血管緊張素AT1 受體激活與阻斷機制研究進展

血管緊張素AT1受體激活與阻斷機制研究進展

楊茗，蔣國良，鄒雲增*

（復旦大學附屬中山醫院心內科 上海市心血管病研究所，上海200032）

[摘要]血管緊張素Ⅱ（AngII）1 型受體（AT1-R）是G 蛋白偶聯受體家族成員之一，主要表達在細胞膜上，為7 次跨膜結構蛋白。其活化與心血管疾病的發生髮展密切相關。以往研究認為心肌組織及微循環局部產生的AngII 通過自分泌或旁分泌的方式激活AT1-R從而引起心肌細胞肥大的發生髮展。最近研究發現高血壓產生的壓力超負荷可不依賴AngII 直接激活AT1-R，通過受體下游信號分子介導心肌損傷。而有關AT1-R如何參與容量負荷介導的心肌肥厚機制目前了解甚少。AT1-R阻滯劑（ARB）通常可與AngII 競爭性拮抗，抑制AT1-R活性發揮降壓和靶器官的保護作用。而部分ARB 不僅拮抗AngII 對AT1-R的激活還可抑制壓力超負荷對AT1-R的激活，這種具有不依賴激動劑存在的受體抑制效應被定義為反向激動作用。綜述AngII 依賴性和機械應力直接激活AT1-R的研究進展，並討論AT1-R的拮抗和反向激動效應在心血管保護中的臨床意義。

[關鍵詞]血管緊張素Ⅱ；血管緊張素Ⅱ 1 型受體；血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑；反向激動作用

壓力負荷（如高血壓、主動脈縮窄）和容量負荷（如主動脈瓣返流）是引起心肌重構的兩大病因。雖然兩類超負荷均表現為機械應力（mechanical stress）升高，但壓力負荷下的心臟，後負荷增加明顯，早期心肌肥厚明顯，表現為向心性肥大（concentric hypertrophy），即室壁肥厚明顯，肌節橫向增寬（width）；而容量負荷下的心臟，前負荷增加，早期心肌肥厚不明顯，後期表現為離心性肥大（eccentric hypertrophy），即室壁肥厚不明顯，肌節縱向伸長（elongation）。此外，壓力負荷心臟纖維化程度比容量負荷心臟明顯。

研究表明，冠心病、心肌梗死、高血壓等各種原因都會導致心臟的壓力和容量負荷過重，從而影響心臟的收縮和舒張功能； 同時也激活神經內分泌系統和細胞內重要的信號傳導通路（如G蛋白、各種蛋白激酶和抑制蛋白、轉錄因子、早期表達基因c-fos、c-jun、jun-B等，以及晚期誘導致命基因如骨骼肌α肌動蛋白等），繼而引起心肌細胞蛋白質合成增加、心肌細胞肥大、凋亡、炎症效應和血管再生障礙等一系列病理生理改變，進一步降低心肌收縮力及心輸出量。總之，神經內分泌系統的持續激活導致了心肌細胞重構和心力衰竭的發生、發展。

1壓力負荷和容量負荷對AT1受體的影響

在高血壓心肌肥厚的形成過程中，以血管緊張素Ⅱ（AngII）及其受體（AT1-R）為首要代表的神經體液因子發揮著重要作用。有關AngII及AT1-R參與壓力負荷介導心肌肥厚的機制報道較多。目前認為AT1-R活化是壓力負荷介導心肌肥厚形成過程中的起始反應，在高血壓早期，左心室AT1-R表達明顯上調及迅速被激活是心肌肥厚發生的重要因素之一。因此，AT1-R阻滯劑（ARB）對治療高血壓心肌肥厚非常有效。關於此過程中AT1-R活化的機制，起初認為通過AngII激活，但後續研究發現心肌細胞內的AngII含量非常低，即使在壓力超負荷刺激下心肌細胞釋放出全部的AngII來激活AT1-R，也不足以解釋壓力負荷引起的全部的AT1-R的活性。更多研究提示，機械刺激能夠不通過AngII而直接激活AT1-R，從而引起心肌肥厚，這一病理過程只能被具有反向激動劑（inverse agonist）效應的ARB如氯沙坦等所抑制，這些研究結果回答了臨床上各種ARB之間在降壓及靶器官保護效果方面存在明顯差別的原因。這些發現對於今後因高血壓及心肌梗死而引起的心肌肥厚和心功能不全的治療、預防藥物的合理應用以及開發具有非常重要的指導意義。有關AngII及AT1-R是否或如何參與容量負荷介導心肌重構的機制還未完全闡明。儘管有研究者觀察到，在容量負荷的晚期，心房或右心室AT1-R表達上調，長時間ARB治療或敲除AT1-R有利於改善容量負荷的心功能，但具體機制還有待研究。另外，壓力負荷和容量負荷導致的心肌肥厚表型的不同，以及壓力負荷心臟纖維化程度比容量負荷心臟明顯，其原因可能與多種因素有關，但推測2種不同的負荷狀態下產生的機械應力的不同，AngII及AT1-R的表達差異以及心肌對其的反應性差異很可能是主要原因。有關在單純容量負荷狀態AT1-R的活性和效應的研究甚少，以下著重討論壓力負荷對AT1-R的影響及ARB的干預策略。

2壓力負荷激活AT1-R介導心肌肥厚的具體機制

傳統觀念認為，在壓力負荷等病理情況下，心臟局部的Ang II釋放，激活心肌AT1-R，通過促細胞分裂原活化蛋白激酶（MAPK）等信號通路介導BNP、ANP以及β-MHC等細胞肥大基因的表達，從而誘導心肌肥厚效應，其中，MAPK通路的激活在介導AngII/AT1-R誘導的心肌肥厚效應中發揮重要作用。

近期研究表明，牽張心肌細胞後，AngII濃度雖有所上升，但並不明顯。進一步研究發現，即使在缺乏內源性AngII的情況下，機械牽張或壓力負荷仍可以直接激活AT1-R引起ERK的磷酸化，從而介導心肌肥厚效應。

AT1-R激活後， 可通過Gαq蛋白激活磷脂酶C（PLC），三磷酸肌醇及甘油二酯增多，引起胞內鈣釋放，激活PKC；還可通過其自身胞內的C末端與一些蛋白或受體相互作用，激活JAK/STAT通路或表皮生長因子（EGF）受體，並進一步激活PI3K及ERK通路。心臟的AT1-R激活後效應非常廣泛，除了介導心肌細胞肥大、心肌纖維化以及凋亡等外，最終還會引起心臟功能失調。

採用機械牽張刺激體外培養的缺乏內源性AngII的小鼠心肌細胞，發現機械牽張能夠通過AT1-R引起如ERKs磷酸化和肥大特異基因表達升高等心肌細胞肥大反應。通過縮窄升主動脈在缺乏內源性AngII的小鼠中人工製作了壓力超負荷性心肌肥厚模型，在此模型中進一步研究了AT1-R在機械應力誘導的心肌肥厚中所起的作用，結果發現機械應力確能在這種小鼠中通過激活AT1-R誘導心肌肥厚，使用ARB進行干預後，心肌肥厚明顯被抑制。總之，機械刺激可不依賴於AngII的存在而獨立激活AT1-R誘導心肌肥厚，因而提出該受體不僅介導經典的AngII的自分泌/旁分泌效應，而且充當了心肌細胞的機械刺激感受器。然而，AT1-R是通過何種分子機制將細胞膜的機械刺激信號轉化為細胞內的化學信號目前尚未闡明。學界提出如下假設：其一，細胞膜因機械牽張造成的膜張力變化導致了AT1-R的構象變化從而激活AT1-R；其二，機械牽張激活某些細胞內激酶系統或細胞膜上能特異感應機械牽張的信號受體進而激活AT1-R，這種潛在的機械刺激感受受體如肌球蛋白LIM、整合素相關激酶和melusin蛋白及對機械刺激敏感的離子通道都可能間接激活AT1-R，但確切的分子機制有待實驗證實。

3壓力負荷激活AT1受體的構象變化

AT1-R的基礎活性較低，當AngII與AT1-R結合後，AT1-R經歷跨膜區環狀運動，構象發生改變，變成激活型，從而激活G蛋白，導致G蛋白解體成α和βγ亞基，其中AT1-R的C末端308、312~318位點的氨基酸殘基是激活G蛋白的關鍵位點，G蛋白的α亞基解離後，存在於細胞漿中，激活下游的信號通路。此外，AT1-R激活後，其C末端還可與Jak2結合，激活Jak2-STAT3通路，導致ERK1/2的磷酸化，從而介導心肌肥厚。由此可見，與AngII相似，機械牽張可直接激活AT1-R，分別通過與Gq蛋白偶聯的經典途徑以及Jak2激酶磷酸化實現ERKs的激活從而介導心肌肥厚過程的發生。

AngII與機械牽張直接激活AT1-R的活性狀態及分子構象的改變有所不同（見圖1）。結構和功能分析表明，AngII與AT1-R的第3跨膜區的111位點的天冬醯胺及第6跨膜區的256位點的組氨酸結合，激活AT1-R；另外，AT1-R的第5跨膜區的199位點的賴氨酸以及在胞外第3環的281位點的天冬氨酸對於AngII與AT1-R的穩定結合也非常關鍵。而當111位點的天冬醯胺位點突變，會導致AT1-R構象改變，影響其活性。其機制還未完全闡明，可能與AT1-R的第2、第6及第7跨膜區的構象改變有關。

機械牽張激活的AT1-R的構象改變與AngII激活的受體構象改變存在極大程度上的不同。對AT1-R進行氨基酸殘基定點突變研究表明，將AT1-R的199位點的賴氨酸突變為谷氨醯胺不會影響機械牽張對AT1-R的激活，而把212位點的亮氨酸突變為苯丙氨酸、257位點的谷氨醯胺突變為丙氨酸以及289位點的半胱氨酸突變為丙氨酸，都會明顯降低機械牽張對AT1-R的激活，提示機械牽張激活AT1-R的關鍵位點為212、257、289位點，而非199位點。在半胱氨酸代替趨近定位實驗（SCAM）中發現，機械牽張使位於AT1-R的256位點的組氨酸和291位點的丙氨酸與AT1-R形成的疏水性口袋結構趨向遠離，而290位點異亮氨酸趨向靠近，這使AT1-R的第7跨膜區發生逆時針旋轉運動，進而暴露其與細胞內相應配體的結合部位，從而實現了AT1-R將細胞外的牽張信號傳遞到細胞內，可使Janus激酶磷酸化，導致ERKs的激活。這與在牛視紫紅質蛋白晶體分子模型發現第6和第7跨膜區發生順時針旋轉的發現相吻合。在該過程中，第7跨膜區的289位點的半胱氨酸對於機械牽張介導的順時針旋轉非常重要，是機械牽張激活AT1-R的關鍵位點。另外的研究發現，部分ARB作為一種反向激動劑，能強有力地使AT1-R從基礎狀態轉化為失活狀態，並有效地阻止了AT1-R向活化狀態的轉化，從而抑制了其基礎活性（見圖1）。其原因是在具有反向激動劑效應的ARB存在情況下，AT1-R的第6跨膜區和第7跨膜區發生順時針運動，導致ARB的羧基基團與第6跨膜區的257位點的谷氨醯胺和第7跨膜區的287位點的蘇氨酸結合。但針對AT1-R如何感受外界的機械信號並轉化為胞內的化學信號還需要深入研究。

4 ARB的作用機制及研究進展

ARB通過與組織的AT1-R結合，完全阻斷AngII直接收縮血管的作用，降低外周血管阻力；通過抑制醛固酮的分泌，減少腎小管的水鈉重吸收，使血壓下降；通過抑制AngII的促血管平滑肌細胞增殖、心肌細胞的肥大作用，防止血管壁增厚和心肌肥厚。

在高血壓狀態下，ARB不僅具有獨特的降壓作用，還具有對靶器官的保護作用，在抑制心肌肥厚的進展方面，其與血管緊張素轉化酶抑製劑（ACEI）聯合應用，具有明顯療效。對於容量負荷介導的心力衰竭，儘管AT1-R參與的具體機制還未闡明，但ARB的治療能明顯降低其死亡率，而ACEI對其幾乎沒有療效。目前已有一系列ARB廣泛應用於臨床。以往認為ARB與AT1-R的激活劑AngII競爭性拮抗，是具有阻斷AT1-R信號傳導作用的競爭性阻滯劑。但是，目前一些研究表明部分ARB在沒有AngII存在的情況下也表現出抑制AT1-R活化的反向激動作用。

通常情況下受體活性維持在介於活化和失活之間的平衡狀態，即具備某種程度的自主的基礎活性( basalactivity)。一般認為競爭性拮抗劑只能競爭性抑制激動劑（配體）依賴性的受體激活，而不能抑制受體的基礎活性和非配體依賴的受體激活。但是，反向激動劑不僅能抑制配體依賴性的受體激活，還能抑制非配體依賴性的受體激活和受體的基礎活性。反向激動劑是一種直接作用於受體並使受體處於一種失活狀態的藥物。如前所述AT1-R具有非配體依賴性即機械牽張作用。

最近部分ARB的新藥理作用，即針對AT1-R的反向激動作用日益受到關注。這種反向激動作用抑制了AT1-R的基礎活性和機械應力引起的AT1-R激活，從而發揮對心肌的良好保護作用。

目前臨床上應用的不同ARB，因其吸收率、半衰期、代謝產物活性與否、受體的選擇性、AT1-R拮抗形式和分子結構不同，藥理學特性各異，最終導致其降壓效果和臟器保護作用存在差異。有報道稱，奧美沙坦和EXP3147（氯沙坦的活性代謝物）能夠抑制AT1突變體受體（AT1-N111G）的自主性磷酸肌醇產生，氯沙坦則不能。將心肌的ERK活性作為抑制AngII非依賴性機械應力的AT1-R激動指標時，坎地沙坦可以明顯抑制其活性，顯示其具有反向激動作用，而在最近動物實驗中發現，ARB中的氯沙坦、坎地沙坦和奧美沙坦都可以明顯抑制機械牽張直接激活AT1-R介導的心肌肥厚，纈沙坦和替米沙坦則只能抑制AngII導致的心肌肥厚。故這種反向激動作用並非ARB所共有。

部分ARB表現出反向激動效應，其既能阻斷AngII依賴的AT1-R激活也能抑制機械牽張導致的AT1-R的活化。近期一些研究表明ARB較其他降壓藥物顯示出很好的靶器官保護作用，而具有反向激動作用的ARB能更好地保護靶器官。儘管目前對ARB的反向激動效應沒有逐一詳細研究，但已知絕大部分的ARB具有雙苯環四唑結構，該結構與AT1-R的199位點賴氨酸和256位點組氨酸相結合。有研究顯示，坎地沙坦雙苯環四唑上的羧基在抑制AngII誘導的AT1-R活化顯示出的不可逆效應中起關鍵作用。不可逆拮抗劑具有與受體結合緊密並難以從受體上解離的特點。奧美沙坦不僅顯著抑制機械刺激引起的AT1-R激活，也能明顯抑制AT1-N111G突變體的基礎活性。其機製為奧美沙坦的羥基與AT1-R的113位點酪氨酸，羧基與199位點賴氨酸和256位點組氨酸相互作用；此外，奧美沙坦的雙苯環四唑與AT1-R的257位點谷氨醯胺共同作用穩定機械刺激下AT1-R構象於非活化狀態。這些結果顯示奧美沙坦既是AT1-R的拮抗劑，也是AT1-R的完全反向激動劑。因此，ARB的化學結構不同決定了其與AT1-R結合的空間構型和動力學模型的不同，從而也決定了ARB的拮抗劑效應和反向激動效應。

5反向激動效應研究面臨的問題

目前尚無逐一研究ARB潛在的反向激動效應的報道，且已有研究也存在一定的局限性：如在不同的研究中因為使用的模型和研究方法不同，往往會把同一種ARB歸為不同的作用類型。另外，不同研究共同使用突變受體這一相同方法，也帶來以下問題：由於在研究中經常要較長時間孵育ARB和突變體，導致難以判斷是ARB抑制了AT1-R的基礎活性還是受體本身的翻譯後自我修飾或者受體的內陷而導致其自身表達的下調；另一方面AT1-R突變體一級結構的氨基酸序列發生了變化會影響其高級結構。因此，AT1-R的激動劑、一般拮抗劑和反向激動劑在突變型受體實驗中得到的結果能否適用於野生型的AT1-R需要進一步研究證實。

6展望

機械牽張直接激活AT1-R的活性介導心肌肥厚加深了我們對AT1-R活化機制及反向激動現象的理解。機械刺激能夠直接激活AT1-R可能是AT1-R獨立於其他G蛋白結合受體（GPCR）的一種特有現象。運用生物物理學、生物化學和藥理學等多種方法探索機械牽張與AT1-R下游信號通路的機制，將有利於探索AT1-R介導心肌肥厚的關鍵機制及開發新型ARB或反向激動劑治療高血壓性心臟病，具有非常重要的臨床價值，最近出現若干可用於解決這些問題的研究方法，例如：利用模擬對接（docking simulations）和氨基酸定點突變（site-directed mutagenesis） 技術研究機械牽張或ARB藥物作用於AT1-R的關鍵部位；串列飛秒晶體學（serial femtosecondcrystallography）的方法明確AT1-R在機械牽張或ARB藥物作用下的構象變化；生物發光共振能量轉移（bioluminescence resonanceenergytransfer，BRET）技術探索機械牽張後AT1-R的具體下游信號通路。同時，從目前的情況看，容量負荷介導的心肌重構可能並不十分依賴於AngII，因此反向激動劑的開發可能對於抑制容量負荷中AT1-R活性、降低心衰的死亡率也具有重要價值。

[專家介紹]鄒雲增：復旦大學附屬中山醫院心內科教授，博士生導師，教育部長江學者特聘教授，國家傑出青年科學基金獲得者。獲上海市優秀學科帶頭人、第十三屆上海市科技精英稱號。研究方向為心血管系統內科學基礎，主要是高血壓、心臟肥大和心力衰竭的分子生物學發病機制以及血管緊張素Ⅱ及其受體作用、缺血性心臟病的基因和細胞治療。發表SCI 論文100 多篇，被引用3000 余次。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！