內(nèi)皮素—1與心腦血管疾病研究進展

王三應(yīng) 王國付 毛根祥 曹永葆 嚴靜

[關(guān)鍵詞] 內(nèi)皮素-1；心腦血管疾病；研究進展

中圖分類號：R54；R743文獻標識碼：A文章編號：1009-816X（2016）04-0291-03

內(nèi)皮素（endothelin，ET）是日本學者Yanagisawa等1988年從豬的主動脈內(nèi)皮細胞分離純化出來的由21個氨基酸組成的血管活性肽，它是目前已知最強的收縮血管物質(zhì)之一，參與多種疾病的病理生理發(fā)生和發(fā)展過程[1]。ET主要分布于心血管內(nèi)皮細胞系統(tǒng)，也廣泛存在于肺、腎、腦、肝以及皮膚等臟器和組織。本文就ET及其在心腦血管疾病中的研究進展進行綜述。

1 ET組成、結(jié)構(gòu)及分類

ET分子量大約為2492Da，C端和N端分別為游離的色氨酸和胱氨酸，分子內(nèi)部有2個二硫鍵，該二硫鍵形成的雙環(huán)狀結(jié)構(gòu)是維持ET分子空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及保持ET分子活性的關(guān)鍵因素。ET的氨基酸序列決定了其空間立體構(gòu)象，根據(jù)ET分子內(nèi)氨基酸序列的不同，分為ET-1、ET-2、ET-3三個同源異構(gòu)體，ET基因的表達有不同的組織特異性，人的ET-1分子主要在血管內(nèi)皮細胞表達，而ET-2和ET-3主要在神經(jīng)組織表達；結(jié)構(gòu)上，ET-1與ET-2只相差2個氨基酸，ET-3和ET-1相差6個氨基酸，但是三者C末端的7個氨基酸則完全相同[2]。雖然ET分子首先在豬體細胞分離得到，人ET分子的研究進展也很快，早期的原位雜交分析表明，人的ET-1、2、3基因分別定位于染色體的6p23-24、1p34和20q13.2-13.3[3]。其中人ET-1基因的cDNA全長12 464bp，結(jié)構(gòu)基因由5個外顯子和4個內(nèi)含子組成。

2 ET的生物合成、調(diào)控以及作用機制

ET-1是ET家族中表達量最多的成員，現(xiàn)以ET-1為例簡要介紹ET在體內(nèi)的合成過程。首先由ET-1基因轉(zhuǎn)錄成核內(nèi)不均一RNA（hnRNA），hnRNA經(jīng)過剪切修飾后形成ET-1前體原mRNA（ppET-1 mRNA），最后經(jīng)翻譯成具有212個氨基酸的前內(nèi)皮素原（preproendothelin ppET-1），經(jīng)一種內(nèi)肽酶的剪切形成39個氨基酸的前內(nèi)皮素中間體（big ET-1），然后在內(nèi)皮素轉(zhuǎn)化酶（ET converting enzymes，ECEs）以及其他的糜蛋白酶、金屬蛋白酶和肽鏈內(nèi)切酶等作用下形成成熟的ET-1分子[4]。

研究表明，ET-1不能在細胞內(nèi)儲存，不形成其他肽類激素樣的分泌顆粒，所以研究者推測對于ET-1合成、分泌和釋放的調(diào)節(jié)主要發(fā)生在其mRNA轉(zhuǎn)錄和翻譯階段[5]。研究人員從內(nèi)皮細胞中發(fā)現(xiàn)并克隆了GATA-2結(jié)合蛋白，該蛋白可以與ET-1基因啟動子區(qū)域的GATA序列特異性結(jié)合，從而促進ET-1基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯[6]；ET-1基因啟動子還有一個區(qū)域稱之為activator protein-1（AP1）位點，可以與Jus和Fos蛋白結(jié)合，促進ET-1的表達[7]，同時GATA-2與AP1還具有正向協(xié)同作用，可以促進ET-1分子的表達；在ET-1基因中有NF-kB的結(jié)合位點，但只有NF-kB異二聚體（p65/p50）可以促進ET-1的表達，單獨表達p50則有負向調(diào)節(jié)作用，同時，過表達NF-kB的抑制劑Ik-Bα也能使ET-1基因表達受阻[8]；機械應(yīng)力的刺激也是影響ET-1分子表達的因素之一，有研究顯示血管細胞以及非血管細胞中流速和應(yīng)力的增加會刺激ET-1分子的釋放[9]，這主要是細胞利用其纖毛感知血液動力學的改變，通過蛋白激酶C（PKC）和胞外Ca2+途徑促進ET-1基因的表達以及釋放。組織缺血、缺氧也會使ET-1蛋白水平升高，導致心臟疾病的發(fā)生，缺氧能夠誘導內(nèi)皮細胞產(chǎn)生缺氧性誘導因子1（hypoxia-1 inducible factor，HIF-1），該因子與ET-1基因的缺氧誘導性增強子（hypoxia-1 inducible enhancer，HIE）特異性結(jié)合，從而促進基因表達[10]。

ET-1的作用機制是與ETA受體結(jié)合，激活幾個相互獨立又彼此聯(lián)系的效應(yīng)通路：首先，通過G蛋白激活磷脂酶C，產(chǎn)生肌醇三磷酸（IP3）和甘油二醇（DG），IP3促進細胞內(nèi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+，使細胞內(nèi)Ca2+濃度上升，與鈣調(diào)素結(jié)合，激活肌反應(yīng)蛋白輕鏈激酶，從而引起鈣介導的平滑肌收縮；同時DG可以激活PKC以及磷酸化質(zhì)膜上的Na+/H+泵，從而改變質(zhì)膜離子通道的通透性，最終加強Ca2+介導的細胞收縮過程[11，12]。

3 ET-1與心腦血管疾病

3.1 心力衰竭：ET-1主要在心肌細胞、心肌成纖維細胞和心臟內(nèi)皮細胞合成表達，在心力衰竭患者以及動物模型的血液以及組織中ET-1均呈高表達，所以血漿ET-1的水平是心力衰竭患者癥狀嚴重以及血液動力學惡性變化的指標，同時也成為這些患者預(yù)后效果的重要參數(shù)[13]，心力衰竭是各種心臟疾病終末期的共同轉(zhuǎn)歸，當心力衰竭時，交感神經(jīng)和腎素血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)被激活，導致心律失常的神經(jīng)激素的分泌表達，加重心力衰竭的發(fā)生和發(fā)展[14]。ET-1除了通過上述方式導致心律不齊的作用外，它在心室重構(gòu)方面也起到作用。它會直接刺激心肌肥大[15]，招募單核細胞以及細胞因子的釋放，這些都會加速心肌細胞纖維化的發(fā)生。ET-1受體的拮抗劑在心力衰竭模型中具有很好的作用。ETA和ETB受體非選擇性拮抗劑波生坦（bosentan）可以顯著降低左心室充盈壓和不利的心室重構(gòu)，降低患者平均動脈壓、平均肺動脈壓、右心房壓以及肺毛細血管壓[16]。

3.2 冠狀動脈疾病：動物實驗顯示，ET-1通過血管收縮功能在調(diào)節(jié)冠狀動脈血管阻力以及心肌毛細血管血流方面發(fā)揮重要作用，體內(nèi)ET-1水平較高的心肌梗死患者預(yù)后效果明顯比ET-1水平正常者差[17]。在冠狀動脈缺血的實驗?zāi)Ｐ椭校珽T-1受體拮抗劑或者內(nèi)皮素轉(zhuǎn)換酶抑制劑等抑制ET-1表達都會降低梗死面積。在冠狀動脈結(jié)扎引起心肌梗死的大鼠模型中，使用ETA選擇性拮抗劑BQ-123 12周后，不僅增加了大鼠的存活率，而且明顯改善左心室肥大和心室異常[18]。但是必須指出，在心肌梗死患者中短效使用ET-1受體拮抗劑有利于心律失常和心臟功能恢復(fù)以及存活率，但是長時間的抑制ET-1表達也會導致諸如梗塞面變薄，進而引起心室擴張等負性作用[19]。

3.3 原發(fā)性高血壓：ET-1可以借助動脈系統(tǒng)的平滑肌收縮起到直接的縮血管效應(yīng)，也可以間接的通過神經(jīng)體液和內(nèi)分泌因子的作用加強血管收縮功能[20]，引起原發(fā)性高血壓發(fā)生。例如，在體外模型中，ET-1可以誘發(fā)血管緊張素Ⅰ和Ⅱ的轉(zhuǎn)化，從而刺激腎上腺素和醛固酮的合成[21]。在高血壓實驗?zāi)Ｐ秃透哐獕翰』颊咧校l(fā)現(xiàn)內(nèi)皮祖細胞的受損，內(nèi)皮細胞能夠分泌很多血管活性物質(zhì)，被視為“內(nèi)皮-高血壓-心血管事件”反應(yīng)鏈的啟動子和載體。因此內(nèi)皮功能障礙是原發(fā)性高血壓的一個關(guān)鍵致病因素[22]。

3.4 動脈粥樣硬化：在動脈粥樣硬化疾病中，內(nèi)皮功能障礙與ET-1密切相關(guān)，導致炎癥和血栓形成。ET-1過度表達小鼠實驗?zāi)Ｐ脱芯匡@示，ET-1可引起血管結(jié)構(gòu)重塑和內(nèi)皮功能障礙，同時ET-1受體抑制劑可以逆轉(zhuǎn)這種作用，動脈粥樣硬化造成的ET-1分泌增多，活化NF-kB，從而介導炎癥反應(yīng)和調(diào)控平滑肌增值的細胞因子，加重病情[23]；同時ET-1的表達增多會加強體內(nèi)脂質(zhì)的生物合成，在臨床上，通過多重回歸分析顯示，組織ET-1的表達水平是慢性腎臟疾病患者動脈粥樣硬化進展的一個主要預(yù)測指標[24]。同時，在動脈粥樣硬化的動脈中，成熟ET-1分子的前體big ET-1、內(nèi)皮素轉(zhuǎn)化酶以及ET-1的受體含量也都是相對增多的[12]，而其中的機制是ET-1能夠刺激轉(zhuǎn)化生長因子-β、血小板衍生因子、堿性纖維母細胞生長因子和一些粘附因子的表達，而這些因子在動脈粥樣硬化斑塊的形成中發(fā)揮重要作用[25]。

3.5 肺動脈高壓：肺動脈高壓是一組由異源性疾病和不同發(fā)病機制引起的以肺血管阻力持續(xù)增高為特征的臨床病理生理綜合征，最終導致右心衰竭甚至死亡的疾病。肺部ET-1的累積是導致ET系統(tǒng)功能紊亂的重要原因，從而引起肺血管阻力和肺血管重建的發(fā)生和發(fā)展。在肺動脈高壓患者的肌肉動脈和血管內(nèi)皮細胞中，以及與之相關(guān)的結(jié)締組織疾病、先天性心臟缺損和肺纖維化等患者體內(nèi)，ET-1及其前體表達量較之正常組有明顯的升高[26]；而且ET-1的表達水平與肺動脈高壓的嚴重程度密切相關(guān)[26，27]。最近的一項有關(guān)先天性心臟病并發(fā)肺動脈高壓的臨床研究發(fā)現(xiàn)，并發(fā)中重度肺動脈高壓患者體內(nèi)的循環(huán)內(nèi)皮細胞與ET-1水平較之對照組有很明顯的升高，平均肺動脈壓也與循環(huán)內(nèi)皮細胞的比重以及ET-1水平呈現(xiàn)正相關(guān)，這兩個指標可以作為肺動脈高壓臨床管理的生物標記[28]。

3.6 腦梗死：又稱缺血性腦卒中，是指因腦部血液供應(yīng)障礙，缺血、缺氧所導致的局限性腦組織的缺血性壞死或軟化。腦梗死的臨床常見類型有腦血栓形成、腔隙性梗死和腦栓塞等，腦梗死占全部腦卒中的80%。有研究表明，腦梗死患者血漿中ET-1水平明顯增高[29]，究其原因，是因為腦梗死時腦組織缺血、缺氧，導致組織細胞呼吸障礙，造成細胞內(nèi)酸中毒，血管內(nèi)皮細胞腫脹、損傷，細胞通透性增加，使得ET-1釋放入血增多，結(jié)果導致血管收縮，組織血流量減少，血粘度增高，血流減慢，這樣就會形成惡性循環(huán)。所以在腦梗死治療過程中，要做好保護血管擴張以及稀釋血液等相關(guān)治療，減少病患繼發(fā)性損傷。

綜上所述，ET-1在血管相關(guān)的病理生理學中具有重要的作用，其表達水平包括受體的循環(huán)水平和動態(tài)平衡變化可以影響很多心腦血管病的發(fā)生和發(fā)展過程，而且它可以在其合成、受體結(jié)合或者胞內(nèi)信號傳導等各個節(jié)點受到其它因子的調(diào)控作用。動物模型研究顯示ET-1受體拮抗劑對這些疾病的血管功能具有很好的保護作用，但是迄今為止，ET-1受體拮抗劑在臨床上的應(yīng)用仍較局限。隨著對ET-1系統(tǒng)的深入研究，尋找心腦血管疾病發(fā)生過程中某些細胞或是分子靶標與ET-1的關(guān)系會成為后續(xù)研究的關(guān)注點。

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