不同钠尿肽生物学特性在心血管领域的应用研究1)

张 妍,侯雅竹,毛静远

钠尿肽(natriuretic peptides,NPs)是一组具有利尿利钠、舒血管降压、抗细胞增殖等活性的多肽[1],包括心房钠尿肽(atrial natriuretic peptide,ANP)、脑钠尿肽(brain natriuretic peptide,BNP)、C-型钠尿肽(c-type natriuretic peptide,CNP)和 D-型钠尿肽(dendroasspis natriuretic peptide,DNP)等。NPs广泛存在于人体,对心血管、肾脏等器官的功能有重要调节作用,与血压、血容量和水盐平衡维持密切相关[1],但是利钠肽家族生物学效应和对心血管疾病的诊断以及预后判断作用又各具特点。ANP、BNP和CNP已从人体纯化提取出来,是此篇文章论述的重点。

1 NPs的生物学异同

1.1 NPs的结构 已知在人类NPs中均含有一个特有的由17个氨基酸组成的环状结构,为其生物活性所必需,其残基的差异决定了不同NPs的特异性[1],其中ANP和BNP在环的羧基端和羟基端均有数目不等的氨基酸,CNP在环的羧基端没有延伸于环外的氨基酸,DNP羧基端在已知的NPs中延伸最长。

1.2 受体选择特异性 ANP、BNP均可激活NPR-A、NPR-C,CNP可同时激活NPR-B和NPR-C,DNP则只能激活NPR-A,但他们结合受体的能力强弱不同[2]。在心血管疾病中,随着NPs产生增加,而所表现出的生理效应却是减弱,很大一部分是因为受体的下调。因此,研究取得NPR-A、NPR-B的增敏物、NPR-C的抑制物或纯化得到DNP,将为心血管疾病的治疗提供新的路径。

1.3 NPs的体内合成与代谢

1.3.1 NPs的合成与释放 ANP主要在心房合成,以前体形式储存于心房肌分泌颗粒中;其释放受心房跨壁压的影响[1],而其他一些激素如抗利尿激素、儿茶酚胺类物质也可直接刺激ANP分泌。左心室肥大、血压过高和血容量超载时,心房大量分泌ANP,在心衰患者中ANP可升高至10倍～30倍。BNP在心房、心室均可合成,但心室占主导地位,其释放受静脉血容量或/和血压的影响。健康个体血浆BNP浓度为1fmol/ml(3.5 pg/mL)或大约为ANP浓度的1/10,而在慢性心力衰竭患者中BNP的浓度可升高200倍～300倍,这使得BNP已被普遍认为是心脏容量负荷和压力负荷的标志之一。CNP在哺乳动物血管平滑肌的表达不依赖于内皮细胞[3,4],某些病理状态下,白介素-1、血管内皮生长因子、肿瘤坏死因子等血管活性物质可诱导CNP基因表达。DNP的来源及其作用机制尚不清楚,但在血浆和心房中均可以检测到DNP,其受内皮素-1和血管紧张素Ⅱ的调节,但是不受TGF-b的影响。

1.3.2 NPs的代谢 NPs在体内代谢主要有三种途径[5]。内肽酶途径对所有NPs都有降解作用,其降解能力依次为CNP＞ANP＞BNP,DNP可抵抗中性肽链内切酶的降解作用,因此DNP的纯化将为心血管疾病的治疗拓展新的视角。受体介导途径的NPs降解清除能力次序为ANP＞CNP＞BNP。尿排出途径的NPs代谢能力有限,但在其他途径受抑制的情况下,从尿中排出NPs增多。

2 生物学效应的比较

2.1 利尿利钠作用 ANP是目前已知最强的利尿利钠剂[1],其作用约为呋塞米的500倍～1 000倍;且作用发生迅速,静脉注射后 1 min～2 min即起反应,5 min～10 min达到高峰,持续1 h～2 h。ANP前体肽的利尿作用时间更长;BNP利尿利钠强度与ANP相近;CNP对肾的利钠作用不显著或无作用。

2.2 扩血管降压作用 ANP有强大的舒张血管作用,可以对抗去甲肾上腺素(NE)、血管紧张素、5-HT和组胺的缩血管效应,并表现出部位的特异性[1];BNP亦能明显抑制NE的缩血管效应,在血容量过多的状态下表现出较强的促进血管舒张和降低血压作用;但CNP的心血管作用更倾向于血管局部作用或中枢对加压素和促肾上腺皮质激素释放的调节。DNP也有血管舒张作用,但其作用强度尚未明确。不同钠尿肽在不同部位发挥不同生理效应,主要与受体分布的差异有关,比如ANP与CNP对肾动脉和隐动脉的舒张作用表现出完全不同的效果;CNP作用于NPR-B,可使隐动脉发生中度舒张,而对肾动脉无效;而ANP作用于NPR-A,引起肾动脉舒张,但对隐动脉无作用。

2.3 抗细胞、内皮增殖作用 ANP、BNP、CNP均可调节血管平滑肌、心肌和成纤维细胞的生长和增殖,阻止细胞外基质的分泌,但CNP是抑制细胞增殖作用最强的钠尿肽,它通过旁分泌调节平滑肌生长,通过自分泌调节内皮细胞的增殖。此外CNP在血管球囊损伤后具有保护作用,可抑制内膜增生,提示CNP具有预防经皮冠状动脉腔内成型术(PTCA)后再狭窄的作用。

2.4 对心肌的作用

2.4.1 对心肌收缩力的影响 在鸟的心肌细胞和大鼠的心室肌中发现ANP有负性肌力作用,而对CNP是否具有正性肌力作用还未达成一致认识,只是有证据认为CNP的心肌收缩作用呈浓度依赖性[6]。

2.4.2 抑制心室肌重构 临床研究发现静脉输注ANP可显著降低首次发生AMI患者AngⅡ和醛固酮的血浆浓度[7],降低心肌梗死局部的心脏交感神经活性,改善患者左心室射血分数值,亦使心肌梗死扩展及心肌梗死后心室病理性重构的程度显著减小[8,9]。

2.4.3 心肌保护作用 ANP可抑制缺血心肌细胞的凋亡而产生直接的心肌保护作用,这有利于心肌梗死后心功能的维护。

2.5 抗氧化应激作用 有报道ANP显著地抑制由血管紧张素Ⅱ、内皮素-1等刺激所致的心肌细胞增生肥大以及超氧化物的产生,说明ANP的抗心肌肥大作用与细胞内超氧化物的减少是相关的[10]。ANP还可抑制TNF-α及IL-1β等炎症因子的释放,同时阻断活化的中性粒细胞内超氧化物、溶酶体及基质金属蛋白酶-9的释放,并抑制其黏附至冠脉内皮细胞[11],提示ANP的冠脉内皮保护作用与其抗氧化应激作用相关。过氧化物可以增加内皮来源的舒张因子CNP的分泌,这可能是在氧化应激时内皮做出的反应。

3 内源性NPs在心血管疾病临床诊疗中的应用

内源性NPs家族的血浆浓度测定已应用于心血管疾病的诊断和估计预后,但近年来更趋于ANP和BNP的研究,这两种神经肽类物质浓度变化对心血管疾病有不同临床意义。

3.1 心力衰竭 大量研究证实BNP对于充血性心力衰竭诊断的准确性高于ANP。中华医学会心血管病学分会和中华心血管病杂志编委会所制订的《慢性心力衰竭诊断治疗指南》中提出,当BNP浓度＜100 pg/mL时,通常不考虑 CHF,而 BNP浓度＞400 pg/mL时,多表明存在CHF。NT-proBNP是BNP激素原分裂后没有活性的N-末端片段,与BNP相比,半衰期更长,更稳定,其浓度可反映短暂时间内新合成的而不是贮存的BNP释放,因此更能反映BNP通路的激活,比BNP更具有检验优势。NT-proBNP诊断CHF的准确性在于其高阴性预测价值,O'Donoghue等[12,13]认为可将NT-proBNP作为诊断心功能不全的标志之一,并可对心力衰竭的预后做出判断。BNP则更适合用于判断较严重的心力衰竭。对于鉴别心源性与肺源性呼吸困难,N T-proBNP和BNP浓度优于血浆ANP的测定[14],且BNP/NT-proBNP可作为急性呼吸困难排除心力衰竭的最直接证据已得到证实[14,15]。但由于血浆NT-proBNP水平与年龄、性别和体重有关,老龄和女性升高,肥胖者降低,肾功能不全时升高,其诊断阈值繁杂,因此目前临床上更常用BNP检测。BNP单独预测收缩功能异常或舒张功能异常的能力不及超声心动图,因此只分析左心室功能异常时,BNP不能区分是舒张功能还是收缩功能障碍[16]。

3.2 急性心肌梗死 有关ANP和BNP在急性心肌损伤时的血浆浓度测定均有报道,但血浆BNP/NT-proBNP浓度对心肌损伤后不良事件的发生有更好的预测价值。

BNP水平与梗死面积呈正相关[17],急性心肌梗死(AMI)早期BNP浓度迅速升高[18]。近年来,NT-proBNP在AMI中临床应用的研究较多。Denzil等[19]通过临床研究证实NT-proBNP水平在AMI后迅速增加,并于24 h达高峰,可持续至12周;AMI发生后73 h～120 h,血浆NT-proBNP水平是AMI后6周内死亡或左心室功能不全的最强独立预测因子[20]。Khan等[21]研究发现NT-proBNP预测死亡能力强于TIMI风险评分,且TIMI和NT-proBNP联合并不能显著改善其死亡预测能力。在急性心肌梗死时,ANP浓度尽管也会迅速升高[22],但 BNP比ANP更敏感。

3.3 心房颤动 尽管ANP在心房中合成和储存,但是目前研究认为房颤时血浆BNP浓度的变化意义更大,尤以NT-proB NP相关报道较多。多项研究已证明[23,24],房颤可导致NT-proBNP增加,其平均浓度在800 pg/mL～1 100 pg/mL,高频率的心房肌细胞收缩和心房本身的炎症反应是促进其产生可能的机制[23],然而也有研究未发现房颤和NT-proBNP浓度之间存在显著的联系[25]。至于房颤发生后多久NT-proBNP开始升高、达峰时间及持续时间尚未定论。有研究认为NT-proBNP可以作为一项独立的危险因素来预测房颤的发生[26,27],Hwang等[28]研究发现射频消融成功后NT-proBNP浓度＞220 pg/mL时即可以作为预测房颤复发的独立危险因素;但Tveit等[29]研究表明NT-proBNP浓度高低不能在房颤电复律前预测电复律成功与否以及电复律后是否复发。

4 结语与展望

NPs自发现以来,一直是生物医学界研究的热点。NPs在生物学结构上的差异及对受体亲和力的不同是其不同生物学效应的基础;其中ANP与BNP在利尿利钠、舒血管降压的效度相近;CNP通过NPR-B受体对血管平滑肌更有特异性,能够抑制平滑肌细胞增殖迁移和内膜的增厚。尽管ANP和BNP浓度测定已尝试用于疾病的临床诊断和预后判断,但除BNP已明确是CHF诊断最具价值的神经肽类物质外,其他内源性钠尿肽家族成员对某些心血管疾病诊断和预后判断的特异性还需进一步探索。虽然人工合成的单一肽类(卡培立肽、奈西立肽)和肽类复合体(血管钠肽)已应用于临床治疗且疗效显著,但目前仅用于疾病急性阶段的静脉短期治疗,对其长期应用的疗效和副作用尚需进一步评价。

在今后的研究中可从以下几方面进行探索:NPs的生物学特点及其病理生理作用机制需进一步明确;加强对CNP和DNP的深层次研究;探索各成员在不同心血管疾病诊断和预后判断中的特异性及其血浆浓度的量化规范;改变已有人工合成肽的剂型以便长期应用;充分利用NPs的生物学效应,准确定位钠尿肽成员强势作用的不同基因,利用基因克隆重组技术合成新型钠尿肽。

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