降钙素基因相关肽对心肌缺血再灌注损伤保护

郝家荣　原大江

太原，山西医科大学麻醉系（郝家荣）；太原，山西医科大学第二临床医学院麻醉科（原大江）

国际麻醉学与复苏杂志,,38(09):-.

DOI：10./cma.j.issn.-..09.

基金项目：无

REVIEWARTICLES

缺血/再灌注损伤（ischemic/reperfusioninjury,I/RI）所引起的组织损伤是致死性疾病的主要原因之一，可累及心脏、大脑、肝、肾和小肠等氧依赖性组织和器官。目前心血管疾病病死率仍居疾病死亡构成的首位，当心肌经历缺血/再灌注后会导致心肌功能抑制、再灌性心律失常及心肌坏死等心血管事件的发生。对再灌注后心肌损伤的病理机制进行探讨，有助于对其进行有效防治，从而降低缺血性心脏病患者的病死率。降钙素基因相关肽（calcitoningene-relatedpeptide,CGRP）是一种对抗心肌缺血/再灌注损伤（myocardialischemia/reperfusioninjury,MI/RI）最为有效的感觉神经肽，发现于30多年前，广泛分布于心血管系统，具有强大的血管舒张作用。CGRP具有广泛的生物学功能，其中最主要的是调节心血管活动，但其作用机制还未完全阐明。本文就CGRP发挥心肌保护作用的信号通路作一综述。

1　CGRP的生物学特征

CGRP是由37个氨基酸组成的多肽，分为α-CGRP和β-CGRP两种亚型，广泛分布于中枢和外周神经系统。在外周神经系统，三叉神经细胞和初级感觉神经细胞胞体（背根神经节）是合成CGRP的主要部位，这些神经元发出的周围突分布到心血管系统。CGRP在背根神经节合成后，沿轴突转运至神经末梢，储存在突触囊泡内，当神经元发生除极，CGRP通过经典胞吐方式从神经末梢释放出来。其介导的心血管作用主要与CGRP受体有关，CGRP受体是由一个具有7个跨膜单位的G-蛋白耦合降钙素受体样受体（calcitoninreceptor-likereceptor,CL）和一个具有1个跨膜单位受体活性修饰蛋白（receptoractivity-modifyingprotein,RAMP）组合而成，RAMP可分为3种亚型：RAMP1、RAMP2、RAMP3。CL与RAMP1联合即是CGRP（CGRP1）受体，CGRP与其受体结合介导生物学效应。研究表明，高血压、缺血性心脏病、偏头痛、肺动脉高压、关节炎、创伤、败血症等疾病的发生、发展与CGRP水平变化关系密切。

CGRP作为感觉神经的主要递质，其合成和释放的调节涉及多种活性物质和受体。目前了解较多的主要有：①辣椒素、伤害性热刺激、低pH激活辣椒素敏感神经元辣椒素受体，受体通道开放后大量Ca2+内流从而上调CGRP的合成和释放。②去甲肾上腺素诱导的内皮源性CGRP表达可能是一种代偿机制，以弥补神经源性CGRP的不足。③肾素-血管紧张素转换酶抑制剂及血管紧张素1型受体拮抗剂都可促进CGRP的合成与释放。④神经生长因子可显著促进自发性高血压大鼠背根神经节CGRPmRNA的表达并升高血浆中CGRP的水平。⑤一氧化氮（nitricoxide,NO）通过激活环磷鸟苷（cyclicguanosinemonophosphate,cGMP）通路上调CGRPmRNA的表达促进CGRP释放。⑥一些炎症介质、细胞因子如IL-1、IL-6和TNF-α可诱导大鼠皮肤内感觉神经末梢释放CGRP，缓激肽可刺激培养的背根神经节神经元细胞释放CGRP。对于CGRP合成的调控仍知之甚少，有待进一步研究阐明。

2　CGRP对MI/RI的影响

随着老龄化社会的到来，年中国心血管疾病（cardiovasculardiseaseinChina,CVD）病死率仍居疾病死亡构成的首位。CVD占居民疾病死亡构成在农村为44.60%，在城市为42.51%。每5例死亡者中就有2例死于CVD。为降低心血管疾病死亡率，改善患者生存质量，20世纪80年代开始的溶栓治疗以及90年代以来兴起的经皮冠状动脉介入治疗能有效恢复缺血心肌血供，是治疗缺血性心脏病里程碑式的进步，但成功灌注后，患者的预后出现更为严重的后果，加重心肌损伤。Keeley等年报道急性心肌梗死尽管成功进行了最佳的心肌再灌注，仍有约10％的人死亡，约25％的患者最后发生心衰。提示，寻求各种途径降低MI/RI是当前医学界研究的热点问题。

目前，大量学者指出CGRP可通过多种机制防治MI/RI。CGRP是迄今发现的舒血管作用最强的物质，其作用约为硝普钠的倍，较P物质、乙酰胆碱强10~倍。它能选择性地扩张血管床从而调节局部血流量，其中以扩张冠状动脉血管最强，降低冠状动脉阻力，增加心肌供血和改善侧支循环，CGRP的扩血管作用可能涉及以下机制：①直接激活血管平滑肌上的CGRP受体，通过Gαs通路调节舒血管作用。②激活内皮细胞CGRP受体增强NO的合成，NO扩散至血管平滑肌，通过鸟甘酸环化酶的激活发挥作用。③抑制内皮素和肿瘤坏死因子的释放等。CGRP可促进内皮细胞生长和内皮向受损血管壁的迁移，促进新生血管的生成，改善缺血组织的存活率；同时，CGRP能扩张动脉和静脉，降低心脏前后负荷，以对抗缩血管物质引起的细胞损伤，还能抑制平滑肌细胞增殖[8]；另外，CGRP还可抑制氧自由基的脂质过氧化损伤，提高机体清除氧自由基的能力，降低I/RI。

Zhao等发现，CGRP预处理离体大鼠心脏能保护心脏因缺血/再灌注造成的损伤。我们前期研究发现CGRP能降低再灌注导致的室性心律失常的发生率并且保护培养的心肌细胞免遭缺氧性损伤。对离体大鼠心脏进行缺血预处理，在预处理期间，冠状动脉流出液中CGRP的浓度是升高的，并且发现进行30min缺血后，当恢复血流灌注，能显著提高心功能的恢复，这种缺血预处理的心肌保护作用能被选择性CGRP1受体拮抗剂CGRP8-37拮抗。Zheng等发现，糖尿病心脏易发生I/RI，上调CGRP基因表达能保护糖尿病心脏对抗MI/RI。上述研究显示，CGRP在MI/RI保护方面发挥重要作用。

3　CGRP对心肌保护作用信号通路的研究

CGRP对心肌的保护作用涉及多条信号通路。当CGRP与CLR/RAMP1受体结合，激活并调节多条细胞内信号通路。

3.1　腺苷酸环化酶（adenylatecyclase,AC）-环腺苷酸（cyclicadenosinemonophosphate,cAMP）-蛋白激酶A（proteinkinaseA,PKA）信号转导通路参与CGRP的舒血管效应

CGRP通过该途径上调一氧化氮合酶产生NO，NO进而活化平滑肌鸟苷酸还原酶，经CGRP-PKG通路，作用于Ca2+-ATPase，使细胞内Ca2+减少，从而舒张血管平滑肌。当CGRP与受体结合，激活AC，使细胞内cAMP升高，上调PKA。PKA的下游分子包括ATP敏感性钾通道（ATP-sensitivepotassiumchannel,KATP）、细胞外调节蛋白激酶、转录因子。这些分子参与该通路和其他多种信号转导通路的调节。我们前期研究发现，CGRP与细胞膜上特异性受体（CGRP-R）结合，通过PKA信号转导途径激活肌膜ATP敏感性钾通道（sarcolemmalATP-sensitiveK+channel,sarcKATP），使K+外流增加，抑制早期后除极，降低心律失常的发生。

3.2　CGRP通过磷酸肌醇3激酶（phosphatidylinositol3kinase,PI3K）-蛋白激酶B（proteinkinaseB,PKB）和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinases,MAPK）信号通路影响心肌细胞存活、凋亡和应激

一方面，CGRP与受体结合下调PI3K/PKB/超氧化物歧化酶（superoxidedismutase,SOD）信号通路，降低心肌细胞氧化应激反应，提高存活率。另一方面，CGRP通过增强MAPK［细胞外信号调节蛋白激酶1/2（extracellularsignal-regulatedkinases1/2,ERK1/2）andp38］抗凋亡通路提高细胞存活，而不是影响NF-κB和caspase3/7的活性来实现CGRP抗心肌细胞凋亡作用。此外，ERK1/2的激活需要依赖于PKB，而p38则不需要。总之，CGRP的生物学效应依赖于PI3K/PKB（提高生存率）、ERK-MAPK（抗凋亡）、p38MAPK（抑制氧化应激）信号通路实现，彼此相互依存、相互影响。Schaeffer等发现，CGRP可抑制培养的平滑肌细胞因氧化应激导致的凋亡，该作用是由于激活了ERK1/2和p38MAPK。随之，学者发现CGRP抗血管紧张素2诱导的内皮细胞凋亡。Schaeffer等发现，CGRP可调节心肌细胞的存活，该作用是通过PI3K/PKB和MAPK信号通路调节氧化应激实现的。

3.3　CGRP通过糖原合酶激酶-3/β-连环蛋白信号通路的活化调控骨髓间充质干细胞的命运，从而加强其治疗心肌梗死的疗效

研究发现骨髓间充质干细胞不仅可分化为心肌细胞和血管内皮细胞，还表达CGRP受体。CGRP与其受体结合，经过经典的Wnt信号通路调节心脏的发生和生长。静息状态下，Wnt不发挥功能，当心脏处于应激状态时，Wnt被启动，糖原合酶激酶-3磷酸化增强下游基因β-catenin的核转录，启动促增殖、存活及分化的相关靶基因表达，参与急性心肌梗死后的一系列病理生理活动。龙仙萍等研究发现，CGRP修饰的骨髓间充质干细胞可抑制血管平滑肌细胞增殖、促凋亡而改善兔球囊损伤模型引起的血管再狭窄，改善心脏血供从而提高心功能。

CGRP的细胞内转导是一个复杂的领域，需要更多的工作对其进行探索。Drissi等在成骨细胞的研究报道中表明G蛋白参与CGRP信号通路的调节，CGRP与CGRP-R相互作用，通过Gαq/11激活磷脂酶C-β1，将4，5-二磷酸磷脂酰肌醇裂解为三磷酸肌醇和甘油二酯。三磷酸肌醇与内质网上的受体结合，促进Ca2+的释放，导致胞质内Ca2+浓度升高。甘油二酯激活蛋白激酶Cε（proteinkinaseCε,PKCε），磷酸化下游的靶蛋白。有研究指出PKCε的激活被认为是缺血预处理（ischemiapreconditioning,IPC）发挥心肌保护作用最为关键的一步。Wolfrum等的研究观察到远隔脏器经历I/R后可激活心脏PKCε，而且远端脏器IPC引起的心肌保护作用被PKC拮抗剂白屈菜红碱完全拮抗。Wolfrum等得出外源性CGRP能起到药理学IPC心肌保护作用，显著减少心肌梗死面积，是由于激活了心脏PKC实现的。提示，PKCε可能作为CGRP介导心肌保护作用的潜在信号通路。

心肌缺血耐受性依赖于PKC的激活，进而激活KATP通道介导IPC对心肌的保护作用。心肌细胞中存在两种钾通道，即sarcKATP和线粒体ATP敏感性钾通道（mitochondrialATP-sensitivepotassiumchannel,mitoKATP）。目前大量研究表明mitoKATP通道在心、脑、肝等脏器的保护机制中发挥着更为重要的作用。Das和Sarkar在动物实验中证实mitoKATP通道开放能降低致死性心律失常的发生。mitoKATP通道对大鼠I/R心肌的收缩功能具有明显的改善作用。季勇等提出IPC对MI/R损伤的保护作用与mitoKATP的激活有关。Ohnuma等研究表明IPC可能通过各种触发因子激活PKC使mitoKATP开放介导的信号系统对心肌产生保护作用，表明PKC可能是mitoKATP上游的信号分子，PKC的激活对于该通道的开放具有重要的意义。Li等提出mitoKATP通道的开放能激活并导致PKCε易位，表明PKCε也可能是mitoKATP通道下游信号分子。因此，在IPC的信号通路中PKCε的激活和mitoKATP通道的开放形成一个正反馈回路将心肌保护作用放大。CGRP作为辣椒素敏感性感觉神经的主要递质，已被证明是一种内源性心肌保护物质介导IPC的心肌保护作用。提示，CGRP可能作为连接IPC和心肌保护的桥梁，经历与IPC相同的信号通路。

4　小　结

心肌舒缩功能降低、恶性心律失常、心肌代谢变化以及超微结构的改变与缺血/再灌注密切相关。CGRP具有心脏正性变时、变力作用，扩张血管，保护血管内皮细胞以及维持线粒体膜电位的稳定等特点。然而，CGRP对心血管保护作用的具体信号通路仍未阐明。因此，未来将对CGRP在病理条件下细胞内信号转导的机制进行研究（如心脏肥大），无疑有助于阐明CGRP调节异常的重要性，并提供新的治疗靶点。

国际麻醉学与复苏杂志

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