G蛋白偶聯受體激酶2在心血管疾病發生發展中的作用研究進展

宋倩，劉永銘

1 蘭州大學第一臨床醫學院，蘭州 730030；2 蘭州大學第一醫院老年心血管科甘肅省老年疾病臨床醫學研究中心

《中國心血管健康及疾病報告2020》顯示，目前我國存在3.3億例左右心血管疾病（CVD）患者，且CVD發病率呈現逐漸升高趨勢，并在居民總死亡原因中位居首位［1］。盡管CVD治療藥物不斷在研發，但依舊多為單一神經內分泌抑制劑且治療效果不理想，CVD患者再入院率及病死率仍然居高不下。因此，尋找新靶點、開發新藥以改善患者預后是非常必要的。G蛋白偶聯受體（GPCRs）是介導許多生理過程的關鍵細胞傳感器，分布在心臟上，通過調節心肌細胞收縮及冠狀血管血流灌注等重要過程參與調節心臟功能。G蛋白偶聯受體激酶（GRKs）主要使GPCRs磷酸化，從而使GPCRs的敏感性下降、表達下調［2］。G蛋白偶聯受體激酶2（GRK2）是研究較為廣泛的GRKs分子，不僅參與炎癥反應，還參與減弱心肌能量代謝彈性［3-4］；此外，GRK2的不同功能區與不同蛋白之間的相互作用對心臟功能的調節具有兩面性，這使得針對GRK2治療CVD具有較高特異性［5］。本文對GRK2在CVD發生發展中的作用進行總結，并探討抑制GRK2異常表達及活化為CVD治療帶來的新挑戰，也為CVD的治療提供新思路。

1 GRK2在心肌梗死發生發展中的作用

心肌梗死主要源于冠狀動脈狹窄或者堵塞，導致心肌細胞缺血壞死，臨床上可分為非ST段抬高型心肌梗死及ST段抬高型心肌梗死，目前治療方法主要為藥物保守治療和血管再通治療。GRK2可促進CVD危險因素的進展，如肥胖、糖尿病、炎癥等［4，6-7］，因此可以推測其在心肌梗死的發生發展過程中也具有不可忽視的作用。血小板激活后可導致血栓形成，該過程在心肌梗死發生的病理過程中至關重要。ZHAO等［8］研究指出，GRK2可通過減弱ADP依賴的相關信號通路，從而抑制血小板激活，進一步發揮抗血小板聚集的作用。心肌缺血再灌注損傷嚴重影響患者生存，相關的預防及治療在臨床上也是一種挑戰，而在心肌梗死期間及再灌注開始時均存在GRK2短暫降低的現象，早期給予蛋白水解酶及鈣蛋白酶抑制劑有助于防止其早期在GRK2/Pin1/AKT通路中的降解，并抵消缺血再灌注造成的心肌損傷［9］。此外，GAO等［10］研究也指出，大蒜素具有預防心肌缺血再灌注損傷的作用，并指出可能的機制是抑制鈣超載導致的細胞凋亡，以及阻滯PI3K/GRK2/PLC-γ/IP3R信號通路。因此，抑制GRK2降解可能有助于預防心肌缺血再灌注損傷。相反，也有人指出在心肌缺血再灌注損傷的過程中，GRK2水平升高可能會加大心肌梗死的面積，但是在急性心肌梗死患者中降低GRK2水平能預防心肌細胞壞死［5］。總的來說，關于GRK2在心肌梗死中的作用具有爭議，抑制GRK2降解一方面有助于抑制血小板聚集及預防心肌缺血再灌注損傷，另一方面會導致心肌梗死面積增大。因此，未來研究的重點是確定合適的GRK2治療劑量，保證在此劑量下GRK2既能抑制血小板聚集，又可以預防或減輕心肌缺血再灌注損傷。

2 GRK2在心肌肥厚發生發展中的作用

心肌肥厚分為生理性肥厚和病理性肥厚。生理性心肌肥厚是一種生物力學壓力增高的適應性改變，如心房高壓及主動脈狹窄，其目的主要為維持心輸出量，而病理性心肌肥厚可見心肌纖維化和心功能下降。心肌肥厚也被視為心力衰竭及其他CVD發生的危險因素及預測因素［11］。研究發現，GRK2擴增［11］、活性上調［12］均可導致心肌肥厚，相關的一個分子通路為AKT/PKB-GSK3β-NFAT信號通路，其中NFAT是促進心肌肥厚的轉錄子［13］。此外，LIU等［14］通過細胞實驗還發現，GRK2可通過激活GRK2/Nrf2信號通路、促進NLRP3炎癥小體的產生及氧化應激反應，導致心肌肥厚；進一步研究發現，GRK2的N端具有促進心肌生理性肥大的作用［15］。由此推測，GRK2表達及活性的升高不僅了參與生理性心肌肥厚，還參與了病理性心肌肥厚的發病過程。研究表明，帕羅西汀可增加β1腎上腺素受體（ADRB1）的敏感性，并且可以阻止GRK2與ADRB1之間的相互作用，以及ADRB1下游分子的轉換，從而進一步減輕心肌肥厚［16］。該研究結果反向論證了GRK2參與促進心肌肥厚這一結論。

3 GRK2在心力衰竭發生發展中的作用

心力衰竭是各種CVD的終末階段，其發病率逐漸升高，且嚴重降低了患者的生活質量。關于GRK2在心力衰竭領域的研究可以從心力衰竭的發病機制進行展開。①在心力衰竭的發生發展過程中，神經激素系統失衡尤其是心臟交感神經活性的增加具有重要作用，其中心肌細胞內腎上腺素積累可對心肌細胞產生毒性作用［17］。研究表明，早期GRK2表達升高有助于抵抗兒茶酚胺驅動的相關途徑，后期GRK2表達升高則會減弱心肌收縮或者正性肌力儲備［18］；此外，淋巴細胞內的GRK2含量也可以反映心力衰竭患者心肌細胞β腎上腺素受體的功能，因此監測其變化能協助判斷心力衰竭的進展［17］。②心室重構是心力衰竭的主要發病機制，而GRK2的長期慢性刺激被證實參與心肌病理性重構，其過量表達可加速心肌缺血后心力衰竭的發展；但是整體GRK2基因敲除則會導致心室心肌發育不全，并且具有胚胎致死性［19-20］。③生物能量重構可能參與了心力衰竭的進展，GRK2參與生物能量重構，并且可能是心肌收縮能力下降和能量代謝減弱之間的聯系樞紐［21］。一方面，心肌內GRK2表達升高會減弱心肌脂肪酸能量代謝，并且在慢性心力衰竭患者體內，GRK2升高會使β腎上腺素受體表達下降及敏感性降低，進一步促進心肌細胞的胰島素抵抗，從而降低其能量代謝彈性［22-23］。另一方面，線粒體是人體能量的主要來源，而心肌收縮需要提供匹配的能量，因此當線粒體功能障礙時，也可能導致心力衰竭的發生與發展。研究證實，GRK2可通過使線粒體裂變與融合失衡導致線粒體功能障礙，進一步導致心肌壞死，最后引發心力衰竭［24-25］。因此，GRK2是心力衰竭多種發生機制之間相互聯系的樞紐，針對GRK2的治療措施有望成為治療心力衰竭的新選擇。

帕羅西汀屬于5-羥色胺再攝取抑制劑，是心力衰竭治療研究中常用的GRK2抑制劑。一項動物實驗結果顯示，帕羅西汀可以增加30%的左心室射血分數，并且可以改善心肌收縮能力［26］。但是一項回顧性隊列研究結果顯示，帕羅西汀治療心力衰竭并未明顯降低28 d全因病死率［27］。盡管各項研究結論大相徑庭，但是在研究實驗中帕羅西汀依舊是常用的GRK2抑制劑，未來仍需要大量研究以證實該藥物是否可以改善心力衰竭患者的癥狀及預后。此外，枸杞多糖可抑制GRK2的異常表達及活化，是否可以用于心力衰竭的治療仍有待進一步探討［23-24］。

4 GRK2在其他CVD發生發展中的作用

除心肌梗死、心肌肥厚與心力衰竭，GRK2同樣也參與了其他一些CVD的發生發展。①GRK2在心肌纖維化發生發展中的作用：心肌纖維化是心臟在血流動力學和神經激素應激狀態下的共同病理改變，并且是慢性心力衰竭心肌重構的重要特征，表現為心肌成纖維細胞過度增殖及細胞外基質蛋白過度沉積。一項細胞實驗結果顯示，GRK2可通過GRK2/β-arrestin1/ERK1/2信號通路促進心肌纖維化［28］。②GRK2在冠狀動脈舒張功能障礙發生發展中的作用：隨著年齡增加，冠狀動脈微血管上β腎上腺素受體表達逐漸減少，導致在舒血管刺激因子的作用下，冠狀動脈微血管不能相應地增加冠狀動脈血流，最終導致冠狀動脈血流灌注減少及罹患心力衰竭的風險增加。一項動物實驗結果顯示，GRK2參與調節冠狀動脈的微血管功能［29］。③GRK2在糖尿病心肌病發生發展中的作用：CHEN等［30］研究提出，GRK2活性增加可通過減弱PI3K/AKT的作用，促進胰島素抵抗，從而導致糖尿病的發生；其中Akt的作用主要是使Glut4表達升高，進一步促進葡萄糖攝入細胞，而PI3K則具有增強胰島素的作用［31］。在糖尿病心肌病早期階段，心肌及外周單核細胞中的GRK2表達升高，提示GRK2可能是早期診斷糖尿病心肌病的生物標志物之一［32］。④GRK2在心血管功能損傷中的作用：血管內皮來源的NO具有擴張血管的作用，并且參與調節血管收縮、舒張功能及局部血流，而GRK2可通過限制β腎上腺素受體的功能，進一步改變NO的生物利用度，從而損傷心血管功能［33］。可以推測，GRK2異常活化將會導致微血管功能障礙、限制血管擴張、參與心肌纖維化等過程，從而進一步參與多種CVD的發生發展。

綜上所述，GRK2參與了心肌梗死、心肌肥厚、心力衰竭及其他CVD的發生發展，是多種CVD發生的危險因素及相關疾病之間的聯系樞紐，以GRK2為靶點對患者進行治療的前景比較廣闊。而關于GRK2抑制劑，除外帕羅西汀，多數為基礎實驗研究，未來仍需要開展大量實驗以找尋更有效的抑制劑，以及驗證目前GRK2抑制劑的臨床應用效果。