Metrnl与心肌缺血再灌注损伤的研究进展

米永程(综述)， 黄照河(审校)

随着心血管疾病发病率逐年上升，人民群众的生命健康受到心血管疾病的严重威胁，心血管疾病的预防及有效治疗成为我们面临的重大挑战[1]。随着溶栓治疗、经皮冠状动脉介入治疗和冠状动脉旁路移植术等血运重建治疗的推广，急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)患者的治疗效果较前有了重大提升。然而血运重建的有效性受到恶性心律失常、梗死面积增加和持续性收缩功能障碍等严重并发症的限制，这些并发症与心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia-reperfusion injury,MIRI)密切相关[2-3]。因此，探索MIRI的发病机制及寻找相关防治措施成为当前迫切需要解决的难点。

1 镍纹样蛋白(meteorin-like protein,Metrnl)的结构与功能

1.1Metrnl的结构 Metrnl又称白细胞介素-41(interleukin-41,IL-41)，是一种新型的脂肪因子，其与神经营养因子Metrnl有40%的序列同源性。Metrnl主要在白色脂肪组织、骨骼肌及人体屏障组织中分泌，此外在肝脏、心脏、脾脏及中枢神经系统均有表达[4-5]。生物信息学分析表明，小鼠、大鼠和人类基因组所编码的Metrnl均由311个氨基酸构成，位于NH2末端的45个氨基酸组成其信号肽，未发现存在任何跨膜区，其分泌含有266个氨基酸(约30 kDa)的成熟蛋白[6]。

1.2Metrnl的功能

1.2.1 Metrnl的葡萄糖代谢调节作用 研究[7-9]发现，2型糖尿病患者血清Metrnl水平与其血糖谱及胰岛素抵抗有着显著关联，Metrnl可通过减轻炎症反应和胰岛素抵抗，改善葡萄糖代谢，并刺激骨骼肌细胞对葡萄糖的摄取，上述作用可能通过激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)或过氧化物酶体增殖物激活受体δ(peroxisome proliferators-activated receptors δ,PPARδ)依赖的信号通路实现。因此，Metrnl可能成为葡萄糖代谢相关疾病的新的治疗靶点。

1.2.2 Metrnl的血脂调节作用 相关研究通过构建Metrnl全基因、肠特异性和肝特异性基因敲除小鼠研究Metrnl对血脂参数的影响。结果证实，高脂饲料喂养的Metrnl基因全局敲除小鼠血甘油三酯(triglyceride,TG)升高，总胆固醇(total cholesterol,TC)及高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein cholesterol,HDL-C)降低，而正常饲料喂养的Metrnl基因全局敲除小鼠血脂指标无明显改变；肝脏特异Metrnl基因敲除小鼠血液中的HDL-C、TC及低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein cholesterol,LDL-C)水平降低，但TG、极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)、非酯化脂肪酸(non-esterified fatty acid,NEFA)水平、脂质合成及代谢基因的表达未受影响；肠特异性Metrnl基因的敲除不影响任何饮食状态下小鼠的血脂参数[10]。因此，不同组织中的Metrnl调控不同的血脂成分。Metrnl可能具有良好的调脂作用，其调节TG及HDL-C的潜在作用可能成为血脂代谢异常治疗的新靶点。血脂代谢异常是心脑血管疾病的重要危险因素，Metrnl可能为心脑血管疾病的治疗提供一个新的治疗前景。

1.2.3 Metrnl的抗炎作用 研究发现，内皮功能障碍可引起如冠心病、动脉粥样硬化和高血压等多种心血管疾病，而血清Metrnl水平与内皮功能障碍的标志物呈负相关，如E-选择素、血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)和细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)[11]。血清Metrnl水平与冠心病发病相关，其在血清中的水平与冠心病患者体内的炎性因子白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)呈负相关；炎症反应在冠心病的发病过程中起着重要的作用，而Metrnl的抗炎作用可降低冠心病患者IL-6和TNF-α的水平[9]。综上所述，Metrnl可能存在通过下调炎症而改善冠心病的发病机制，成为治疗冠心病的潜在靶点，但我们需要更多的研究来探究其中的机制。Metrnl参与葡萄糖代谢、血脂调节、炎症反应等病理生理过程，其可能成为治疗相关疾病新的靶点，但其在上述病理生理过程的具体机制及其他疾病的关联仍需我们进一步探究。

2 内质网(endoplasmic reticulum,ER)应激与MIRI的关系

MIRI是指缺血的心肌突然得到血流的供应所引发的心肌细胞代谢功能障碍和结构损伤，该过程是一种复杂的病理生理过程[12]。MIRI可引发心肌细胞凋亡和坏死，并进一步扩大心肌梗死面积，并可导致心律失常、心力衰竭等其他严重并发症，降低血运重建后治愈的概率[13]。因此，实现心肌缺血组织血流的早期恢复和实现无或较少的再灌注损伤对于AMI的治疗至关重要。MIRI的机制复杂，目前发现其涉及活性氧的过度生成、氧化/亚硝化应激、炎症反应、钙超载和线粒体功能障碍等病理生理过程，但具体机制仍有待进一步阐明[14]。ER作为主要的细胞器，细胞的蛋白质的翻译、折叠、调节钙稳态等细胞重要生理过程均有ER的参与，其在维持细胞功能动态平衡方面起到不可替代的作用[15]。内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)指错误折叠蛋白质及折叠蛋白质在ER内发生聚集等情况，由各种因素引起ER正常功能受损及ER稳态受到破坏是引起ERS的主要原因[16]。相关研究[17]表明，ERS是一把双刃剑，既能对细胞起到保护作用，也可以起到损害的作用。作为不可再生细胞的心肌细胞，其生存和功能依赖于蛋白质质量控制对其内稳态和完整性的精细调控；ER通过蛋白质质量控制检查新合成的蛋白质，同时消除异常折叠的蛋白质，分泌型蛋白或膜蛋白在ER管腔内有正确的折叠方式取决于利于形成二硫键的氧化环境、丰富的蛋白质折叠伴侣蛋白、高钙离子浓度这三个关键性条件，任何干扰这三个条件的因素均可导致ER中未折叠或错误折叠蛋白的积聚，从而导致ERS并触发未折叠蛋白反应(unfolded protein reaction,UPR)[18]。适度的ERS激活复杂的信号通路产生UPR，UPR激活转录和翻译途径，促进葡萄糖调节蛋白78(glucose-regulated protein 78,GRP78)和钙网蛋白等伴侣蛋白及蛋白折叠酶的释放，它们参与错误折叠蛋白的识别和降解，维持细胞内环境的平衡，对细胞起到保护作用；当在持续或严重的ERS中，UPR不能减轻ERS并恢复细胞内环境的平衡，可激活细胞凋亡通路，从而诱导心肌细胞功能障碍及细胞的凋亡，对缺血再灌注的心肌造成严重损伤[19-20]。ERS与许多心血管疾病密切相关，ER稳态和功能的丧失是包括MIRI在内的多种心脏疾病发病的基础[21]。研究[22]表明，减轻ERS诱导的细胞凋亡可改善MIRI对心肌细胞的损害。因此，抑制ERS可能成为治疗MIRI的新方向[23]。

3 Metrnl与MIRI的关系

3.1Metrnl与冠心病的关系 Liu等[24]发现，冠心病患者血清Metrnl水平低于对照组；血清Metrnl水平与狭窄冠脉数目及Gensini评分量化的冠心病严重程度呈负相关。该研究结果提示血清Metrnl水平不仅与冠心病的有无存在着密切的关联，而且与冠心病的严重程度显著相关，Metrnl可能成为冠心病治疗的新靶点。

3.2Metrnl改善MIRI作用机制 研究发现，P21-激活激酶2(P21-protein activated kinase 2,PAK2)是AMPK的下游靶点，AMPK-PAK2信号通路的激活可抑制ERS来阻断心肌缺血再灌注引起的细胞凋亡[25-26]。AMPK是由三个亚基组成的异源三聚体[27]。这三个亚基分别为催化亚基α、调节亚基β和调节亚基γ。这三个亚基有着各自的作用，但又紧密联系。α亚基含有一个催化结构域，可促进磷酸基从三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)转移到丝氨酸/苏氨酸位点；β亚基包含一个碳水化合物结合模块，起到连接α和γ亚基的纽带作用；γ亚基由两个贝特曼结构域组成，该结构域由四个胱硫醚β合成酶(cystathionine β-synthase,CBS)的串联重复序列构成，γ亚基主要起到变构激活的作用，有助于其变构作用和下游保护基因的表达[28]。AMPK作为一种普遍存在的细胞应激感受器/效应器，几乎在所有真核细胞中表达，代谢应激、缺血、疼痛、炎症等因素均可诱导AMPK的激活[29-31]。研究表明，应激过程中AMPK的激活对心脏具有保护作用，心肌细胞通过增加AMPK的活性来维持能量平衡并促进细胞存活，在慢性应激期间AMPK的激活可改善MIRI引起的心力衰竭预后[32]。PAK2在AMPK保护心脏的通路中起到了重要的作用。PAK2是一种定位于ER膜上的新的应激反应激酶，是心肌损伤中ERS的一种新的介导物。研究发现，在敲除心脏PAK2基因的小鼠模型中，发现PAK2可促进ERS条件下的保护性ERS反应，其通过肌苷需要酶1(inositol-requiring enzyme 1,IRE1)/X-box结合蛋白1(X-box-binding protein 1,XBP1)依赖的途径实现对保护性ER功能的调节，通过IRE1激活剂和腺相关病毒9型递送的XBP1能缓解PAK2缺失小鼠心脏的ER功能障碍[18]。综上所述，PAK2减轻ERS保护心肌细胞是通过调节IRE1/XBP1s信号来实现的。Xu等[33]的研究中发现在缺氧缺糖再灌注(oxygen-glucose deprivation/reperfusion,OGD/R)过程中，MIRI的心肌细胞模型H9C2细胞中的Metrnl、磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶(p-AMP-activated protein kinase,p-AMPK)及PAK2表达下降，而ER伴侣GRP78、ERS转导子激活转录因子4、转录因子6和C/EBP同源蛋白等ERS标志蛋白表达增强，Metrnl的过表达可对上述ERS标志蛋白的表达起抑制作用，并增强p-AMPK及PAK2的表达，抑制OGD/R诱导的H9C2细胞炎症反应、凋亡和ERS。该研究提示，Metrnl可通过激活心肌细胞AMPK-PAK2信号通路减轻MIRI诱导的ERS从而起到改善MIRI的作用，为治疗MIRI提供一个新的方向。

4 结语

尽早地建立血运重建是治疗心肌缺血的重要途径，然而血运重建后导致的MIRI成为影响AMI预后的关键因素。Metrnl可改善MIRI对心肌细胞的损害，其有望成为治疗MIRI新的潜在靶点，值得我们进行更深层次的研究。