新型APJ配体-肽类激素Elabela在心血管系统中的研究进展

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　　[摘要] Elabela是一种新型的内源性血管紧张素受体AT1相关受体蛋白（APJ）配体，早期研究认为其主要表达于胚胎组织中，但近年来的研究发现作为一种内源性激素，Elabela在胚胎发育之后同样表达于心脏血管等组织器官中。APJ在哺乳动物心血管系统中发挥调控作用，而作为APJ配体之一的Elabela同样在心血管系统中有着重要作用。本文主要探讨Elabela在心血管发育及心血管疾病中的作用及其临床应用前景。
　　[关键词] Elabela;APJ配体;心血管系统;心血管疾病
　　[中图分类号] R54          [文献标识码] A          [文章编号] 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
　　心血管疾病的发生发展常受到多种不同机制的调控，早年研究发现血管紧张素受体AT1相关受体蛋白（APJ）在心血管系统发挥重要作用，APJ可以调控心血管的发育，并且与心血管疾病密切相关。Elabela是近年来发现的一种新型APJ配体，广泛表达于机体许多组织器官中。本文对Elabela在心血管系统中的作用进行了综述和展望。
　　APJ是一种G蛋白偶联受体，是1993年由O′Dowd教授团队[1]发现的一类与血管紧张素1型受体（angiotensin type 1 receptor，AT1R）同源性高达30%的新型跨膜受体。APJ虽然与AT1R高度相似，但血管紧张素Ⅱ并不与其结合，故此类受体一直被认为是孤儿受体。直至1998年，Tatemoto等[2]在牛胃中提取出一种肽类激素apelin，并发现该激素可以与APJ结合，是体内天然存在的APJ配体。自此之后，apelin/APJ系统，又称为apelinergic系统，在生物体内表达分布及其调控作用受到了研究学者们的极大关注。APJ和apelin表达于机体内的许多组织器官中，包括心脏、肺、内皮、肾脏和脑组织[3-5]，同时证明了apelinergic在维持心血管和液体代谢稳态方面发挥着重要作用[6-7]。
　　Apelin一直被认为是体内可以与APJ结合的唯一配体，但后续的研究[8-10]发现apelin基因敲除（apelin knockout，Apln KO）小鼠与APJ基因敲除（APJ knockout，APJ KO）小鼠在生长发育与心脏表型上有着巨大的差异。Apln KO小鼠在胚胎发育早期过程中未出现明显的缺陷，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长迟缓或出现心脏畸形，造成胚胎的死亡。此外，Apln KO小鼠成年后其心脏的表型正常，而APJ KO小鼠成年后心脏表型畸形。因此研究者推测体内可能还存在未被发现的APJ配体，即使在apelin缺失的情况下，也能保证APJ功能的正常运行。2013年末到2014年初，两个完全独立的研究团队[11-12]相继发现同一种短小的分泌肽，它可以与APJ结合，被认为是APJ的新型内源性配体，该分泌肽命名为Elabela（Ela）或Toddler。
　　Ela激素的结构十分简单，有趣的是编码Ela蛋白基因AK092578，是非编码RNA，却能够转录合成含54个氨基酸序列的肽类激素Ela，主要原因是此段序列中包含一段开放阅读框架[11]。在肽酶的作用下，Ela被证明可以酶解形成具有活性的成熟肽Ela11、Ela21和Ela32[11-12]。
　　1 Elabela在心血管发育中的作用
　　Apelinergic系统在心血管的发育过程中发挥着重要的作用，作为apelinergic家族的新成员，Ela同样促进并维持心脏与血管的正常生成。Chng等[11]在斑马鱼体内验证了Ela影响心脏的发育。他们在斑马鱼体内构建三种不同的ela纯合突变体，Elabr21、Elabr13、Elabr15，前者引起Ela中信号肽表达缺失，后两者突变扰乱Ela成熟肽的表达。Ela杂合斑马鱼在表型上是正常的，而三种Ela缺失的斑马鱼呈现严重的心脏发育不良，表现为心脏畸形或无心脏。通过比较三种不同的纯合突变体，他们发现将Ela的信号肽截短后斑马鱼的心脏表型与Ela编码成熟肽基因的移码突变引起的表型相同。这表明在生物体内，Ela不仅需要成熟肽，而且要在信号肽完整的情况下，才能发挥维持心脏正常发育的作用。此外，Chng等[11]进一步论证Ela是通过影响内胚层的分化继而促进心脏的正常发育。最后他们发现胚胎心脏发育过程中，Ela出现得比Apln更早，是APJ的最早激动剂，Ela与其受体APJ协同工作，共同调控心脏个体发育。 　　Ela不仅调控心脏的发育，也引导胚胎血管的生成。胚胎中血管结构主要由内皮前体细胞和成血管细胞构成。胚胎血管形成过程中这两种细胞在各类调控因子的作用下迁移至特定位置形成血管。传统观点认为血管内皮生长因子调控成血管细胞迁移至胚胎中轴线形成最早的轴向血管[13]，而Helker等[14]却发现实际上血管内皮生长因子对这一生理过程并不重要。相较而言，细胞表面表达APJ受体的成血管细胞才能移动至胚胎内正确的位置，而诱导成血管细胞移动的因子就是Ela。他们利用分别敲除APJ、Apln和Ela基因的斑马鱼胚胎论证了上述现象。实验表明APJ和Ela在诱导血管细胞向胚胎中轴迁移是必不可少的，而Apln的趋化效应明显弱于Ela。Ela的血管细胞趋化效应同样在心脏冠脉血管生成发挥重要作用。Sharma等[15]发现在心脏发育的早期阶段，Ela/APJ可以调控来源于静脉窦的心脏冠状血管的形成。这一调控过程具有特异性，因为Ela或APJ缺失后并不影响来源于心内膜细胞的冠脉形成。
　　多种动物模型已证实Ela在心血管的发育过程中具有重要作用。近来Sun教授团队[16]研究发现Ela激素在人类胎儿心血管的正常发育中同样重要。他们比较了20名孕中期、血压正常且胎儿罹患先天性心脏病的孕妇与20名胎儿正常的孕妇血浆中Ela激素水平，结果发现，胎儿罹患先天性心脏病的孕妇血液中Ela激素浓度水平显著低于正常组。该研究首次在人群中验证了Ela激素水平可能与心脏的发育密切相关。
　　2 Elabela在心血管系统中的作用
　　早期的研究[17]显示Ela在胚胎中表达最高，成年后其表达逐渐降低，故而关于Ela的研究主要集中在胚胎细胞中。后来Ela被验证在人胚胎细胞、诱导多能干细胞和成人肾组织中均有表达，表明Ela是人体系统中的天然激素，并且可能在胚胎发育期间和之后发挥功能[18-19]。既然Ela在心血管的发育过程中具有一定作用，进一步提出了Ela可能在维持心血管的正常生理功能中发挥重要作用。来自芬兰的Perjes教授等[17]证明了Ela在成年小鼠心脏中是有表达的，虽然其含量显著低于胚胎时期。他们发现Ela主要表达于成年小鼠心脏的非心肌细胞，即成纤维细胞和内皮细胞，其中内皮细胞中表达含量最高。Yang等[20]也发现了Ela在成人心血管系统中广泛表达，并且主要位于血管内皮和血浆。这些研究均表明Ela不仅表达于胚胎时期心血管系统中，也继续存在于成熟的心血管系统中。为进一步探究Ela对心脏生理功能的影响，Perjes等[17]在大鼠离体心脏中灌注不同浓度的Ela，结果显示Ela可剂量依赖性的引起心脏正性肌力反应，其作用浓度仅需毫微摩尔级，他们推测Ela可能是迄今为止最有效的正性肌力药物之一，Perjes又检测到Ela是通过激活细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）信号通路诱导心肌收缩，而非蛋白激酶C信号通路，侧面证实了Ela和Apln可能是通过不同的信号发挥调控心肌收缩的作用。Ela的正性肌力作用，Murza等[21]在离体的大鼠心脏中同样得到了证实，另外他们发现往大鼠体内注射Ela，可以一过性的降低大鼠的平均动脉血压，而Ela降低动脉血压可能源于其血管舒张功能。Ela可以通过抑制内皮细胞内环磷酸腺苷的产生，ERK1/2的活化以及钙动员从而达到舒张血管的作用。此外，相较于Apln需依赖一氧化氮（nitric oxide，NO）介导血管的舒张，NO在Ela的舒血管作用中却并不是必需的[19]。Yang等[20]在活体大鼠身上同样验证得到Ela可以增加心肌收缩力，心脏射血分数和心输出量，并且引起血管舒张。上述一列研究显示，Ela在维持心肌收缩力和血管舒张中发挥着重要作用。
　　3 Elabela在心血管疾病中的作用
　　大量动物与临床试验[22-25]显示，apelin或apelin类似物具有心脏保护作用，可以缓解或改善心血管疾病的进展。近3年，研究者发现Ela同样在心血管疾病中发挥着保护效应。
　　3.1 Elabela与心肌梗死
　　Perjes等[17]通过结扎小鼠左前降支冠脉比较了心肌梗死4周后心脏组织中Apln，Ela和APJ的表达水平，发现Ela的APJ表达含量均增加，且两者之间具有显著的相关性，此外二者的含量又與左室射血分数有着一定的相关性。另一方面Apln在心肌梗死心脏中的表达水平并未发生改变，在假手术组中其表达含量与APJ有显著的相关性。这一研究结果表明Apln与APJ在健康心脏中发挥相似的调节作用，而Ela和APJ可能在心肌梗死中发挥一定的作用，具体作用机制仍需进一步的研究。
　　3.2 Elabela与心力衰竭
　　Sato等[26]发现Ela可以通过调控血管紧张素转化酶的表达从而调控心力衰竭过程中心肌重构等一系列改变。他们分别通过主动脉缩窄术和AngⅡ构建不同的类型的小鼠心力衰竭模型。在给与心衰小鼠Ela治疗后，Ela显著改善两组心力衰竭小鼠的心功能、心肌肥厚、心肌纤维化等相关指标，并且应用APJ KO小鼠进一步验证Ela是通过APJ受体发挥抗心力衰竭的作用。在明确Ela的心脏保护作用后，他们发现Ela可以降低心力衰竭小鼠心脏中血管紧张素转化酶表达，这一结果暗示Ela/APJ可以调控肾素血管紧张素系统，从而改善心力衰竭的进展。
　　3.3 Elabela与动脉高压
　　Schreiber等[27]在大鼠心脏中过表达Ela，发现Ela可以显著减轻高盐饮食大鼠血压的升高。Yang等[20]发现肺动脉高压（pulmonary arterial hypertension，PAH）患者以及大鼠模型中，Ela的表达量显著减少。野百合碱诱导PAH的大鼠给予Ela治疗后，Ela显著缓解大鼠的肺血管重构和右室心肌细胞肥大，从而降低右室收缩压和右室心肌肥厚，改善大鼠PAH。近期，Ho研究团队[28]发现Elabela敲除的怀孕小鼠出现类似于子痫前期的症状，Ela缺失导致母鼠胎盘和胚胎的血管异常，当研究者给怀孕小鼠补充外源性Ela激素，发现怀孕小鼠先兆子痫的症状（高血压、蛋白尿、后代出生体重低）均恢复正常。在妊娠女性中，Ela激素显著表达于妊娠早期的滋养层细胞。而在先兆子痫患者中，因滋养细胞侵袭异常导致的胎盘缺陷是先兆子痫发病的重要因素。Elabela激素有助于滋养层细胞的迁移和侵袭以阻止先兆子痫的发生。 　　4 Elabela的治療前景
　　作为一种新的激素肽，Ela在心血管发育和心血管疾病中起着关键作用，Ela替代治疗可能成为治疗心脏病的有效方法。如Ela对于心脏发育至关重要，因此可以通过检测胚胎中该基因的表达情况来预测心脏的异常。此外，Ela可以促进人胚胎干细胞分化，并且增强心肌收缩力，促进心衰患者心肌细胞的形成，增加心脏收缩能力。Ela广泛表达于血管内皮细胞中并且显著改善多种动脉高压模型，提示Ela替代治疗其可能在高血压的治疗中具有一定的前景。
　　5 总结与展望
　　本文对Ela在心血管系统发育与疾病中的作用进行了综述，阐明Ela激素水平与心脏发育，胚胎血管形成之间的密切相关，同时指出Ela可以改善心肌重构，调控血管压力。鉴于Ela在心血管中的作用，其替代疗法可能为治疗心血管疾病提供新的思路。但是目前针对Ela激素作用的研究较少，确定Ela在心血管中的应用仍需进一步的探索与研究。
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　　（收稿日期：2018-11-02  本文編辑：封   华）
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