ANP的心脏保护作用研究

玄春花，李彦生，关立克

(1.延边大学附属医院 心血管内科，吉林 延吉133002；2.延边大学团委)

近年来，ANP(atrial natriuretic peptide,ANP)对心血管疾病的作用研究备受关注。在较早的研究中发现，ANP的分泌与诸多缺血缺氧相关性疾病例如高血压(hypertension)、急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)、充血性心力衰竭等密切相关。起初研究指出[1]，ANP抵制心力衰竭作用只是通过强烈的利钠利尿作用来实现。而随后的深入研究发现，ANP在此类疾病发生和发展过程中发挥抑制心肌肥厚和抗纤维化、抵制氧化应激反应、保护缺血/再灌注损伤等重要的生物学作用。

1 ANP 对心脏肥大的抑制作用

高血压、冠心病、先心病等疾病诱发心肌肥大，急性心肌梗死后诱发左心室扩张的病理生理学机制包括早期的梗死区伸张和纤维化以及未梗死心肌细胞的代偿性肥大，心肌肥大容易继发心脏功能衰竭等严重的心脏疾病。最早的研究提出，利用心脏标本或在心力衰竭患者中未能发现ANP对心脏的直接作用[2]，同时提出ANP受体只存在于心内膜，而不是心肌细胞[3]。随后的研究发现，ANP存在于心肌细胞并且调节其生理作用。成功鉴定出肽类激素受体NPR-A，NPR-B和NPR-C之后，越来越多的证据显示ANP对心肌肥厚具有调节作用。缺乏ANP结合型受体NPR-A的小鼠，容易发生心脏肥大[4]，并表明内生的ANP/NPR-A系统可以抑制心肌细胞生长。NPR-A基因敲除小鼠与野生型小鼠相比，缺少NPR-A基因小鼠的心肌细胞远大与野生型大鼠[5]。ANP与A型钠尿肽受体(NPR-A)结合后激活G蛋白与其耦联的鸟苷酸环化酶(GC)，促进细胞内环磷酸鸟苷(cGMP)的生成来实现它的生物学作用。在成纤维细胞中，ANP可以提高细胞内cGMP的水平，同时抑制血管紧张素II(angiotensin II)、内皮素-1、酸性成纤维细胞生长因子(acidic fibroblast growth factor)、基本的成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor)的DNA合成，提示ANP可以通过调节成纤维细胞的生长来抵抗纤维化和抑制心肌肥大[6]。利用去甲肾上腺素(Norepinephrine)诱导心肌肥大后发现，ANP、NO和8-br-cGMP可以减少去甲肾上腺素和钙离子通道抑制剂BAY K8644诱导的蛋白质合成，从而指出ANP和NO可以抑制去甲肾上腺素诱导的心肌细胞的肥大，而此作用可能是通过cGMP抑制去甲肾上腺素诱导的钙离子内流来完成的。在大鼠心肌细胞内，ANP通过增加cGMP的浓度来抵制血管紧张素II和内皮素-1诱导的心肌肥大和抑制促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)的活性[7]。Horio[8]等发现，HS-142-1，一种钠尿钛受体拮抗剂可以剂量依赖性地增加基础蛋白质合成和苯肾上腺素(phenylephrine)诱导的蛋白质合成，同时HS-142-1可以明显增加心肌细胞的大小。同样，cGMP 类似物和cGMP特异性磷酸二酯酶抑制剂也可以提高基础蛋白质合成和苯肾上腺素(phenylephrine)诱导的蛋白质合成。因此推测内生的ANP以自分泌的形式调节心肌肥大并且此作用可能是与cGMP有关。总之，ANP是抵抗心肌肥大重要因素，而ANP/NPR-A/cGMP途径在调节心肌肥大中发挥重要的作用[9]。最近的研究提出，cGMP通过激活cGMP依赖的蛋白激酶I(PKGI)而抑制神经钙蛋白-激活T细胞核因子(nuclear factor of activated T cells,NFAT)信号途径，进而发挥其抗心肌肥大作用。还有研究发现，在高血压小鼠中，局部的ANP/NPR-A/cGMP信号途径可以抑制促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)/细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,EAK)途径和神经钙蛋白/激活T细胞核因子(nuclear factor of activated T cells,NFAT)途径[10]。

2 ANP通过RAAS及内皮系统抑制心脏纤维化

ANP对肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)的抑制作用不仅能起到利钠利尿，而且也能抵制心脏纤维化和心力衰竭。急性心肌梗死(AMI)诱导的左心室功能异常和心力衰竭的发展进程与心肌抑顿或心肌凋亡、左心室重构以及神经激素强烈而持久的活跃状态密切相关。许多研究证实，血管紧张素II(angiotensin II)、醛固酮(aldosterone)以及内皮素-1(endothelin-1,ET-1)在心肌结构变化过程中各自发挥不同的作用。已知ANP分别在肾脏和肾上腺抑制肾素和醛固酮的分泌，而醛固酮参与到高血压患者的左心室功能障碍、心脏纤维化及心力衰竭的发展进程。研究证实，ANP可以抑制一种醛固酮合酶CYP11B2的mRNA表达[11]，而在内皮细胞中，ANP具有抵制内皮素-1的合成。在AMI[12]或经历心脏外科手术的患者[13]体内静脉注射ANP，能明显减少醛固酮、血管紧张素II和/或内皮素-1的含量。这些结果提示ANP可以通过抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统来抑制心脏纤维化或心力衰竭的进程。事实上，钠尿肽受体抑制剂HS-142-1在不改变血液动力学的情况下，明显减少利钠利尿来改善心力衰竭，并且HS-142-1降低心力衰竭动物模型中肾素和醛固酮的水平，说明ANP/NPR-A系统具有抑制肾素和醛固酮分泌的作用。

3 ANP对心肌缺血/再灌注损伤的保护作用

心肌缺血/再灌注损伤(MIRI)的概念是1960年Jennings等首次提出，大量动物实验和临床观察证实再灌注会引起心肌超微结构不可逆坏死。由于心肌缺血/再灌注损伤使得缺血性心脏病(IHD)的治疗难度大大提高。IHD是当今世界危害人类健康的首敌，根据WHO统计，预计到2020年急性冠状动脉梗阻性缺血性心脏病将成为全球最主要的致死原因，故防治缺血性心脏病已成为全球的重要公共卫生问题，而有效防治缺血性心脏病治疗过程中发生的缺血/再灌注损伤则成为研究的焦点，但目前为止尚无缺血/再灌注的靶向治疗方法。发生缺血/再灌注损伤的主要机制包括氧自由基(free radical)生成、钙超载等，但其机制十分复杂，目前尚未完全阐明。

近几年证实，ANP在心肌缺血/再灌注损伤中发挥保护心脏的作用[14-16]。在大鼠离体心脏灌流模型中，经过15min的全心缺血后，再灌注期给予15min的ANP后发现，ANP明显增加缺血后期的cGMP水平，同时ANP组的心输出量和冠脉流量的恢复率明显高于对照组，即ANP能显著改善大鼠离体心脏的心输出量和冠脉流量，此结果提示ANP的心脏保护作用不依赖于ANP的负性肌力作用[14]。在家兔离体心脏，30 min的缺血期之后，再灌注期早期给予ANP能明显减小家兔心脏的心肌梗死面积，并且这种效应伴随cGMP依赖型蛋白激酶的活化[17]。此外，再灌注前给予ANP能明显减少心肌梗死面积，而此作用被PKC的抑制剂chelerythrine和线粒体的ATP敏感性钾离子通道(ATP-sensitive K+channel KATP)抑制剂sodium 5-hydroxydecanoate所逆转，说明ANP可能通过NO/PKC依赖的信号途径激活线粒体的ATP敏感性钾离子通道而发挥其心肌保护作用[18]。此外，低剂量ANP诱导的cGMP浓度增加可抑制猪的心肌细胞坏死及暂时性冠状动脉闭塞，并减少心肌梗死面积[19]。Yang等[20]指出，再灌注前给与ANP能明显减小再灌注所致的家兔心肌梗死面积，并指出ANP的这种作用可能通过cGMP/PKG信号途径。而其它研究证实，cGMP/PKG信号途径在缺血预处理和后处理对心脏的保护机制中发挥重要作用[21]。磷酸二酯酶-5(PDE-5)是代谢cGMP的同功酶，促使cGMP的降解。磷酸二酯酶抑制剂选择性地阻断cGMP的降解过程，促使cGMP水平升高。有报道称磷酸二酯酶-5抑制剂西地那非(伟哥)通过增加cGMP而激活PKG，从而保护再灌注损伤的心肌细胞[22]。

在体内结扎狗的冠状动脉30 min后进行60 min的再灌注，再灌注期开始时注入ANP(0.1 mg/kg/min)或5%葡萄糖溶液。结果显示，灌注ANP的心脏与单纯灌注葡萄糖的心脏在缺血和再灌注期血液动力学并没有显著差异。但是，给与ANP的心脏再灌注10min后，室性期外收缩(ventricular extrasystoles)的发生率仅为22%，而对照组的室性期外收缩的发生率为100%。ANP组不发生心室颤动(ventricular fibrillation)，即发生率为0，而对照组25%的心脏发生心室颤动[23]。另有研究表明，输入ANP的动物血浆中cGMP含量是对照组血浆浓度的8倍，cGMP可能通过Na+/ Ca2+交换蛋白和ATP敏感的Ca2+通道来调节Ca2+的内流[24]，说明ANP在心肌细胞通过cGMP抑制钙离子超载。在狗的在体模型上结扎左冠状动脉前降支25 min， 结扎前5 min开始静脉注射ANP并持续10 min后发现，ANP组左心室舒张末期压力明显低与对照组，而缺血期室性期外搏动(ventricular premature beats)和室性心动过速(episodes of ventricular tachycardia,VT)的发生率明显减小。心外膜ST段的变化和多相性的变化可以用来评估局部心肌缺血的严重程度，而ANP组此两项指标均显著减低[25]。清醒的狗体内，ANP能扩张阻力血管和增加冠脉流量[26]，而其他研究也发现，ANP能增加冠脉侧枝的血流量[27]。在人体内，ANP (0.03 mg/kg/min)显著扩张心外膜冠状动脉和冠脉阻力血管，提示ANP能改善缺血所致的冠脉循环障碍[28]。接受冠状血管成形术患者的冠状动脉内注入(0.025 mg/kg/min)的ANP同样改善冠脉侧枝流量，继而改善心肌缺血[29]。

线粒体膜通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)在缺血再灌注损伤中机制中起着关键性作用。mPTP是位于线粒体膜上并跨越线粒体外膜和内膜的多孔道结构，在正常生理条件下处于关闭状态，保持线粒体的正常结构和功能。但在应激条件下(如缺血缺氧)，mPTP开放，H+和水等可以自由通过线粒体膜，结果导致线粒体肿胀破坏和凋亡诱导因子的释放，进而引起细胞凋亡和坏死。Halestrap等[30]提出，再灌注时线粒体的快速复能使膜电位重新建立，导致钙进入线粒体，引起线粒体钙超载，从而导致mPTP开放，并指出mPTP开放是再灌注损伤从可逆性到不可逆性转变的关键因素[31]。因此，抑制mPTP的开放在保护再灌注心脏中具有重要作用。研究发现，在培养的心肌细胞中，ANP通过ANP-cGMP-PKG和PI3K/Akt途径，抑制mPTP的开放来抵抗缺血再灌注损伤，从而对心肌发挥保护作用[32]，而其他研究证实cGMP通过PKG抑制mPTP的开放，从而保护心脏。

已知内皮损伤和中性粒细胞参与缺血/再灌注损伤。冠状动脉的结构及功能异常会导致心肌缺血/再灌注损伤，而中性粒细胞分泌的细胞因子白介素-1(IL-1)等和中性粒细胞所致的内皮损伤在冠脉损伤的进程中发挥重要的作用。在培养的人类中性粒细胞，ANP通过抑制中性粒细胞诱导内皮的粘连性，继而发挥保护心肌细胞的作用[33]。在再灌注期给与ANP能抑制心肌细胞的死亡，从而指出心肌细胞内ANP通过使cGMP增加而抑制再灌注期心肌细胞的坏死[34]。缺氧能显著增加多形核中性粒细胞向内皮细胞的粘附作用以及基质金属蛋白酶-9(MMP-9)的分泌。最近的研究发现，ANP和ANP的中性内肽酶(NEP)抑制剂通过抑制多形核中性粒细胞对缺氧的内皮细胞的粘附作用而抑制MMP-9以及过氧化物、溶菌酶等的分泌[35]。观察培养的能分泌多形核中性粒细胞的平滑肌细胞时发现，此平滑肌细胞显示出具有多形态和生物化学特征性变化的编程性细胞死亡(apoptosis)。ANP和NEP抑制剂可以抑制这种平滑肌细胞编程性细胞死亡的特征性变化[36]。由此推测，ANP可以抑制多形核中性粒细胞的活性以及随之而来的脉管细胞的变化，这也很可能是ANP保护再灌注损伤的作用机制。缺血再灌注损伤可以诱导心肌细胞的坏死和编程性死亡，锯齿类动物和人体心脏中缺血/再灌注后，危险区域中的5%-30%，16小时后发生编程性细胞死亡[37]。Kato等[38]研究发现，在大鼠心肌细胞内，生理浓度和治疗浓度(0.1-1 nM,300-3 000 pg/mL)的ANP能够显著抑制编程性细胞死亡，而此作用是由Akt/PI3K/cGMP的途径来介导。总之，急性冠状动脉综合征时由心肌细胞等产生的ANP和cGMP具有保护心肌细胞和抵抗心肌细胞再灌注损伤的作用。

综上所述，发现ANP至今，通过很多实践和研究的积累，人们已经较好地掌握了ANP的心肌保护功能。与此同时，ANP不仅可以作为一项指标来诊断此类心血管系统疾病，同时也能作为新型和安全的治疗药物[39]调节心血管系统的功能。但是目前，ANP的生物学作用的具体机制尚未完全弄清，相信随着研究水平的不断深入，这一问题将逐渐被解决，并将为临床治疗心血管系统疾病等提供有力的理论依据，也为开发和研制新药提供新思路。

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