Apelin-APJ系统在心肌肥厚发生发展过程中作用的研究进展

张昌琳综述，乔树宾审校

Apelin-APJ系统在心肌肥厚发生发展过程中作用的研究进展

张昌琳综述，乔树宾审校

心肌肥厚是心脏对过度负荷所产生的一种适应性反应。在压力或容量负荷过度性疾病中（如高血压、瓣膜性心脏病以及冠心病）的发生、发展过程中，都可以出现心肌肥厚，并最终导致心律失常、心力衰竭甚至猝死。心肌肥厚是心血管死亡率升高的一个独立危险因素。Apelin是一种生物活性肽，是G蛋白偶联受体APJ的内源性配体。Aplien-APJ系统在体内广泛存在，目前研究表明Apelin通过其受体APJ，具有强心、利尿、扩血管等维持心血管稳态的作用，对于改善心力衰竭患者的血液动力学状态具有良好的作用。此外，近年来有研究表明，Apelin在心肌肥厚的发生、发展中起着重要的作用。Apelin可通过多种不同的信号通路来预防、抑制以及逆转多种因素所致的心肌肥厚；而其受体APJ除了介导Apelin对心肌肥厚的抑制作用外，还可通过独立于Apelin的信号通路介导对机械牵张及静水压诱导的心肌肥厚反应。本文就Apelin-APJ系统在心肌肥厚发生、发展过程中的作用及其潜在机制进行综述。

Apelin；APJ；心肌肥厚

Apelin-APJ系统在全身各组织中分布广泛，生理及病理生理作用丰富。近年来有研究表明，Apelin-APJ系统在心肌肥厚与纤维化的发生、发展过程中起着非常重要的作用，应用外源性Apelin可通过多种机制减轻、阻断甚至逆转心肌肥厚的发生与发展，提示其可以改善心力衰竭过程中的心肌重塑，从而有望成为心力衰竭治疗的一类重要的新型药物。

1 心肌肥厚

心肌肥厚是心脏对生理及病理性负荷过度的一种适应性反应。从病理生理学角度来说，心肌肥厚分为生理性肥厚与病理性肥厚。生理性肥厚是指体育锻炼和妊娠等所致的心肌肥厚，这种肥厚是可逆的[1]。而病理性肥厚是指存在高血压、冠心病、心肌病以及结构性心脏病（如心脏瓣膜病）等疾病时心脏对长期压力或容量负荷过度而出现的心肌肥厚反应，这种肥厚传统认为多是不可逆的，但目前也有研究表明是可逆的[1,2]。心肌病理性肥厚可引起心脏舒张和收缩功能不全，最终导致心力衰竭、心律失常甚至猝死[1]。病理性肥厚中出现心房利钠肽（ANP）、B型利钠肽（BNP）、β-肌球蛋白重链（β-MHC）和α-骨骼肌动蛋白等胚胎基因表达上调，而心肌细胞内质网钙三磷酸腺苷酶（SERCA2a）和α-肌球蛋白重链（α-MHC）等收缩功能相关蛋白表达下降，最终导致心脏收缩功能减低[2,3]。上述胚胎基因的再表达在心肌肥厚发生、发展过程中起着非常重要的作用[3]。目前研究表明，许多刺激因素可通过多种不同的作用信号转导机制引起心肌肥厚反应。

2 Apelin-APJ系统

Apelin是一种生物活性肽，最初由牛胃提取物中分离出来，是G蛋白偶联受体APJ的内源性配体。人类Apelin基因APLN位于X染色体q25-26.1段，其编码产物为含有77个氨基酸的前体肽，随后被裂解为不同氨基酸长度的片段，包括有Apelin-12、Apelin-13、（Pyr1）Apelin-13、Apelin-16、

Apelin-17、Apelin-19和Apelin-36[4,5]。APJ是一个具有377个氨基酸、7次跨膜域的Gi蛋白偶联受体，其与血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）的1型受体有相似的序列同源性及组织分布[5,6]。目前已经证实，Apelin-APJ系统在心血管系统调控、能量代谢、体液平衡、血管生成、肿瘤以及神经内分泌应激等过程中起着重要作用[7-9]。在心血管系统中，APJ受体分布于内皮细胞、平滑肌细胞和心肌细胞。Apelin可引起内皮依赖性的一氧化氮（NO）介导的血管扩张作用并降低血压，在内皮功能不全时直接作用于血管平滑肌引起血管收缩[4]。Apelin是迄今为止最强效的正性肌力物质，而且发挥正性肌力作用时不导致心肌肥厚[4]，同时Apelin可抑制抗利尿激素（ADH）的分泌，并拮抗ADH血管收缩与抗利尿作用[10]。

Apelin与许多心血管病的发生、发展密切相关，包括高血压、冠心病、心律失常、肺动脉高压和心力衰竭[11-16]。目前有许多研究表明，在心力衰竭患者及动物模型中，Apelin血浆及心肌表达水平与APJ的心肌表达水平较正常对照组均明显下降[17]。短期静脉应用Apelin可改善狗严重心力衰竭模型的左室收缩功能[15]。在纽约心脏协会（NYHA） 心功能Ⅱ～Ⅲ级的慢性心力衰竭患者中，短期应用（6分钟/次）外源性Apelin可扩张冠状动脉与外周血管，降低外周阻力，增加心输出量，而不加快心率[16]；长期输注（6小时）Apelin可起到同样的效果[5]。与传统血管扩张剂不同，Apelin在心力衰竭患者中并不引起显著血压下降，而且不引起反射性心率加快。因此从临床角度来说，Apelin-APJ系统可能会成为目前慢性心力衰竭最佳药物治疗的有益补充[5,15]。

3 Apelin-APJ系统与心肌肥厚

近年来有研究表明，Apelin-APJ系统在心肌肥厚发生、发展过程中发挥了重要的作用，应用Aeplin可减轻多种因素所致的心肌肥厚或纤维化。

研究显示，通过高盐饮食造模的左心室肥厚大鼠的血浆与心肌内Apelin表达较对照组无明显差异，进一步发展为心力衰竭后大鼠血浆与心肌组织内的Apelin较对照组明显下降[6]。大鼠心肌组织APJ在左心室肥厚期较对照组显著升高，而在心力衰竭期明显降低。大鼠体内短期应用大剂量AngⅡ可引起心肌肥厚，心肌组织Apelin mRNA表达下降；同时进行的小剂量AngⅡ输注实验提示这种影响Apelin表达的作用独立于AngⅡ升高血压的作用。应用血管紧张素Ⅱ 1型受体阻断剂后，大鼠心肌组织的Apelin与APJ mRNA表达均增加。

Foussal等人的研究表明，Apelin可通过激活过氧化氢酶而阻断氧化应激相关的心肌肥厚[18]。研究表明，Apelin预处理可抑制五羟色胺（5-HT）引起的过氧化氢生成，这种抑制作用是通过激活过氧化氢酶（catalase）来实现的。通过结扎升主动脉造成的小鼠心肌肥厚模型中，小鼠心脏重量与体重比值（HW/BW）、心肌细胞横截面积以及超声心动图检查测定的左心室壁厚度都明显增加，而经Apelin治疗（0.1 μmol/kg/d）4周后，上述指标都明显降低。总之，Apelin通过激活catalase而发挥抗心肌肥厚作用，为未来心力衰竭的抗氧化治疗策略提供了新的思路。

目前认为，Apelin作为一种脂肪因子，在调节能量代谢中起到了非常重要的作用。4周龄的立特艾比拉特洛波（C57BL/6J）小鼠给予高脂饮食6个月后，再应用Apelin腹腔注射治疗两周[19]。结果显示，高脂饮食可引起小鼠体重增加、心肌重量增加、超声心动图测定的左心室舒张末期内径与左心室质量增加，心脏短轴缩短率降低，而Apelin治疗可显著改善上述指标。此外，高脂饮食可引起心肌肥厚标志物神经钙蛋白A、心脏转录因子GATA 4与活化T细胞核因子3（NFATC3）明显增加，组织学检测的心肌细胞横截面积也明显增加，而Apelin治疗可明显抑制上述心肌肥厚作用。高脂饮食使心肌细胞长度显著增加，心脏收缩及舒张功能明显减低，Apelin可逆转上述过程。此外，Apelin可使高脂饮食所引起的心肌细胞内钙离子瞬变能力明显改善，这种作用可能与Apelin刺激高脂饮食所降低的SERCA2a的表达有关。总之，高脂饮食所引起的肥胖相关心肌肥厚和收缩功能不全可被外源性Apelin治疗减轻或逆转。该研究可能为未来临床应用Apelin治疗肥胖相关心脏并发症提供基础。

心肌纤维化重塑与心力衰竭进展密切相关，而且增加病死率。转化生长因子β（TGF-β）可使心脏成纤维细胞分化为肌纤维母细胞，肌纤维母细胞以表达α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）与分泌细胞外基质（ECM，主要为Ⅰ型与Ⅲ型胶原）为特征。研究显示，体外培养的原代小鼠心脏成纤维细胞加入Apelin，可使TGF-β诱导的α-SMA表达减少，而且这种作用呈剂量依赖性[20]。应用Apelin处理可使总胶原纤维沉积明显减少。Apelin这种抑制TGF-β诱导的纤维化反应可能是通过抑制TGF-β对鞘氨醇激酶-1（SphK1）的激活作用有关。不仅如此，Apelin还可通过激活AMP活化蛋白激酶（AMPK），抑制SphK1的活性，这种作用是独立于TGF-β的。该研究提示Apelin治疗可阻断心肌肥厚、心肌纤维化以及收缩功能不全的进展，并首次证明了Apelin可通过SphK-1依赖性的机制抑制TGF-β诱导的心脏成纤维细胞的活化。

研究表明，APJ基因敲除（APJ-KO）小鼠在结扎主动脉（TAC）后出现心肌病理性肥厚反应[21]，表现为：APJ-KO小鼠在TAC初期心肌质量增加；但同样接受TAC的野生型小鼠HW/BW、心肌细胞体积与纤维化程度都明显减低，而心脏短轴缩短率无明显下降。然而，Apelin基因敲除（Apelin-KO）小鼠接受TAC后不出现心肌肥厚，提示APJ受体存在独立于Apelin的信号转导途径。Apelin通过作用于其细胞膜受体APJ，引起偶联蛋白Gαi活化，使得腺苷酸环化酶活性降低，进一步使细胞内环腺苷酸水平降低，从而发挥其生理及病理生理作用。进一步的研究表明牵张可激活APJ受体，升高细胞内β-抑制蛋白，从而引起了心肌细胞的肥厚反应。加用Apelin后，牵张所致的心肌细胞肥厚反应明显减低。上述研究数据表明，APJ具有可分别介导Apelin与机械牵张信号刺激的双重功能受体。通过感受这些不同信号刺激的平衡状态，APJ在持续压力负荷所致心肌肥厚形成过程中起着非常重要的作用。

在由腹主动脉缩窄造成的SD大鼠左心室肥厚模型中，大鼠肥厚的左心室心肌组织中Apelin、APJ、磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）与Akt（一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶）及其磷酸化产物表达均明显升高[22]。离体H9c2大鼠心肌细胞接受静水压（180 mmHg，1 mmHg=0.133 kPa）处理48小时后，心肌细胞直径、体积与蛋白含量均较对照组明显增加，而应用APJ特异性的短发夹RNA处理阻断了上述变化，提示APJ受体作为一种压力感受器，促进了大鼠心肌肥厚的发生。进一步的研究显示可能的作用机制为，APJ将静水压刺激转换为PI3K-自噬旁路的激活，引起心肌肥厚。然而遗憾的是，该研究并未应用Apelin干预静水压刺激-APJ--PI3K-自噬旁路，从而Apelin对该通路所引起的心肌肥厚反应的作用不得而知，需要未来进一步的研究进行验证。

Falcão-Pire I等对大鼠心肌肥厚模型及因症状性主动脉瓣狭窄行换瓣术患者的血浆Apelin及心肌组织中的Apelin与APJ表达情况进行了研究[23]。结果表明，尽管心肌组织中的Apelin和APJ表达较对照组减少或无变化，但在大鼠心肌肥厚模型及主动脉瓣狭窄患者中血浆Apelin表达均有升高趋势，而且血浆Apelin水平与左心室心肌质量指数（LVMI）和平均跨瓣压差呈正相关，与主动脉瓣面积指数呈负相关。上述结果表明，在肥厚的心肌组织中，Apelin-APJ系统表达下降，而血浆Apelin有升高的趋势。结合Apelin本身具有的正性肌力作用及血管扩张作用，提示血浆Apelin升高可能是一种代偿反应。此外，由于Apelin与主动脉瓣狭窄患者的LVMI和平均跨瓣压差呈正比，与主动脉瓣膜面积呈反比，提示血浆Apelin水平可能成为心肌肥厚及主动脉瓣狭窄程度的有效标志物。

笔者所在研究团队（阜外心血管病医院冠心病诊治中心）周颖等的研究表明[24]，Apelin可能通过钙离子介导的钙调神经磷酸酶calcineurin-NFAT和钙调蛋白依赖的蛋白激酶Ⅱ信号通路，剂量依赖性地抑制AngⅡ诱导的体外心肌细胞肥大。周颖等进一步对Apelin在肥厚型心肌病转基因小鼠心肌肥厚及心肌纤维化中的作用及其机制进行了探索，结果表明：Apelin可能通过TGF-β1/smads信号通路，改善cTNTQ92转基因小鼠的心肌细胞排列紊乱、减少胶原蛋白表达、减低胶原体积分数以及抑制心肌纤维化，并最终改善心脏收缩与舒张功能（结果尚未发表）。

4 小结

总之，近年来大鼠和小鼠的实验及体外研究表明，多种

刺激因素（包括高盐饮食、高脂饮食、牵张、静水压、AngⅡ、5-羟色胺、主动脉结扎、TGF-β与肥厚型心肌病转基因）所致的心肌肥厚与纤维化模型中，Apelin-APJ系统血浆及心肌表达水平发生变化或不变，应用外源性Apelin处理可通过多种不同的信号转导途径，减轻、阻断甚或逆转上述因素所致的心肌肥厚及纤维化反应，且这种作用呈剂量依赖性。

5 对未来研究的展望

Apelin不仅具有改善心力衰竭期血液动力学的作用，而且能防止或逆转心室肥厚，从而预防心室肥厚进展到临床心力衰竭。然而需要注意的是，目前在各项心肌肥厚研究中，所用的Apelin剂量不同且给药方式不一致，进一步的研究应探索最佳有效剂量及合适的给药途径，另鉴于Apelin作用的多效性，应明确Apelin是否具有毒副作用。

Apelin目前在心肌肥厚中的研究仅局限于小型动物包括小鼠及大鼠，然而由于物种的差异性，Apelin对心肌肥厚的预防及逆转作用是否对大型动物或人类同样有效，均需要逐步的实验来验证。

APJ可直接介导压力负荷及牵张刺激，从而通过独立于Apelin的不同信号通路引起心肌肥厚[21,22]。此外，近来有研究表明，Toddler与ELA可能是除Apelin之外APJ的第二类配体[25,26]。这表明了Apelin-APJ系统的复杂性，未来除了进一步明确Apelin-APJ在心肌肥厚形成过程中可能的下游信号通路，还需要注意对除Apelin之外的其他APJ相关刺激因素与配体对Apelin-APJ系统作用的影响。

Falcão-Pires等的研究显示，血浆Apelin水平可能成为心肌肥厚及主动脉瓣狭窄程度的有效血液学标志物[23]。未来的研究应在各种不同原因所致心肌肥厚的人群中，纳入足够数量的患者，明确血浆Apelin是否可以成为心肌肥厚、主动脉瓣狭窄或左心室流出道梗阻程度的有效血液学标志物。

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2014-12-29）

（编辑：朱柳媛）

100037 北京市，北京协和医学院 中国医学科学院 国家心血管病中心 阜外心血管病医院 冠心病诊治中心

张昌琳 主治医师 博士研究生 主要研究方向为冠心病和肥厚型心肌病 Email: frybe@163.com 通讯作者：乔树宾 Email: qsbfw@sina.com

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1000-3614（2015）04-0398-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.04.024