TGR5与心血管疾病

陈德秀 综述，李家富 审校

（1西南医科大学研究生院；2西南医科大学附属医院血管内科、医学电生理学教育部重点实验室，四川泸州 646000）

2017中国心血管病报告显示，目前我国心血管病(cardiovascular disease，CVD)现患人数2.9亿，且CVD死亡占居民疾病死亡构成40%以上[1]，政府医保和患者都面临着巨大的经济负担。面对庞大的患病群体，对CVD 的预防及治疗有更大的期望。CVD 种类繁多，病因复杂，遗传因素、年龄是CVD不可控的因素，而糖尿病、高血压、肥胖、代谢综合征等是可控的独立风险因素，对可控制的风险因素进行干预对CVD 的发生及进展至关重要。G 蛋白结合胆汁酸受体1（G protein-coupled bile acid receptor 1，TGR5）是一种由胆汁调控的细胞表面G 蛋白偶联受体，具有众多细胞生物学功能，参与体内糖代谢、脂代谢及能量代谢，激活TGR5对糖尿病、肥胖、炎症的进展均有改善作用[2]，同时也参与部分CVD 的发生发展。本文就激活TGR5在CVD中作用的研究进展进行综述，希望可为CVD的预防及治疗带来新思路。

1 TGR5

TGR5是GPCR家族中的一员，于2002年由Takaharu等发现，并命名为胆汁酸膜受体（M-Bar），又称为GPBAR1、CPR131或BG37。TGR5位于人染色体2q35，是由单一外显子基因编码，包含993 个碱基对，可翻译为330 个氨基酸，组成7 个跨膜结构域，具有G 蛋白偶联受体的典型结构和作用方式，其结构高度保守。TGR5 在人体多种组织中表达，包括肝脏、小肠、心脏、骨骼肌、脾脏、肾脏、胎盘和单核巨噬细胞等组织细胞[3-4]，各个器官组织中TGR5 表达程度不同，作用也有差异。在骨骼肌中，TGR5表达增加可通过增加非折叠蛋白反应的表达，改善肌肉功能[5]。在肾肿瘤细胞中，TGR5可抑制肾癌细胞增殖和迁移[6]。但TGR5并不都是有益的。小鼠实验提示，TGR5的存在有利于胆结石的形成[7]；也可通过调节细胞增殖、迁移和线粒体能量代谢促进胆管癌的进展[8]。

2 TGR5与细胞信号通路

TGR5 在静息状态下处于低亲和状态，此时TGR5 与α、β 及γ 亚基组成的G 蛋白复合物相结合。当TGR5 配体（如胆汁酸等）出现时，TGR5 细胞外结构域N-末端可识别并结合其配体，使细胞内C-末端与G蛋白偶联，G 蛋白复合物解离成α 和β γ 蛋白亚基。α 蛋白亚基激活三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），将ATP 转化成环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP），并激活蛋白激酶A（protein kinase，PKA），使cAMP 反应元件结合蛋白磷酸化，调控相关下游基因的表达[9-10]，参与相应的病理生理过程。

TGR5通过参与多条信号通路发挥其生理及病理作用，分别有AKT-mTOR 信号通路、STAT3 信号通路、NF-B 通路、cAMP-PKA通路、CaN/NFAT3通路等等，目前其机制尚未完全清楚。TGR5激活AKT-mTOR信号通路，通过增强丝氨酸/苏氨酸激酶（AKT）磷酸化，激活下游信号哺乳动物类雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR），降低巨噬细胞趋化因子的表达[11]。TGR5 抑制STAT3 信号通路，在不同部位的作用尚有争议，研究发现TGR5 通过抑制STAT3 信号通路减轻胃癌和肾癌细胞增殖和迁移[6，12]；而在非小细胞肺癌中，TGR5激活后却通过STAT3相关信号通路促进肿瘤的进展[13]。TGR5 拮抗NF-B 通路，抑制Iκ Bα的磷酸化和P65的核转位，对肾炎[6]等发挥抗炎作用。TGR5激活cAMP-PKA 通路，改善高脂诱导的骨骼肌细胞胰岛素抵抗[14]。其他研究还发现激活TGR5与钙调神经磷酸酶（calcineurin/nuclear factor of activated T cells 3，CaN/NFAT3）信号通路[15]、P38-Nrf2信号通路[16]相关。

3 在心血管疾病中的作用

3.1 TGR5与糖尿病心肌病

糖尿病在我国的发病率越来越高，其并发症严重威胁公众健康。糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DCM）的主要机制为通过氧化应激、激活肾素-血管紧张素系统、释放细胞因子、钙调节异常、自噬、增加微血管病变、改变心脏自主神经功能等导致心肌重构和心力衰竭[17]。

糖尿病心肌病患者控制血糖是至关重要的，TGR5激活后是一种潜在的治疗糖尿病策略。TGR5 的激活从以下三个方面降血糖：①刺激胰高血糖素样肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）的分泌：GLP-1 可刺激β 细胞葡萄糖介导的胰岛素合成和分泌、抑制胰高血糖素分泌并恢复α 细胞对葡萄糖的敏感性，TGR5表达于肠内分泌细胞L细胞[18]，其活化后通过增强线粒体氧化磷酸化和钙离子流入，刺激肠内内分泌细胞GLP-1 的释放，从而降低血糖[19]。②改善胰岛素抵抗：目前认为胰岛素抵抗与脂质超载和炎症相关，TGR5激活后可通过减少肝脏脂质沉积，减轻体重改善胰岛素抵抗。马善尧等[14]激活C2C12 骨骼肌细胞的TGR5 受体及其下游cAMP-PKA信号通路，增加胰岛素刺激下的Akt蛋白磷酸化水平，从而改善高脂诱导的骨骼肌细胞胰岛素抵抗。胰岛素抵抗还与促炎细胞因子和急性期反应产物产生过多，炎性信号通路激活相关，而激活人单核细胞TGR5 后，通过减少肿瘤坏死因子（tumour necrosis factor，TNF-α）、白介素-12（IL-12）等促炎细胞因子分泌，产生抗炎效应[20]，从而减轻胰岛素抵抗。③直接刺激胰岛素的分泌：TGR5在人类胰岛β 细胞中可表达，可直接刺激胰岛素分泌[21]。

目前关于TGR5 激活对糖尿病心肌病的研究还仅在基础实验。冯健等[15]观察到TGR5激活后可能通过抑制钙调神经磷酸酶（CaN/NAFT3）信号通路抑制高糖诱导的心肌细胞肥大。高糖能上调小鼠心肌细胞上TGR5的m RNA及蛋白表达，激活TGR5后可减轻乳小鼠心肌细胞在高糖环境中的凋亡，其机制可能与提高细胞内HO-1水平，通过抗氧化应激而保护心肌细胞[22]。由以上推测，激活TGR5有望成为糖尿病心肌病有效的干预策略。

3.2 TGR5与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）是心血管疾病的常见原因。其在长期血脂异常、高血压、吸烟、糖尿病、肥胖等危险因素作用下，出现血管内皮损伤、脂质代谢紊乱、多种炎性细胞因子介导炎症反应等改变[23]。动物实验表明，激活TGR5可以减轻AS，而TGR5表达缺如可加重动脉粥样硬化进展[24]。应用具有二亲性的蝎子类大分子包裹TGR5后形成的物质，加强了改善AS 的作用[25]。其可能从以下方面改善AS。①减少AS 的危险因素：TGR5 激活后不仅可预防及减轻肥胖、控制血糖，还在降脂方面有积极作用[26]。②减轻血管内皮损伤：TGR5可表达于血管内皮细胞[4]，被激活后通过激活Akt 和增加细胞内Ca2+产生，促进内皮型一氧化氮合酶磷酸化，诱导产生一氧化氮，一氧化氮在心血管系统中除血管舒张作用[27]，还可抑制血管平滑肌细胞增殖和血小板聚集的作用[28]，以此来抗动脉粥样硬化。TGR5 激活后可促进胱硫醚-γ-裂解酶的生成并增加其活性，该酶可促进血管内皮产生硫化氢，同时抑制内皮素-1（endothelin-1，ET-1）生成，硫化氢的生成增加及ET-1产生的减少均可减轻血管张力，二者作用可预防及减轻血管内皮损伤甚至逆转血管内皮功能障碍[29]。③抑制巨噬细胞迁移及吞噬氧化低密度脂蛋白（oxidized low-density lipoprotein，ox LDL-C）：TGR5 在单核细胞和巨噬细胞中的J774.2 细胞大量表达，其他巨噬细胞细胞的TGR5 水平则均较低[30]。TGR5激活后促进一氧化氮的释放，可抑制粘附分子的表达，并通过抑制NF-κ B 信号通路抑制单核细胞与内皮细胞的黏附[28]。TGR5激活后还可通过AKT-mTOR 信号通路显著降低脂多糖诱导巨噬细胞趋化因子的表达，阻碍巨噬细胞迁移[31]，并抑制巨噬细胞摄取ox LDL-C，减少泡沫细胞的形成[9]。④抑制巨噬细胞炎症反应：巨噬细胞能氧化LDL-C、形成过氧化物和超氧化离子，充满氧化修饰脂蛋白的巨噬细胞合成分泌很多生产因子和促炎介质，促进斑块的生长和炎症反应。生理情况下，TGR5可诱导巨噬细胞产生炎症因子TNF-α、IL-6、白细胞介素1β(IL-1β）的生成[32]，而在炎症反应中，白细胞上TGR5 激活后可抑制氧化低密度脂蛋白摄取，通过影响cAMP-和NF-κ B 信号减少TNF-α、IL-6、IL-1β 等炎性细胞因子产生而抑制巨噬细胞炎症反应[9]。

3.3 TGR5与心功能

心脏中TGR5 表达的作用及机制研究有限。动物实验中，TGR5基因敲除与野生型小鼠分别同时分为主动脉缩窄及假手术组，予以异丙肾上腺素及跑步机压力时，TGR5 基因敲除的小鼠较野生型出现早期疲劳、最大摄氧量下降，有更高的死亡率，提示TGR5缺失会损害心脏对压力的适应能力[33]，而饮食补充TGR5 激动剂的小鼠可上调心脏中TGR5的表达，增加了小鼠的运动耐受性，提高心肌细胞对儿茶酚胺的敏感性以及减轻在血流动力学压力下心脏的病理重塑，改善了小鼠对生理、肌力和血流动力学应激的心肌反应[34]。

3.4 其他

CVD危险因素如高脂血症、高血压、糖尿病和吸烟等均可通过细胞内氧化应激信号途径，产生过多活性氧，加重心血管疾病的进展。齐墩果酸（oleanolic acid，OA）是TGR5天然的激动剂[35]。0A对羟自由基具有较强的清除作用，能使衰老小鼠血清中超氧化物歧化酶活力升高、丙二醛含量显著降低[36]，具有较强的抗氧化作用。OA 对缺血再灌注性或缺血性心脏损伤、高血糖性心脏损伤、免疫性心脏损伤均有保护作用，可抑制血管紧张素II 诱导的心肌成纤维细胞增殖，还对离体心肌细胞有保护作用[37]。但OA 其除激动TGR5，还有促进过氧化物酶体增殖子激活型受体（PPAR）的表达和激活、抑制蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)活性等作用[38]。故齐墩果酸的心脏保护作用是否与TGR5的激活相关，还需进一步研究证明。

4 结论

自发现TGR5以来，越来越多的研究不仅探索了TGR5在不同组织中基因和蛋白水平上的表达，探索了其在多个细胞内信号通路上激活的结果，也探索了其在多个系统疾病的作用。TGR5 激活后具有调节能量平衡、改善胰岛素抵抗、抗动脉粥样硬化、抗炎、抑制癌细胞生长等作用。在心血管系统的作用包括预防及减轻糖尿病心肌病、抗动脉粥样硬化、改善心功能。目前关于TGR5 在心血管疾病的研究有限，还需要继续进行基础实验及临床研究，以检验激活TGR5在心血管疾病中是否具有临床疗效。