G蛋白偶联受体激酶2在心血管疾病发生发展中的作用研究进展

宋倩，刘永铭

1 兰州大学第一临床医学院，兰州 730030；2 兰州大学第一医院老年心血管科甘肃省老年疾病临床医学研究中心

《中国心血管健康及疾病报告2020》显示，目前我国存在3.3亿例左右心血管疾病（CVD）患者，且CVD发病率呈现逐渐升高趋势，并在居民总死亡原因中位居首位［1］。尽管CVD治疗药物不断在研发，但依旧多为单一神经内分泌抑制剂且治疗效果不理想，CVD患者再入院率及病死率仍然居高不下。因此，寻找新靶点、开发新药以改善患者预后是非常必要的。G蛋白偶联受体（GPCRs）是介导许多生理过程的关键细胞传感器，分布在心脏上，通过调节心肌细胞收缩及冠状血管血流灌注等重要过程参与调节心脏功能。G蛋白偶联受体激酶（GRKs）主要使GPCRs磷酸化，从而使GPCRs的敏感性下降、表达下调［2］。G蛋白偶联受体激酶2（GRK2）是研究较为广泛的GRKs分子，不仅参与炎症反应，还参与减弱心肌能量代谢弹性［3-4］；此外，GRK2的不同功能区与不同蛋白之间的相互作用对心脏功能的调节具有两面性，这使得针对GRK2治疗CVD具有较高特异性［5］。本文对GRK2在CVD发生发展中的作用进行总结，并探讨抑制GRK2异常表达及活化为CVD治疗带来的新挑战，也为CVD的治疗提供新思路。

1 GRK2在心肌梗死发生发展中的作用

心肌梗死主要源于冠状动脉狭窄或者堵塞，导致心肌细胞缺血坏死，临床上可分为非ST段抬高型心肌梗死及ST段抬高型心肌梗死，目前治疗方法主要为药物保守治疗和血管再通治疗。GRK2可促进CVD危险因素的进展，如肥胖、糖尿病、炎症等［4，6-7］，因此可以推测其在心肌梗死的发生发展过程中也具有不可忽视的作用。血小板激活后可导致血栓形成，该过程在心肌梗死发生的病理过程中至关重要。ZHAO等［8］研究指出，GRK2可通过减弱ADP依赖的相关信号通路，从而抑制血小板激活，进一步发挥抗血小板聚集的作用。心肌缺血再灌注损伤严重影响患者生存，相关的预防及治疗在临床上也是一种挑战，而在心肌梗死期间及再灌注开始时均存在GRK2短暂降低的现象，早期给予蛋白水解酶及钙蛋白酶抑制剂有助于防止其早期在GRK2/Pin1/AKT通路中的降解，并抵消缺血再灌注造成的心肌损伤［9］。此外，GAO等［10］研究也指出，大蒜素具有预防心肌缺血再灌注损伤的作用，并指出可能的机制是抑制钙超载导致的细胞凋亡，以及阻滞PI3K/GRK2/PLC-γ/IP3R信号通路。因此，抑制GRK2降解可能有助于预防心肌缺血再灌注损伤。相反，也有人指出在心肌缺血再灌注损伤的过程中，GRK2水平升高可能会加大心肌梗死的面积，但是在急性心肌梗死患者中降低GRK2水平能预防心肌细胞坏死［5］。总的来说，关于GRK2在心肌梗死中的作用具有争议，抑制GRK2降解一方面有助于抑制血小板聚集及预防心肌缺血再灌注损伤，另一方面会导致心肌梗死面积增大。因此，未来研究的重点是确定合适的GRK2治疗剂量，保证在此剂量下GRK2既能抑制血小板聚集，又可以预防或减轻心肌缺血再灌注损伤。

2 GRK2在心肌肥厚发生发展中的作用

心肌肥厚分为生理性肥厚和病理性肥厚。生理性心肌肥厚是一种生物力学压力增高的适应性改变，如心房高压及主动脉狭窄，其目的主要为维持心输出量，而病理性心肌肥厚可见心肌纤维化和心功能下降。心肌肥厚也被视为心力衰竭及其他CVD发生的危险因素及预测因素［11］。研究发现，GRK2扩增［11］、活性上调［12］均可导致心肌肥厚，相关的一个分子通路为AKT/PKB-GSK3β-NFAT信号通路，其中NFAT是促进心肌肥厚的转录子［13］。此外，LIU等［14］通过细胞实验还发现，GRK2可通过激活GRK2/Nrf2信号通路、促进NLRP3炎症小体的产生及氧化应激反应，导致心肌肥厚；进一步研究发现，GRK2的N端具有促进心肌生理性肥大的作用［15］。由此推测，GRK2表达及活性的升高不仅了参与生理性心肌肥厚，还参与了病理性心肌肥厚的发病过程。研究表明，帕罗西汀可增加β1肾上腺素受体（ADRB1）的敏感性，并且可以阻止GRK2与ADRB1之间的相互作用，以及ADRB1下游分子的转换，从而进一步减轻心肌肥厚［16］。该研究结果反向论证了GRK2参与促进心肌肥厚这一结论。

3 GRK2在心力衰竭发生发展中的作用

心力衰竭是各种CVD的终末阶段，其发病率逐渐升高，且严重降低了患者的生活质量。关于GRK2在心力衰竭领域的研究可以从心力衰竭的发病机制进行展开。①在心力衰竭的发生发展过程中，神经激素系统失衡尤其是心脏交感神经活性的增加具有重要作用，其中心肌细胞内肾上腺素积累可对心肌细胞产生毒性作用［17］。研究表明，早期GRK2表达升高有助于抵抗儿茶酚胺驱动的相关途径，后期GRK2表达升高则会减弱心肌收缩或者正性肌力储备［18］；此外，淋巴细胞内的GRK2含量也可以反映心力衰竭患者心肌细胞β肾上腺素受体的功能，因此监测其变化能协助判断心力衰竭的进展［17］。②心室重构是心力衰竭的主要发病机制，而GRK2的长期慢性刺激被证实参与心肌病理性重构，其过量表达可加速心肌缺血后心力衰竭的发展；但是整体GRK2基因敲除则会导致心室心肌发育不全，并且具有胚胎致死性［19-20］。③生物能量重构可能参与了心力衰竭的进展，GRK2参与生物能量重构，并且可能是心肌收缩能力下降和能量代谢减弱之间的联系枢纽［21］。一方面，心肌内GRK2表达升高会减弱心肌脂肪酸能量代谢，并且在慢性心力衰竭患者体内，GRK2升高会使β肾上腺素受体表达下降及敏感性降低，进一步促进心肌细胞的胰岛素抵抗，从而降低其能量代谢弹性［22-23］。另一方面，线粒体是人体能量的主要来源，而心肌收缩需要提供匹配的能量，因此当线粒体功能障碍时，也可能导致心力衰竭的发生与发展。研究证实，GRK2可通过使线粒体裂变与融合失衡导致线粒体功能障碍，进一步导致心肌坏死，最后引发心力衰竭［24-25］。因此，GRK2是心力衰竭多种发生机制之间相互联系的枢纽，针对GRK2的治疗措施有望成为治疗心力衰竭的新选择。

帕罗西汀属于5-羟色胺再摄取抑制剂，是心力衰竭治疗研究中常用的GRK2抑制剂。一项动物实验结果显示，帕罗西汀可以增加30%的左心室射血分数，并且可以改善心肌收缩能力［26］。但是一项回顾性队列研究结果显示，帕罗西汀治疗心力衰竭并未明显降低28 d全因病死率［27］。尽管各项研究结论大相径庭，但是在研究实验中帕罗西汀依旧是常用的GRK2抑制剂，未来仍需要大量研究以证实该药物是否可以改善心力衰竭患者的症状及预后。此外，枸杞多糖可抑制GRK2的异常表达及活化，是否可以用于心力衰竭的治疗仍有待进一步探讨［23-24］。

4 GRK2在其他CVD发生发展中的作用

除心肌梗死、心肌肥厚与心力衰竭，GRK2同样也参与了其他一些CVD的发生发展。①GRK2在心肌纤维化发生发展中的作用：心肌纤维化是心脏在血流动力学和神经激素应激状态下的共同病理改变，并且是慢性心力衰竭心肌重构的重要特征，表现为心肌成纤维细胞过度增殖及细胞外基质蛋白过度沉积。一项细胞实验结果显示，GRK2可通过GRK2/β-arrestin1/ERK1/2信号通路促进心肌纤维化［28］。②GRK2在冠状动脉舒张功能障碍发生发展中的作用：随着年龄增加，冠状动脉微血管上β肾上腺素受体表达逐渐减少，导致在舒血管刺激因子的作用下，冠状动脉微血管不能相应地增加冠状动脉血流，最终导致冠状动脉血流灌注减少及罹患心力衰竭的风险增加。一项动物实验结果显示，GRK2参与调节冠状动脉的微血管功能［29］。③GRK2在糖尿病心肌病发生发展中的作用：CHEN等［30］研究提出，GRK2活性增加可通过减弱PI3K/AKT的作用，促进胰岛素抵抗，从而导致糖尿病的发生；其中Akt的作用主要是使Glut4表达升高，进一步促进葡萄糖摄入细胞，而PI3K则具有增强胰岛素的作用［31］。在糖尿病心肌病早期阶段，心肌及外周单核细胞中的GRK2表达升高，提示GRK2可能是早期诊断糖尿病心肌病的生物标志物之一［32］。④GRK2在心血管功能损伤中的作用：血管内皮来源的NO具有扩张血管的作用，并且参与调节血管收缩、舒张功能及局部血流，而GRK2可通过限制β肾上腺素受体的功能，进一步改变NO的生物利用度，从而损伤心血管功能［33］。可以推测，GRK2异常活化将会导致微血管功能障碍、限制血管扩张、参与心肌纤维化等过程，从而进一步参与多种CVD的发生发展。

综上所述，GRK2参与了心肌梗死、心肌肥厚、心力衰竭及其他CVD的发生发展，是多种CVD发生的危险因素及相关疾病之间的联系枢纽，以GRK2为靶点对患者进行治疗的前景比较广阔。而关于GRK2抑制剂，除外帕罗西汀，多数为基础实验研究，未来仍需要开展大量实验以找寻更有效的抑制剂，以及验证目前GRK2抑制剂的临床应用效果。