非神经元乙酰胆碱在心脏疾病中的作用及机制研究进展

朱垚，陆江,2

(1 湖北医药学院麻醉学研究所，湖北十堰 442000;2 湖北医药学院附属太和医院)

·综述·

非神经元乙酰胆碱在心脏疾病中的作用及机制研究进展

朱垚1，陆江1,2

(1 湖北医药学院麻醉学研究所，湖北十堰 442000;2 湖北医药学院附属太和医院)

心肌细胞自主合成和释放的乙酰胆碱被称为非神经元乙酰胆碱，其在心脏疾病中发挥重要作用，例如平衡迷走-交感神经对心脏的控制、减轻心肌缺血再灌注损伤、缓解慢性心力衰竭，其可能的作用通路主要有MAP激酶ERK1/2、PI3K/Akt通路。

非神经元乙酰胆碱；心肌缺血；心力衰竭；炎性损伤

研究[1]发现，心肌细胞能自主合成和释放乙酰胆碱(Ach)，这些Ach被称为“非神经元乙酰胆碱(NNA)”。研究[2～4]表明，刺激迷走神经后NNA表达量明显增加，NNA不仅对迷走-交感神经控制心脏活动起着平衡作用，还广泛参与心肌细胞的相关功能调节，发挥保护效应，但其作用机制目前尚不明确。本文就NNA在心脏疾病中的作用及机制进行综述。

1 NNA概述

和交感神经分布不同，迷走神经分布较为分散、稀疏，分布部位多局限于传导系统，在心脏中大多分布于心室肌的工作细胞区。由于迷走神经分布的局限性，心脏中很多Ach由心脏自发合成及释放NNA来补充。有研究发现，在迷走神经未激活的情况下，离体的自主跳动心脏可自发合成及释放NNA，随着心室肌搏动速率增强，NNA释放到周围基质中的浓度亦升高。若移除心房区的迷走神经纤维，NNA的释放量仅会减少1/3，但若阻断心脏乙酰胆碱脂酶(AChE)效应，则会导致心率减慢，其原因可能是NNA仅在周围基质累积，而未能被AChE水解成胆碱，从而被胆碱转运体(CHT)转运至胆碱能神经纤维。半胆碱基-3(HC3)虽然能阻断CHT-1对胆碱的转运入胞活动，以抑制心肌细胞合成NNA，但是在迷走神经被激活的状态下，HC3并不会影响窦房结和心室NNA的含量。若刺激迷走神经，直到房室肌对该神经的应答减弱，心房和心室中NNA的含量却只会下降到原来的75%。因此推断，心脏中Ach是长期由心肌工作细胞自主合成及释放NNA，只有很少一部分Ach是由自主神经纤维受到刺激时所释放;并且在迷走神经激活的状况下还会促进心肌细胞NNA的合成及释放。

心肌细胞存在一套NNA的合成系统。CHT-1、胆碱乙酰转移酶(ChAT)和囊泡乙酰胆碱转运体(VAChT)在大鼠和家兔的心房肌和心室肌中都存在表达[1]。但是这些物质的表达与机体年龄存在关联性，CHT-1在年老动物心房肌中的表达比年幼动物高，在心室肌中的表达却比年幼动物低；VAChT在心脏中的区域表达性、年龄关联性与CHT-1的情况相类似；ChAT在年老动物心房和心室肌中的表达都要比年幼动物低；这些表达变化可能与心脏的结构和功能随年龄的改变有关[3]。研究[4,5]发现，毒蕈碱拮抗剂能促进ChAT的转录和Ach的合成，但是这些积极效应能被毒蕈碱样乙酰胆碱受体2(M2)阻断剂阿托品所抑制，这也进一步证实了外源性Ach能影响自主NNA的合成。

2 NNA在心脏疾病中的作用

2.1 平衡迷走-交感神经对心脏活动的控制 NNA在心脏功能调节和抗击某些心脏疾病方面发挥着重要作用，并能反过来增强迷走神经的功能效应。Roy等[2]敲除大鼠心肌细胞的VAChT基因(该大鼠称为VAChT KO大鼠)，敲除后大鼠心肌中并没有合成与释放NNA，可见NNA的合成及释放依赖VAChT的活性。尽管迷走-交感神经对心脏起着调节控制作用，但VAChT KO大鼠对血压的调节和对运动后的应答测试，较对照组大鼠表现出恢复时间变慢和心率极速上升的现象。VAChT KO大鼠注射异丙肾上腺素后心率减慢、心肌收缩力下降，目前其机制仍不明确。Lewartowski等[1]发现VAChT被药物抑制或siRNA基因干扰，新生的心肌细胞会发生肥大，这种效应与HC3阻断NNA的效应一致。研究[2,5]发现，如果心肌细胞Ca2+瞬间达到高峰，心肌肥大标记物β肌球蛋白重链及心房钠尿肽(ANP)也将升高。迷走神经的激活会促进心脏NNA的释放，但当交感神经过度激活时，心脏中NNA含量升高，反过来抑制去甲肾上腺素的释放。Gavioli等[6]研究发现，当交感神经过度活化时，NNA能防止心脏功能发生紊乱。可见，NNA对迷走-交感神经控制心脏活动起着平衡作用，在一定程度上NNA的代偿补充会对心脏起到有利保护的调节作用。

2.2 减轻心肌缺血再灌注损伤 研究[7]发现，通过激活迷走神经可显著减少短期心肌缺血大鼠和猪心脏中近50%的梗死灶，提高左心室射血分数并维持再灌注后的正常心率。心脏在长期缺血后可通过激活NNA合成系统，加速NNA的合成。敲除ChAT基因后活性氧(ROS)增加，更容易引起细胞激活Caspase-3进而趋向凋亡，但NNA具有抑制ROS产生的作用，从而抑制凋亡的产生[8]。研究[1,9]发现迷走神经激活引起的保护机制与NNA的参与有关。

缺氧诱导因子(HIF-1α)为心脏中一种自我保护的因子，其能减轻缺血和低氧带来的不利损伤[10,11]。在低氧环境下，NNA可参与HIF-1α水平的调节；进一步研究发现，HIF-1α不仅能够诱导凋亡抑制基因AI的表达，也能促进细胞膜葡萄糖转运体4(Glut-4)的表达，导致细胞基质葡萄糖含量增高。心肌梗死后心脏重塑表现更加敏感。在离体全新缺血的心脏对比试验中，心脏特定高表达ChAT大鼠相比对照组大鼠有更强的抵抗缺血的能力。其机制可能是特定高表达ChAT的大鼠心脏，NNA合成量升高，升高的NNA使心肌细胞中线粒体能量代谢受到了抑制，由有氧呼吸变为糖酵解，抑制细胞对氧气的需求，从而增强对低氧刺激的抵抗性[9]。

迷走神经对心肌缺血再灌注的保护还体现在抗炎作用中。在狗的缺血再灌注心脏中，迷走神经激活后刺激心肌细胞合成NNA抑制炎性因子例如肿瘤坏死因子α(TNF-α)和白细胞介素6(IL-6)的释放[14]。迷走神经的激活也极大地抑制中性粒细胞在心肌缺血再灌注区域的浸润，抑制巨噬细胞合成及释放促炎因子，减轻炎症反应[12]。迷走神经激活后刺激心肌细胞合成的NNA还能极大地改善由于心肌缺血再灌注后因心脏传导功能障碍所导致的心跳过速和心室纤维性颤动。心肌传导取决于细胞内蛋白连接子之间的电活动，这些蛋白连接子称为缝隙连接蛋白(Cx)，而NNA可以抑制Cx43的去磷酸化，从而调控心肌细胞间的传导和心脏心律。

2.3 缓解慢性心力衰竭 抑制交感神经、激活迷走神经治疗心力衰竭已经在临床动物模型中得到验证。Hamann等[13]研究发现，迷走神经的活化能够改善心肌缺血再灌注后心肌功能，降低C反应蛋白、心房ANP前体、TNF-α、IL-6、ROS水平，升高心肌NO含量。但Yu等[14]研究发现，在术后3～6个月刺激慢性心力衰竭模型狗迷走神经，其心输出量比没有经过迷走神经刺激的狗要大，但两者左心室梗死面积、收缩末期强度比较无统计学差异。NNA治疗心力衰竭的机制可能与迷走神经的激活抑制了交感神经释放去甲肾上腺素有关。NNA激动剂目前运用于临床治疗，多奈哌齐可增强ChAT启动子活性并促进NNA的合成和释放[15]。可逆性抗胆碱酯酶药吡斯的明可促进微血管的生成并保护Cx43，从而有效治疗心力衰竭和心肌缺血[16]。但目前关于这类药物的长期安全性和疗效仍有待研究。

3 NNA在心脏疾病中的作用机制

NNA的受体是一种G蛋白偶联的毒蕈碱样乙酰胆碱受体(M1～M5)。心脏中的NNA与M2结合后，会通过调节腺苷酸环化酶来抑制Ca2+内流，促进K+外流，从而抑制自律细胞降低心率，缩短心肌细胞动作电位和降低心肌收缩性、收缩幅度从而抑制窦房结与房室结的传导[1]。NNA参与心肌细胞保护的信号通路主要包括以下两种。

3.1 促细胞分裂原活化蛋白(MAP)激酶与细胞外调节蛋白激酶(ERK1/2)通路 MAP激酶ERK1/2信号通路是M2受体介导的信号通路之一。M2受体G蛋白βγ亚基与NNA偶联，通过PI3Kγ使ERK1/2磷酸化，这个过程涉及酪氨酸激酶Shc、Grb2、Sos、Ras和Raf的参与。但是M2受体G蛋白α亚基与NNA偶联同样可以激活ERK1/2，活化的Rap1会抑制ERK1/2磷酸化过程中酪氨酸激酶Ras的功能，所以通过特异性结合Gi家族的α亚基可以促进ERK1/2的磷酸化，从而活化MAP激酶ERK1/2信号通路。β-抑制蛋白是G蛋白偶联受体的负向调节调节器，其可抑制ERK1/2进入细胞核，而且作为支架蛋白可以与丝裂原活化蛋白激酶1、胞外信号调节激酶2(ERK2)、Raf-1结合，结果是抑制ERK1/2信号通路的激活。此抑制通路与细胞增殖、细胞分化、肿瘤细胞迁移密切相关[17]。

3.2 磷脂酰肌醇3-激酶(P13K)与丝氨酸、苏氨酸激酶(AKT)通路 Miao等[18]研究发现，EGFR的效应得益于NNA介导的M2受体激活，EGFR效应通路中含有PI3K/Akt通路，所以M2受体的激活促进了PI3K/Akt通路的功能及作用。PI3K/Akt通路还参与细胞周期的调节以及细胞抗凋亡反应[19]。NNA参与上述信号通路表现出的有益效应和细胞保护作用，其分子机制至今还不能完全阐释。但Lewartowski等[1]的研究发现很有可能与心肌细胞上M2的激活有关。研究[20]发现，激活的M2能促进ANP的释放与分泌，并提高心肌中NO的水平；ANP激活胞质中特定的非可溶性膜形式鸟苷酸环化酶(pGC)，NO激活胞质中可溶性游离鸟苷酸环化酶(sGC)，这两种酶产生cGMP激活蛋白激酶G,从而减轻心肌缺血损伤、抑制心肌肥大。

局限于细胞内NNA水平测定的技术困难，目前迷走神经刺激心肌细胞表达NNA以及NNA表现出的有益效应和保护作用的一系列分子机制还不十分清晰。但NNA激动剂目前已经被发现并运用于临床治疗。通过深入研究NNA在心肌缺血、心力衰竭和心肌抗炎损伤中的保护作用及机制，有可能会为临床治疗新药物的开发提供新靶点。值得注意的是，临床上通过外源刺激迷走神经来增强NNA含量以治疗心力衰竭等心脏疾病的策略仍有待长期实验观察与验证。

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国家级大学生创新创业训练计划项目(201610929005)；湖北医药学院教学研究项目(2016027)。

陆江(E-mail: lulujiangjiang@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.22.036

R541.7

A

1002-266X(2017)22-0096-03

2017-01-09)