5-HT2B受體的結(jié)合，導(dǎo)致心肌細(xì)胞中5-HT2B受體積累，加重 MIRI［38］。提示體內(nèi)激素可能通過與5-HT2B受體相結(jié)合，降低5-HT2B受體在細(xì)胞中的累積，減少5-HT2B受體在心臟中的有害作用，從而改善MIRI。

3.5 5-HT2C受體

5-HT2C受體在心肌組織中的作用還未被闡明，其在MIRI中具體作用機(jī)制亦無準(zhǔn)確報道。但Jia等［39］首次發(fā)現(xiàn)，阿戈美拉?。╝gomelatine）可以有效減輕心肌缺血損傷，改善再灌注后心功能障礙，其主要機(jī)制是通過抑制mPTP的打開，從而降低心肌細(xì)胞凋亡率，改善心肌功能，減輕缺血再灌注誘導(dǎo)的心肌病理變化。阿戈美拉汀可激活褪黑素受體，還可抑制5-HT2C受體。阿戈美拉汀是通過調(diào)控褪黑素受體還是通過調(diào)控5-HT2C受體以改善MIRI尚無明確結(jié)論。因此，5-HT2C受體能否改善MIRI還需進(jìn)一步研究。

3.6 5-HT3受體

心肌缺血再灌注可引起心臟自主神經(jīng)失衡，交感神經(jīng)張力過度激活，導(dǎo)致血壓、心率和心肌收縮功能的增加［40］。使用高選擇性的5-HT3受體抑制劑托烷司瓊（tropisetron），可減弱心臟傳入神經(jīng)組反應(yīng)，減少缺血再灌注誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)及心肌損傷［41］。

5-HT3受體調(diào)控心肌缺血再灌注過程可能和離子通道相互關(guān)聯(lián)，電壓門控鈉離子通道（voltage gated sodium channel，VGSC）亞型 Nav1.5和瞬時受體電位香草酸亞型1（transient receptor potential vanilloid-1，TRPV1）通道［43］都是參與調(diào)節(jié)心肌缺血再灌注的重要離子通道。5-HT3受體抑制劑托烷司瓊可明顯抑制Nav1.5通道的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)［44］，Na+通道阻滯劑和 5-HT3受體拮抗劑聯(lián)合應(yīng)用可能會引起心律失常。此外，心肌發(fā)生缺血時TRPV1和5-HT3受體激活可引起B(yǎng)ezold-Jarisch反射，即嚴(yán)重心動過緩、低血壓和外周血管舒張。使用TRPV1抑制劑辣椒平（capsazepine），可明顯消除這種反應(yīng)，但是辣椒平會增加心肌梗死面積。高度選擇性5-HT3受體抑制劑昂丹司瓊（ondansetron），可以明顯改善缺血導(dǎo)致的心動過緩，且不影響心肌梗死面積，但可能會造成血壓急劇下降，導(dǎo)致缺血后存活時間的縮短。大麻素1型受體抑制劑利莫那班（rimonabant）可同時抑制TRPV1和5-HT3受體的激活，且不會對心肌梗死面積產(chǎn)生影響。因此，利莫那班被建議作為一種治療心血管疾病的新藥物［45］。對于5-HT3受體改善MIRI是否是通過離子通道介導(dǎo)還需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

3.7 5-HT4受體

研究表明，5-HT4受體在人類心臟中誘導(dǎo)正性肌力作用（positive inotropic effects）和正性變時效應(yīng)（positive chronotropic effects）［46］，加快心肌的收縮，引起心率增加。5-HT與5-HT4受體結(jié)合后，在心臟中可促進(jìn)cAMP產(chǎn)生，cAMP進(jìn)一步激活PKA［46］。PKA可增加L-型鈣通道和PLB的磷酸化，L-型鈣通道磷酸化后使得細(xì)胞膜上的鈣離子通道開放，Ca2+通過RyR2釋放到細(xì)胞質(zhì)中，促使Ca2+內(nèi)流，進(jìn)而導(dǎo)致心肌收縮；而PLB磷酸化可刺激SERCA攝取Ca2+到肌漿網(wǎng)中，減少細(xì)胞內(nèi)Ca2+的積累，調(diào)控心肌舒張，參與心臟生理功能調(diào)節(jié)［47］。這些都表明了5-HT4受體在參與心臟保護(hù)功能方面具有臨床潛力，推測5-HT4受體亦能調(diào)控MIRI，然而目前未見相關(guān)研究報道。

3.8 5-HT7受體

5-HT7受體在人和大鼠心血管疾病中可誘導(dǎo)炎癥，造成潛在的慢性內(nèi)皮功能障礙，引發(fā)動脈粥樣硬化［48］。心臟缺血再灌注后，心臟組織中5-HT7mRNA表達(dá)增加［48］，MPO和CD11b表達(dá)上升，中性粒細(xì)胞表面的血小板中性粒細(xì)胞復(fù)合物（platelet neutrophil complex，PNC）表達(dá)增加。使用5-HT7受體抑制劑SB269970可明顯降低缺血再灌注導(dǎo)致的中性粒細(xì)胞脫粒，減少PNC產(chǎn)生，降低MPO和CD11b表達(dá)，減少心肌梗死區(qū)炎癥［49］，明確了通過抑制5-HT7受體可減少中性粒細(xì)胞的脫粒，改善MIRI。

4 結(jié)語

綜上，5-HT與MIRI之間的關(guān)系由于不同受體的介導(dǎo)而變得復(fù)雜多樣。了解清楚5-HT與MIRI之間的聯(lián)系，可為改善MIRI提供充實(shí)的理論依據(jù)。

目前的研究結(jié)果已充分表明，5-HT與不同受體結(jié)合后，在MIRI中發(fā)揮不同的調(diào)節(jié)作用，表明5-HT在心臟發(fā)展中的重要性。然而部分受體在MIRI中調(diào)控作用仍然存在大量未知，如5-HT2A和5-HT3受體在MIRI中治療機(jī)制依舊未被研究透徹、5-HT2B與體內(nèi)激素結(jié)合改善MIRI的具體途徑還未明確、5-HT2A受體和5-HT3受體與離子通道之間的相互作用也值得深入研究以及5-HT4受體在保護(hù)心臟方面已得到證實(shí)，但在MIRI中的研究還未見文獻(xiàn)報道。因此，需進(jìn)行不斷的研究，了解和掌握5-HT受體與MIRI之間的關(guān)系。

5-HT受體抑制劑和激動劑開發(fā)和利用，將為改善與治療MIRI提供新的研究方向。同時，關(guān)于5-HT和MIRI之間的探討和研究應(yīng)為多方面和多層次，通過調(diào)節(jié)5-HT與不同受體結(jié)合發(fā)揮作用來治療MIRI的潛在機(jī)制也需進(jìn)一步挖掘。

致謝：感謝中國科學(xué)院昆明動物研究所鄭永唐研究員對本文的審閱和修改！

表1 已知5-羥色胺（5-HT）受體在心肌缺血再灌注損傷的作用機(jī)制