ANP的心臟保護作用研究

玄春花，李彥生，關立克

(1.延邊大學附屬醫院 心血管內科，吉林 延吉133002；2.延邊大學團委)

近年來，ANP(atrial natriuretic peptide,ANP)對心血管疾病的作用研究備受關注。在較早的研究中發現，ANP的分泌與諸多缺血缺氧相關性疾病例如高血壓(hypertension)、急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)、充血性心力衰竭等密切相關。起初研究指出[1]，ANP抵制心力衰竭作用只是通過強烈的利鈉利尿作用來實現。而隨后的深入研究發現，ANP在此類疾病發生和發展過程中發揮抑制心肌肥厚和抗纖維化、抵制氧化應激反應、保護缺血/再灌注損傷等重要的生物學作用。

1 ANP 對心臟肥大的抑制作用

高血壓、冠心病、先心病等疾病誘發心肌肥大，急性心肌梗死后誘發左心室擴張的病理生理學機制包括早期的梗死區伸張和纖維化以及未梗死心肌細胞的代償性肥大，心肌肥大容易繼發心臟功能衰竭等嚴重的心臟疾病。最早的研究提出，利用心臟標本或在心力衰竭患者中未能發現ANP對心臟的直接作用[2]，同時提出ANP受體只存在于心內膜，而不是心肌細胞[3]。隨后的研究發現，ANP存在于心肌細胞并且調節其生理作用。成功鑒定出肽類激素受體NPR-A，NPR-B和NPR-C之后，越來越多的證據顯示ANP對心肌肥厚具有調節作用。缺乏ANP結合型受體NPR-A的小鼠，容易發生心臟肥大[4]，并表明內生的ANP/NPR-A系統可以抑制心肌細胞生長。NPR-A基因敲除小鼠與野生型小鼠相比，缺少NPR-A基因小鼠的心肌細胞遠大與野生型大鼠[5]。ANP與A型鈉尿肽受體(NPR-A)結合后激活G蛋白與其耦聯的鳥苷酸環化酶(GC)，促進細胞內環磷酸鳥苷(cGMP)的生成來實現它的生物學作用。在成纖維細胞中，ANP可以提高細胞內cGMP的水平，同時抑制血管緊張素II(angiotensin II)、內皮素-1、酸性成纖維細胞生長因子(acidic fibroblast growth factor)、基本的成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor)的DNA合成，提示ANP可以通過調節成纖維細胞的生長來抵抗纖維化和抑制心肌肥大[6]。利用去甲腎上腺素(Norepinephrine)誘導心肌肥大后發現，ANP、NO和8-br-cGMP可以減少去甲腎上腺素和鈣離子通道抑制劑BAY K8644誘導的蛋白質合成，從而指出ANP和NO可以抑制去甲腎上腺素誘導的心肌細胞的肥大，而此作用可能是通過cGMP抑制去甲腎上腺素誘導的鈣離子內流來完成的。在大鼠心肌細胞內，ANP通過增加cGMP的濃度來抵制血管緊張素II和內皮素-1誘導的心肌肥大和抑制促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)的活性[7]。Horio[8]等發現，HS-142-1，一種鈉尿鈦受體拮抗劑可以劑量依賴性地增加基礎蛋白質合成和苯腎上腺素(phenylephrine)誘導的蛋白質合成，同時HS-142-1可以明顯增加心肌細胞的大小。同樣，cGMP 類似物和cGMP特異性磷酸二酯酶抑制劑也可以提高基礎蛋白質合成和苯腎上腺素(phenylephrine)誘導的蛋白質合成。因此推測內生的ANP以自分泌的形式調節心肌肥大并且此作用可能是與cGMP有關。總之，ANP是抵抗心肌肥大重要因素，而ANP/NPR-A/cGMP途徑在調節心肌肥大中發揮重要的作用[9]。最近的研究提出，cGMP通過激活cGMP依賴的蛋白激酶I(PKGI)而抑制神經鈣蛋白-激活T細胞核因子(nuclear factor of activated T cells,NFAT)信號途徑，進而發揮其抗心肌肥大作用。還有研究發現，在高血壓小鼠中，局部的ANP/NPR-A/cGMP信號途徑可以抑制促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)/細胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase,EAK)途徑和神經鈣蛋白/激活T細胞核因子(nuclear factor of activated T cells,NFAT)途徑[10]。

2 ANP通過RAAS及內皮系統抑制心臟纖維化

ANP對腎素-血管緊張素-醛固酮系統(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)的抑制作用不僅能起到利鈉利尿，而且也能抵制心臟纖維化和心力衰竭。急性心肌梗死(AMI)誘導的左心室功能異常和心力衰竭的發展進程與心肌抑頓或心肌凋亡、左心室重構以及神經激素強烈而持久的活躍狀態密切相關。許多研究證實，血管緊張素II(angiotensin II)、醛固酮(aldosterone)以及內皮素-1(endothelin-1,ET-1)在心肌結構變化過程中各自發揮不同的作用。已知ANP分別在腎臟和腎上腺抑制腎素和醛固酮的分泌，而醛固酮參與到高血壓患者的左心室功能障礙、心臟纖維化及心力衰竭的發展進程。研究證實，ANP可以抑制一種醛固酮合酶CYP11B2的mRNA表達[11]，而在內皮細胞中，ANP具有抵制內皮素-1的合成。在AMI[12]或經歷心臟外科手術的患者[13]體內靜脈注射ANP，能明顯減少醛固酮、血管緊張素II和/或內皮素-1的含量。這些結果提示ANP可以通過抑制腎素-血管緊張素-醛固酮系統來抑制心臟纖維化或心力衰竭的進程。事實上，鈉尿肽受體抑制劑HS-142-1在不改變血液動力學的情況下，明顯減少利鈉利尿來改善心力衰竭，并且HS-142-1降低心力衰竭動物模型中腎素和醛固酮的水平，說明ANP/NPR-A系統具有抑制腎素和醛固酮分泌的作用。

3 ANP對心肌缺血/再灌注損傷的保護作用

心肌缺血/再灌注損傷(MIRI)的概念是1960年Jennings等首次提出，大量動物實驗和臨床觀察證實再灌注會引起心肌超微結構不可逆壞死。由于心肌缺血/再灌注損傷使得缺血性心臟病(IHD)的治療難度大大提高。IHD是當今世界危害人類健康的首敵，根據WHO統計，預計到2020年急性冠狀動脈梗阻性缺血性心臟病將成為全球最主要的致死原因，故防治缺血性心臟病已成為全球的重要公共衛生問題，而有效防治缺血性心臟病治療過程中發生的缺血/再灌注損傷則成為研究的焦點，但目前為止尚無缺血/再灌注的靶向治療方法。發生缺血/再灌注損傷的主要機制包括氧自由基(free radical)生成、鈣超載等，但其機制十分復雜，目前尚未完全闡明。

近幾年證實，ANP在心肌缺血/再灌注損傷中發揮保護心臟的作用[14-16]。在大鼠離體心臟灌流模型中，經過15min的全心缺血后，再灌注期給予15min的ANP后發現，ANP明顯增加缺血后期的cGMP水平，同時ANP組的心輸出量和冠脈流量的恢復率明顯高于對照組，即ANP能顯著改善大鼠離體心臟的心輸出量和冠脈流量，此結果提示ANP的心臟保護作用不依賴于ANP的負性肌力作用[14]。在家兔離體心臟，30 min的缺血期之后，再灌注期早期給予ANP能明顯減小家兔心臟的心肌梗死面積，并且這種效應伴隨cGMP依賴型蛋白激酶的活化[17]。此外，再灌注前給予ANP能明顯減少心肌梗死面積，而此作用被PKC的抑制劑chelerythrine和線粒體的ATP敏感性鉀離子通道(ATP-sensitive K+channel KATP)抑制劑sodium 5-hydroxydecanoate所逆轉，說明ANP可能通過NO/PKC依賴的信號途徑激活線粒體的ATP敏感性鉀離子通道而發揮其心肌保護作用[18]。此外，低劑量ANP誘導的cGMP濃度增加可抑制豬的心肌細胞壞死及暫時性冠狀動脈閉塞，并減少心肌梗死面積[19]。Yang等[20]指出，再灌注前給與ANP能明顯減小再灌注所致的家兔心肌梗死面積，并指出ANP的這種作用可能通過cGMP/PKG信號途徑。而其它研究證實，cGMP/PKG信號途徑在缺血預處理和后處理對心臟的保護機制中發揮重要作用[21]。磷酸二酯酶-5(PDE-5)是代謝cGMP的同功酶，促使cGMP的降解。磷酸二酯酶抑制劑選擇性地阻斷cGMP的降解過程，促使cGMP水平升高。有報道稱磷酸二酯酶-5抑制劑西地那非(偉哥)通過增加cGMP而激活PKG，從而保護再灌注損傷的心肌細胞[22]。

在體內結扎狗的冠狀動脈30 min后進行60 min的再灌注，再灌注期開始時注入ANP(0.1 mg/kg/min)或5%葡萄糖溶液。結果顯示，灌注ANP的心臟與單純灌注葡萄糖的心臟在缺血和再灌注期血液動力學并沒有顯著差異。但是，給與ANP的心臟再灌注10min后，室性期外收縮(ventricular extrasystoles)的發生率僅為22%，而對照組的室性期外收縮的發生率為100%。ANP組不發生心室顫動(ventricular fibrillation)，即發生率為0，而對照組25%的心臟發生心室顫動[23]。另有研究表明，輸入ANP的動物血漿中cGMP含量是對照組血漿濃度的8倍，cGMP可能通過Na+/ Ca2+交換蛋白和ATP敏感的Ca2+通道來調節Ca2+的內流[24]，說明ANP在心肌細胞通過cGMP抑制鈣離子超載。在狗的在體模型上結扎左冠狀動脈前降支25 min， 結扎前5 min開始靜脈注射ANP并持續10 min后發現，ANP組左心室舒張末期壓力明顯低與對照組，而缺血期室性期外搏動(ventricular premature beats)和室性心動過速(episodes of ventricular tachycardia,VT)的發生率明顯減小。心外膜ST段的變化和多相性的變化可以用來評估局部心肌缺血的嚴重程度，而ANP組此兩項指標均顯著減低[25]。清醒的狗體內，ANP能擴張阻力血管和增加冠脈流量[26]，而其他研究也發現，ANP能增加冠脈側枝的血流量[27]。在人體內，ANP (0.03 mg/kg/min)顯著擴張心外膜冠狀動脈和冠脈阻力血管，提示ANP能改善缺血所致的冠脈循環障礙[28]。接受冠狀血管成形術患者的冠狀動脈內注入(0.025 mg/kg/min)的ANP同樣改善冠脈側枝流量，繼而改善心肌缺血[29]。

線粒體膜通透性轉換孔(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)在缺血再灌注損傷中機制中起著關鍵性作用。mPTP是位于線粒體膜上并跨越線粒體外膜和內膜的多孔道結構，在正常生理條件下處于關閉狀態，保持線粒體的正常結構和功能。但在應激條件下(如缺血缺氧)，mPTP開放，H+和水等可以自由通過線粒體膜，結果導致線粒體腫脹破壞和凋亡誘導因子的釋放，進而引起細胞凋亡和壞死。Halestrap等[30]提出，再灌注時線粒體的快速復能使膜電位重新建立，導致鈣進入線粒體，引起線粒體鈣超載，從而導致mPTP開放，并指出mPTP開放是再灌注損傷從可逆性到不可逆性轉變的關鍵因素[31]。因此，抑制mPTP的開放在保護再灌注心臟中具有重要作用。研究發現，在培養的心肌細胞中，ANP通過ANP-cGMP-PKG和PI3K/Akt途徑，抑制mPTP的開放來抵抗缺血再灌注損傷，從而對心肌發揮保護作用[32]，而其他研究證實cGMP通過PKG抑制mPTP的開放，從而保護心臟。

已知內皮損傷和中性粒細胞參與缺血/再灌注損傷。冠狀動脈的結構及功能異常會導致心肌缺血/再灌注損傷，而中性粒細胞分泌的細胞因子白介素-1(IL-1)等和中性粒細胞所致的內皮損傷在冠脈損傷的進程中發揮重要的作用。在培養的人類中性粒細胞，ANP通過抑制中性粒細胞誘導內皮的粘連性，繼而發揮保護心肌細胞的作用[33]。在再灌注期給與ANP能抑制心肌細胞的死亡，從而指出心肌細胞內ANP通過使cGMP增加而抑制再灌注期心肌細胞的壞死[34]。缺氧能顯著增加多形核中性粒細胞向內皮細胞的粘附作用以及基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)的分泌。最近的研究發現，ANP和ANP的中性內肽酶(NEP)抑制劑通過抑制多形核中性粒細胞對缺氧的內皮細胞的粘附作用而抑制MMP-9以及過氧化物、溶菌酶等的分泌[35]。觀察培養的能分泌多形核中性粒細胞的平滑肌細胞時發現，此平滑肌細胞顯示出具有多形態和生物化學特征性變化的編程性細胞死亡(apoptosis)。ANP和NEP抑制劑可以抑制這種平滑肌細胞編程性細胞死亡的特征性變化[36]。由此推測，ANP可以抑制多形核中性粒細胞的活性以及隨之而來的脈管細胞的變化，這也很可能是ANP保護再灌注損傷的作用機制。缺血再灌注損傷可以誘導心肌細胞的壞死和編程性死亡，鋸齒類動物和人體心臟中缺血/再灌注后，危險區域中的5%-30%，16小時后發生編程性細胞死亡[37]。Kato等[38]研究發現，在大鼠心肌細胞內，生理濃度和治療濃度(0.1-1 nM,300-3 000 pg/mL)的ANP能夠顯著抑制編程性細胞死亡，而此作用是由Akt/PI3K/cGMP的途徑來介導。總之，急性冠狀動脈綜合征時由心肌細胞等產生的ANP和cGMP具有保護心肌細胞和抵抗心肌細胞再灌注損傷的作用。

綜上所述，發現ANP至今，通過很多實踐和研究的積累，人們已經較好地掌握了ANP的心肌保護功能。與此同時，ANP不僅可以作為一項指標來診斷此類心血管系統疾病，同時也能作為新型和安全的治療藥物[39]調節心血管系統的功能。但是目前，ANP的生物學作用的具體機制尚未完全弄清，相信隨著研究水平的不斷深入，這一問題將逐漸被解決，并將為臨床治療心血管系統疾病等提供有力的理論依據，也為開發和研制新藥提供新思路。

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