非神經元乙酰膽堿在心臟疾病中的作用及機制研究進展

朱垚，陸江,2

(1 湖北醫藥學院麻醉學研究所，湖北十堰 442000;2 湖北醫藥學院附屬太和醫院)

·綜述·

非神經元乙酰膽堿在心臟疾病中的作用及機制研究進展

朱垚1，陸江1,2

(1 湖北醫藥學院麻醉學研究所，湖北十堰 442000;2 湖北醫藥學院附屬太和醫院)

心肌細胞自主合成和釋放的乙酰膽堿被稱為非神經元乙酰膽堿，其在心臟疾病中發揮重要作用，例如平衡迷走-交感神經對心臟的控制、減輕心肌缺血再灌注損傷、緩解慢性心力衰竭，其可能的作用通路主要有MAP激酶ERK1/2、PI3K/Akt通路。

非神經元乙酰膽堿；心肌缺血；心力衰竭；炎性損傷

研究[1]發現，心肌細胞能自主合成和釋放乙酰膽堿(Ach)，這些Ach被稱為“非神經元乙酰膽堿(NNA)”。研究[2～4]表明，刺激迷走神經后NNA表達量明顯增加，NNA不僅對迷走-交感神經控制心臟活動起著平衡作用，還廣泛參與心肌細胞的相關功能調節，發揮保護效應，但其作用機制目前尚不明確。本文就NNA在心臟疾病中的作用及機制進行綜述。

1 NNA概述

和交感神經分布不同，迷走神經分布較為分散、稀疏，分布部位多局限于傳導系統，在心臟中大多分布于心室肌的工作細胞區。由于迷走神經分布的局限性，心臟中很多Ach由心臟自發合成及釋放NNA來補充。有研究發現，在迷走神經未激活的情況下，離體的自主跳動心臟可自發合成及釋放NNA，隨著心室肌搏動速率增強，NNA釋放到周圍基質中的濃度亦升高。若移除心房區的迷走神經纖維，NNA的釋放量僅會減少1/3，但若阻斷心臟乙酰膽堿脂酶(AChE)效應，則會導致心率減慢，其原因可能是NNA僅在周圍基質累積，而未能被AChE水解成膽堿，從而被膽堿轉運體(CHT)轉運至膽堿能神經纖維。半膽堿基-3(HC3)雖然能阻斷CHT-1對膽堿的轉運入胞活動，以抑制心肌細胞合成NNA，但是在迷走神經被激活的狀態下，HC3并不會影響竇房結和心室NNA的含量。若刺激迷走神經，直到房室肌對該神經的應答減弱，心房和心室中NNA的含量卻只會下降到原來的75%。因此推斷，心臟中Ach是長期由心肌工作細胞自主合成及釋放NNA，只有很少一部分Ach是由自主神經纖維受到刺激時所釋放;并且在迷走神經激活的狀況下還會促進心肌細胞NNA的合成及釋放。

心肌細胞存在一套NNA的合成系統。CHT-1、膽堿乙酰轉移酶(ChAT)和囊泡乙酰膽堿轉運體(VAChT)在大鼠和家兔的心房肌和心室肌中都存在表達[1]。但是這些物質的表達與機體年齡存在關聯性，CHT-1在年老動物心房肌中的表達比年幼動物高，在心室肌中的表達卻比年幼動物低；VAChT在心臟中的區域表達性、年齡關聯性與CHT-1的情況相類似；ChAT在年老動物心房和心室肌中的表達都要比年幼動物低；這些表達變化可能與心臟的結構和功能隨年齡的改變有關[3]。研究[4,5]發現，毒蕈堿拮抗劑能促進ChAT的轉錄和Ach的合成，但是這些積極效應能被毒蕈堿樣乙酰膽堿受體2(M2)阻斷劑阿托品所抑制，這也進一步證實了外源性Ach能影響自主NNA的合成。

2 NNA在心臟疾病中的作用

2.1 平衡迷走-交感神經對心臟活動的控制 NNA在心臟功能調節和抗擊某些心臟疾病方面發揮著重要作用，并能反過來增強迷走神經的功能效應。Roy等[2]敲除大鼠心肌細胞的VAChT基因(該大鼠稱為VAChT KO大鼠)，敲除后大鼠心肌中并沒有合成與釋放NNA，可見NNA的合成及釋放依賴VAChT的活性。盡管迷走-交感神經對心臟起著調節控制作用，但VAChT KO大鼠對血壓的調節和對運動后的應答測試，較對照組大鼠表現出恢復時間變慢和心率極速上升的現象。VAChT KO大鼠注射異丙腎上腺素后心率減慢、心肌收縮力下降，目前其機制仍不明確。Lewartowski等[1]發現VAChT被藥物抑制或siRNA基因干擾，新生的心肌細胞會發生肥大，這種效應與HC3阻斷NNA的效應一致。研究[2,5]發現，如果心肌細胞Ca2+瞬間達到高峰，心肌肥大標記物β肌球蛋白重鏈及心房鈉尿肽(ANP)也將升高。迷走神經的激活會促進心臟NNA的釋放，但當交感神經過度激活時，心臟中NNA含量升高，反過來抑制去甲腎上腺素的釋放。Gavioli等[6]研究發現，當交感神經過度活化時，NNA能防止心臟功能發生紊亂。可見，NNA對迷走-交感神經控制心臟活動起著平衡作用，在一定程度上NNA的代償補充會對心臟起到有利保護的調節作用。

2.2 減輕心肌缺血再灌注損傷 研究[7]發現，通過激活迷走神經可顯著減少短期心肌缺血大鼠和豬心臟中近50%的梗死灶，提高左心室射血分數并維持再灌注后的正常心率。心臟在長期缺血后可通過激活NNA合成系統，加速NNA的合成。敲除ChAT基因后活性氧(ROS)增加，更容易引起細胞激活Caspase-3進而趨向凋亡，但NNA具有抑制ROS產生的作用，從而抑制凋亡的產生[8]。研究[1,9]發現迷走神經激活引起的保護機制與NNA的參與有關。

缺氧誘導因子(HIF-1α)為心臟中一種自我保護的因子，其能減輕缺血和低氧帶來的不利損傷[10,11]。在低氧環境下，NNA可參與HIF-1α水平的調節；進一步研究發現，HIF-1α不僅能夠誘導凋亡抑制基因AI的表達，也能促進細胞膜葡萄糖轉運體4(Glut-4)的表達，導致細胞基質葡萄糖含量增高。心肌梗死后心臟重塑表現更加敏感。在離體全新缺血的心臟對比試驗中，心臟特定高表達ChAT大鼠相比對照組大鼠有更強的抵抗缺血的能力。其機制可能是特定高表達ChAT的大鼠心臟，NNA合成量升高，升高的NNA使心肌細胞中線粒體能量代謝受到了抑制，由有氧呼吸變為糖酵解，抑制細胞對氧氣的需求，從而增強對低氧刺激的抵抗性[9]。

迷走神經對心肌缺血再灌注的保護還體現在抗炎作用中。在狗的缺血再灌注心臟中，迷走神經激活后刺激心肌細胞合成NNA抑制炎性因子例如腫瘤壞死因子α(TNF-α)和白細胞介素6(IL-6)的釋放[14]。迷走神經的激活也極大地抑制中性粒細胞在心肌缺血再灌注區域的浸潤，抑制巨噬細胞合成及釋放促炎因子，減輕炎癥反應[12]。迷走神經激活后刺激心肌細胞合成的NNA還能極大地改善由于心肌缺血再灌注后因心臟傳導功能障礙所導致的心跳過速和心室纖維性顫動。心肌傳導取決于細胞內蛋白連接子之間的電活動，這些蛋白連接子稱為縫隙連接蛋白(Cx)，而NNA可以抑制Cx43的去磷酸化，從而調控心肌細胞間的傳導和心臟心律。

2.3 緩解慢性心力衰竭 抑制交感神經、激活迷走神經治療心力衰竭已經在臨床動物模型中得到驗證。Hamann等[13]研究發現，迷走神經的活化能夠改善心肌缺血再灌注后心肌功能，降低C反應蛋白、心房ANP前體、TNF-α、IL-6、ROS水平，升高心肌NO含量。但Yu等[14]研究發現，在術后3～6個月刺激慢性心力衰竭模型狗迷走神經，其心輸出量比沒有經過迷走神經刺激的狗要大，但兩者左心室梗死面積、收縮末期強度比較無統計學差異。NNA治療心力衰竭的機制可能與迷走神經的激活抑制了交感神經釋放去甲腎上腺素有關。NNA激動劑目前運用于臨床治療，多奈哌齊可增強ChAT啟動子活性并促進NNA的合成和釋放[15]。可逆性抗膽堿酯酶藥吡斯的明可促進微血管的生成并保護Cx43，從而有效治療心力衰竭和心肌缺血[16]。但目前關于這類藥物的長期安全性和療效仍有待研究。

3 NNA在心臟疾病中的作用機制

NNA的受體是一種G蛋白偶聯的毒蕈堿樣乙酰膽堿受體(M1～M5)。心臟中的NNA與M2結合后，會通過調節腺苷酸環化酶來抑制Ca2+內流，促進K+外流，從而抑制自律細胞降低心率，縮短心肌細胞動作電位和降低心肌收縮性、收縮幅度從而抑制竇房結與房室結的傳導[1]。NNA參與心肌細胞保護的信號通路主要包括以下兩種。

3.1 促細胞分裂原活化蛋白(MAP)激酶與細胞外調節蛋白激酶(ERK1/2)通路 MAP激酶ERK1/2信號通路是M2受體介導的信號通路之一。M2受體G蛋白βγ亞基與NNA偶聯，通過PI3Kγ使ERK1/2磷酸化，這個過程涉及酪氨酸激酶Shc、Grb2、Sos、Ras和Raf的參與。但是M2受體G蛋白α亞基與NNA偶聯同樣可以激活ERK1/2，活化的Rap1會抑制ERK1/2磷酸化過程中酪氨酸激酶Ras的功能，所以通過特異性結合Gi家族的α亞基可以促進ERK1/2的磷酸化，從而活化MAP激酶ERK1/2信號通路。β-抑制蛋白是G蛋白偶聯受體的負向調節調節器，其可抑制ERK1/2進入細胞核，而且作為支架蛋白可以與絲裂原活化蛋白激酶1、胞外信號調節激酶2(ERK2)、Raf-1結合，結果是抑制ERK1/2信號通路的激活。此抑制通路與細胞增殖、細胞分化、腫瘤細胞遷移密切相關[17]。

3.2 磷脂酰肌醇3-激酶(P13K)與絲氨酸、蘇氨酸激酶(AKT)通路 Miao等[18]研究發現，EGFR的效應得益于NNA介導的M2受體激活，EGFR效應通路中含有PI3K/Akt通路，所以M2受體的激活促進了PI3K/Akt通路的功能及作用。PI3K/Akt通路還參與細胞周期的調節以及細胞抗凋亡反應[19]。NNA參與上述信號通路表現出的有益效應和細胞保護作用，其分子機制至今還不能完全闡釋。但Lewartowski等[1]的研究發現很有可能與心肌細胞上M2的激活有關。研究[20]發現，激活的M2能促進ANP的釋放與分泌，并提高心肌中NO的水平；ANP激活胞質中特定的非可溶性膜形式鳥苷酸環化酶(pGC)，NO激活胞質中可溶性游離鳥苷酸環化酶(sGC)，這兩種酶產生cGMP激活蛋白激酶G,從而減輕心肌缺血損傷、抑制心肌肥大。

局限于細胞內NNA水平測定的技術困難，目前迷走神經刺激心肌細胞表達NNA以及NNA表現出的有益效應和保護作用的一系列分子機制還不十分清晰。但NNA激動劑目前已經被發現并運用于臨床治療。通過深入研究NNA在心肌缺血、心力衰竭和心肌抗炎損傷中的保護作用及機制，有可能會為臨床治療新藥物的開發提供新靶點。值得注意的是，臨床上通過外源刺激迷走神經來增強NNA含量以治療心力衰竭等心臟疾病的策略仍有待長期實驗觀察與驗證。

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國家級大學生創新創業訓練計劃項目(201610929005)；湖北醫藥學院教學研究項目(2016027)。

陸江(E-mail: lulujiangjiang@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.22.036

R541.7

A

1002-266X(2017)22-0096-03

2017-01-09)