M3受体在心血管疾病中的保护作用*

彭源综述，王嵘审校

(青海大学医学院，青海西宁810016)

M 受体(muscarinic acetylcholine receptor，mAchR)作为一种重要的神经递质，在心血管疾病中的作用日益受到重视。以往认为［1，2］，心肌组织中只存在M2受体。后续研究中却发现许多M2受体所无法解释的功能。随着学术界的大量研究，现已证实心肌组织中存在多种M受体亚型，其中M3受体因为其本身具有的独特功能成为近几年研究的热点。新近发现M3或可成为未来临床治疗心血管疾病的新突破口。本文通过查阅近年相关文献，拟对M3受体在心肌损伤中的作用作一综述。

1 对M3受体的新认识

M受体属于G蛋白受体家族，包括M1－M5几种亚型。1989年，Jaiswal等首次发现［3］，家兔心肌中乙酰胆碱对前列腺素合成的促进作用被M3受体拮抗剂抑制，提示心肌细胞上存在M3受体。1999年，有学者发现［4］，一种异于 M2受体介导的 K+电流，与电压呈线性关系并且被4－DAMP特异阻断，被命名为M3受体激动的延迟整流钾电流(IKM3)［5］。同时发现［5，6］，通过 M3受体激活产生 IKM3可减慢心率(heart rate，HR)并缩短动作电位时程(action potential duration，APD)。

2 M3受体在心肌中的功能

2.1 发挥负性变时、变力作用

Shi H等［5］在 M3受体激活产生 IKM3研究中发现，M3受体有负性变时、变力的作用。Harada N等的研究进一步验证了上述结果［7，8，9］。后续研究发现［10］，M3受体可以降低HR和左心室收缩压(left ventricular systolic pressure，LVSP)、左心室舒张末期压力(left ventricular end－diastolic pressure，LVEDP)和左室内压变化速率(±dp/dt max)。这些作用是通过M3受体介导的负性电生理效应完成的。

2.2 改善心肌细胞间电传导

连接蛋白(Connexin)是一种由两个连接蛋白半通道在缝隙连接处组成，用于调解邻近心肌细胞之间的直接交流和确保细胞电信号偶联的一类蛋白质。在哺乳动物，主要由缝隙连接蛋白43(Connexin43，Cx43)承担作用［11，12］。研究发现［2，13，14］，M3受体激活可通过上调环氧化酶－2(Cyclooxygenase－2，COX－2)表达延迟Cx43的去磷酸化，且呈现出结构和功能上的共定关系。提示，M3受体可以通过调节Cx43的去磷酸化改善电信号在心肌细胞间的传导，降低心律失常的发生。还有研究发现［15］，窦房结M3受体的激活可以减缓窦房结电流产生的节律，降低舒张期去极化的速度，加快动作电位的上升。

3 M3受体对心肌损伤的保护作用

近几年，学术界对于M3受体在心血管疾病中潜在作用的研究取得了突破性进展，发现激动M3受体可以逆转病理性心肌肥大(myocardial hypertrophy)、保护缺血的心肌细胞、纠正心律失常(cardiac arrhythmia)、对抗心力衰竭(heart failure，HF)等作用［2，16］。

3.1 激动心肌M3受体在心肌缺血损伤中的保护作用

心肌缺血(myocardial ischemia)是一种早期以心脏血供受限为特征，最终导致严重的心肌细胞代谢紊乱的病理生理状态。而缺血再灌注损伤中包含了很多复杂的病理过程，比如炎症(inflammation)、凋亡(apoptosis)、氧化应激(oxidative stress)等。有学者发现［17］，大鼠心肌缺血之后蛋白激酶 C－ε(PKC－ε)可以出现从细胞质到细胞膜的再分布，且观察到M3受体表达水平增高。最近有研究发现［2，12，18］，激动 M3受体可以产生抗心肌缺血的作用。激动M3受体可通过诱导Cx43磷酸化［13］，增加细胞间电偶联，调控凋亡信号分子Bcl－2和p38丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)，同时减少细胞内 Ca2+超载［19，20，21］。可有效减少心肌梗死面积，并抑制缺血再灌注损伤后的心律失常［22］。研究发现［23］，miR－376b－5p 可以通过抑制脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor，BDNF)的表达来加重心肌缺血损伤，而M3受体可以通过激活转录因子 NFκB来抑制miR－376b－5p的表达，减少因心肌缺血造成的损伤。这表明miRNA也参与了M3受体对心肌功能的调控过程。

M3受体可以在心肌缺血损伤中发挥抗凋亡的作用。研究发现［24］，激活M3受体可以通过在转录和翻译的过程中促进低氧诱导因子－1(hypoxia inducible factor，HIF－1)的表达来对抗细胞凋亡，发挥对心肌的保护作用。同时观察到HIF－1下游的血红素加氧酶－1(haem oxygenase，HO－1)和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)基因的表达也出现上调。而HIF－1α不仅可以调控促细胞凋亡基因Bad、Bax，而且可以干预抗细胞凋亡基因 Bcl－2的表达［25］。且在给予 HIF－1α 特异性抑制剂 3－(5’－羟甲基－2’－呋喃西基)－1－苯甲基吲唑{3－(5－hydroxymethl－2－furyl)－1－benzylindazole，YC－1}之后，这些由M3受体激活诱导的大鼠心肌细胞的抗凋亡作用被完全废除［24，25］。提示M3受体介导的抗细胞凋亡，是通过HIF－1α反式结合目的基因的顺式作用元件，来调控下游蛋白分子的表达。MEK1/2－ERK1/2是一条促细胞生长、抑制凋亡的重要的信号通路［26，27］。研究发现［28］，此通路可以被G－蛋白偶联受体结合，发挥对心肌的保护作用。而适量的有氧运动则可以上调心肌梗死后M3受体的表达，进而激活下游的MEK1/2－ERK1/2通路，促进细胞生存，抑制心肌凋亡［29，10］。

也有研究报道［30］，M3受体可通过上调SOD表达，同时减少MDA含量来降低氧化应激水平。

因此，M3受体在心肌缺血中的保护作用是通过介导多种信号通路来实现的。

3.2 激动心肌M3受体在心率失常中的保护作用

曾有研究报道［31，32］，在心室缺血和心房纤颤的病理生理过程中可以见到心肌M3受体表达上调。M3受体的上调可以产生一种类似于缺血预处理的保护作用，可对抗由哇巴因、乌头碱或BaCl2引起的心律失常［32，33］，并伴随有钙离子浓度的上升。Liu Y等发现［7，34］，上调 M3受体的表达水平不仅可以显著降低再灌注损伤后心律失常的发生，还能减少心肌梗死和心力衰竭的概率。有学者进一步发现［2，13］，这种导致心肌梗死后心率失常的发生率减少的机制为心肌M3受体通过上调COX－2表达，维持了细胞膜上Cx43磷酸化水平，促进细胞间电偶联。相比之下，另外有一些学者发现［35］，M3受体诱导的IKM3参与心肌复极化，并且促进心房纤颤的发生。同样有学者提出［36，37］，M3受体特异性阻断剂可以抑制心房纤颤。因此，激动M3受体在发挥抗心肌梗死后心率失常的同时可能会诱导房颤的发生。

研究发现［7，38］，过表达心肌 M3受体可以在一定程度上抑制心率失常，减少再灌注损伤之后心率失常的发生率。膜片钳数据显示，过表达心肌M3受体通过增加内向整流钾通道离子流(IK1)显著地缩短了动作电位时程。分子实验结果表明，在M3受体过表达的大鼠模型体内，内向整流钾通道亚型Kir2.1 表达上调的同时出现了 miR－1 表达下调［7］。相对于野生型小鼠，M3受体过表达的小鼠在心肌缺血再灌注损伤过程中出现IK1密度和Kir2.1的表达增加［39］，而 IK1越强，动作电位时程越短［39，40］，缺血再灌注损伤之后心律失常的发生概率也越低。激动M3受体也可以抑制心肌缺血再灌注损伤中miR－1的表达，同时恢复受损的内向整流钾通道亚型－J2基因(KCNJ2)的表达和功能［41］。这种由M3受体介导的通过下调miR－1来增加内向整流钾通道离子流的机制，或可成为未来治疗心律失常和心脏猝死的新思路。

3.3 激动M3受体在病理性肥厚型心肌病中的保护作用

病理性心肌肥大是高血压和心肌缺血刺激应答中的一种重要的代偿机制［42］。研究表明［16，43］，激动M3受体可以明显减轻病理性心肌肥大的严重程度，胆碱可以通过抑制活性氧(reactive oxygen species，ROS)，调控p38MAPK和钙离子介导的钙调磷酸酶(calcineurin，CaN)活性，来有效发挥抗心肌肥大的作用。学术界发现胆碱可以有效地改善心肌损伤，体外实验则表现为明显抑制细胞体积的增大。提示M3受体不仅可以发挥潜在的心肌保护作用，而且能够防止有害的心肌重构(myocardial remodeling)［16］。血管紧张素II(angiotensinII，AngII)作为一类具有极强的缩血管和刺激肾上腺皮质分泌醛固酮等作用的肽类物质，参与血压及体液的调节。AngII不仅可以调控循环系统，而且可以促进心肌细胞的生长，产生独立于高血压之外的心肌肥厚［44］。AngII可激活MAPK信号通路，p38MAPK激活是心肌肥厚发病机制中一个关键因素［44，45］。之前的研究中有学者发现［19］，乙酰胆碱可以通过下调AT1R防止 AngII诱导产生的细胞凋亡，其机制是阻止 ROS诱导p38MAPK激活，同时调控 Bcl－2、Bax和半胱天冬酶。研究发现［46］，无论在体内还是体外实验中，AngII诱导的心肌肥大的病理生理过程中都出现了M3受体表达上调，而M3受体的表达上调则可以抑制慢性AngII灌注诱导的心肌肥大。给予M3受体激动剂之后AngII表达降低，表现出抑制病理性心肌肥大的作用［46，23］。下调血管紧张素 II1型受体(angiotensinII 1 receptor，AT1R)可以通过减少ERK、JNK和p38MAPK级联的磷酸化来诱导M3受体表达上调［46］。说明M3受体在AT1R介导的病理性心肌肥厚中扮演了重要的角色［47，48］。目前，已有大量AngII拮抗剂应用在临床上，可发挥心肌梗死后心肌重构的保护作用。总之，在心肌肥厚的病理生理过程中，心肌M3受体发挥了负性调控作用，抑制了有害的心肌重构。

3.4 激动M3受体在心力衰竭中的保护作用

心力衰竭是一组由于心室腔的扩大和心肌重塑所引起的以心脏收缩功能和舒张功能异常，心脏射血障碍，静脉血淤积，动脉血灌注不足为特征，伴有关键基因程序改变的综合征。目前发现病理性心肌肥大、心肌纤维化、心律失常、冠心病等疾病都可以诱发心力衰竭。激动M3受体可以对抗心肌缺血损伤、病理性心肌肥大和心律失常，所以能发挥潜在抗心衰的作用。有研究发现［7，9］，心室快速起搏诱导的充血性心力衰竭中出现IKM3密度升高，同时发现细胞膜上M3受体增多。在给予小鼠卡巴胆碱后，最初表现为负性收缩变力性改变，紧接着又发生正性收缩变力性改变。且这种正性收缩力改变会被低浓度4－DAMP所拮抗，而在敲除M3受体的小鼠不会出现该变化，也证明心肌正性收缩变力的出现是通过M3受体来调控的［15］。同时发现，这种由M3受体介导产生的正性肌力作用与心脏内皮细胞上COX－2调控的前列腺素的合成增加关系密切［15］。另一方面，一些临床事件的报道提示［49］，M3受体拮抗剂的应用不仅可以提高肺功能，还能通过左室舒张末期压力和血浆脑钠肽的变化反映出对充血性心力衰竭的改善。冠状动脉的痉挛跟心肌M3受体的缺乏有关，其主要机制包括M3受体介导的内皮细胞缺乏引起的血管平滑肌收缩［50］，和激活M3受体引起的冠脉循环中内皮细胞表现出的乙酰胆碱依赖性松弛［51，52］。提示M3受体在心衰中发挥了重要的保护作用。

4 结语与前景

M3受体在多种心血管疾病的损伤过程中发挥了重要的病理生理作用，包括保护缺血的心肌细胞，纠正心律失常，逆转病理性心肌肥厚，对抗心衰等。但是，目前在该领域的研究还不足以支持我们了解到M3受体在病理生理过程中的全部作用。因此，需要进一步更深更广地探索。

首先，由于M3受体广泛分布于人体的神经、心血管、呼吸系统和腺体中，那么在围绕该受体做靶向治疗研究之前，应考虑到对机体其他系统带来的影响。其次，之前提到M3受体在心房和心室肌细胞可表现为两种不同的作用，即出现抗心律失常和促心房纤颤，所以在心血管疾病的治疗中应权衡利弊、酌情分析。此外，目前还没有相关报道证明是否该受体同时也能对生理性心肌肥厚造成影响，对此需进一步研究求证;由于M3受体对血管作用的同时可对血压产生影响，在病理性心肌肥大研究中应格外注意。再者，M3受体在心血管疾病的发生发展中是否可以影响非心肌细胞而发挥潜在作用仍需要进一步探究。另外，M3受体介导的心脏保护作用中miRNA的参与也是一项重大发现。

由于M3受体介导的信号通路尚未明确，且各机制之间是否存在关联也未明确，现阶段任务亟需明确其调控机制及机制之间的相互关系，为未来治疗心血管疾病寻找新的突破点。