芳香烃受体信号通路对心血管系统的影响

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心血管系统疾病具有发病率、致死率及致残率高的特点，目前我国人口老龄化日益加重，心血管系统疾病发病率越来越高，心血管疾病已居于我国城乡居民死亡原因的首位。常见的心血管疾病包括冠状动脉粥样硬化性心脏病、高血压病、心律失常、心肌病及心脏先天发育异常。心肌细胞的肥大增生与纤维化、血管发育及血压异常等因素在心血管疾病的发生发展过程中均可起到关键作用。许多分子与信号通路均参与心血管疾病的病理生理过程，有研究报道，芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor，AHR)信号通路亦参与其中。AHR是一种由相关配体激活的独立转录因子，目前，大多数对其研究在肿瘤学及免疫学，随着对AHR的深入研究，许多研究表明AHR与心血管疾病密切相关，既往研究发现，AHR与冠状动脉粥样硬化性心脏病发生的风险存在高度相关[1]，肺动脉高压病人肺组织，AHR存在表达量的异常，并可能参与肺血管重构[2]。本研究综述AHR信号通路心血管系统的影响，可能对未来心血管疾病的预防及治疗提供一种新方法。

1 AHR的结构与功能

AHR是由相关配体激活的一种转录因子，属于碱性螺旋-环-螺旋/PER-ARNT-SIM家族中的一种DNA结合蛋白。外界环境中，激活AHR信号通路的化合物主要有两大类，分别是卤代芳烃如四氯二苯并-P-二恶英(TCDD)及多环芳烃(如苯并芘)。在细胞质中，未激活的AHR与90 kD分子量大小的两个热休克蛋白、一个XAP-2蛋白及一个分子伴侣p23共同形成化合物[3-4]。AHR与其相关配体结合时，AHR从分子伴侣复合体中分离转位至细胞核中，与AHR核转位分子(ARNT)构成二聚体，在启动子区通过与二恶英反应原件(DRE)结合反式激活相关靶基因。AHR的靶基因包括Ⅰ相及Ⅱ相的代谢酶，主要有细胞色素P450超家族的成员(如CYP1A1、CYP1A2和CYP1B1)，还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，醌氧化还原酶(NQ01)和乙醛脱氢酶(ALHD3A1)，这些靶基因的激活可增强对外来异生物质的氧化代谢反应，调节机体对外来毒物的代谢过程。

尽管分子量都在30 kD左右，由于转录翻译终止密码子位于的位置不同，不同物种AHR分子介导TCDD毒性存在一定的差异[5]。鼠类研究中发现AHRb-1，AHRb-2，AHRb-3及AHRd四种AHR的等位基因。4种亚型均含有碱性螺旋-环-螺旋结构、PER-ARNT-SIM配体结合域、反式激活域及在羧基末端含有不同的氨基酸。人类与鼠类的AHR在N端保持一致且在C端有60%的吻合[6]。

随着多细胞生物的进化，AHR的环境适应性功能在生理过程的作用尤为重要。AHR mRNA在人体多个器官组织中均有表达，胎盘中表达量最高，在肺组织、心脏、胰腺及肝脏中的表达量次之，在肾脏、大脑及骨骼肌中的表达量最少[7]。目前在人类的多个血管床中如肺微血管系统、主动脉弓及脐静脉中也检测到AHR mRNA的表达[8]。在缺乏外源性配体情况下，AHR信号通路的激活依赖其内源性配体，如前列腺素G2、脂氧素4A及血红素代谢产物，其余激动剂包括环磷酸腺苷(cAMP)及低密度脂蛋白胆固醇。尽管尚未证实这些内源性因子是否与AHR高度相关的生理性激动剂，通过对AHR基因敲除鼠观察发现AHR信号通路的生理性功能影响心血管系统包括心脏功能、血管发育及血压调节。AHR本质是异生物质代谢的介导者，同时也是心血管功能的潜在基因修饰靶点。

2 AHR信号通路与心脏功能的研究

20世纪90年代，有3个独立的实验室通过敲除外显子1或者外显子2制作AHR基因敲除小鼠[9]。所有基因敲除小鼠均有C57BL/6×129背景，出生几周后与正常组小鼠比较，这些小鼠表现出更慢的生长速率，TCDD抵抗，外来异生物质无法诱导其CYP1A1、CYP1A2的激活，生殖能力下降及肝脏出现病理改变。

内源性AHR信号通路对心脏发育及生理功能存在争议。复杂机制调控下，AHR基因敲除小鼠成年后表现为心肌肥厚及心肌纤维变性[10-12]。心脏增大的AHR基因敲除小鼠早期特征提示，血管内皮生长因子(VEFG)的表达量升高可能与心肌肥厚的表型有一定的相关性[11]。Vasquez等[12]报道心肌细胞的体积增大和组织学重构并非典型的分子重构，与血压及血流量超负荷所致的细胞肥厚机制不同，提示AHR对心肌细胞的体积可能有调控作用。Lund等[13]指出，AHR基因敲除小鼠出现心肌肥厚与体内动脉血压增高及血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)、血浆内皮素1(ET-1)水平增高有关。这种心肌肥厚的表型主要由体循环中增高的ET-1介导，因此，使用内皮素受体(ETA)拮抗剂BQ-123治疗后可显著减轻心肌肥厚症状及心肌肥厚标志物心钠素(ANF)和β肌球重链蛋白(β-MHC)mRNA表达[14]，AHR基因敲除小鼠的所有分组均可观察到心肌纤维化，提示心脏的功能性重构。

一项深入研究表明，适应海拔驯化的低血压AHR基因敲除小鼠心肌细胞体积过度增长可能是为提高心排血量从而升高血压的生理学代偿机制。这种代偿性的心肌肥厚与病态的心肌肥厚标志物增高并非一致。Bmal1是AHR的核转录因子的核心分子之一，在对Bmal1-/-小鼠观察过程中，Lefta等[15]发现Bmal1-/-小鼠出现心肌细胞体积和质量的升高。AHR基因敲除小鼠研究指出，心肌细胞的过度肥厚及心肌纤维化可能与Rho/Rac GTP酶化剂Vav-3有关。研究中发现动脉壁中层的增厚及动脉壁中的血管平滑肌细胞增殖[16]。应用特定的RNA结合蛋白可能对小鼠的心肌肥厚起到抑制作用[17]。上述研究尽管并非完全一致，但均表明内源性AHR信号通路可导致心肌细胞肥厚及纤维化发生，从而影响心脏的正常生理功能。

3 AHR信号通路与血管发育的研究

对AHR基因敲除小鼠研究中发现内源性AHR对血管发育的影响，AHR基因敲除小鼠表现为一系列的肝功能缺陷，包括门脉纤维化及肝脏体积缩小，提示这些肝功能的缺陷可能由代偿灌注增加引起的胎肝坏死导致[18]，部分由于敲除AHR后，内皮细胞单一介导下的成年后静脉导管未闭引起[19]。AHR基因敲除小鼠观察发现肝脏、肾脏及玻璃体的血管结构异常[18]。携带AHR次形态等位基因的小鼠出现静脉导管未闭，经TCDD治疗后病情缓解。静脉导管的闭合与AHR的核转位及DNA结合能力有关，提示这一特定的内源性AHR功能存在反式激活机制[20]。上述两个模型表明内源性和外源性配体激活的AHR信号通路可能通过同样的信号转导机制介导血管发育。

4 AHR信号通路与血压调节的研究

AHR激动剂TCDD引起的高血压在流行病学及大鼠动物模型已证实，可能与AHR介导激活的细胞色素P450过度表达有关[21]。由于内源性及外源性AHR信号的相似性，因此，外源性AHR除对血管发育调节外，也可能具有调控血压的作用。正常心率情况下，8月龄的AHR基因敲除小鼠麻醉后易出现低血压；正常饲养条件下，AHR基因敲除小鼠4月龄时出现心排血量降低[12]。这些发现提示AHR可能通过心排血量的降低导致低血压。Lund等[13]报道，清醒状态下的AHR基因敲除小鼠出现高血压，并伴随AngⅡ和ET-1水平升高，在这个研究中，减少卡托普利用量可相应降低对血管紧张素转换酶的抑制，但动脉血压并未升高，ET-1认为是导致AHR基因敲除小鼠动脉压升高的主要原因。采用ETA受体拮抗剂BQ-123治疗后，可显著降低动脉平均压和血浆AngⅡ含量，表明AngⅡ的升高是由ET-1水平上升引起[14]。AHR基因敲除小鼠研究发现动脉血压升高，采用卡托普利治疗后可降至正常[22]。这些模型证明血管α-1D肾上腺素受体的表达量上升与血压升高有关。两组报道AHR基因敲除小鼠出现高血压的研究均在轻微高海拔地方(新墨西哥州的阿尔伯克基，海拔1 620 m；墨西哥城，海拔2 240 m)进行；AHR基因敲除小鼠的一项研究表明，由于大气氧含量水平的不同，内源性AHR信号通路不同程度失活导致海平面水平的低血压及轻微高海拔地区的高血压[23]。

一项实验通过使用AHR杂合子及纯合子敲除小鼠全面研究AHR对血压的调控作用，在AHR基因敲除小鼠中发现在高海拔地区生活数年后，这些AHR基因敲除小鼠与海平面地区出现低血压。此外，可能介导高血压的介质包括AngⅡ和ET-1的水平亦出现降低，这一现象说明AHR基因敲除小鼠已适应高海拔地区生活[24]。与野生型及杂合型比较，在低血压AHR基因敲除小鼠观察发现，内皮型一氧化氮合酶和血管一氧化氮含量均增高，而前二者的血压均为正常值。这可能不是AHR基因敲除小鼠出现低血压的原因，由于使用非特异性的一氧化氮合酶抑制剂LNNA不能对此产生治疗效果。肾上腺素受体α1拮抗剂哌唑嗪及神经节阻断剂六甲铵治疗比较亦无差异，因此推断在AHR基因敲除小鼠的血压调节中存在完整的交感神经活动。一组西班牙萨拉曼卡(海拔802 m)研究将AHR基因敲除小鼠与Vav-3敲除小鼠比较(后者对心血管重构及血压产生类似的调节作用)提出，AHR基因敲除小鼠的高血压是由Vav-3通过交感神经兴奋作用实现的[16]。尽管AHR在血压调节中的作用有待进一步阐明，值得肯定的是AHR可作为高血压及其他一氧化氮依赖血管疾病的治疗靶点。

5 小 结

大部分心血管疾病是由于长期功能紊乱和有害因素累积导致。AHR介导外来异生物质诱导的心血管损害已广泛认可。然而，内生AHR在血管重构及血压调节的作用仍具有争议。对AHR基因敲除小鼠研究已证实，AHR信号通路的正常生理活动是保持血压稳定的一个重要因素，基因多态性与原发性高血压的发生密切相关[25]，90%人类高血压的原因仍未知而AHR基因多态性在人类可检测存在差异[26]。因此流行病学研究AHR基因多态性，居住地海拔及血压类型进一步证实AHR在血压调控中的作用。另一方面，内皮来源的一氧化氮是衡量血管功能的一个重要指标，随着AHR对血管内皮一氧化氮产生及血管重构的深入研究，预测可阻止某些心血管疾病的发生发展，如动脉粥样硬化。心血管疾病的本质决定发病是多种病因及长期累积发生。内源性AHR信号通路可影响心血管生理进程，对血压及血管一氧化氮的产生起到重要作用，因此可能作为治疗心血管疾病的一个新靶点。AHR在心血管系统的功能需在基因背景的实验动物及良好的饲养环境中进一步全面研究。

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