5-羟色胺受体在心肌缺血再灌注损伤中作用的研究进展

刘 倩，黄勇祥，郑昌博

（昆明医科大学药学院暨云南省天然药物药理重点实验室，云南 昆明 650500）

近年来，心血管疾病的患病人数不断上升，占据全球死亡人数的首位［1］。世界卫生组织公布的数据显示，缺血性心脏病（ischemic heart disease，IHD）是世界范围内导致死亡和残疾的主要疾病，2019年IHD患病人数达到1.97亿，死亡人数高达914万，占世界总死亡人数的16%［2］。经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention，PCI）以及冠状动脉旁路移植术（coronary artery bypass graft，CABG）是目前治疗急性心肌梗死的2种主要手术治疗方式，均能有效恢复缺血心肌组织的供血功能，减少心肌细胞凋亡，明显降低心肌梗死患者的死亡率［3-4］。然而，采用上述2种手术方式治疗时又会引起机体一系列的病理反应，如过氧化反应、炎症、细胞内钙超载和酸中毒等，最终造成不可逆的细胞凋亡和坏死。这种在心脏中由缺血后再灌注造成的损伤，称为心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI）。有研究表明，MIRI会导致多种心脏疾病的形成，包括心肌梗死、心律失常、心肌肥厚和心力衰竭等［5］。为减轻和改善MIRI，需不断探索新的治疗策略。

1 心肌缺血再灌注损伤机制概述

MIRI主要由缺血和再灌注2个过程所诱导（图1）。心肌缺血时，心脏冠状动脉急性阻塞，导致前室壁心梗，细胞代谢阻滞，ATP产生不足，无氧呼吸导致细胞内乳酸过多以及细胞酸中毒［6］；同时，肌膜缺损和肌浆网功能障碍，肌浆网中的兰尼碱受体2（ryanodine receptor 2，RyR2）、肌浆/内质网 Ca2+-ATP酶（sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase，SERCA）和受磷蛋白（phospholamban，PLB）不能有效摄取Ca2+到肌浆网中，导致细胞内Ca2+超载，进一步引起线粒体功能紊乱［7-8］。相比于缺血时机体供能直接阻断所诱导的损伤，缺血后再灌注带来的不可逆损伤更为严重。心肌缺血后再灌注时，梗死区域血管通透性发生改变，中性粒细胞被激活并发生迁移，促使髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）、过氧化氢（hydrogen peroxide，H2O2）和活性氧（reactive oxygen species，ROS）大量形成［9］。它们的积累会引起一系列氧化反应，损伤心肌细胞膜和内皮细胞膜，造成膜结合酶系统的功能障碍［10-11］，破坏细胞结构［12］；同时，复灌时细胞外pH值发生变化，细胞内外的pH值形成明显梯度差异，Na+/H+交换蛋白被激活，促使大量Na+在细胞内积累，进一步激活Na+/Ca2+交换电流。为维持细胞内外Na+平衡，Na+/Ca2+交换电流转变为反向运输模式介导Ca2+超载过程，造成心肌收缩功能障碍和心肌细胞过度挛缩，导致细胞凋亡和坏死［6，13］。线粒体膜通透性转换孔（mitochondrial permeablity transition pore，mPTP）是一种多蛋白复合物，是参与细胞死亡途径的关键蛋白［14］。心肌缺血再灌注导致心肌细胞结构破坏，细胞内Ca2+超载，进一步激活mPTP［15］。mPTP激活后线粒体的通透性发生改变，线粒体膜电位下降，导致线粒体外膜发生破裂，细胞内离子和代谢稳态中断，最终造成心肌细胞坏死［14］。

图1 心肌缺血再灌注损伤的主要病理过程.MPO：髓过氧化物酶；ROS：活性氧；mPTP：线粒体膜通透性转换孔.

目前，改善MIRI的主要研究方向集中于保护心肌细胞线粒体功能、减少细胞内Ca2+超载等。但关于减少中性粒细胞在体内聚集、浸润，抑制MPO和H2O2在心肌缺血再灌注中释放的研究还相对较少，尤其是对MPO和H2O2上游靶点的研究报道更为鲜见。有研究显示，发生MIRI后，血小板衍生的5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）会增加膜结合的白细胞黏附分子CD11b的表达，同时诱导中性粒细胞脱粒，随后中性粒细胞在急性炎症和组织损伤部位聚集，刺激细胞外组织环境中MPO和H2O2的积累，导致心肌梗死增加［9］。近年来，同时患有抑郁症和心血管疾病的患者较非抑郁症心血管疾病患者的死亡风险更高［16-17］，而5-HT作为诊断重度抑郁症的重要指标，说明5-HT与MIRI间可能存在密切关联。因此，将5-HT受体作为改善MIRI的潜在靶点进行研究，可能为治疗心肌损伤拓宽新思路。

2 5-HT向心血管系统释放及转运的机制

5-HT是由色氨酸衍生的吲哚衍生物，在脑、胃和肺等组织中均有表达，其中在大脑皮质和神经突触中含量较高。在中枢神经系统中，5-HT作为一种抑制性神经递质，参与痛觉感受、睡眠状态和体温变化等生理功能的调节［18］。在外周神经系统中，5-HT主要作为胃肠道的神经递质和局部激素。外周系统中90%5-HT是由肠黏膜的肠嗜铬蛋白细胞产生，并被储存在血小板中［19］，血小板具有储存和释放5-HT的能力，可调节外周5-HT水平。正常状态下，5-HT经血液循环运达全身，维持机体平衡［13］。5-HT在机体发挥作用后，一部分被囊泡单胺转运体转运至囊泡中，经单胺氧化酶（monoamineoxidase，MAO）分解代谢为5-羟吲哚乙酸（5-hydroxyindole acetic acid，5-HIAA）随尿液排出体外［20］；另一部分被5-HT转运体重摄取进入细胞内，再次参与机体调控［20］。5-HT在心脏中与心血管重构密切相关［21］，参与心脏发育和稳态调节。一旦受到外界刺激，血小板破损释放出大量5-HT，刺激中性粒细胞在急性炎症和组织损伤部位的募集，并诱导MPO和H2O2的产生，加重对心脏的损害［9］。

最近研究表明，5-HT与MIRI密切相关。心肌缺血期间，5-HT在心肌间质中大量积累，并通过受体依赖性途径对心肌细胞产生影响。5-HT受体与维持心脏的平衡稳态有关，但关于调节5-HT改善MIRI的机制尚未阐明。

3 5-HT受体与心肌缺血再灌注损伤

心肌缺血时，血小板破损释放出5-HT，心肌间质内5-HT大量积累，5-HT通过受体依赖性和MAO依赖性途径对心肌细胞产生有害影响［22］。主要观点认为，心肌间质5-HT浓度升高，通过5-HT受体依赖性的冠状动脉血管收缩直接诱导心肌细胞损伤，并激活传入心脏交感神经［22-23］。

5-HT可与心脏中不同5-HT受体结合发挥不同的调控作用。目前已经发现5-HT受体可分为14个亚型：5-HT1（A，B，D，E，F），5-HT2（A，B，C），5-HT3，5-HT4，5-HT5（A，B），5-HT6和5-HT7。其中5-HT1E，5-HT1F，5-HT5A，5-HT5B和5-HT6受体在哺乳动物心脏中的功能和机制尚未有深入研究［24］，因此本文重点介绍 5-HT1A，5-HT1B，5-HT1D，5-HT2A，5-HT2B，5-HT2C，5-HT3，5-HT4和5-HT7等受体可直接或间接影响MIRI的生理功能。

3.1 5-HT1A受体

5-HT1A受体在心脏中最显著的作用是加重氧化应激诱发的心血管反应，抑制5-HT1A受体，可减少应激伴随的心动过速和交感神经兴奋。有研究表明，5-HT1A受体拮抗剂吡啶洛尔（pyrapyridolol）改善MIRI，是通过拮抗5-HT1A受体活性抑制mPTP开放，恢复细胞代谢稳态，减少血栓形成，改善缺血后心肌功能障碍，降低细胞凋亡［25］。

最近研究报道，发生缺血性卒中时，抑制5-HT1A受体可激活cAMP/蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）通路抑制神经元凋亡，恢复脑神经功能［26］。cAMP/PKA信号通路被激活后可抑制NF-κB易位，减少炎症发生［27］。目前，5-HT1A受体是否通过调控cAMP/PKA信号通路参与调控MIRI过程尚不清楚。

3.2 5-HT1B/1D受体

以往研究表明，5-HT1B受体和5-HT1D受体具有抗炎和神经保护作用［28］，但在心血管方向的研究一直未明确阐述。近期Sheibani等［29］发现，心肌发生缺血再灌注时，5-HT1B/1D受体介导一氧化氮（nitric oxide，NO）在心脏中的产生，影响左心室收缩压和射血分数。舒马曲坦（sumatripta）作为5-HT1B/1D受体激动剂，可通过激活5-HT1B/1D受体活性，增加与5-HT的结合，有效降低5-HT在心脏中的积累。激活5-HT1B/1D受体后，可拮抗由心肌缺血再灌注诱导的NF-κB通道激活，从而降低NO和肿瘤坏死因子α的产生，进一步缓解心肌缺血再灌注导致的左心室收缩功能障碍，减轻心肌损伤。此外，5-HT1B/1D受体不仅参与MIRI，还参与肠缺血再灌注以及睾丸缺血再灌注中炎症调节和氧化应激等反应［10，30］。

3.3 5-HT2A受体

5-HT2A受体在心脏中主要介导冠状动脉收缩，同时5-HT2A受体可引发血小板聚集，诱导心脏血管中血栓的形成，从而引发心肌缺血和冠心病［23，31］。5-HT2A受体拮抗剂沙格雷酯（sarpogrelate）可改善MIRI。在缺血再灌注期间，抑制5-HT2A受体可升高抗细胞凋亡Bcl-2蛋白表达水平，降低胱天蛋白酶3蛋白表达［32］，还可减少ROS和Ca2+在心肌细胞内的累积［33］。除减轻心肌细胞凋亡外，抑制5-HT2A受体还可改善缺血后心肌功能障碍，包括恢复心肌收缩压和舒张压，增加冠状动脉血流量、减少NO产生［33］。

众所周知，电压门控K+通道在调节膜电位和心血管系统中发挥关键作用。K+通道中的ATP敏感性K+通道（KATP）在MIRI中的作用被广泛研究，KATP敏感性下降会导致缺氧时心肌细胞更容易发生Ca2+超载、纤维化和组织坏死［34］。有研究发现，使用N-甲基-D-天冬氨酸受体阻断剂后，可阻断Kv1.5通道的电流，使得5-HT2A受体以膜电位（Em）依赖性方式被激活，诱导疾病的发生［35］。然而5-HT2A受体是否在MIRI中也受到Kv1.5通道的调控，还需进行更加深入的研究。

3.4 5-HT2B受体

5-HT2B受体在多种心肺疾病中存在不利影响，并可能介导心肌梗死后瘢痕形成及心脏重构［36］。5-HT2B受体抑制剂SB204741通过激活肿瘤抑癌基因Dnajb4的表达，有效改善心肌梗死后心肌纤维化，减少由胶原蛋白形成的心瘢痕组织［36］。

5-HT2B受体参与改善MIRI可能与体内激素相关。Song等［37］发现，β2肾上腺素受体激动剂可促进5-HT2B受体与β2肾上腺素受体结合成异源二聚化体，并通过激活Gi蛋白-磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B信号通路发挥保护心肌的作用［37］。此外，Dhaibar等［38］发现，5-HT2B受体是雌激素受体α的潜在靶点，其通过与5-HT2B受体结合后可发挥对心肌的保护作用。而糖皮质激素受体可抑制雌激素受体α与5-HT2B受体的结合，导致心肌细胞中5-HT2B受体积累，加重 MIRI［38］。提示体内激素可能通过与5-HT2B受体相结合，降低5-HT2B受体在细胞中的累积，减少5-HT2B受体在心脏中的有害作用，从而改善MIRI。

3.5 5-HT2C受体

5-HT2C受体在心肌组织中的作用还未被阐明，其在MIRI中具体作用机制亦无准确报道。但Jia等［39］首次发现，阿戈美拉汀（agomelatine）可以有效减轻心肌缺血损伤，改善再灌注后心功能障碍，其主要机制是通过抑制mPTP的打开，从而降低心肌细胞凋亡率，改善心肌功能，减轻缺血再灌注诱导的心肌病理变化。阿戈美拉汀可激活褪黑素受体，还可抑制5-HT2C受体。阿戈美拉汀是通过调控褪黑素受体还是通过调控5-HT2C受体以改善MIRI尚无明确结论。因此，5-HT2C受体能否改善MIRI还需进一步研究。

3.6 5-HT3受体

心肌缺血再灌注可引起心脏自主神经失衡，交感神经张力过度激活，导致血压、心率和心肌收缩功能的增加［40］。使用高选择性的5-HT3受体抑制剂托烷司琼（tropisetron），可减弱心脏传入神经组反应，减少缺血再灌注诱导的炎症反应及心肌损伤［41］。

5-HT3受体调控心肌缺血再灌注过程可能和离子通道相互关联，电压门控钠离子通道（voltage gated sodium channel，VGSC）亚型 Nav1.5和瞬时受体电位香草酸亚型1（transient receptor potential vanilloid-1，TRPV1）通道［43］都是参与调节心肌缺血再灌注的重要离子通道。5-HT3受体抑制剂托烷司琼可明显抑制Nav1.5通道的信号转导［44］，Na+通道阻滞剂和 5-HT3受体拮抗剂联合应用可能会引起心律失常。此外，心肌发生缺血时TRPV1和5-HT3受体激活可引起Bezold-Jarisch反射，即严重心动过缓、低血压和外周血管舒张。使用TRPV1抑制剂辣椒平（capsazepine），可明显消除这种反应，但是辣椒平会增加心肌梗死面积。高度选择性5-HT3受体抑制剂昂丹司琼（ondansetron），可以明显改善缺血导致的心动过缓，且不影响心肌梗死面积，但可能会造成血压急剧下降，导致缺血后存活时间的缩短。大麻素1型受体抑制剂利莫那班（rimonabant）可同时抑制TRPV1和5-HT3受体的激活，且不会对心肌梗死面积产生影响。因此，利莫那班被建议作为一种治疗心血管疾病的新药物［45］。对于5-HT3受体改善MIRI是否是通过离子通道介导还需进行进一步研究。

3.7 5-HT4受体

研究表明，5-HT4受体在人类心脏中诱导正性肌力作用（positive inotropic effects）和正性变时效应（positive chronotropic effects）［46］，加快心肌的收缩，引起心率增加。5-HT与5-HT4受体结合后，在心脏中可促进cAMP产生，cAMP进一步激活PKA［46］。PKA可增加L-型钙通道和PLB的磷酸化，L-型钙通道磷酸化后使得细胞膜上的钙离子通道开放，Ca2+通过RyR2释放到细胞质中，促使Ca2+内流，进而导致心肌收缩；而PLB磷酸化可刺激SERCA摄取Ca2+到肌浆网中，减少细胞内Ca2+的积累，调控心肌舒张，参与心脏生理功能调节［47］。这些都表明了5-HT4受体在参与心脏保护功能方面具有临床潜力，推测5-HT4受体亦能调控MIRI，然而目前未见相关研究报道。

3.8 5-HT7受体

5-HT7受体在人和大鼠心血管疾病中可诱导炎症，造成潜在的慢性内皮功能障碍，引发动脉粥样硬化［48］。心脏缺血再灌注后，心脏组织中5-HT7mRNA表达增加［48］，MPO和CD11b表达上升，中性粒细胞表面的血小板中性粒细胞复合物（platelet neutrophil complex，PNC）表达增加。使用5-HT7受体抑制剂SB269970可明显降低缺血再灌注导致的中性粒细胞脱粒，减少PNC产生，降低MPO和CD11b表达，减少心肌梗死区炎症［49］，明确了通过抑制5-HT7受体可减少中性粒细胞的脱粒，改善MIRI。

4 结语

综上，5-HT与MIRI之间的关系由于不同受体的介导而变得复杂多样。了解清楚5-HT与MIRI之间的联系，可为改善MIRI提供充实的理论依据。

目前的研究结果已充分表明，5-HT与不同受体结合后，在MIRI中发挥不同的调节作用，表明5-HT在心脏发展中的重要性。然而部分受体在MIRI中调控作用仍然存在大量未知，如5-HT2A和5-HT3受体在MIRI中治疗机制依旧未被研究透彻、5-HT2B与体内激素结合改善MIRI的具体途径还未明确、5-HT2A受体和5-HT3受体与离子通道之间的相互作用也值得深入研究以及5-HT4受体在保护心脏方面已得到证实，但在MIRI中的研究还未见文献报道。因此，需进行不断的研究，了解和掌握5-HT受体与MIRI之间的关系。

5-HT受体抑制剂和激动剂开发和利用，将为改善与治疗MIRI提供新的研究方向。同时，关于5-HT和MIRI之间的探讨和研究应为多方面和多层次，通过调节5-HT与不同受体结合发挥作用来治疗MIRI的潜在机制也需进一步挖掘。

致谢：感谢中国科学院昆明动物研究所郑永唐研究员对本文的审阅和修改！

表1 已知5-羟色胺（5-HT）受体在心肌缺血再灌注损伤的作用机制