29 ●专家论坛 ●《中国医学前沿杂志（电子版）》201 1年第3卷第5期血管紧张素Ⅱ受体活性化机制及其阻断剂作用的新认识邹云增 李磊 （复旦大学附属中山医院 上海市心血管病研究所，上海 200032）血 管 紧 张 素 Ⅱ （ AngⅡ ） 1型 受 体 （ AT1-R）是 一 种 七 次 跨 膜 G蛋 白 偶 联 受 体 （ GPCR） ， 它 的活 化 在 高 血 压 及 机 械 刺 激 介 导 的 心 肌 肥 厚 的 发 生发 展 中 起 重 要 作 用 。 医 学 界 曾 经 一 直 认 为 心 脏 局部 产 生 的 AngⅡ 通 过 自 分 泌 和 （ 或 ） 旁 分 泌 机 制作 用 于 AT1-R来 触 发 心 肌 肥 大 。 然 而 我 们 发 现 了AT1-R也 能 够 被 机 械 刺 激 直 接 激 活 。 在 没 有 AngⅡ参 与 的 情 况 下 ， 机 械 刺 激 不 仅 能 够 在 体 外 激 活 细胞 外 信 号 调 节 激 酶 （ ERKs） ， 而 且 在 体 内 能 够 诱发 心 肌 肥 大 。 一 般 的 AT1受 体 拮 抗 剂 （ ARB） 只能 拮 抗 AngⅡ 所 激 活 的 AT1-R活 性 ， 无 法 抑 制 机 械牵 张 所 激 活 的 AT1受 体 的 活 性 。 然 而 ， 我 们 发 现 具有 反 向 激 动 作 用 的 ARB不 仅 能 抑 制 AngⅡ 介 导 的AT1-R的 激 活 ， 也 能 抑 制 机 械 牵 张 触 发 的 AT1-R的激 活 。 反 向 激 动 效 应 作 为 ARB新 的 药 理 反 应 ， 可能为其具有的靶器官保护作用提供理论依据。1 机械牵张是心肌肥大的重要原因心 脏 肥 大 是 一 种 压 力 超 负 荷 （ 如 高 血 压 ）诱 发 的 心 脏 损 伤 的 生 理 病 理 反 应 ， 它 不 仅 是 导 致心 力 衰 竭 之 前 的 生 理 性 适 应 性 反 应 ， 而 且 是 许 多重 大 心 血 管 事 件 的 独 立 危 险 因 素 ， 如 缺 血 性 心 脏病 ， 心 律 失 常 和 心 源 性 猝 死[1]。 因 此 ， 弄 清 楚 心肌 肥 大 的 内 在 机 制 就 显 得 尤 为 重 要 。 很 多 基 础 研究 提 示 一 些 神 经 体 液 因 子 参 与 心 肌 肥 大 的 形 成 。RAS系 统 中 的 所 有 成 分 如 血 管 紧 张 素 原 ， 肾 素 ， 血管 紧 张 素 转 换 酶 及 AT1-R等 在 心 脏 中 均 有 发 现[2,3]。在 心 肌 细 胞 中 AngⅡ 通 过 AT1-R诱 发 心 肌 细 胞 的 一系 列 肥 厚 反 应 ， 如 蛋 白 合 成 增 加 和 一 些 胚 胎 基 因的重新表达[3]。有 研 究 显 示 机 械 牵 张 是 心 肌 肥 大 的 最 重 要 的诱 发 因 素 ， 在 心 肌 细 胞 中 触 发 一 系 列 的 肥 大 反 应[4]。以 前 报 道 AngⅡ 贮 存 在 心 肌 细 胞 中 在 机 械 牵 张 的 作用 下 通 过 旁 分 泌 或 自 分 泌 分 泌 到 心 肌 细 胞 外 进 而刺 激 心 肌 细 胞 肥 大[5]。 然 而 ， 在 体 外 牵 张 预 先 培 养在 特 制 硅 胶 皿 上 的 野 生 大 鼠 乳 鼠 心 肌 细 胞 后 ， 我们 发 现 机 械 牵 张 能 导 致 心 肌 细 胞 肥 大 ， 同 样 的 方法 牵 张 缺 乏 内 源 性 AngⅡ 小 鼠 心 肌 细 胞 也 出 现 相 似的 肥 大 反 应[6]。 这 些 结 果 都 提 示 包 括 AngⅡ 在 内 ，机械牵张也是导致心肌肥大的又一重要因素。2 机械刺激不依赖AngⅡ直接激活AT1-R为 了 确 定 机 械 刺 激 是 否 能 在 心 肌 细 胞 中 不 依赖 AngⅡ 而 直 接 激 活 AT1-R， 我 们 在 体 外 培 养 了 不表 达 AngⅡ 的 小 鼠 的 心 肌 细 胞 ， 并 给 予 机 械 牵 张 刺激[7]。 在 不 表 达 AngⅡ 的 小 鼠 心 肌 细 胞 和 HEK293细 胞 中 ， 我 们 依 然 发 现 机 械 牵 张 能 够 通 过 AT1-R引起 如 p-ERKs（ 图 1） 和 肥 大 特 异 基 因 表 达 升 高 等 心肌 细 胞 肥 大 反 应 。 我 们 还 通 过 在 体 缩 窄 AngⅡ 缺 失小 鼠 的 升 主 动 脉 人 工 造 成 压 力 超 负 荷 性 心 肌 肥 厚模 型 来 进 一 步 明 确 AT1-R在 机 械 刺 激 诱 导 的 心 肌 肥厚 中 所 起 的 作 用 后 发 现 ， 机 械 刺 激 也 能 够 在 这 种小 鼠 中 通 过 造 成 心 肌 肥 大 ， 加 入 ARB干 预 后 ， 心肌 肥 大 程 度 明 显 减 轻[7]， 这 进 一 步 说 明 了 AT1-R直接 介 导 了 机 械 牵 张 导 致 的 心 肌 肥 大 。 基 于 上 述 结果 ， 我 们 认 为 机 械 刺 激 能 够 不 依 赖 AngⅡ 而 直 接 激活A T1-R。 通讯作者：邹云增，Email: zou.yunzeng@zs-hospital.sh.cn活 。活 。30●专家论坛●《中国医学前沿杂志（电子版）》201 1年第3卷第5期HEK293-AT1HEK293- STAII -$,,DQJLRWHQVLQ ,,ö –ø ˆ) ,,- AII ST-:%SKRVSKR(5.V$7DQJLRWHQVLQ ,,W\SHUHFHSWRUö $76ûZouY e t a l, N a t C e ll B io l 2004676WUHWFK ÒC ã)图1 机械牵张能够在过表达AT1-R的HEK293细胞中引起肥厚反应3 ARB的反向激动效应ARB能 够 特 异 性 的 抑 制 AT1-R介 导 的 多 种 病理 生 理 反 应[8]。 ARB能 够 特 异 抑 制 AT1-R介 导 的 多种 病 理 生 理 反 应 。 它 不 仅 能 有 效 降 低 高 血 压 患 者血 压 而 且 还 能 抑 制 因 血 压 升 高 诱 发 的 左 心 室 肥 大因 此 降 低 心 力 衰 竭 患 者 心 血 管 事 件 的 发 生 率 和 致死 率[9-11]。 目 前 许 多 ARB在 临 床 实 践 中 得 到 广 泛 运用 ， 它 们 除 了 具 有 一 些 共 同 的 结 构 外 ， 还 具 有 一些 不 同 的 侧 链 结 构 ， 这 决 定 了 它 们 各 自 具 有 一 些特异的药理学特性[12,13]。在 早 期 的 研 究 中 把 GPCR的 配 体 简 单 地 分 为 激动 剂 和 拮 抗 剂[14]， 它 们 都 能 和 GPCR高 度 特 异 性 结合 ， 但 仅 仅 激 动 剂 能 激 活 其 相 应 受 体 。 拮 抗 剂 虽然 也 能 和 其 受 体 高 度 特 异 结 合 ， 但 不 能 激 活 其 受体 ， 相 反 抑 制 激 动 剂 与 其 受 体 结 合 所 导 致 的 受 体激 活[15]。 在 一 些 研 究 中 发 现 ， 一 些 拮 抗 剂 中 能 产生 与 相 应 激 动 剂 效 应 相 反 的 效 应 ， 这 些 拮 抗 剂 被定 义 为 反 向 激 动 剂[15]。 这 一 定 义 泛 指 一 些 拮 抗 剂既 能 稳 定 其 受 体 在 非 活 化 状 态 也 能 降 低 受 体 的 结构 性 基 础 活 性 （ constitutive activity） 或 抑 制 激 动剂 非 依 赖 性 受 体 活 性 的 特 性[15]。 比 较 而 言 ， 一 般性 拮 抗 剂 与 激 动 剂 竞 争 性 与 受 体 结 合 ， 它 们 并 不能 抑 制 其 受 体 的 结 构 性 活 性 及 其 激 动 剂 非 依 赖 性的受体活化[14]。有 研 究 显 示 奥 美 沙 坦 能 够 降 低 活 性 型 AT1-R突 变 体 （ AT1-N111G） 的 结 构 性 活 性 ， 但 是 有 的ARB不 能 降 低[16,17]。 我 们 同 样 在 体 外 培 养 的 缺 乏AngⅡ 的 小 鼠 心 肌 细 胞 实 验 中 发 现 ， 奥 美 沙 坦 能 够抑 制 机 械 刺 激 导 致 的 AT1-R的 活 性 化 ， 但 有 的 ARB不能抑制（待发表）。我 们 以 前 研 究 也 显 示 ， 除 了 AngⅡ 激 活 AT1-R外 ， 机 械 刺 激 也 能 直 接 激 活 AT1-R[7]。 压 力 超 负 荷导 致 的 小 鼠 心 肌 肥 厚 至 少 通 过 AngⅡ 和 机 械 刺 激 两种 途 径 来 实 现 ， 我 们 最 新 发 现 在 野 生 型 和 AngⅡ缺 乏 的 小 鼠 中 ， 在 降 压 幅 度 一 致 的 条 件 下 ， 有 的ARB包 括 奥 美 沙 坦 能 抑 制 压 力 超 负 荷 导 致 的 心 肌肥 厚 （ 图 2）[18]。 我 们 也 设 想 ， 如 果 在 每 个 药 物 的正 常 剂 量 下 ， 降 压 效 果 最 强 的 ARB最 能 够 抑 制 机械 刺 激 导 致 的 心 肌 肥 厚 。 而 诸 多 研 究 已 证 实 ， 奥美 沙 坦 是 所 有 ARB中 降 压 幅 度 最 大 的 ARB[13,19]。 因此 ， 我 们 推 测 ， 在 目 前 所 有 的 ARB中 奥 美 沙 坦 能较好地抑制机械刺激导致的心肌肥厚。体 外 实 验 提 示 奥 美 沙 坦 对 AngⅡ 诱 导 的 AT1-R活 化 具 有 不 可 逆 竞 争 性 抑 制 作 用[20,21]。 这 提 示 奥 美沙 坦 可 能 是 AT1-R的 反 向 激 动 剂 。 我 们 的 体 内 实 验结 果 也 证 实 奥 美 沙 坦 具 有 反 向 激 动 作 用 和 对 AngⅡ 的不 可 逆 的 竞 争 性 抑 制 ， 但 有 的 ARB不 具 备 （ 图 2）[18]。奥 美 沙 坦 不 仅 明 显 抑 制 机 械 刺 激 引 起 的 AT1-R激 活 ， 也 能 明 显 抑 制 AT1-N111G的 结 构 性 活 性[20,21]。其 机 制 为 奥 美 沙 坦 的 羟 基 和 AT1-R的 第 113位 的 酪氨 酸 ， 羧 基 和 第 199位 的 赖 氨 酸 和 第 256位 的 组 氨酸 相 互 作 用 ， 还 有 奥 美 沙 坦 的 四 唑 基 团 和 AT1-R的第 257位 谷 氨 酰 胺 共 同 作 用 稳 定 机 械 刺 激 下 AT1-R构 象 于 非 活 化 状 态 。 这 提 示 我 们 奥 美 沙 坦 除 了 是AT1-R的 拮 抗 剂 外 ， 它 还 是 AT1-R的 完 全 反 向 激 动剂 。 它 不 仅 能 够 抑 制 AngⅡ 所 引 起 的 AT1-R的 活AKOWTSham Saline Candesartan Olmesartan Losartan Telmisartan Valsartan-- -- -- -- -- -- --02468§§ #######****** WT KO*#BHW/BW (mg/g)在同等高血压条件下WT小鼠 ：奥米沙坦，坎地沙坦，氯沙坦，缬沙坦和替米沙坦都能明显减少心脏重量，但奥米沙坦，坎地沙坦和氯沙坦的作用略强于缬沙坦和替米沙坦ATG敲除小鼠 ：奥米沙坦，坎地沙坦和氯沙坦能够明显减轻心脏重量，但缬沙坦和替米沙坦作用不明显Li L et al, Hypertens Res 2010图2 在同等降压幅度下，比较不同ARB对压力超负荷后2周小鼠心脏大小改变的作用31 ●专家论坛 ●《中国医学前沿杂志（电子版）》201 1年第3卷第5期性 ， 也 能 够 抑 制 机 械 刺 激 导 致 的 AT1-R的 活 性 ， 特别 是 还 能 抑 制 AT1-R的 结 构 性 基 础 活 性 ， 这 可 能 是奥美沙坦具有ARB中最强降压效果的原因之一。4 结论我 们 最 近 报 道 AT1-R具 有 的 独 特 高 级 结 构 与它 具 有 不 依 赖 AngⅡ 能 够 独 自 活 化 的 特 性 有 关 ，最 近 我 们 发 现 通 过 半 胱 氨 酸 代 替 趋 近 定 位 实 验（ SCAM） 发 现 机 械 牵 张 使 AT1-R的 第 七 跨 膜 区 发生 逆 时 针 旋 转 运 动 从 而 暴 露 其 与 细 胞 内 相 应 配 体结 合 部 位 ， 从 而 实 现 了 AT1-R将 细 胞 外 的 牵 张 信 号转 换 为 细 胞 内 的 生 物 化 学 信 号 分 子 ， 我 们 也 发 现牵 张 激 活 的 AT1-R可 使 Janus激 酶 磷 酸 化 ， 并 进 一步使之与Gq蛋白偶联从而实现ERKs的激活[7,21]。在 受 体 药 理 学 中 反 向 激 动 效 应 已 经 是 一 种 常见 的 药 理 现 象 ， 但 作 为 临 床 常 用 心 血 管 药 物 ARB的 反 向 激 动 作 用 的 研 究 还 不 多 。 并 且 一 些 体 内 外研 究 报 道 由 于 运 用 不 同 细 胞 模 型 和 研 究 方 法 得 到的 ARB药 效 结 果 也 不 尽 一 致[22]， 因 此 运 用 各 种 方法 包 括 生 物 物 理 学 ， 生 物 化 学 和 药 理 学 进 行 体 内外 互 相 验 证 就 显 得 尤 为 重 要 。 这 也 必 将 有 利 于 我们 加 深 对 机 械 牵 张 下 游 的 信 号 通 路 的 理 解 。 考 虑到 反 向 激 动 作 用 具 有 潜 在 的 临 床 价 值 ， 分 析 ARB的 结 构 和 AT1-R活 化 之 间 的 关 系 对 于 研 发 新 型 ARB有非常重要意义。参考文献[1] Levy D, Garrison RJ, Savage DD, et al. 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