TGR5與心血管疾病

陳德秀 綜述，李家富 審校

（1西南醫科大學研究生院；2西南醫科大學附屬醫院血管內科、醫學電生理學教育部重點實驗室，四川瀘州 646000）

2017中國心血管病報告顯示，目前我國心血管病(cardiovascular disease，CVD)現患人數2.9億，且CVD死亡占居民疾病死亡構成40%以上[1]，政府醫保和患者都面臨著巨大的經濟負擔。面對龐大的患病群體，對CVD 的預防及治療有更大的期望。CVD 種類繁多，病因復雜，遺傳因素、年齡是CVD不可控的因素，而糖尿病、高血壓、肥胖、代謝綜合征等是可控的獨立風險因素，對可控制的風險因素進行干預對CVD 的發生及進展至關重要。G 蛋白結合膽汁酸受體1（G protein-coupled bile acid receptor 1，TGR5）是一種由膽汁調控的細胞表面G 蛋白偶聯受體，具有眾多細胞生物學功能，參與體內糖代謝、脂代謝及能量代謝，激活TGR5對糖尿病、肥胖、炎癥的進展均有改善作用[2]，同時也參與部分CVD 的發生發展。本文就激活TGR5在CVD中作用的研究進展進行綜述，希望可為CVD的預防及治療帶來新思路。

1 TGR5

TGR5是GPCR家族中的一員，于2002年由Takaharu等發現，并命名為膽汁酸膜受體（M-Bar），又稱為GPBAR1、CPR131或BG37。TGR5位于人染色體2q35，是由單一外顯子基因編碼，包含993 個堿基對，可翻譯為330 個氨基酸，組成7 個跨膜結構域，具有G 蛋白偶聯受體的典型結構和作用方式，其結構高度保守。TGR5 在人體多種組織中表達，包括肝臟、小腸、心臟、骨骼肌、脾臟、腎臟、胎盤和單核巨噬細胞等組織細胞[3-4]，各個器官組織中TGR5 表達程度不同，作用也有差異。在骨骼肌中，TGR5表達增加可通過增加非折疊蛋白反應的表達，改善肌肉功能[5]。在腎腫瘤細胞中，TGR5可抑制腎癌細胞增殖和遷移[6]。但TGR5并不都是有益的。小鼠實驗提示，TGR5的存在有利于膽結石的形成[7]；也可通過調節細胞增殖、遷移和線粒體能量代謝促進膽管癌的進展[8]。

2 TGR5與細胞信號通路

TGR5 在靜息狀態下處于低親和狀態，此時TGR5 與α、β 及γ 亞基組成的G 蛋白復合物相結合。當TGR5 配體（如膽汁酸等）出現時，TGR5 細胞外結構域N-末端可識別并結合其配體，使細胞內C-末端與G蛋白偶聯，G 蛋白復合物解離成α 和β γ 蛋白亞基。α 蛋白亞基激活三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），將ATP 轉化成環磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP），并激活蛋白激酶A（protein kinase，PKA），使cAMP 反應元件結合蛋白磷酸化，調控相關下游基因的表達[9-10]，參與相應的病理生理過程。

TGR5通過參與多條信號通路發揮其生理及病理作用，分別有AKT-mTOR 信號通路、STAT3 信號通路、NF-B 通路、cAMP-PKA通路、CaN/NFAT3通路等等，目前其機制尚未完全清楚。TGR5激活AKT-mTOR信號通路，通過增強絲氨酸/蘇氨酸激酶（AKT）磷酸化，激活下游信號哺乳動物類雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR），降低巨噬細胞趨化因子的表達[11]。TGR5 抑制STAT3 信號通路，在不同部位的作用尚有爭議，研究發現TGR5 通過抑制STAT3 信號通路減輕胃癌和腎癌細胞增殖和遷移[6，12]；而在非小細胞肺癌中，TGR5激活后卻通過STAT3相關信號通路促進腫瘤的進展[13]。TGR5 拮抗NF-B 通路，抑制Iκ Bα的磷酸化和P65的核轉位，對腎炎[6]等發揮抗炎作用。TGR5激活cAMP-PKA 通路，改善高脂誘導的骨骼肌細胞胰島素抵抗[14]。其他研究還發現激活TGR5與鈣調神經磷酸酶（calcineurin/nuclear factor of activated T cells 3，CaN/NFAT3）信號通路[15]、P38-Nrf2信號通路[16]相關。

3 在心血管疾病中的作用

3.1 TGR5與糖尿病心肌病

糖尿病在我國的發病率越來越高，其并發癥嚴重威脅公眾健康。糖尿病心肌?。╠iabetic cardiomyopathy，DCM）的主要機制為通過氧化應激、激活腎素-血管緊張素系統、釋放細胞因子、鈣調節異常、自噬、增加微血管病變、改變心臟自主神經功能等導致心肌重構和心力衰竭[17]。

糖尿病心肌病患者控制血糖是至關重要的，TGR5激活后是一種潛在的治療糖尿病策略。TGR5 的激活從以下三個方面降血糖：①刺激胰高血糖素樣肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）的分泌：GLP-1 可刺激β 細胞葡萄糖介導的胰島素合成和分泌、抑制胰高血糖素分泌并恢復α 細胞對葡萄糖的敏感性，TGR5表達于腸內分泌細胞L細胞[18]，其活化后通過增強線粒體氧化磷酸化和鈣離子流入，刺激腸內內分泌細胞GLP-1 的釋放，從而降低血糖[19]。②改善胰島素抵抗：目前認為胰島素抵抗與脂質超載和炎癥相關，TGR5激活后可通過減少肝臟脂質沉積，減輕體重改善胰島素抵抗。馬善堯等[14]激活C2C12 骨骼肌細胞的TGR5 受體及其下游cAMP-PKA信號通路，增加胰島素刺激下的Akt蛋白磷酸化水平，從而改善高脂誘導的骨骼肌細胞胰島素抵抗。胰島素抵抗還與促炎細胞因子和急性期反應產物產生過多，炎性信號通路激活相關，而激活人單核細胞TGR5 后，通過減少腫瘤壞死因子（tumour necrosis factor，TNF-α）、白介素-12（IL-12）等促炎細胞因子分泌，產生抗炎效應[20]，從而減輕胰島素抵抗。③直接刺激胰島素的分泌：TGR5在人類胰島β 細胞中可表達，可直接刺激胰島素分泌[21]。

目前關于TGR5 激活對糖尿病心肌病的研究還僅在基礎實驗。馮健等[15]觀察到TGR5激活后可能通過抑制鈣調神經磷酸酶（CaN/NAFT3）信號通路抑制高糖誘導的心肌細胞肥大。高糖能上調小鼠心肌細胞上TGR5的m RNA及蛋白表達，激活TGR5后可減輕乳小鼠心肌細胞在高糖環境中的凋亡，其機制可能與提高細胞內HO-1水平，通過抗氧化應激而保護心肌細胞[22]。由以上推測，激活TGR5有望成為糖尿病心肌病有效的干預策略。

3.2 TGR5與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是心血管疾病的常見原因。其在長期血脂異常、高血壓、吸煙、糖尿病、肥胖等危險因素作用下，出現血管內皮損傷、脂質代謝紊亂、多種炎性細胞因子介導炎癥反應等改變[23]。動物實驗表明，激活TGR5可以減輕AS，而TGR5表達缺如可加重動脈粥樣硬化進展[24]。應用具有二親性的蝎子類大分子包裹TGR5后形成的物質，加強了改善AS 的作用[25]。其可能從以下方面改善AS。①減少AS 的危險因素：TGR5 激活后不僅可預防及減輕肥胖、控制血糖，還在降脂方面有積極作用[26]。②減輕血管內皮損傷：TGR5可表達于血管內皮細胞[4]，被激活后通過激活Akt 和增加細胞內Ca2+產生，促進內皮型一氧化氮合酶磷酸化，誘導產生一氧化氮，一氧化氮在心血管系統中除血管舒張作用[27]，還可抑制血管平滑肌細胞增殖和血小板聚集的作用[28]，以此來抗動脈粥樣硬化。TGR5 激活后可促進胱硫醚-γ-裂解酶的生成并增加其活性，該酶可促進血管內皮產生硫化氫，同時抑制內皮素-1（endothelin-1，ET-1）生成，硫化氫的生成增加及ET-1產生的減少均可減輕血管張力，二者作用可預防及減輕血管內皮損傷甚至逆轉血管內皮功能障礙[29]。③抑制巨噬細胞遷移及吞噬氧化低密度脂蛋白（oxidized low-density lipoprotein，ox LDL-C）：TGR5 在單核細胞和巨噬細胞中的J774.2 細胞大量表達，其他巨噬細胞細胞的TGR5 水平則均較低[30]。TGR5激活后促進一氧化氮的釋放，可抑制粘附分子的表達，并通過抑制NF-κ B 信號通路抑制單核細胞與內皮細胞的黏附[28]。TGR5激活后還可通過AKT-mTOR 信號通路顯著降低脂多糖誘導巨噬細胞趨化因子的表達，阻礙巨噬細胞遷移[31]，并抑制巨噬細胞攝取ox LDL-C，減少泡沫細胞的形成[9]。④抑制巨噬細胞炎癥反應：巨噬細胞能氧化LDL-C、形成過氧化物和超氧化離子，充滿氧化修飾脂蛋白的巨噬細胞合成分泌很多生產因子和促炎介質，促進斑塊的生長和炎癥反應。生理情況下，TGR5可誘導巨噬細胞產生炎癥因子TNF-α、IL-6、白細胞介素1β(IL-1β）的生成[32]，而在炎癥反應中，白細胞上TGR5 激活后可抑制氧化低密度脂蛋白攝取，通過影響cAMP-和NF-κ B 信號減少TNF-α、IL-6、IL-1β 等炎性細胞因子產生而抑制巨噬細胞炎癥反應[9]。

3.3 TGR5與心功能

心臟中TGR5 表達的作用及機制研究有限。動物實驗中，TGR5基因敲除與野生型小鼠分別同時分為主動脈縮窄及假手術組，予以異丙腎上腺素及跑步機壓力時，TGR5 基因敲除的小鼠較野生型出現早期疲勞、最大攝氧量下降，有更高的死亡率，提示TGR5缺失會損害心臟對壓力的適應能力[33]，而飲食補充TGR5 激動劑的小鼠可上調心臟中TGR5的表達，增加了小鼠的運動耐受性，提高心肌細胞對兒茶酚胺的敏感性以及減輕在血流動力學壓力下心臟的病理重塑，改善了小鼠對生理、肌力和血流動力學應激的心肌反應[34]。

3.4 其他

CVD危險因素如高脂血癥、高血壓、糖尿病和吸煙等均可通過細胞內氧化應激信號途徑，產生過多活性氧，加重心血管疾病的進展。齊墩果酸（oleanolic acid，OA）是TGR5天然的激動劑[35]。0A對羥自由基具有較強的清除作用，能使衰老小鼠血清中超氧化物歧化酶活力升高、丙二醛含量顯著降低[36]，具有較強的抗氧化作用。OA 對缺血再灌注性或缺血性心臟損傷、高血糖性心臟損傷、免疫性心臟損傷均有保護作用，可抑制血管緊張素II 誘導的心肌成纖維細胞增殖，還對離體心肌細胞有保護作用[37]。但OA 其除激動TGR5，還有促進過氧化物酶體增殖子激活型受體（PPAR）的表達和激活、抑制蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)活性等作用[38]。故齊墩果酸的心臟保護作用是否與TGR5的激活相關，還需進一步研究證明。

4 結論

自發現TGR5以來，越來越多的研究不僅探索了TGR5在不同組織中基因和蛋白水平上的表達，探索了其在多個細胞內信號通路上激活的結果，也探索了其在多個系統疾病的作用。TGR5 激活后具有調節能量平衡、改善胰島素抵抗、抗動脈粥樣硬化、抗炎、抑制癌細胞生長等作用。在心血管系統的作用包括預防及減輕糖尿病心肌病、抗動脈粥樣硬化、改善心功能。目前關于TGR5 在心血管疾病的研究有限，還需要繼續進行基礎實驗及臨床研究，以檢驗激活TGR5在心血管疾病中是否具有臨床療效。