内皮素及其受体与心房颤动关系的研究进展
发表时间：2010-03-02 浏览次数：420次
内皮素及其受体与心房颤动关系的研究进展作者：王丹 综述 魏 玲 审校 作者单位：中国人民解放军成都军区昆明总医院地干科，昆明，650032 【摘要】 内皮素是一族由血管内皮细胞和平滑肌细胞产生的多肽。内皮素作为一个强烈的缩血管和促丝裂因子，参与多种疾病的发生。本文就内皮素及其受体与心房颤动关系的研究进展作一综述。 【关键词】 内皮素； 内皮素受体； 心房颤动 Advances in research of endothelin and endothelin receptor in atrial fibrillation WANG Dan, WEI Ling. Department of Local Cadres, Kunming General Hospital of Chengdu Military Area, Kunming 650032, China Abstract： Endothelin is a kind of polypeptide generated by vascular endothelial cells and smooth muscle cells. As a strong promoter for vascular contraction and mitogen, endothelin is involved in many diseases’ pathology. We aim to review the advances in research of endothelin and endothelin receptor in atrial fibrillation. Key words： Endothelin; Endothelin receptor; Atrial fibrillation 内皮素（endothelin,ET）是1988年日本学者Yanagisawa从猪主动脉内皮细胞培养液中分离纯化的一种活性肽，为血管内皮收缩因子。ET主要分布于心血管内皮细胞系统，也广泛存在于肺、肾、肝、脾、子宫以及皮肤等组织。ET具有广泛的生物学活性，作为强效的缩血管肽和血管平滑肌细胞有丝分裂原参与许多心血管疾病的发病过程，如左室肥厚、高血压、冠心病、动脉粥样硬化和静息性心肌缺血。本文就ET及其受体与心房颤动的研究现状做一综述。1 ET ET由21个氨基酸组成，分子量为2467.08u，其N端为胱氨酸，C端为色氨酸，分子内有两对半胱氨酸形成的二硫键。是迄今所知最强烈持久的血管收缩因子。ET家族成员有3种异构体：ET1、ET2、ET3,分别来自3个不同的基因，人ET1、ET2、ET3基因分别定位于染色体的6p2124、1p34、20q13.213.3。ET1、ET2、ET3基因核酸序列有70%～80%的同源性，其结构基因和调控基因有许多共同之处[1]。各种异构体之间仅有2～6个氨基酸不同，有组织特异性。生物活性以ET1最强，ET3最弱。ET 1 除表达于非血管内皮细胞外,是唯一存在于血管内皮的ET。ET 2、ET3主要分布于脑、肾和肾上腺。此外Saida 等还发现一种新ET的cDNA ,它主要在肠粘膜层表达,称为血管肠收缩素或ETβ,它与ET2仅有一个氨基酸差异,可能是ET的第四种异构体。 ET是由200个氨基酸组成ET前体，经由蛋白分解酶分解产生38个氨基酸的前体，再由ET转化酶裂解为21个氨基酸的活性物质。ET转化酶是关键的限速酶，控制着整个ET的产生。在人的血管内皮细胞、心肌细胞、肺上皮细胞、神经细胞、卵巢细胞、白细胞、巨噬细胞等均有ET转化酶的存在。2 ET受体及ET受体拮抗剂 ET通过ET受体（endothelin receptor,ETR）发挥作用。ETR含有7个疏水的跨膜片段并与G蛋白耦连。根据对ET异构体的亲和力不同，人体内ETR被分为ETA、ETB和ETC3类，在不同组织分布比例亦有不同。ETA主要分布于心脏、主动脉和脑血管的血管平滑肌细胞，介导血管收缩、平滑肌细胞增生和心钠素的分泌，对ET1、ET2具有高亲和性，对ET3亲和性低。ETB大部分分布于内皮细胞，介导血管舒张和肾素血管紧张素系统的激活，还有一部分存在于血管平滑肌细胞，介导血管收缩，对3种ET的亲和性相同。ETC可能位于垂体前叶细胞，可抑制催乳素的释放，对ET3的亲和性高。在某个器官ET对血液动力学产生的影响取决于被激活受体的种类、分布和数量。由于心血管系统ET1含量最多，以ETA表达为主，二者亲和力最强，因此，在心血管系统以ET1的作用最为重要，目前的研究也主要集中在ET1及ETA、ETB受体。 由于ET广泛的生物学作用和ET受体拮抗剂(endothelin receptor antagonists,ETRA)在临床应用中的广阔前景，科学家一直致力于ETRA的研发。ETRA最初从链霉素培养基中分离，与ETR亲和力和作用效能很低。近年来发现了许多作用较强的ETRA,分为肽类（对ETR有高度选择性）和非肽类（对ETR无特殊选择性）。还有一种非特异ET拮抗剂，通过控制ET的作用，干扰其功能，对ETR无亲和力。由于肽类ETRA口服利用度低，大部分在循环系统或消化系统中很快被多肽酶降解，最近的研究集中在几种口服活性非肽类ETRA。ETRA的应用不仅有助于阐明ET的作用机制，也显示了其治疗原发性高血压、充血性心力衰竭、心肌缺血、动脉粥样硬化、预防PCI术后再狭窄、心律失常等心血管疾病的潜力。已有多种ETRA剂型进入临床试验，bosentan已在临床上用于治疗肺动脉高压[2]。3 ET与受体的信号传递及作用机制 大约2/3ET由内皮细胞释放至邻近平滑肌细胞，以旁分泌或自分泌形式作用于局部组织。而循环ET水平仅以pg/L计，不足以引起血管收缩。ET与其受体结合非常牢固，因此可产生持久的作用。ET与受体结合后激活质膜上信号传递系统而发挥作用：（1）与G蛋白耦联，激活膜上磷脂酶C引起磷脂酰肌醇水解，形成三磷酸肌醇和甘油二酯,使肌浆网活化而释放大量Ca2+,继之，通过双氢吡啶敏感电压通道促进细胞外Ca2+进入，导致胞浆Ca2+水平迅速大幅度上升。这一过程常伴钙调素、神经传递物质释放和肌球蛋白轻链激酶等分泌的调节，从而激活细胞收缩和其他机制。钙拮抗剂如硝苯地平等能抑制细胞外钙的流入， 因而拮抗了ET的一些作用。（2）甘油二酯的持续释放可活化蛋白激酶C,通过磷酸化途径，产生蛋白的激活或失活和调节基因的表达。（3）改变离子通道通透性，间接激活电压依赖L型钙通道，导致细胞内Ca2+水平升高，激活磷脂酶A产生前列腺素物质和释放一氧化氮。一氧化氮能拮抗ET对血管平滑肌收缩的作用。（4）促进肌膜的Na+/H+交换，使细胞内pH升高，后者可增强细胞收缩，促进钙内流，并对不同的细胞可刺激其肥大和有丝分裂反应。（5）关闭ATP敏感性钾通道，可导致实验性心肌梗死的心律失常。4 ET及其受体与心房颤动 4.1 ET增高致心房颤动的机制 早在20世纪初人们就对心房颤动有了广泛的认识与研究，但直到最近这种心律失常的许多基础方面仍不是很清楚。心房重构是近年来公认的心房颤动发生机制研究中的重大进展，认为心房重构与心房颤动的发生密切相关。心房重构包括电重构和结构重构。不论心房颤动的病因是什么，电重构可能是心房颤动发生的最终通路[3]。所谓电重构是指快速心房起搏和心房颤动所引起的心房肌动作电位、有效不应期、有效不应期频率适应性和心房传导速度的变化。包括各种变化：肌纤维膜离子通道基因表达的改变，细胞体积和内容的改变及相邻细胞电联结的改变，其中最重要的离子改变是Ca2+流[4]。近来有研究表明钙超载在心房颤动的病理生理中起重要作用。细胞内钙超载与心房电重构和收缩重构密切相关[5，6]。动物实验和人类研究显示L型钙通道在缩短心房有效不应期和动作电位间期中起重要作用[7]。心肌细胞及内皮细胞产生的21氨基酸肽ET1（ET1）是一个强大的血管收缩肽，除了直接对心肌的收缩性作用外，心房和心室的ET1通过激活L型钙通道增加心肌细胞内的钙水平及诱导细胞增长[8，9]。提示ET与心房电重构有关，ET在人类心房颤动的发生机制中起作用。Redpath等[10]研究了ET1在人类心房细胞电生理测量中的作用，提示可能与心房颤动的发生和维持有关。 4．2 ET及其受体与心房颤动关系的研究现状 近年来ET及其受体与心房颤动的相关性研究较少。1998年Anton等[11]的研究表明心房颤动伴心力衰竭患者血浆ET水平增高，发现了3种形式的ET（ET1、ET2、ET3），其中ET1的作用最重要。几个临床研究强烈提示心房颤动诱发了血浆ET1水平的增加，不依赖于伴随的心脏疾病,血浆Big ET1水平的升高是心房颤动的一个独立和强的预测因子[11]。2001年Brundel等[12]观察了伴随或不伴随瓣膜性疾病的心房颤动患者内皮系统的mRNA和蛋白表达的变化。发现有瓣膜病的持续性心房颤动患者前ET1的mRNA表达增加，不论有无瓣膜性疾病阵发性和持续性心房颤动患者ETA和ETB受体蛋白的数量减少。结果提示心房颤动患者心房组织中增高的ET1本质上不是由于增高的电刺激，可能与心房牵张的增加有关，因为在不伴随瓣膜病的心房颤动患者中其表达并没有变化，而伴随瓣膜病的心房颤动患者心房内径增加了。ET1的增加依赖于心房颤动和瓣膜性疾病。ET可以诱导细胞内钙超载和心房重构，因此使得心律失常更难处理。ETR的下调可能是心房颤动单独作用的结果。ETR的下调是否是限制ET诱发的细胞内钙超载还不是很清楚。总之，这些发现证明了心房颤动，尤其伴随瓣膜疾病时心房内皮系统基因表达发生了变化，提示心房颤动时内皮系统基因表达的改变可能在心房颤动的病理生理及潜在心脏病的进展中起重要作用。2004年Chen等[13]观察了中到重度风湿性二尖瓣狭窄患者进行经皮穿刺二尖瓣成形术术前、术后从股静脉和股动脉、左右心房收集的血液标本中的血浆ET1水平。发现孤立性心房颤动患者外周静脉血中ET1的水平与健康对照组无明显差异。股静脉中ET1的水平明显高于右房、左房和股动脉。股静脉中血浆ET1的水平与平均左房压和肺动脉平均压或二尖瓣膜面积也没有关系。推测股静脉中ET1水平增加的一个机制是外周ET1释放的增加，可能与全身静脉压的增高和内皮系统机械性的损伤有关。同年Kiss等[14]观察到冠脉内注入ET1后心房颤动的发生率明显增高。2005年Li等[15]的研究进一步揭示了ET的作用机制。研究提示1，4，5三羟甲基氨基甲烷磷酸肌醇受体（inositol1,4,5trisphosphatereceptor，IP3R）介导的钙离子的释放在心房组织兴奋收缩耦连的调节、心律失常的发生、尤其是慢性心房颤动的发生中起重要作用。IP3R2是心房肌细胞中主要表达的IP3R。为了了解IP3R2在房性心律失常的发生和兴奋收缩耦连中的作用，实验中复制了IP3R2缺失的小鼠。结果显示ET1刺激野生型心房肌细胞引起基础钙离子流的增加，动作电位增加而诱发短暂的钙离子流，兴奋收缩耦连效率的提高（增加了部分肌浆网钙离子的释放），并且作为IP3R依赖的钙离子释放激活作用的结果产生了自发性的致心律失常性钙离子的释放。相反，在IP3R2缺失的心房肌细胞中ET1不会改变舒张期的钙离子流或引起自发性的钙离子释放事件。从而说明ET1是通过IP3R2发挥作用的。2006年Dezsi等 [16] 研究了22例冠心病、扩张性心肌病或没有器质病变的心房颤动、心房扑动、房性阵发性心动过速或窦性心动过速的患者在控制心率后血浆ET水平的变化，发现射频消融术后ET迅速下降，提示快的心室率是ET产生的始动因素。同年的一项大规模临床研究（ValHeFT1）中检测了的2359例心力衰竭患者血中Big ET1和其他4种神经内分泌激素水平，提示高水平的Big ET1与心房颤动的发生、心力衰竭的严重程度及增高的体重指数有关。Big ET1是各种原因的死亡率和病死率的独立预测因子，和脑钠素相比预测价值有所提高[17]。 4．3 ET与心肌重塑 心肌局部ET1升高能促进丝裂原活化蛋白激酶活化，促进cras、cfos、cjun基因表达，增加了血管平滑肌细胞、心肌细胞、纤维母细胞和肾小球系膜细胞DNA的合成，使心肌细胞增殖和过度生长肥大。它与其他多种因子如血小板生长因子、碱性成纤维细胞生长因子和胰岛素等共同使细胞转录和复制功能增强。ET可能不能够直接促血管增生，但可能是其中的一个很重要的参与者。ET1还能使心肌间质胶原积聚，促进心房组织纤维化。心房纤维化可使心房局部组织的传导性改变，导致单向传导减慢或阻滞，构成心房颤动发生和维持的基础。在心房组织中，局部ET1主要通过自分泌或旁分泌形式作用于ETR，产生促进心肌细胞肥厚，纤维化等病理生理过程。5 总结和展望 从人类第一次发现ET起，至今只有短短的10多年时间。虽然它的分子结构和主要生物学特点早已为人所知，也观察到了其与心房颤动的密切关系，但作用机制尚不完全清楚，有待于进一步研究。ETRA可抑制生理或病理下ET的作用，在心血管疾病的临床应用中具有广泛前景。【参考文献】［1］申景玲,傅松滨,张贵寅.内皮素基因的研究进展[J].国外医学遗传学分册，2001，24:120.［2］Rubin LT，Badesch DB，Barst RT，et al. Bosentan therapy for pulmonary arterial hypertension[J]. N Engl J Med，2002，346:398.［3］Nattel S，Li D，Yuez. Basic mechanisms of atrial fibrillationvery new insights into very old ideas[J]. AnnuREVphysilo，2000，62:5177.［4］Nattel S. New ideas about atrial fibrillation 50 years on[J]. Nature，2000，415:219226.［5］Ausma J，Dispersyn GD，Duimel H，et al. Changes in ultrastructural calcium distribution in goat atria during atrial fibrillation[J]. J Mol Cell Cardiol，2000，32:355364.［6］Sun H，Chartier D，Leblanc N，et al. Intracellular calcium changes and tachycardiainduced contractile dysfunction in canine atrial myocytes[J]. Cardiovasc Res，2001，49:751761.［7］Brubdel BJJM，Van Gelder IC，Henning RH，et al. Ion channel remodeling is related to intraoperative atrial refractory periods in patients with paroxysmal and persistent atrial fibrillation[J]. Circulation，2001，103:684690.［8］Alvarez BV，Perez NG，Ennis IL，et al. Mechanisms underlying the increase in force and Ca2+transient that follow stretch of cardiac muscle:A possible explanation of the Anrep effect[J]. Circ Res，1999，716722.［9］He JQ，Pi Y，Walker J，et al. Endothelin1 and photoreleased diacylycerol increase Ltype Ca2+ current by activation of protein kinase C in rat ventricular myocytes[J]. J Physiol (Lond)，2000，524:807820.［10］Redpath CJ, Rankin AC, Kane KA, et al. Antiadrenergic effects of endothelin on human atrial action potentials are potentially antiarrhythmic[J]. J Mol Cell Cardiol, 2006, 40:717724.［11］Masson S，Gorini M，Salio M，et al. Clinical correlates of elevated plasma natriuetic peptides and Big endothelin1 in a population of ambulatory patients with heart failure[J]. Ital Heart J，2000，1:282288.［12］Brundel BJ，Van Gelder IC，Tuinenburg AE，et al. Endothelin system in human persistent and paroxysmal atrial fibrillation[J]. J Cardiovasc Electrophysiol，2001，12:737742.［13］Chen MC，Wu CJ，Yip HK，et al. Increased circulating endothelin1 in rheumatic mitral stenosis: irrelevance to left atrial and pulmonary artery pressuresry[J]. Chest，2004，125:390396.［14］Kisso, Zima E, Soos P, et al. Intracornary endothelin1 infusion combined with systemic isoproterenol treatment: antagonistic arrhythmogenic effect[J]. Life Sci, 2004, 18:75:537548.［15］Li X，Zima AV，Sheikh F，et al. Endothelin1induced arrhythmogenic Ca2+ signaling is abolished in atrial myocytes of inositol1,4,5trisphosphate (IP3)receptor type 2deficient mice[J]. Circ Res，2005，96:12741281.［16］Dezsi CA， Szucs A，Szucs G，et al. Shortterm effect of rate control on plasma endothelin levels of patients with tachyarrhythmias[J]. Exp Biol Med(May wood)，2006，231:852856.［17］Masson S，Latini R，Anand IS， et al. The prognostic value of big endothelin1 in more than 2300 patients with heart failure enrolled in the Valsartan Heart Failure Trial(ValHeFT)[J]. J Card Fail，2006，12:375380.
