Apelin/APJ系统与心血管、应激反应的研究进展

马瑞英，范俊柏，崔海英，温苗苗

Apelin作为机体一种特异性生理调节肽，是孤儿G蛋白偶联受体血管紧张素Ⅱ1型(AT1)受体相关蛋白APJ的内源性配体[1]。研究证明，Apelin/APJ系统广泛分布于动物及人体的心血管以及神经内分泌等系统，参与炎症反应、氧化应激、调节激素分泌、维持血管张力和调节心肌收缩力等病理生理过程[2]。研究还发现Apelin/APJ系统和肾素-血管紧张素系统(RAS)相互拮抗，共同参与应激反应的调节。本研究围绕Apelin/APJ系统在心血管系统中的作用及其对应激的影响进行综述。

1 Apelin

1.1 Apelin/APJ系统的概述 1993年，O′Dowd等[3]在人类基因组中首次识别出一种新的G蛋白偶联受体，命名为APJ，其结构类似于AT1受体，但并不与血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)结合。1998年，Tatemoto等[4]运用反向药理法从牛胃里提取到了能与APJ结合的一种血管活性多肽，即Apelin。除Apelin外，近年来Elabela/Toddler也被证实是APJ的另一种内源性配体，其通过G蛋白偶联的Apelin受体发挥作用，是人Apelin受体的内源性激动剂，具有与Apelin相当的心血管功能[5]。在信号转导过程中，Apelin通过APJ激活的信号通路在细胞内起作用。作为G蛋白偶联受体家族成员，主要通过偶联G蛋白的下游信号通路参与调控[6]。Apelin/APJ系统自发现以来就引起了全世界学者的广泛关注。

1.2 Apelin/APJ系统与血压 2000年，Lee等[7]发现在雄性大鼠体内静脉注射合成的Apelin肽可立即降低收缩压和舒张压，并能持续数分钟，第一次证实了Apelin的降压作用。2004年，Ishida等[8]研究结果表明应用Apelin可瞬时降低野生型小鼠和自发性高血压大鼠(SHR)的血压，而在APJ受体缺陷小鼠中并未观察到这种反应。另外，仅AT1受体缺乏大鼠基础血压明显低于APJ受体、AT1受体同时缺乏的大鼠，表明APJ具有降低血压的作用，并可对AngⅡ的增压作用进行反调节。2007年，Jia等[9]观察了Apelin对离体培养大鼠主动脉L-精氨酸(L-Arg)/一氧化氮(NO)通路的体外影响，发现与无Apelin处理相比，不同浓度Apelin处理组的NO产物不同程度地增加，同时Ca2+依赖组一氧化氮合酶(NOS)活性也明显升高，然而，Ca2+独立组NOS活性没有明显改变。同时经Apelin处理后的离体孵育的大鼠主动脉组织中L-Arg摄取率及其阳离子氨基酸转运体CAT-1和CAT-2B mRNA水平也相应升高。结果表明Apelin直接激活了血管L-Arg/NOS/NO通路，这可能是Apelin调控血管功能的重要机制之一。

1.3 Apelin/APJ系统与心力衰竭 APJ及Apelin在心脏中有高水平的mRNA表达，近年来，学者们认为Apelin是已知的最有效的心肌收缩刺激剂之一。Szokodi发现在离体灌流的大鼠心脏上，灌流Apelin可引起剂量依赖性的正性肌力效应，并伴有预负荷诱导的左心室压力最大上升速率增加，此研究首次为Apelin在心脏中的生理意义提供了证据[10]。2010年，Japp等[11]首次提供了Apelin对人类具有血管活性作用的证据，分别给予18例纽约心脏协会心功能Ⅱ级或Ⅲ级慢性心力衰竭病人和26名健康对照者Apelin-13、乙酰胆碱和硝普钠进行对比研究发现，输注Apelin-13可增加病人和健康对照者的心脏指数，降低平均动脉压和外周血管阻力，但不会增加病人的心率。Perjes等[12]认为，在离体灌流的大鼠心脏上，Apelin通过激活蛋白激酶C(PKC)和细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)来增加心肌的收缩性。Apelin可诱导心肌细胞内的PKC一过性增加，并使ERK1/2的磷酸化程度持续增加，抑制ERK1/2的活性可使Apelin对心肌的收缩性降低。药物抑制PKC可以减弱Apelin的正性肌力作用，但ERK1/2磷酸化并不受影响。说明适度激活PKC和ERK1/2信号通路可以对Apelin产生影响进而改善心肌收缩力。Sato等[13]研究发现血管紧张素转化酶(ACE)/ACE2在AngⅡ基因敲除小鼠心肌中的表达增加，Apelin基因敲除小鼠的心肌纤维化程度明显增强，而Apelin基因敲除小鼠心肌组织中ACE/ACE2表达比值明显升高。说明Apelin可以抑制AngⅡ引起的心功能障碍和病理重塑。

1.4 Apelin/APJ系统与心肌肥厚 目前已知Apelin是心肌收缩力最有效的内源性刺激因子之一，也有报道认为Apelin/APJ系统与心肌肥厚的发生发展密切相关，可以减轻心肌肥厚。陈柏荣等[14]对比了自发性高血压大鼠和正常血压(WKY)大鼠心肌组织Apelin-13、APJ的表达情况，观察到自发性高血压大鼠Apelin-13、APJ蛋白表达较WKY大鼠明显降低，而其收缩压、左心室舒张期末压及室间隔厚度明显升高，苏木素-伊红(HE)染色提示自发性高血压大鼠心肌细胞肥大明显、排列紊乱。表明Apelin-13表达下降被认为与心肌肥厚密切相关，并可能直接或间接地导致心肌肥厚。Foussal等[15]研究发现Apelin以剂量依赖的方式抑制5-羟色胺(5-HT)和过氧化氢诱导的心肌细胞肥大反应和氧化应激，此过程中伴随着过氧化氢酶mRNA表达和活性的增加。持续给予Apelin治疗可减轻压力超负荷所致的小鼠左心室肥厚，可能与心肌过氧化氢酶活性的提高和血浆脂质过氧化氢降低有关。Scimia等[16]认为APJ作为一种G蛋白偶联受体同时也是一种力学传感器，是机械牵拉和内源性多肽Apelin的双重受体，通过感知刺激将持续超负荷病理反应与心肌细胞肥大联系起来。

2 应激反应、RAS系统与Apelin/APJ系统

2.1 应激反应的概述 应激反应是指当机体受到外部环境的刺激(如失血、创伤、缺氧、手术和麻醉)时，会导致神经内分泌系统、心血管系统和免疫系统等发生一系列改变的非特异性防御反应，其本质上是机体的一种自我保护机制[17]。适当强度的应激反应对机体是有利的，但当应激反应过于强烈、时间过长时，会导致机体内环境紊乱，从而造成疾病发生发展甚至威胁生命[18]。应激与心脑血管疾病、自身免疫性疾病、消化道溃疡等疾病密切相关，甚至有学者认为人类疾病的75%～90%都与应激反应的过度激活有关[19]。

2.2 应激反应与RAS系统 应激系统主要是蓝斑-交感神经-肾上腺髓质轴(SAM)、下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴(HPA)和自主神经系统组成。应激时首先兴奋SAM和HPA，同时伴有多种神经递质、激素及炎性因子的改变，进而引起机体各器官功能出现异常。研究表明，促肾上腺皮质激素释放激素和血管加压素是应激时的关键调节因子，使血中儿茶酚胺和糖皮质激素分泌增加，此时存在于肾上腺皮质和髓质的RAS系统被激活，在这个过程中，肾素催化血管紧张素(Ang)转化为血管紧张素Ⅰ(AngⅠ)，后者在ACE的作用下水解为AngⅡ，由于RAS系统的亢进使Ang mRNA的表达及AngⅡ水平明显升高，此时反作用于肾上腺，刺激其活动进一步增强[20]。作为RAS系统的关键酶，ACE不仅可以将AngⅠ转化为AngⅡ，还可以灭活有扩血管效应的缓激肽。2000年，Donoghue等报道了ACE的同源物ACE2，其是从人类心力衰竭心室cDNA文库中被鉴定出来的，与ACE一样，也是一种膜金属蛋白酶，但不同的是，底物AngⅠ相同时，ACE2并不能像ACE一样使AngⅠ转化为AngⅡ，仅可将AngⅠ水解为Ang1-9，后者再被ACE转化为具有扩血管效应的Ang1-7，或者ACE2也可直接将AngⅡ降解为Ang1-7，并且不被ACE抑制剂阻断[21]。ACE2将AngⅡ代谢成有益肽Ang1-7，是RAS负性调节的主要机制，这一重要的生化和生理特性正被用作治疗心力衰竭[22]。

2.3 应激反应与Apelin/APJ系统 近年来，大量研究表明，ACE2不仅在RAS系统中起关键作用，还可以催化其他肽类降解，如Apelin是目前已知降解Apelin的唯一酶类。目前已经证实Apelin/APJ系统与RAS系统交互调节、彼此拮抗。Apelin缺乏时，ACE2表达下调，引起心血管损伤及重构，Apelin治疗后ACE2水平升高，同时可改善受损的心血管结构和功能[23]。Apelin与AngⅡ都是ACE2的催化底物，并且研究发现二者的序列具有一定的同源性，APJ和AT1受体在多种心血管系统中都有表达，Apelin可激动APJ和AT1受体生成异质二聚体，由此使AngⅡ不能与AT1受体结合。但AngⅡ/AT1受体信号并不会对Apelin/APJ轴造成影响。另外，Apelin/APJ系统兴奋后可以上调ACE2的表达，同时使其活性增强，敲除小鼠体内Apelin基因时发现ACE2表达明显降低，说明Apelin/APJ与RAS系统存在交互作用[24]。研究发现ACE2/Apelin信号可通过触发细胞自噬使AngⅡ诱导心血管纤维化重构功能紊乱得到抑制。自噬增强一方面可减少血管外膜成纤维细胞中炎性因子白细胞介素-1(IL-1)、白细胞介素-6(IL-6)等含量，另一方面也可降低氧自由基生成，同时抑制血管平滑肌细胞凋亡[25]。此外，Apelin/APJ系统广泛表达于中枢神经系统，包括室旁核、视上核等，作用于下丘脑-垂体-肾上腺系统，影响促皮质激素释放激素和精氨酸加压素的释放，从而参与应激反应。

3 结 语

在心脏方面，Apelin具有正性肌力作用可以保护缺血心肌细胞；在血管方面，Apelin可以调节血管张力、促进血管平滑肌细胞增殖以及参与肺血管重构等；另外，Apelin还可以充当循环激素参与能量代谢、免疫炎症及应激反应等。基于Apelin在这些系统中的作用，本研究推测APJ受体激动剂或拮抗剂可作为这些疾病新的药物靶点，需要更多的研究通过不同方向和角度探讨Apelin/APJ系统与心血管疾病与应激反应的关系，进一步探索疾病潜在的治疗靶点是当下研究的主要任务。