多巴胺受體在心血管疾病中的作用及其分子機(jī)制研究進(jìn)展

馮煒琦 陳穎慧 丁曉維 趙鵬軍 于昱

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院 心血管發(fā)育與再生醫(yī)學(xué)研究所，上海 200092)

多巴胺是哺乳動(dòng)物大腦中一種非常重要的兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，參與控制運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知、情緒，并影響神經(jīng)內(nèi)分泌。在外周作為一種局部旁分泌物質(zhì)，存在于心臟、腎臟、肝臟和阻力血管，如腎動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈等，主要影響鈉穩(wěn)態(tài)、血管張力和激素分泌。多巴胺受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體的一個(gè)超大家族，具有七個(gè)共同的跨膜結(jié)構(gòu)域，既可通過G蛋白途徑，也可通過G蛋白非依賴性機(jī)制發(fā)揮作用。多巴胺受體分為D1樣受體和D2樣受體，哺乳動(dòng)物中D1樣受體包含D1受體(dopamine receptor 1，D1R)和D5受體(dopamine receptor 5，D5R)，與激活性G蛋白Gs和Golf偶聯(lián)并激活腺苷酸環(huán)化酶(adenylyl cyclase，AC)有關(guān)。D2樣受體包含D2受體(dopamine receptor 2，D2R)、D3受體(dopamine receptor 3，D3R)和D4受體(dopamine receptor 4，D4R)，與抑制性G蛋白Gi和Go偶聯(lián)并抑制AC，可調(diào)節(jié)離子通道。

多巴胺的心血管作用較為復(fù)雜，涉及腎上腺素受體以及特異性多巴胺受體的激活，且腎臟中的多巴胺及其受體也對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的繼發(fā)影響。目前已發(fā)現(xiàn)，任一多巴胺受體缺失都會(huì)導(dǎo)致機(jī)體血壓升高。除了與高血壓有關(guān)外，D1R還可能與心律失常有關(guān)，D2R的激活會(huì)減輕心肌肥厚和心肌缺血再灌注損傷癥狀，D5R的缺失會(huì)導(dǎo)致心肌肥厚。

1 D1R

D1R主要存在于人的心肌、冠狀動(dòng)脈和腎臟中[1]。在腎臟中，D1R是離子轉(zhuǎn)運(yùn)的主要生理調(diào)節(jié)劑，調(diào)控約50%的腎鈉排泄，通過環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)/蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)途徑抑制鈉/氫交換體(sodium/hydrogen exchanger，NHE)降低磷酸鈉協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性，減少腎臟的離子轉(zhuǎn)運(yùn)；D1R也可通過G蛋白-磷脂酶C-蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)通路，產(chǎn)生三磷酸肌醇和甘油二酯，甘油二酯激活PKC從而抑制鈉鉀泵(sodium-potassium pump，Na+-K+-ATPase)。此外，D2R增強(qiáng)D1R對(duì)腎近端小管中Na+-Pi的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)，并增強(qiáng)其對(duì)NHE3和Na+-K+-ATPase活性的抑制作用；在冠狀動(dòng)脈中，cAMP交叉激活環(huán)磷酸鳥苷(cyclic guanosine monophosphate，cGMP)依賴性蛋白激酶從而刺激鈣激活的鉀通道活性。盡管D1R在人類心臟中表達(dá)，但D1R激動(dòng)劑不直接影響心肌收縮力。

1.1 高血壓

通過誘導(dǎo)靶向突變產(chǎn)生的D1R缺乏小鼠，無論是純合子還是雜合子小鼠平均血壓均高于野生型小鼠。在自發(fā)性高血壓大鼠(spontaneously hypertensive rats，SHR)和Dahl鹽敏感大鼠即遺傳性高血壓的模型中，D1R抑制腎近端小管重吸收的能力受損，這是由于D1R介導(dǎo)的第二信使(如cAMP、甘油二酯)受損，引起鈉/氫交換抑制作用減弱，鈉排泄減少。除了抑制離子轉(zhuǎn)運(yùn)，多巴胺還通過D1R引起血管舒張而產(chǎn)生利鈉作用。在內(nèi)皮細(xì)胞中，D1R通過活化AC，增加cAMP，進(jìn)而活化cAMP激活的交換蛋白(exchange protein activated by cAMP，EPACs)，激活的EPACs通過多種機(jī)制刺激Rac1，從而產(chǎn)生NO擴(kuò)散到血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)中，進(jìn)一步激活蛋白激酶G，誘導(dǎo)VSMC的舒張。同時(shí)VSMC中表達(dá)的D1R通過經(jīng)典的Gs/cAMP/PKA信號(hào)通路誘導(dǎo)血管舒張[2-3]。D1R還可通過與腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)的相互作用來調(diào)節(jié)血壓。如激活的D1R可通過抑制致密斑環(huán)氧合酶-2活性來抑制腎素的表達(dá)和釋放[4]。D1R和血管緊張素Ⅱ1型受體(angiotensin Ⅱ type 1 receptor，AT1R)之間存在拮抗作用，具體表現(xiàn)為當(dāng)血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)產(chǎn)生增加或AT1R被激活時(shí)，D1R的利鈉作用減弱；D1R激活A(yù)C，而AT1R抑制AC。相反，血管緊張素Ⅱ2型受體(angiotensin Ⅱ type 2 receptor，AT2R)部分通過NO/cGMP途徑協(xié)同參與D1R誘導(dǎo)的尿鈉排泄。因此，D1R可通過負(fù)向調(diào)節(jié)AT1R和增加AT2R表達(dá)來降低血壓。

另外，D1R可通過抑制氧化酶活性，增加抗氧化酶活性來抑制氧化應(yīng)激，同時(shí)氧化應(yīng)激也會(huì)影響D1R功能。如H2O2通過PKC-GRK2依賴性途徑引起D1R磷酸化，從而使D1R與G蛋白解偶聯(lián)，最終導(dǎo)致D1R不能發(fā)揮利鈉作用。目前研究傾向于在氧化應(yīng)激期間，G蛋白偶聯(lián)受體激酶4在腎近端小管細(xì)胞中D1R與G蛋白解偶聯(lián)導(dǎo)致D1R脫敏的過程中占主導(dǎo)地位[5-6]，但仍需進(jìn)一步研究。

此外，D1R的缺乏與人類原發(fā)性高血壓有關(guān)，人類D1基因位點(diǎn)5q35.1處的多態(tài)性(-48A>G和-94G>A)與原發(fā)性高血壓的發(fā)生有關(guān)[7]。

1.2 心肌肥厚

在大鼠的心肌肥厚模型中，腎臟D1R表達(dá)升高[8]。1995年，Ganguly等[9]發(fā)現(xiàn)D1樣受體激動(dòng)劑菲諾多泮加速腹主動(dòng)脈縮窄術(shù)大鼠的心肌肥厚，而SCH 23390(D1樣受體拮抗劑)可部分逆轉(zhuǎn)大鼠的心肌肥厚，但目前關(guān)于D1R導(dǎo)致心肌肥厚的具體分子機(jī)制尚不清楚。并且，D1R在高血壓及心肌肥厚中發(fā)揮相反的作用也值得進(jìn)一步研究，很多時(shí)候心肌肥厚是繼發(fā)于高血壓發(fā)生的。Hollon等[10]的未發(fā)表數(shù)據(jù)證明D5R突變體導(dǎo)致的心肌肥厚獨(dú)立于高血壓發(fā)生。因此，推測(cè)D1R的這種相反表現(xiàn)可能是由于心肌肥厚先于高血壓的發(fā)生，通過獨(dú)立于血壓調(diào)控的其他機(jī)制在心肌肥厚中發(fā)揮作用。

1.3 心律失常

臨床試驗(yàn)[11]表明，多巴胺會(huì)增加慢性心力衰竭患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)。Yamaguchi等[12]2020年的研究發(fā)現(xiàn)，僅在部分心力衰竭患者的心肌細(xì)胞中D1R表達(dá)上調(diào)與室性心律失常相關(guān)，這可能是由于心力衰竭發(fā)展過程中，心肌細(xì)胞基因表達(dá)存在時(shí)空異質(zhì)性。但在小鼠實(shí)驗(yàn)[12]中，D1R表達(dá)量與心律失常臨床事件的趨勢(shì)呈正比。

2 D2R

D2R激活會(huì)導(dǎo)致AC的抑制、磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)換的抑制、K+通道活性的增加和Ca2+動(dòng)員的抑制等多種生理現(xiàn)象的改變。溴隱亭主要作為D2R激動(dòng)劑，可通過增加質(zhì)膜中的α-亞基刺激Na+-K+-ATPase活性，從而增加腎鈉轉(zhuǎn)運(yùn)。有證據(jù)[11，13]表明D1R和D2R之間存在相互作用，D1R通過激活PKC以Raf1依賴性方式增強(qiáng)D2R介導(dǎo)的6型AC的活化[14]。除此之外，還有研究證實(shí)D2R通過調(diào)節(jié)HEK293細(xì)胞cAMP水平與D1R發(fā)生協(xié)同作用，增加c-fos原癌基因啟動(dòng)子的表達(dá)[15]，共同抑制Na+-K+-ATPase，導(dǎo)致水鈉潴留。D2R在腎臟、心臟和冠狀動(dòng)脈中都有表達(dá)，其在心血管疾病中的生物學(xué)功能主要涉及高血壓、心肌肥厚和心肌缺血三類疾病的發(fā)生。

2.1 高血壓

已有文獻(xiàn)[16]報(bào)道D2R在高血壓中功能異常，D2R純合和雜合突變小鼠的收縮壓和舒張壓均高于野生型小鼠。研究發(fā)現(xiàn)D2R-/-小鼠血壓升高，腎上腺素排泄量升高，且α-腎上腺素能阻斷后的血壓下降幅度更大，這表明D2R缺失引起的高血壓是由于交感神經(jīng)興奮和內(nèi)皮素B受體活動(dòng)引起的[15]，且醛固酮調(diào)節(jié)受損[17]。與D1R類似，D2R同樣在腎素-血管緊張素系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。用溴隱亭刺激腎近端小管消除了AngⅡ?qū)a+-K+-ATPase的激活和對(duì)cAMP的抑制，但關(guān)于長期服用D2R激動(dòng)劑能否通過調(diào)節(jié)AT1R信號(hào)通路和促進(jìn)鈉排泄來降低血壓仍有待進(jìn)一步研究[18]。此外，D2R也可通過氧化應(yīng)激影響血壓，如通過PON2/DJ-1/Sestrin2通路保持正常的腎臟氧化還原平衡，來維持血壓，其中DJ-1可參與抑制NADPH氧化酶活性和活性氧的產(chǎn)生，PON2和Sestrin2是抗氧化蛋白，參與抑制活性氧的產(chǎn)生，這三個(gè)蛋白均受D2R的正向調(diào)節(jié)[17]。另有研究[14]表明，D2R TaqI多態(tài)性的A2等位基因與血糖正常的中國受試者的血壓升高有關(guān)。

2.2 心肌肥厚

在一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中，溴隱亭介導(dǎo)的終末期腎病中左心室肥大的透析患者的左心室重量下降[19]；Li等[20]使用AngⅡ或內(nèi)皮肽誘導(dǎo)體外新生大鼠心肌細(xì)胞肥大的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校l(fā)現(xiàn)促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路中的胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)和c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)的磷酸化顯著增加，然后用溴隱亭刺激，可顯著降低Ca2+含量，繼而抑制心肌肥厚的發(fā)生。因此，推測(cè)D2R抑制心肌肥厚的作用機(jī)制可能與MAPK和Ca2+信號(hào)通路有關(guān)。

2.3 心肌缺血再灌注

在大鼠體外心肌細(xì)胞缺氧-復(fù)氧模型中，D2R可通過激活線粒體途徑上調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)以及下調(diào)凋亡蛋白胱天蛋白酶(caspase)-3和caspase-9表達(dá)等抑制缺血再灌注損傷時(shí)心肌細(xì)胞的凋亡[21]。也有研究發(fā)現(xiàn)缺血后適應(yīng)性心臟保護(hù)作用通過D2R介導(dǎo)的ERK1/2、PI3K-Akt-GSK3β和PKC-ε-mKATP通路激活抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放來減弱心肌細(xì)胞凋亡，同時(shí)激活的D2R促進(jìn)PKC-ε轉(zhuǎn)位到心肌細(xì)胞質(zhì)膜起保護(hù)作用[22]。最近Han等[23]研究發(fā)現(xiàn)D2R抑制心肌缺血再灌注損傷可能與Wnt/β-catenin信號(hào)通路有關(guān)。

3 D3R

已有大量實(shí)驗(yàn)證明D1R和D3R的相互作用在血壓調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。在正常Wistar-Kyoto(WKY)大鼠的永生化腎近端小管細(xì)胞中D1R刺激D3R的表達(dá)，D3R也會(huì)誘導(dǎo)D1R的表達(dá)[24-25]。在SHR中，D1R和D3R的相互作用受損，二者甚至?xí)档捅舜说谋磉_(dá)水平，導(dǎo)致Na+轉(zhuǎn)運(yùn)和血管平滑肌功能障礙，從而誘導(dǎo)高血壓的發(fā)生和發(fā)展[24]。D3R會(huì)降低WKY大鼠腎近端小管細(xì)胞中AT1R的表達(dá)，而D3R刺激會(huì)增加SHR中AT1R的表達(dá)[26]；也有研究發(fā)現(xiàn)D3R-/-小鼠患有腎素依賴性高血壓[27]，這些均表明D3R的表達(dá)影響高血壓的發(fā)生和發(fā)展。D3R功能障礙還與心肌纖維化有關(guān)。在年輕的D3R-/-小鼠中，心肌間質(zhì)纖維表達(dá)量比年齡匹配的對(duì)照組野生型小鼠高40%，推測(cè)可能與Ⅰ型膠原蛋白表達(dá)增加和基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)活性升高有關(guān)[28]。心臟成纖維細(xì)胞是膠原蛋白合成和降解的重要介質(zhì)，參與調(diào)節(jié)心臟生理和病理纖維化狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)表明D3R-/-小鼠中膠原蛋白表達(dá)明顯增加，成纖維細(xì)胞增殖遷移率明顯降低[29]，表明D3R可能通過調(diào)節(jié)Ⅰ型膠原蛋白和MMP-9活性抑制心肌纖維化。

4 D4R

D4R與高血壓的研究主要涉及D4R基因的多態(tài)性，D4R基因位于外顯子3中，具有16個(gè)氨基酸(48個(gè)堿基對(duì))重復(fù)序列，與G蛋白相互作用并影響細(xì)胞內(nèi)cAMP水平。在白人受試者中，D4R基因的長等位基因(定義為至少一個(gè)7～10次重復(fù))與收縮壓升高3.0 mm Hg(1 mm Hg=0.133 3 kPa)和舒張壓升高2.0 mm Hg正相關(guān)[30]。盡管D4R已被證明可抑制皮質(zhì)集合管中的升壓素和醛固酮依賴性水鈉重吸收[28，31]，但D4R-/-和D4R+/+小鼠的腎臟Na+-K+-ATPase和尿多巴胺排泄無明顯差異[32]。D4R的功能障礙也會(huì)導(dǎo)致血壓升高，可能與大腦中AT1R有關(guān)[33]，具體機(jī)制有待研究。

5 D5R

D5R與其他受體最大的不同在于其對(duì)多巴胺的親和力相對(duì)較高，甚至可在不存在內(nèi)源受體激動(dòng)劑的情況下被激活[34]。D5R與D1R一起介導(dǎo)D1樣受體的利尿、利鈉作用即D1R/D5R異聚體通過腎近曲小管上皮細(xì)胞中的磷脂酶C抑制NHE。全基因組連鎖研究[35]表明，D5R基因座(染色體4p15.1-16.1)及其假基因1q21.1 2p11.1-p11.2與原發(fā)性高血壓有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)D5R-/-小鼠腎上腺素與去甲腎上腺素的含量增加，后續(xù)證實(shí)D5R-/-小鼠通過刺激NMDA催產(chǎn)素-V1受體-腎上腺素能軸增加中樞交感神經(jīng)活動(dòng)[10]，進(jìn)而引起血流動(dòng)力學(xué)、腎臟水鈉處理的變化，導(dǎo)致血壓升高。

已有許多研究證明在小鼠中敲除D5R基因會(huì)導(dǎo)致高血壓和代償性左心室肥厚[36-37]，且已證實(shí)人類D5R突變會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)張型心肌病和心臟功能障礙，與血壓無關(guān)[10]。D5R通過抑制PKC/PLD信號(hào)通路抑制NADPH氧化酶和刺激包括血紅素加氧酶-1在內(nèi)的抗氧化因子發(fā)揮抗氧化作用[38]。核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2)是一種抗氧化應(yīng)激的轉(zhuǎn)錄因子，使腎臟D1R表達(dá)增加，進(jìn)而降低血壓[39]；Yang等[40]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，D5R-/-小鼠除了NADPH氧化酶活性增加，還會(huì)阻止Nrf2轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核中，并且通過ERK/JNK途徑增加Nrf2降解，最終導(dǎo)致心肌肥厚。其后續(xù)的研究[41]結(jié)果顯示SS-HPT/Drd5質(zhì)粒對(duì)心肌重構(gòu)和功能障礙具有心臟特異性的有益作用，可為左心室肥大和心力衰竭患者提供有效的治療。

6 展望

多巴胺在外周系統(tǒng)中通過腎臟或非腎臟機(jī)制調(diào)節(jié)心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展，某些心血管疾病對(duì)多巴胺受體的亞型具有特異性(見表1)。在細(xì)胞水平上，多巴胺信號(hào)的刺激或抑制作用不僅受與其結(jié)合的受體信號(hào)通路的影響，還可能源自不同G蛋白偶聯(lián)受體之間的直接相互作用，從而產(chǎn)生異聚體。在人類或動(dòng)物模型中，多巴胺生成不足或多巴胺受體功能障礙會(huì)導(dǎo)致各種形式的高血壓。多巴胺受體在高血壓中的研究及臨床應(yīng)用比較廣泛。如在高血壓急癥，非諾多泮是一種選擇性D1樣受體激動(dòng)劑，非消化道給藥時(shí)，主要作為外周動(dòng)脈的血管擴(kuò)張劑，直接作用于近端腎小管的D1R產(chǎn)生利尿、利鈉作用，尤其是在高危高血壓患者中；并被證實(shí)在增加尿量、肌酐清除率方面比硝普鈉更加有效[8，42]。此外，多巴胺作為腎上腺素和去甲腎上腺素的前體物質(zhì)，分別能夠與多巴胺受體以及β受體、α受體等交感神經(jīng)受體相結(jié)合，并繼而對(duì)心血管系統(tǒng)以及腎臟等內(nèi)臟器官產(chǎn)生多種藥理學(xué)效應(yīng)。通常認(rèn)為小劑量多巴胺(<3 μg·kg-1·min-1)激活外周血管和腎臟D1R，選擇性擴(kuò)張腦血管、冠狀動(dòng)脈和腎動(dòng)脈，增加腎血流量和腎小球?yàn)V過率，進(jìn)而產(chǎn)生利尿、利鈉效應(yīng)。

表1 多巴胺受體與心血管疾病的關(guān)系研究

多巴胺及其受體在其余慢性心血管疾病中的作用及其分子機(jī)制的研究正逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。例如，在心肌肥厚中，阻斷D1R、激活D2R和D5R可抑制心肌肥大，其中發(fā)揮主要作用的受體是D5R，其可能通過調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激平衡抑制心肌肥厚的發(fā)生，但是否還存在其他調(diào)節(jié)機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。在動(dòng)脈粥樣硬化中，主要涉及內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞三種細(xì)胞的功能異常變化，而這三種細(xì)胞都有不同程度多巴胺受體的表達(dá)[43]。在內(nèi)皮細(xì)胞中的研究表明，多巴胺可減少中性粒細(xì)胞的遷移及與內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用，如減弱白介素-8的分泌發(fā)揮抗炎細(xì)胞因子的作用[44]；在平滑肌細(xì)胞中，D1R通過抑制氧化應(yīng)激、PKA、磷脂酶D和PKC-ζ，阻止血管平滑肌上胰島素樣生長因子1表達(dá)和磷酸化，從而減少VSMC的增殖和收縮[13]；在巨噬細(xì)胞中，D1R可能通過下調(diào)MAPK/ERK信號(hào)通路抑制巨噬細(xì)胞增殖；但多巴胺及其受體在動(dòng)脈粥樣硬化中的作用仍缺乏動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。綜上所述，了解多巴胺及其受體的外周效應(yīng)可為心血管疾病尤其除高血壓外的其它心血管疾病的治療提供新靶點(diǎn)。