Apelin在 缺血性心脏病中的研究进展

Apelin在 缺血性心脏病中的研究进展

黄丽华，邓烈华

广东医科大学 广东 湛江 524000

摘要Apelin是G蛋白偶联受体APJ的内源性配体。最近研究已表明Apelin/APJ系统参与缺血性心脏病的病理生理过程，在缺血性心脏病的心脏保护中起重要作用。该文以Apelin为主线，阐述Apelin发挥其心脏保护作用的机制及Apelin衍生物的潜在治疗应用。

关键词Apelin，缺血性心脏病，缺血/再灌注，心肌梗死

前言

缺血性心脏病在世界范围内造成数百万人死亡，目前其仍然是发达国家发病率和死亡率居高不下的主要原因^[1]。在临床上，由缺血/再灌注（I/R）损伤引起的严重心肌损伤是缺血性心脏病患者的常见问题。有研究发现在致死性缺血后再灌注的早期和/或晚期阶段，若加入某些内源性肽对心脏具有保护作用，这些内源性肽包括生长素释放肽、脂联素、肾上腺髓质素、瘦素、胰岛素、神经肽Y、促红细胞生成素和胰高血糖素样肽-1^[2-4]。脂肪细胞因子是由脂肪细胞合成的肽激素，在控制代谢和疾病中起作用^[5]。Apelin是一种新的脂肪细胞因子^[6]，是血管紧张素样-1受体（APJ）的内源性配体，最近被证明对心肌缺血/再灌注损伤具有有益作用^[5]。

在这篇综述中主要阐述了Apelin发挥其心脏保护作用的机制及Apelin衍生物的潜在治疗应用。

简介—Apelin/APJ系统

Apelin是APJ的一种内源性配体，于1998年从牛胃组织中分离出来^[6]。在人类中Apelin位于Xq25-q26.1染色体上^[6]。Pro-Apelin由77个氨基酸残基组成^[7]，在被内肽酶家族切割成较短的具有生物活性的C末端片段，生成多种同工型^[8]。C端部分对于受体结合是必不可少的，而N端序列调节与受体的相互作用。这很重要，因为每个亚型超过12个氨基酸都可以不同的亲和力结合APJ^[9]。

血浆Apelin浓度的较大差异是由于分析程序的特异性低^[10]。最近质谱分析显示（Pyr）-Apelin-13是健康人血浆中的主要同工型，浓度范围为7.7–23.3pg/ml^[10]。Apelin在体内半衰期很短，在分钟范围内。Apelin在血浆中的不稳定性归因于其被内源性循环蛋白酶迅速降解^[10]，通常在给药后数分钟内从血中清除，使其与特定靶标的相互作用太短而无法观察到明显的体内作用。在各种同工型中，（Pyr）-Apelin-13最稳定，可能是因为其裂解受到位于N端的焦谷氨酸残基的保护^[10]。

APJ是1993年通过同源克隆首次鉴定的，又名为AGTRL1（血管紧张素Ⅱ1型受体相关受体），定位于11号染色体^[11]。APJ具有7个跨膜结构域的377个氨基酸的Gi蛋白偶联受体^[11]，其氨基酸序列在大鼠和人类中都非常保守^[8]。与它的配体不同，APJ不仅存在于人心肌细胞和内皮细胞中，而且还存在于血管平滑肌细胞（VSMC）中^[12]。有研究发现APJ缺乏症小鼠则表现出心血管发育缺陷^[13]。

自首次鉴定以来，Apelin/APJ途径在多种细胞、组织和器官中表达活跃^[6,7,14]。在心血管系统中，内皮细胞和平滑肌细胞大量表达Apelin和APJ受体^[15]。Apelin/APJ系统发挥重要的生理作用，如调节血压、心脏的收缩功能、免疫力、糖代谢、细胞增殖和血管生成。

最近研究已表明Apelin/APJ系统参与缺血性心脏病的病理生理过程，可诱导Apelin和APJ受体的表达，这在缺血性心脏病的保护中起重要作用。

1.Apelin在缺血性心脏病的有益作用和机制

1.1通过增加新生血管形成和血管生成生长因子的过表达来改善心肌功能

在许多疾病如心肌梗塞、动脉粥样硬化和糖尿病中，血管生成受到损害。了解血管生成的途径有助于我们找到新的疗法或改善已经建立的恢复血流的方法。研究表明，与远端心肌梗塞区相比，边界区的毛细血管密度明显降低^[16]。对于急性心肌梗死，促血管生成疗法已被证明在心脏修复中具有广阔的前景^[17]。Apelin是最近被证实可增强血管生成的一种肽，增加的血管生成和新血管形成是心肌再补充和修复心肌梗死后心肌缺血损伤的关键过程，这些事件最终改善心功能。

Apelin-13通过JRK-1/Notch3^[18]及PI3K/AKT^[19]信号通路的ERK依赖性激活来诱导血管平滑细胞增殖，还通过在MIRI中过度表达促血管生成因子VEGF来促进毛细血管密度^[20]。有证据表明，血管内皮生长因子（VEGF）、血管生成素1（Ang-1）等细胞因子和缺氧诱导因子1α（HIF-1α）等转录因子是血管生成分子^[21]。VEGF是血管生成的重要调节剂，可刺激内皮细胞的增殖、迁移、存活和蛋白水解活性^[1]。此外，血管生成素/Tie系统在血管形成中也起着重要作用。Ang-1与内皮中的Tie2受体结合并使其磷酸化，从而防止血浆从血管泄漏

^[21]。

曾有研究^[22]调查了在心肌梗死后Apelin-13对重要血管生成蛋白基因表达的治疗效果。VEGF是涉及血管生成的最重要的生长因子之一，因为它与VEGF受体（尤其是Kdr）结合后会引起内皮细胞迁移和增殖并抑制内皮细胞凋亡。血管生成素（Angs）家族的蛋白如Ang-1和Ang-2及其受体Tie1和Tie2也参与血管生成。Ang-1与Tie2受体结合并使其磷酸化^[21,23]。Ang-1是一种内皮细胞存活因子，通过PI3K/Akt途径来阻止细胞凋亡。Ang-1/Tie2信号调节血管平滑肌细胞、内皮细胞和周细胞成熟，对于非漏性血管的存活、维持、稳定和形成至关重要^[21]。研究表明用apelin-13治疗5天可改善心肌功能、增加毛细血管密度及增加VEGFA、VEGF受体2（Kdr）、Ang-1、Tie2和eNOS的mRNA表达来促进血管生成，并降低急性壁内MI诱发后的胶原蛋白沉积和心肌纤维化^[22]。

1.2通过抑制动力蛋白相关蛋白1保护心肌缺血性损伤

线粒体是心肌细胞中至关重要的细胞器，其经历融合和裂变的循环以维持其形态和功能，在调节细胞凋亡中起重要作用^[24-25]。众所周知，动力相关蛋白1（Drp1）介导的线粒体裂变在心肌梗死（MI）的缺血性损伤中起重要作用。缺血性心脏中线粒体裂变的增加有助于细胞凋亡的诱导和梗塞的产生，而抑制线粒体裂变可减少心肌梗死后的心肌损伤并改善心脏功能^[26]。动力相关蛋白1（Drp1）是一种细胞质蛋白，被募集到线粒体表面，通过与作为裂变蛋白1（Fis1）的结合伴侣相互作用而开始裂变^[27]。已有研究证明抑制Drp1可以减少动物缺血性损伤期间线粒体的分裂和梗死面积^[28]

WeiXu等人^[29]在雄性小鼠诱导MI模型研究中发现Apelin可通过抑制Drp1介导的线粒体裂变及其下游的凋亡信号传导来减少缺血性心脏病并改善心脏功能，这强烈表明，抑制Drp1将是一种新型的内源性抗凋亡机制，并且是前景广阔的心脏保护策略，通过该策略可以保护线粒体膜的完整性并抑制线粒体介导的细胞凋亡。这还需进行进一步的研究以解决Apelin与Drp1相互作用以及Drp1与线粒体死亡途径之间的联系的详细分子机制。

1.3Apelin可预防缺血性心脏病后引起的心律失常

QT间隔代表心室去极化和复极化。急性心肌梗死（MI）期间QT和QTc间隔的延长与致命性心律失常具有重要的临床相关性，尤其是在心动过速、室性心律失常的发展中。在MI中发现了静息膜电位（RMP）的QT间隔延长和去极化，增加了扭转尖端的风险，这被认为是心律失常的机制^[30]，因为内向整流钾电流（IK1）维持RMP并调节心肌细胞中动作电位持续时间（APD）的最终复极化阶段^[31]。在心肌梗死中，IK1电流减少，这可能会引起RMP的去极化，并随后延长三相再极化的APD，从而导致较长的QT间隔^[32]，所以内向整流钾电流（IK1）可能与缺血性心脏病的心律失常有关。

关于Apelin对电生理特性的影响，有报道认为Apelin通过增加Na+电流可显著改变心房电生理^[33]。Apelin是否在心室心肌细胞的IK1和APD中起功能性作用尚不清楚。

ZhongruiLi等人^[34]在MI的小鼠模型中研究了Apelin对单个孤立的心室心肌细胞的QT间隔和IK1的影响，结果表明，Apelin通过IP3K途径增强了IK1/Kir2.1（内向整流钾离子通道）电流来缩短APD，这可以预防及治疗急性缺血性介导的心律不齐，这也可能是导致QTc缩短和调节心脏电生理特性的离子通道机制。

除了维持RMP，IK1还参与了复极化的后期^[34]。因此增强IK1将有利于消除或减弱延迟去极化后（DADs）或早期去极化后（EADs），这是触发再入并随后引起心动过速室性心律失常的关键因素。通过激活IK1通道增强RMP可能代表了一种治疗致死性心律不齐并随后发生急性MI的策略。作为IK1的激动剂，Apelin是激活Kir2.1来保持超极化RMP和缩短APD的理想候选者，同时为抗心律失常理论带来了新的观点，并为急性缺血性心律不齐的治疗提供了有希望的目标。

Apelin在缺血性心脏病中的治疗潜力

大多数体内实验是在啮齿动物中进行的。Apelin大多以焦谷氨酸化形式[Pyr1]-Apelin-13静脉内或腹膜内途径使用，剂量范围从每千克纳摩尔浓度到微摩尔浓度不等。在再灌注开始时给予可显著减少梗塞面积并改善缺血后机械恢复。尽管Apelin的给药方案存在差异，但大多数研究在Apelin减少纤维化、增加心脏收缩力和毛细血管密度方面的能力是一致的。

天然Apelin肽在体内的治疗因其半衰期短（不超过5分钟）而受到阻碍，主要是由血管紧张素转换酶2（ACE2）的快速蛋白水解作用引起。为了克服该缺点，目前正在设计具有修饰的化学结构的Apelin类似物。迄今为止，已制备了几种合成的Apelin类似物。最早的尝试之一是衍生自Apelin-12的环状类似物。Wang及其同事合成了对蛋白水解裂解更具抵抗力的Apelin类似物II，并在缺血后离体应用于APLN

^-/y和APLN^+/y小鼠的受损心脏中，发现心功能恢复并增加Akt和Erk1/2磷酸化。Apelin类似物还刺激了内皮的萌发，延长了毛细管的形成，并增加了内皮祖细胞中Akt的磷酸化。同样，Apelin-12及其结构类似物通过增加抗氧化酶的活化并减少MIRI中的ROS形成来减轻氧化应激。另一方面，APLN^-/y小鼠中的Apelin缺乏与梗死心肌HIF-1α的核易位减少，与无法上调VEGF以及降低血管生成素2水平有关。另一种方法是开发在结合后以某些构象稳定APJ受体的类似物，这是与Apelin类似物结合相同的受体但激活不同的信号通路。例如，模仿Apelin-13构象的MM07被设计为比β-抑制蛋白优先刺激G蛋白途径，并避免β-抑制蛋白依赖性心肌肥大。据报道，该类似物可剂量依赖性地增加心输出量，但对血压或心率无影响。

3.结论

总之Apelin/APJ系统可成为缺血性心脏病的一种新的保护机制和有希望的治疗目标。此外，Apelin/APJ系统通过潜在抑制线粒体、促进血管生成等对缺血性心脏病产生保护作用；另一方面用Apelin及其类似物的支持疗法可能会给缺血性心脏病患者带来有益的影响。已有不少文章研究了Apelin在动物模型中的作用，并取得了可喜的结果^[44]。由于长期服用Apelin的初步好处可能无法反映出心脏数周或几个月后的状况，因此其安全性和长期作用仍需要更充分的表征和更好的定义。除了对Apelin治疗的体内研究外，其信号传导途径在Apelin研究中同样重要。还需更进一步的实验和临床研究来确定针对缺血性心脏病中Apelin的治疗策略潜力。

参考文献

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作者简介：黄丽华（1990-），女，广东河源，汉族，硕士，研究方向：急诊医学