新型APJ配體-肽類激素Elabela在心血管系統中的研究進展

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　　[摘要] Elabela是一種新型的內源性血管緊張素受體AT1相關受體蛋白（APJ）配體，早期研究認為其主要表達于胚胎組織中，但近年來的研究發現作為一種內源性激素，Elabela在胚胎發育之后同樣表達于心臟血管等組織器官中。APJ在哺乳動物心血管系統中發揮調控作用，而作為APJ配體之一的Elabela同樣在心血管系統中有著重要作用。本文主要探討Elabela在心血管發育及心血管疾病中的作用及其臨床應用前景。
　　[關鍵詞] Elabela;APJ配體;心血管系統;心血管疾病
　　[中圖分類號] R54          [文獻標識碼] A          [文章編號] 1673-7210（2019）05（c）-0025-04
　　[Abstract] Elabela is a new type of endogenous angiotensin receptor AT1-related receptor protein （APJ） ligand， which was believed to be mainly expressed in embryonic tissues in early studies， but recent studies have found that as an endogenous hormone， Elabela is also expressed in tissues and organs such as heart and blood vessels after embryonic development. APJ plays a regulatory role in the cardiovascular system of mammals， and Elabela， as one of the APJ ligands， also plays an important role in the cardiovascular system. This paper mainly discusses the role of Elabela in cardiovascular development and cardiovascular diseases and its clinical application prospect.
　　[Key words] Elabela; APJ ligand; Cardiovascular system; Cardiovascular disease
　　心血管疾病的發生發展常受到多種不同機制的調控，早年研究發現血管緊張素受體AT1相關受體蛋白（APJ）在心血管系統發揮重要作用，APJ可以調控心血管的發育，并且與心血管疾病密切相關。Elabela是近年來發現的一種新型APJ配體，廣泛表達于機體許多組織器官中。本文對Elabela在心血管系統中的作用進行了綜述和展望。
　　APJ是一種G蛋白偶聯受體，是1993年由O′Dowd教授團隊[1]發現的一類與血管緊張素1型受體（angiotensin type 1 receptor，AT1R）同源性高達30%的新型跨膜受體。APJ雖然與AT1R高度相似，但血管緊張素Ⅱ并不與其結合，故此類受體一直被認為是孤兒受體。直至1998年，Tatemoto等[2]在牛胃中提取出一種肽類激素apelin，并發現該激素可以與APJ結合，是體內天然存在的APJ配體。自此之后，apelin/APJ系統，又稱為apelinergic系統，在生物體內表達分布及其調控作用受到了研究學者們的極大關注。APJ和apelin表達于機體內的許多組織器官中，包括心臟、肺、內皮、腎臟和腦組織[3-5]，同時證明了apelinergic在維持心血管和液體代謝穩態方面發揮著重要作用[6-7]。
　　Apelin一直被認為是體內可以與APJ結合的唯一配體，但后續的研究[8-10]發現apelin基因敲除（apelin knockout，Apln KO）小鼠與APJ基因敲除（APJ knockout，APJ KO）小鼠在生長發育與心臟表型上有著巨大的差異。Apln KO小鼠在胚胎發育早期過程中未出現明顯的缺陷，小鼠均可存活下來，而APJ KO小鼠由于APJ的缺失而引起胚胎生長遲緩或出現心臟畸形，造成胚胎的死亡。此外，Apln KO小鼠成年后其心臟的表型正常，而APJ KO小鼠成年后心臟表型畸形。因此研究者推測體內可能還存在未被發現的APJ配體，即使在apelin缺失的情況下，也能保證APJ功能的正常運行。2013年末到2014年初，兩個完全獨立的研究團隊[11-12]相繼發現同一種短小的分泌肽，它可以與APJ結合，被認為是APJ的新型內源性配體，該分泌肽命名為Elabela（Ela）或Toddler。
　　Ela激素的結構十分簡單，有趣的是編碼Ela蛋白基因AK092578，是非編碼RNA，卻能夠轉錄合成含54個氨基酸序列的肽類激素Ela，主要原因是此段序列中包含一段開放閱讀框架[11]。在肽酶的作用下，Ela被證明可以酶解形成具有活性的成熟肽Ela11、Ela21和Ela32[11-12]。
　　1 Elabela在心血管發育中的作用
　　Apelinergic系統在心血管的發育過程中發揮著重要的作用，作為apelinergic家族的新成員，Ela同樣促進并維持心臟與血管的正常生成。Chng等[11]在斑馬魚體內驗證了Ela影響心臟的發育。他們在斑馬魚體內構建三種不同的ela純合突變體，Elabr21、Elabr13、Elabr15，前者引起Ela中信號肽表達缺失，后兩者突變擾亂Ela成熟肽的表達。Ela雜合斑馬魚在表型上是正常的，而三種Ela缺失的斑馬魚呈現嚴重的心臟發育不良，表現為心臟畸形或無心臟。通過比較三種不同的純合突變體，他們發現將Ela的信號肽截短后斑馬魚的心臟表型與Ela編碼成熟肽基因的移碼突變引起的表型相同。這表明在生物體內，Ela不僅需要成熟肽，而且要在信號肽完整的情況下，才能發揮維持心臟正常發育的作用。此外，Chng等[11]進一步論證Ela是通過影響內胚層的分化繼而促進心臟的正常發育。最后他們發現胚胎心臟發育過程中，Ela出現得比Apln更早，是APJ的最早激動劑，Ela與其受體APJ協同工作，共同調控心臟個體發育。 　　Ela不僅調控心臟的發育，也引導胚胎血管的生成。胚胎中血管結構主要由內皮前體細胞和成血管細胞構成。胚胎血管形成過程中這兩種細胞在各類調控因子的作用下遷移至特定位置形成血管。傳統觀點認為血管內皮生長因子調控成血管細胞遷移至胚胎中軸線形成最早的軸向血管[13]，而Helker等[14]卻發現實際上血管內皮生長因子對這一生理過程并不重要。相較而言，細胞表面表達APJ受體的成血管細胞才能移動至胚胎內正確的位置，而誘導成血管細胞移動的因子就是Ela。他們利用分別敲除APJ、Apln和Ela基因的斑馬魚胚胎論證了上述現象。實驗表明APJ和Ela在誘導血管細胞向胚胎中軸遷移是必不可少的，而Apln的趨化效應明顯弱于Ela。Ela的血管細胞趨化效應同樣在心臟冠脈血管生成發揮重要作用。Sharma等[15]發現在心臟發育的早期階段，Ela/APJ可以調控來源于靜脈竇的心臟冠狀血管的形成。這一調控過程具有特異性，因為Ela或APJ缺失后并不影響來源于心內膜細胞的冠脈形成。
　　多種動物模型已證實Ela在心血管的發育過程中具有重要作用。近來Sun教授團隊[16]研究發現Ela激素在人類胎兒心血管的正常發育中同樣重要。他們比較了20名孕中期、血壓正常且胎兒罹患先天性心臟病的孕婦與20名胎兒正常的孕婦血漿中Ela激素水平，結果發現，胎兒罹患先天性心臟病的孕婦血液中Ela激素濃度水平顯著低于正常組。該研究首次在人群中驗證了Ela激素水平可能與心臟的發育密切相關。
　　2 Elabela在心血管系統中的作用
　　早期的研究[17]顯示Ela在胚胎中表達最高，成年后其表達逐漸降低，故而關于Ela的研究主要集中在胚胎細胞中。后來Ela被驗證在人胚胎細胞、誘導多能干細胞和成人腎組織中均有表達，表明Ela是人體系統中的天然激素，并且可能在胚胎發育期間和之后發揮功能[18-19]。既然Ela在心血管的發育過程中具有一定作用，進一步提出了Ela可能在維持心血管的正常生理功能中發揮重要作用。來自芬蘭的Perjes教授等[17]證明了Ela在成年小鼠心臟中是有表達的，雖然其含量顯著低于胚胎時期。他們發現Ela主要表達于成年小鼠心臟的非心肌細胞，即成纖維細胞和內皮細胞，其中內皮細胞中表達含量最高。Yang等[20]也發現了Ela在成人心血管系統中廣泛表達，并且主要位于血管內皮和血漿。這些研究均表明Ela不僅表達于胚胎時期心血管系統中，也繼續存在于成熟的心血管系統中。為進一步探究Ela對心臟生理功能的影響，Perjes等[17]在大鼠離體心臟中灌注不同濃度的Ela，結果顯示Ela可劑量依賴性的引起心臟正性肌力反應，其作用濃度僅需毫微摩爾級，他們推測Ela可能是迄今為止最有效的正性肌力藥物之一，Perjes又檢測到Ela是通過激活細胞外信號調節激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）信號通路誘導心肌收縮，而非蛋白激酶C信號通路，側面證實了Ela和Apln可能是通過不同的信號發揮調控心肌收縮的作用。Ela的正性肌力作用，Murza等[21]在離體的大鼠心臟中同樣得到了證實，另外他們發現往大鼠體內注射Ela，可以一過性的降低大鼠的平均動脈血壓，而Ela降低動脈血壓可能源于其血管舒張功能。Ela可以通過抑制內皮細胞內環磷酸腺苷的產生，ERK1/2的活化以及鈣動員從而達到舒張血管的作用。此外，相較于Apln需依賴一氧化氮（nitric oxide，NO）介導血管的舒張，NO在Ela的舒血管作用中卻并不是必需的[19]。Yang等[20]在活體大鼠身上同樣驗證得到Ela可以增加心肌收縮力，心臟射血分數和心輸出量，并且引起血管舒張。上述一列研究顯示，Ela在維持心肌收縮力和血管舒張中發揮著重要作用。
　　3 Elabela在心血管疾病中的作用
　　大量動物與臨床試驗[22-25]顯示，apelin或apelin類似物具有心臟保護作用，可以緩解或改善心血管疾病的進展。近3年，研究者發現Ela同樣在心血管疾病中發揮著保護效應。
　　3.1 Elabela與心肌梗死
　　Perjes等[17]通過結扎小鼠左前降支冠脈比較了心肌梗死4周后心臟組織中Apln，Ela和APJ的表達水平，發現Ela的APJ表達含量均增加，且兩者之間具有顯著的相關性，此外二者的含量又與左室射血分數有著一定的相關性。另一方面Apln在心肌梗死心臟中的表達水平并未發生改變，在假手術組中其表達含量與APJ有顯著的相關性。這一研究結果表明Apln與APJ在健康心臟中發揮相似的調節作用，而Ela和APJ可能在心肌梗死中發揮一定的作用，具體作用機制仍需進一步的研究。
　　3.2 Elabela與心力衰竭
　　Sato等[26]發現Ela可以通過調控血管緊張素轉化酶的表達從而調控心力衰竭過程中心肌重構等一系列改變。他們分別通過主動脈縮窄術和AngⅡ構建不同的類型的小鼠心力衰竭模型。在給與心衰小鼠Ela治療后，Ela顯著改善兩組心力衰竭小鼠的心功能、心肌肥厚、心肌纖維化等相關指標，并且應用APJ KO小鼠進一步驗證Ela是通過APJ受體發揮抗心力衰竭的作用。在明確Ela的心臟保護作用后，他們發現Ela可以降低心力衰竭小鼠心臟中血管緊張素轉化酶表達，這一結果暗示Ela/APJ可以調控腎素血管緊張素系統，從而改善心力衰竭的進展。
　　3.3 Elabela與動脈高壓
　　Schreiber等[27]在大鼠心臟中過表達Ela，發現Ela可以顯著減輕高鹽飲食大鼠血壓的升高。Yang等[20]發現肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）患者以及大鼠模型中，Ela的表達量顯著減少。野百合堿誘導PAH的大鼠給予Ela治療后，Ela顯著緩解大鼠的肺血管重構和右室心肌細胞肥大，從而降低右室收縮壓和右室心肌肥厚，改善大鼠PAH。近期，Ho研究團隊[28]發現Elabela敲除的懷孕小鼠出現類似于子癇前期的癥狀，Ela缺失導致母鼠胎盤和胚胎的血管異常，當研究者給懷孕小鼠補充外源性Ela激素，發現懷孕小鼠先兆子癇的癥狀（高血壓、蛋白尿、后代出生體重低）均恢復正常。在妊娠女性中，Ela激素顯著表達于妊娠早期的滋養層細胞。而在先兆子癇患者中，因滋養細胞侵襲異常導致的胎盤缺陷是先兆子癇發病的重要因素。Elabela激素有助于滋養層細胞的遷移和侵襲以阻止先兆子癇的發生。 　　4 Elabela的治療前景
　　作為一種新的激素肽，Ela在心血管發育和心血管疾病中起著關鍵作用，Ela替代治療可能成為治療心臟病的有效方法。如Ela對于心臟發育至關重要，因此可以通過檢測胚胎中該基因的表達情況來預測心臟的異常。此外，Ela可以促進人胚胎干細胞分化，并且增強心肌收縮力，促進心衰患者心肌細胞的形成，增加心臟收縮能力。Ela廣泛表達于血管內皮細胞中并且顯著改善多種動脈高壓模型，提示Ela替代治療其可能在高血壓的治療中具有一定的前景。
　　5 總結與展望
　　本文對Ela在心血管系統發育與疾病中的作用進行了綜述，闡明Ela激素水平與心臟發育，胚胎血管形成之間的密切相關，同時指出Ela可以改善心肌重構，調控血管壓力。鑒于Ela在心血管中的作用，其替代療法可能為治療心血管疾病提供新的思路。但是目前針對Ela激素作用的研究較少，確定Ela在心血管中的應用仍需進一步的探索與研究。
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