缺血性心肌病治疗新靶点Apelin的概述

姚　祯　周　洋　周宇宏

哈尔滨医科大学药学院药理教研室心血管药物研究教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨150086

缺血性心肌病治疗新靶点Apelin的概述

姚祯周洋周宇宏

哈尔滨医科大学药学院药理教研室心血管药物研究教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨150086

缺血性心肌病的发病率逐年上升，严重危害人类健康，且可造成沉重的社会负担。缺血性心肌病治疗方法包括血运重建、心肌再生、改善心功能和心肌能量代谢。Apelin作为新发现的分子肽类物质，可改善线粒体形态及功能，有利于保护心肌。线粒体作为重要的能量供给细胞器，其分裂与融合的动态平衡是维持细胞稳态的重要机制，目前已成为缺血性心肌病治疗的新靶点。本文就线粒体的分裂与融合及Apelin在缺血性心肌病中的作用作一综述。

缺血性心肌病；线粒体分裂：线粒体融合；Apelin

［Abstract］The incidence of ischemic heart disease is increasing in recent years，which brings serious harmless to human health and causes heavy social burden.Treatments of ischemic heart disease include revascularization，myocardial regeneration，improving heart function and energy metabolism.Apelin，as molecular peptides newly discovered，can improve mitochondrial morphology and function and play a crucial role in cardiovascular diseases.Mitochondria are major energy supply organelles，whose dynamic balance of fission and fusion is a significant mechanism for maintaining cellular homeostasis，which have become a new target for the treatment of ischemic heart disease now.This paper reviews the mitochondrial fission and fusion，and the effect of Apelin in ischemic cardiomyopathy.

［Key words］Ischemic cardiomyopathy；Mitochondrial fission；Mitochondrial fusion；Apelin

据报道，心血管疾病是造成老年人死亡的主要病例之一，且呈逐年上升趋势［1］。其中缺血性心肌病是一种典型的心血管疾病，是指由冠状动脉粥样硬化引起长期心脏缺血的一类冠心病，该病会加重心脏的负担，当负担加重一定程度后会出现心力衰竭，危害极大。目前单纯的内科药物治疗不能完全使患者康复。经皮冠状动脉介入治疗［2］可以快速有效地改善心肌缺血，但是术后容易发生多支血管病变、慢性闭塞病变、支架术后血栓、支架内再狭窄等复杂的并发症，因此亟需寻找安全有效的治疗缺血性心肌病的新靶点。

1　Apelin——新型心血管保护分子肽

Apelin是一种纯化的G蛋白偶联受体APJ的内源性配体，该配体最早由Wei等［3］提取自牛胃的分泌物［4］，Apelin-12、Apelin-13和Apelin-36是纯化内源性Apelin的三种主要形式［5］，其中Apelin-13是G蛋白偶联受体APJ的最主要内源性配体。Apelin在心脏、肾、肾上腺、肺的血管内皮细胞中Apelin表达较高［6］，在免疫炎症、心血管调节、能量代谢、神经功能等方面占举足轻重的地位。近些年发现Apelin在心血管中的作用日益显著，将有可能成为临床上心血管疾病治疗的新药。

Apelin在心血管系统中能够有效减少左心室前负荷，从而增强心肌收缩力。Apelin可能通过NO-cGMP途径使线粒体的数量增加，心肌的能量供应增多，改善心肌的收缩功能［7］。心肌缺血后的短期内Apelin表达会迅速上调，线粒体通透性转换孔开放，线粒体解偶联，大量ATP消耗，细胞死亡。心肌缺血早期外源给予Apelin可降低心脏梗死面积；再灌注后Apelin的水平恢复至正常水平［8］，提示Apelin对心脏发挥保护作用，其机制可能与Akt/eNOS途径以及p44/42促分裂原活化蛋白激酶的磷酸化有关［9］，并且延迟线粒体通透性转换孔的开放［10］。NO能够介导Apelin-12对缺血再灌注损伤的保护作用［11］。Tao等［12］证实Apelin可以通过激活PI3K/Akt、MAPK、ERK途径来减少缺血再灌注损伤。Apelin-l3不仅保护缺血缺氧后的心肌细胞，对于心肌干细胞同样发挥保护作用，增强对受损心肌干细胞的动员和增殖，提高生存率，修复受损心脏，改善心脏功能［13］。心脏重构的过程中Apelin减少线粒体活性氧（ROS）的产生，阻止过多的ROS触发细胞程序性死亡［14］。Apelin心肌缺血再灌注损伤发挥保护作用的机制是与PKC、PI3K、MEK1/2、NOS和心肌细胞膜上的Na+/H+和Na+/Ca2+交换泵有关［15］。

在线粒体途径中，Apelin-13阻滞线粒体去极化，维持线粒体膜电位，细胞色素C释放和Caspase-3的激活，减少ROS的产生，阻止细胞的线粒体凋亡途径［16-17］。Apelin-13通过RISK-GSK-3β-mPTP通路保护缺血再灌注的心脏，Apelin-13的保护机制可能是GSK-3β的失活，PI3K/AKT激活ERK1/2可能抑制mPTP线粒体通透性转换孔的开放，此过程涉及到RISK再灌注补救激酶途径［18］。在Yamamoto等［19］的研究中，Apelin-l3和Apelin-36具有减少线粒体渗透性孔隙开放时间的作用，这对于心脏的保护具有重要的意义。

由此可知，Apelin与APJ结合通过PI3K的磷酸化和Akt的磷酸化途径或者通过SHP2、Grb2、p44/42的磷酸化（MAPK）途径，阻止线粒体通透性转换孔开放和线粒体解偶联，能够选择性地减少线粒体的ROS和心肌凋亡，对缺血心脏代谢和心脏功能都有改善作用，Apelin可开发成为缺血性心肌病的潜在药物［20］。

2　线粒体的分裂与融合

线粒体的双层膜结构从内到外依次是基质、内膜、膜间隙和外膜线粒体膜，一直维持着不断分裂和融合的动态平衡。线粒体主要具有以下三个功能：生成三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），作用是给细胞提供足够的能量，从而保持细胞的正常代谢功能；生成并调节ROS；调节细胞内钙离子，维持细胞钙调系统的动态平衡。其中提供大量的ATP来维持细胞正常的生命活动是线粒体的最主要功能，因此从某种意义上说，线粒体也可视为能量的源泉，在细胞的众多细胞器中占首要位置。心脏是一个能量输出最大、代谢旺盛的器官，心肌代谢的能量90%来源于游离脂肪酸和葡萄糖氧化代谢，其中葡萄糖代谢最主要。心肌缺血缺氧时线粒体发生损伤，葡萄糖的有氧呼吸发生障碍，此时心肌的能量来源是葡萄糖的无氧呼吸，但无氧呼吸同时可产生乳酸，对心脏产生不可逆的损伤。

线粒体的分裂、融合、运输以及自噬是线粒体常见的线粒体动态变化，其中线粒体的分裂和融合是最主要的动态变化。维持线粒体动态平衡是维持细胞稳态的重要机制［21］。病理条件下，当分裂、融合一方活性被抑制，另一方活性将显著增强，线粒体动态学平衡被破坏导致线粒体的功能障碍［22］，可引起如阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿病［23］等神经系统退行性疾病，以及如高血压病、心力衰竭和心肌缺血再灌注损伤等心血管系统疾病［24］。

线粒体分裂可增加线粒体的数量和分布，对调控细胞内不同部位的钙离子水平、膜电位的维持及神经元细胞器的运输等均有重要意义［25］。Drp1、Fis1和Mff是调节分裂活动的三种典型蛋白质［26］。其中Fis1主要分布在线粒体的外膜上，招募Drp1到线粒体上形成指环状结构，将线粒体挤压断裂。线粒体融合的蛋白有Mfn-1、Mfn-2和OPA-1。相比线粒体分裂过程而言，线粒体的融合要复杂的多，线粒体的融合包括线粒体在胞质中的运动和膜结构的改变、两个线粒体外膜的相互融合、线粒体内膜的对接和相互融合、线粒体DNA和基质的融合。线粒体通过融合交换细胞内物质，通过分裂产生新的线粒体。

3　线粒体异常分裂与心脏疾病

近几年大量的研究发现线粒体分裂和融合与细胞凋亡有着密不可分的联系。在线粒体凋亡的初始阶段，线粒体外膜的分裂位点聚集了大量的Drp1蛋白，同时开始出现明显的片段化结构，之后细胞色素C开始释放，同时Caspase激活，导致细胞死亡。由于心肌细胞具有不可再生的特性，心肌细胞凋亡对维持心脏功能构成极大的威胁，由此可知线粒体分裂对心脏功能的重要性。

缺血再灌注致心肌梗死模型中，Peng等［27］发现心肌缺血再灌注后心肌细胞ATP含量明显减少，Drp1含量明显升高，而心肌细胞的ATP含量则明显减少，线粒体发生损伤，主要表现为线粒体通透性转化孔的开放时间明显延长、线粒体膜出现破裂现象以及细胞色素C的释放。Ong等［28］发现抑制Drp1表达有利于抑制缺血心肌细胞凋亡，减少心肌梗死面积以及抑制线粒体膜通透性转换孔（mPTP）开放。因此推测通过抑制Drp1的去磷酸化减少线粒体分裂，从而减少心肌细胞凋亡，能够有效保护心脏。Zepeda等［29］用Drp1K38A腺病毒使Drp1失去功能后，发现小鼠心肌梗死面积减少，耗氧量下降幅度较大，ATP下降幅度不明显，说明抑制Drp1可保护心脏，促进线粒体能量代谢。Brady等［30］发现HL-1细胞在缺氧/复氧后，异常分裂的线粒体数量增多；转染Drp1K38A（Drp1的突变体）后，线粒体分裂的数目减少，线粒体通透性转化孔的开放减少。应用Mdivi-1（Drp1特异性抑制剂）对于线粒体分裂具有明显的抑制作用。给予mdivi-1的缺血再灌注小鼠组织中心脏梗死面积减少，电镜观察拉长的纤丝间线粒体的比例增加。以上都可以说明缺血性心肌病与线粒体分裂密切相关，线粒体分裂引发更严重的线粒体功能紊乱，使缺血心肌细胞损伤加重。

在大鼠的心肌肥厚模型中，Pennanen等［31］发现当线粒体的平均体积下降时，每个细胞中含有的线粒体的数量出现增加的现象，而线粒体总量的增加则会减少肌原纤维的体积，从而导致心脏的收缩能力减弱。在此过程中，若提高胞浆的Ca2+，激活钙调磷酸酶，促使裂变蛋白Drp1迁移到线粒体，引发线粒体分裂，最终导致心肌肥大。这个模型说明线粒体的分裂与胞浆Ca2+浓度有一定的关系，胞浆的Ca2+浓度也能使得缺血性心肌病的线粒体发生分裂，这个模型也阐明了线粒体动力学对在新陈代谢重构和心肌肥大中的重要性。

Ashrafian等［32］报道小鼠扩张性心肌病模型Drp1蛋白变异，线粒体分裂减少，Drp1氧化磷酸化程度降低以及心脏ATP含量的降低，而且作者提出能量短缺可能会对治疗心脏病有帮助，减少心脏重构。

Sharp等［33］发现小鼠心脏骤停模型Drp1S637去磷酸化和Drp1聚集导致的线粒体分裂都会引起ROS增加，导致线粒体形态学改变和心脏功能损伤。给予Mdivi-1可以逆转Drp1的线粒体分裂对心脏的损伤作用，对维持线粒体正常形态和保护心脏功能都有保护作用。研究结论和缺血再灌注模型相似。

综上所述，Drp1已成为缺血性心肌病的治疗新靶点，通过抑制线粒体分裂蛋白Drp1发挥对心脏的保护作用。

4　展望

线粒体的分裂-融合动态变化随心脏所需的能量而改变，但是异常的线粒体分裂导致线粒体片段化增多，影响心脏的正常收缩和射血。缺血性心肌病发病率逐年升高，寻找安全有效的治疗方法迫在眉睫。近年来Apelin的心血管作用已成研究重点，尤其对缺血性心肌病有显著的改善作用，其机制与抑制缺氧导致的心肌细胞线粒体分裂、减少线粒体损伤、保护心肌细胞有关。Apelin可能会成为新一代的保护缺血性心肌病的高效药。

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Review of Apelin-a new target of ischemic cardiomyopathy

YAO Zhen ZHOU Yang ZHOU Yuhong
Department of Pharmacology，College of Pharmacy，Harbin Medical UniversityKey Laboratory of Cardiovascular Medicine Research，Heilongjiang Province，Harbin150086，China

R542.22

A

1673-7210（2016）09（c）-0043-04

2016-06-24本文编辑：张瑜杰）

中国博士后科学基金面上资助项目（2014M56 1377）。

周宇宏（1976.11-），女，博士，教授；研究方向：心血管药理学。