NHE1在心肌肥大_心肌纤维化和心衰中的作用(已阅)

第25卷第6期2005年12月国际病理科学与临床杂志Journal of I nternati onal Pathol ogy and ClinicalMedicineVol.25　No.6Dec.　2005 NHE1在心肌肥大,心肌纤维化和心衰中的作用金振晓1　辛　梅1　陈　涛1　综述 周京军2　审校(中国人民解放军第四军医大学　1.附属西京医院心脏外科;2.基础部生理学教研室,陕西西安710032)摘要:心肌肥大、心肌纤维化是多种慢性心衰的共同病理学改变,钠氢交换体1(NHE1)是多种因子介导的心肌肥大和心肌纤维化的信号转导通路上的共同途径,直接参与了其病理生理学过程,这些因子包括多种生长因子、肾上腺素能受体激动剂、血管紧张素、内皮素、凝血酶以及直接作用于细胞上的机械性张力。

从理论推理和实验学证据两方面研究NHE1参与心肌肥大、纤维化和心衰的机制具有重要的意义。

关键词:心肌;　钠氢交换体(NHE1);　心力衰竭;　纤维化;　肥大中图分类号:R541.61 文献标识码:A 文章编号:167322588(2005)0620536203 抑制早期适应性肥大反应和纤维化进而缓解心衰的发生,已成为心衰治疗的重要组成部分。

钠氢交换体1(s odiu m2hydr ogen exchanger1,NHE1)的生理作用决定了其在心衰发生过程和心衰治疗策略中的重要地位。

在心肌细胞代谢过程中,细胞内总是不断地产生氢离子,NHE1通过将细胞内氢离子和细胞外钠离子按照1∶1的比例进行交换来调节细胞内pH值和细胞的容积,并维持细胞内外的电中性,大约60%的细胞内H+是由NHE排出到细胞外的[1]。

NHE1的第2个重要功能是参与细胞生长和细胞运动的过程[2]。

丝裂原的促有丝分裂效应与其升高[pH i]有关。

与NHE1活性正常的纤维母细胞相比,无论是在中性还是酸性环境中,缺乏NHE1活性的突变纤维母细胞的增殖速率明显下降[3]。

由此推论NHE1可能在细胞增殖过程中起一定作用。

1　NHE1参与心肌肥大和纤维化的理论推理NHE1的一个显著特点是它的活性受细胞表面不同类型的受体调节[4],这些受体包括受体酪氨酸激酶(recep t or tyr osine kinases),G2蛋白耦联受体(G2 p r otein2coup led recep t ors,GPCR)和integin受体。

这些受体通过已知的信号传递网络,最后汇集到几个有限的与NHE1相互作用的蛋白上,这些蛋白再修饰NHE1胞浆内C端调节区。

这些修饰作用包括磷酸化,调节蛋白的结合和NHE1构象的改变,进而通过改变NHE1H+转运位点的亲和力来调节其转运活性。

许多致心肌肥大和纤维化的因子通过以上途径调节NHE1的活性,这提示NHE1与心肌肥大和纤维化之间可能存在联系。

表皮生长因子(ep ider2 mal gr owth fact or,EGF),血小板衍生的生长因子(p latelet2derived gr owth fact or,P DEF)以及转化生长因子(transfor m gr owth fact or,TGF)等细胞生长因子通过受体酪氨酸激酶途径增强NHE1的活性。

这些生长因子引起NHE1活化的细胞内信号转导途径还不是非常清楚。

有证据表明,该过程与丝裂原蛋白激酶(MAPK)途径有关。

对NHE1分子的分析表明,NHE1与MP AK分子确实有同源序列,而且MP AK可引起NHE1分子调节区域的磷酸化和活化[5]。

α1肾上腺素能受体激动剂,血管紧张素II,内皮素和凝血酶等来自于神经、体液或者通过自分泌,旁分泌机制作用于心肌组织的血管活性介质是通过G2蛋白耦联受体系统对NHE1的活性进行调节的。

在这个过程中,细胞内信号转导主要通过PKC的激活进行[6]。

而PKC本身并不能引起NHE1分子的磷酸化,该信号转导途径如何激活NHE1,仍需进一步研究。

但是在解读采用PKC抑制剂获得的实验数据方面,有一点是值得注意的,那就是这些抑制剂的特异性。

近来发现,广泛采用的PKC抑制剂如bisindolyl m alei m ides对p70S6激酶和p90RSK有同等的抑制效果。

因此有些PKC抑制剂诱导的NHE1活性抑制作用,可能是通过对p90RSK的抑制产生的。

最近的证据显示[7],在大鼠心肌组织中,内皮素(en2收稿日期:2005204202 修回日期:2005210227作者简介:金振晓(19702),男,山西晋城人,主治医师,讲师,博士。

主要从事风湿性心脏病的发病机制、体外循环病理生理学、体外循环脏器保护研究。

　第6期金振晓,等:NHE1在心肌肥大,心肌纤维化和心衰中的作用 第25卷　dothelin21,ET21)可以通过MAPK将NHE1磷酸化, p90RSK在此过程中具有重要作用。

此外,非受体类的刺激因素如张力,也可引起NHE1分子的活化,张力引起的NHE1激活不依赖于磷酸化的发生[8],也不依赖于[Ca2+i]的变化[9]或者MAPK信号途径[7],可能是细胞骨架的动态变化引起的。

Denker等[10]明确NHE1通过肌动蛋白结合蛋白ERM家族(ezrin,radixin,moesin)与肌动蛋白直接联系。

一种可能的机制是以肌动蛋白为基础构成的细胞骨架的动态变化导致了NHE1的活化。

NHE1与细胞骨架的联系调节着NHE1在细胞膜上的分布,对于其自身的离子转运能力也具有调控作用。

因此NHE1本身就是一个细胞形态和张力变化的感受器。

也有人[11]认为牵张引起的心肌细胞NHE1的激活是由于心肌组织经过自分泌/旁分泌途径产生血管紧张素II和/或ET21,进而活化PKC 引起的。

因此,由以上的证据看来,在大量能够引起心肌肥厚和心肌纤维化的刺激因素和NHE1激活之间存在一种因果关系,NHE1分子的激活可能成为这些因子引起心肌肥大和纤维化反应之间的共同中间桥梁。

2　NHE1参与心肌肥大和纤维化的实验证据如前所述,NHE1可能是各种致心肌肥大和纤维化刺激因子的重要下游分子,这是其他细胞调节过程所不具备的。

但是,这并不能在NHE1活化与心肌肥大和纤维化之间确立因果关系,而对于NHE1特异性抑制剂的研究可以明确这种关系。

目前用来抑制NHE1活性的药物主要有2类[4],一类是a m il oride和它的衍生物,如ethylis op r o2 pyla m il oride(E I P A),di m ethyla m il oride(DMA)和52N2 (methyl p r opyl)a m il oride(MP A)。

另一类包括benz oylguanidine及其衍生物,如HOE694和HOE642 (cari poride)。

这2类抑制剂对NHE1的结合特异性均高于对NHE3(主要分布在肾脏)的结合特异性,其中a m il oride类的特异性高100倍,而HOE类的特异性高103～105倍。

因为cari poride等HOE类抑制剂高选择性地抑制NHE1,而对NHE3作用轻微,目前正在研发,以期在不久的将来用于临床。

采用培养的新生动物的心肌细胞或者离体组织研究NHE1在心肌肥大过程中的作用发现,NHE1抑制剂可以阻断刺激因素导致的肥大反应。

比如牵张引起的新生动物培养心肌细胞ERK(extracellular signal2regulated p r otein kinase,ERK)信号转导的激活、MAPK的活化和蛋白合成的增加[12],及牵引引起的猫乳头肌细胞的碱性化[11],去甲基肾上腺素引起的培养的大鼠心肌细胞蛋白合成增加[13],和ET21刺激培养大鼠心肌细胞蛋白合成的增加都可以被NHE1抑制剂阻断。

在体实验研究同样表明,NHE1抑制剂可以缓解,消除甚至逆转各种因素引起的心肌肥大和心肌纤维化反应。

异丙肾上腺素诱导的大鼠心肌肥大和心内膜下心肌纤维化可以被NHE1抑制剂显著缓解[14];长期采用去氧皮质酮和高盐饲养可以诱导单侧肾切除大鼠形成心肌肥大和心肌纤维化,其心肌组织NHE1的蛋白表达显著升高,NHE1抑制剂可以完全消除血管周围的胶原纤维沉积,并抑制其心内膜和心外膜下心肌细胞的肥大[15]。

在自发性高血压大鼠模型中,NHE1抑制剂应用1个月就可以促进肥大心肌细胞的回缩,持续应用3个月,心肌组织中的胶原纤维含量可以下降到正常水平,同时心肌的韧性和血清中I型前胶原碳末端前肽含量也下降到正常水平,说明NHE1抑制剂具有逆转心肌肥大和纤维化的功能[16]。

对β1肾上腺素受体的慢性刺激可以导致β1肾上腺素受体转基因小鼠心肌肥大和心衰,在该转基因小鼠体内NHE1mRNA和蛋白表达明显上升,采用NHE1抑制剂治疗可以完全阻止心肌纤维化的发生,同时也可以防止心肌收缩功能的下降,可以肯定NHE1的活化是肾上腺素能刺激导致心肌肥大和心肌纤维化的必要途径[17]。

这些实验证据都说明,NHE1抑制剂可以阻断多种刺激因子引起的心肌肥大和纤维化反应,强烈提示NHE1是多种刺激的共同下游介质。

3　NHE1参与心衰发生机制的实验证据在体动物心衰模型包括大鼠冠状动脉结扎模型[18]和小鼠扩张性心肌病模型[19],前者和临床上的心肌梗塞后心肌适应性反应最终导致心衰的过程一致,因此在研究NHE1与心衰关系时特别有用。

选择性较低的NHE1抑制剂a m il oride可显著缩小心肌纤维的直径。

大鼠冠状动脉结扎后1周,选择性较高的NHE1抑制剂cari poride可以完全消除存活心肌细胞长度增加反应,改善心肌收缩功能,但不影响心脏的后负荷[20]。

长期观察表明,3个月后对照组动物心肌肥厚和心衰表现更加明显,而carci poride 可显著缓解左室功能不全,包括可使左室舒张末期压显著下降[21]。

该作用与左室扩张和细胞肥大程度的下降以及存活心肌细胞缩短率改善密切相关。

　第6期国际病理科学与临床杂志 第25卷　说明NHE1抑制剂具有缓解心肌肥大/重塑的作用。

对阻塞性肺动脉高压大鼠右心系统的研究表明,car2 i poride可以有效地缓解肺动脉高压引起的右室肥厚和心肌功能不全,而对肺动脉的阻塞性病变没有影响,表明NHE1抑制剂具有抗心肌适应性肥大的能力[22]。

4　NHE1参与适应性心肌肥大,纤维化和心衰的可能机制NHE1参与适应性心肌肥大,纤维化和心衰的确切机制仍然不甚明了,似乎与其参与细胞内pH 调节的功能无关,因为其他细胞内pH调节机制仍然会保持细胞内pH的稳定,因此采用NHE1抑制剂不太可能导致心肌细胞内过度酸化。

NHE1抑制剂减少Na+进入心肌细胞可能是其抑制心肌肥大和缓解心衰的主要机制。

使用α1肾上腺素受体激动剂和ET1等促肥大因子处理新生大鼠心室肌细胞,发现NHE1介导的Na+内流是这些因子导致细胞肥大的主要始动因素,包括Na+诱导的PKC的活化,特别是PKCδ和PKCε的活化[23]。