任 婷,成細(xì)華,陳 聰,吳若霞,饒春梅,彭 霞,孫彥波,黃政德*

(湖南中醫(yī)藥大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410208）

多胺代謝與缺血性心血管疾病研究進(jìn)展

任 婷,成細(xì)華,陳 聰,吳若霞,饒春梅,彭 霞,孫彥波,黃政德*

(湖南中醫(yī)藥大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410208）

多胺廣泛分布于生物組織和體液中,參與體內(nèi)多種生理和病理過(guò)程,具有促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、增生，對(duì)維持細(xì)胞膜和線粒體的完整性，DNA和RNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,以及在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達(dá)、蛋白合成等方面都意義重大。多胺參與心肌缺血損傷的發(fā)生，多胺代謝失衡，鳥氨酸脫羧酶及精脒/精胺乙酰轉(zhuǎn)移酶活性改變，腐胺生成增多而精胺、精脒減少,將導(dǎo)致繼發(fā)性的心肌損傷,本文就多胺及多胺在缺血性心血管疾病研究中的意義及進(jìn)展加以綜述。

多胺；ODC；SSAT；心肌缺血

多胺 (polyamines)是一類脂肪胺類小分子化合物，廣泛分布于原核和真核生物的組織細(xì)胞中，以精胺(spermine，SPM)、精脒(spermidine，SPD)和腐胺(putrescine，PUT)為代表[1]。 生理PH值下，呈質(zhì)子化的多胺能與帶負(fù)電荷的生物大分子相互作用并結(jié)合[2]。多胺具有多種生理學(xué)功能，在調(diào)節(jié)核酸與蛋白質(zhì)的合成、酶功能及環(huán)磷酸核苷代謝、細(xì)胞膜功能，調(diào)控細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡，修復(fù)受損組織等方面起著重要作用[3-4]。新近研究表明，多胺不僅在延緩衰老、孕體發(fā)育、腦缺血及腫瘤的發(fā)生發(fā)展等方面具有重要作用[5-8],而且在心血管疾病方面取得一定的研究進(jìn)展，本文就多胺的特性及其與缺血性心血管疾病研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 心肌多胺代謝

1.1 心肌多胺代謝途徑

研究發(fā)現(xiàn),心肌細(xì)胞的多胺載體有兩類：一種以轉(zhuǎn)運(yùn)腐胺為主，一種以精胺和精脒為主。機(jī)體內(nèi)多胺的代謝途徑如下[9]：（1）鳥氨酸脫羧酶 (ornithinedecarboxylase，ODC)和 S-腺苷甲硫氨酸脫羧酶(SAMDC)等多胺合成代謝限速酶的活性;（2）精脒/精胺乙酰轉(zhuǎn)移酶(spermidine/spermine N1-acetyltransferase，SSAT)和多胺氧化酶(PAO)等多胺分解代謝限速酶的活性；（3）多胺的轉(zhuǎn)運(yùn)。其中ODC催化鳥氨酸生成PUT，再由精脒合成酶和精胺合成酶分別生產(chǎn)SPM和SPD，SSAT催化SPM逆轉(zhuǎn)化為SPD及SPD逆轉(zhuǎn)化為PUT，接著PUT由氧化酶生成氨基丁酸，之后生成胺離子和二氧化碳排出體外。多胺完整的代謝過(guò)程可隨外界刺激不斷調(diào)整其動(dòng)態(tài)平衡[10]，其平衡和代謝受以上這組酶的精確調(diào)控[11]，正常狀態(tài)下酶活性水平較低[12]。

1.2 心肌多胺代謝限速酶ODC、SSAT酶活性檢測(cè)

以心肌為實(shí)驗(yàn)材料，制備心肌組織勻漿；分別以dl-[1-14C]Ornithine及[1-14C]acetyl-Coenzyme A為底物, 終濃度分別為：90 μmol·L-1(18.5 kBq)與36 μmol·L-1(2.96 kBq)，以液體閃爍計(jì)數(shù)儀記錄生成的14CO2及[14C]acetylspermidine的放射活度，測(cè)出ODC，SSAT的基礎(chǔ)活性及Km值；計(jì)算大鼠心肌ODC、SSAT的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，篩選出適宜的底物濃度；同時(shí)觀察一氧化氮(NO)供體硝普鈉(SNP)對(duì)酶活性的影響[13]。

臨床上常用放射計(jì)數(shù)技術(shù)分析從dl-[1-14C]OrnithineHCI釋放出的14CO2的量，測(cè)定ODC活性，用放射計(jì)數(shù)技術(shù)分析從[1-14C]acetyl-CoA生成的[14C]-acetylSpd的量，測(cè)定 SSAT活性。

1.3 心肌多胺代謝限速酶ODC、SSAT活性抑制與誘導(dǎo)

ODC活性和多胺含量水平有晝夜變化規(guī)律，抑制其活性可直接降低細(xì)胞內(nèi)多胺水平[14]。目前，最有效的ODC特異性抑制劑是二氟甲基鳥氨酸 （a-difluoromethylornithine,DFMO），作用機(jī)理是DFMO作為ODC的底物進(jìn)行脫羧反應(yīng)，導(dǎo)致ODC發(fā)生不可逆結(jié)構(gòu)改變，從而引起ODC活性喪失，多胺合成受到抑制，細(xì)胞內(nèi)多胺被耗竭[15]；外源性腐胺可逆轉(zhuǎn)DFMO對(duì)多胺水平的抑制作用，而降低心肌細(xì)胞內(nèi)多胺水平[16]。趙雅君等發(fā)現(xiàn)一氧化氮（NO）通過(guò)抑制多胺合成代謝，促進(jìn)多胺分解代謝，降低心肌細(xì)胞內(nèi)多胺池的作用[13]。研究發(fā)現(xiàn)[17]，ODC可被生長(zhǎng)刺激劑快速誘導(dǎo)產(chǎn)生，SSAT可被生長(zhǎng)抑制劑及各種毒刺激誘導(dǎo)產(chǎn)生。最有效的SSAT誘導(dǎo)劑是多胺類似物，通過(guò)抑制ODC活性，誘導(dǎo)SSAT活性，可用于抗腫瘤治療[8]。

2 多胺對(duì)心血管系統(tǒng)的影響

2.1 多胺與心肌細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡可發(fā)生于組織重建、腫瘤退化、胚胎發(fā)育及免疫調(diào)節(jié)等各個(gè)時(shí)期[18]。多胺可通過(guò)參與特定的生物學(xué)過(guò)程及與導(dǎo)致細(xì)胞程序性死亡的分子發(fā)生相互作用直接誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[19]：（1）通過(guò)調(diào)控離子通道誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；（2）通過(guò)線粒體調(diào)控途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。多胺也可通過(guò)氧化作用產(chǎn)生異化產(chǎn)物間接誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。對(duì)模擬缺血的大鼠心肌研究發(fā)現(xiàn)多胺誘導(dǎo) H9c2細(xì)胞凋亡，通過(guò)DFMO阻斷ODC減少心肌衍生的H9c2細(xì)胞的多胺含量，可對(duì)抗缺血誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡以保護(hù)心肌細(xì)胞[20]。徐長(zhǎng)慶等[21]發(fā)現(xiàn)多胺對(duì)缺血再灌注誘導(dǎo)的原代培養(yǎng)心肌細(xì)胞的凋亡是把 “雙刃劍”，表現(xiàn)在PUT的促凋亡作用和SPM和SPD的抗凋亡作用。Morada M.等[22]的研究表明多胺與ERS之間關(guān)系密切，隱孢子蟲入侵人類腸道上皮細(xì)胞 (HCT-8)24 h后，SSAT-1活性增加4倍，與HCT-8細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的相關(guān)ERS蛋白 (鈣網(wǎng)蛋白，GRP78/BiP)增加，而參與DNA修復(fù)的多聚ADP核糖聚合酶卻減少，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

2.2 多胺與缺血性心血管疾病

多胺是心肌細(xì)胞正常生存不可缺少的。多胺參與心腦缺血損傷的發(fā)生[23]，在缺血預(yù)適應(yīng)心肌保護(hù)中具有重要地位[24]。Woodcock[25]報(bào)道，大鼠心肌IR引起IP 3釋放伴再灌注性心律失常發(fā)生，慶大霉素和精胺(5 mM)有效抑制之。離體大鼠心臟灌流模型中，心肌缺氧40 min復(fù)氧2 h后，組織中精胺含量明顯減少[21]，外源性精胺呈劑量依賴型引起大鼠分離的心肌細(xì)胞內(nèi)鈣增加，低濃度 （0.5 mmol/L，2 mL/kg）外源性精胺可保護(hù)心肌受損，濃度高達(dá)10 mol/L甚或引起心肌細(xì)胞發(fā)生“鈣爆炸”，破壞鈣離子穩(wěn)定[26]。韓麗萍[27]等發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)可增加心肌細(xì)胞內(nèi)多胺，對(duì)老齡大鼠心臟起保護(hù)作用，精胺能夠通過(guò)上調(diào)自噬緩解心肌缺血再灌注損傷，尤其是縮小無(wú)復(fù)流面積。Hsieh等[28]的研究表明，細(xì)胞內(nèi)多胺通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白穩(wěn)態(tài)，介導(dǎo)MDCK細(xì)胞上皮-間充質(zhì)過(guò)渡轉(zhuǎn)移。異丙腎上腺素（ISO）所致的大鼠心肌肥大時(shí)，心肌組織中多胺代謝限速酶的表達(dá)增加，多胺含量增加[29]。降低多胺濃度對(duì)心肌肥厚起一定的保護(hù)作用[30]。

2.3 多胺代謝與心肌缺血再灌注

心肌缺血再灌注損傷是阻礙缺血心肌從再灌注治療中獲得最佳療效的主要難題[31]。在心肌缺血再灌注損傷時(shí)，多胺代謝失衡，ODC及SSAT的活性改變[13]，腐胺生成增多，精胺、精脒減少，總多胺池多胺含量減少，NO含量增加。而NO含量增加能清除自由基、減輕鈣超載對(duì)缺血再灌注心肌產(chǎn)生保護(hù)作用[32]。ODC的活性在十余分鐘內(nèi)的短暫缺血階段中其活性與缺血時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系[14]。趙雅君[24]等發(fā)現(xiàn)ODC/多胺系統(tǒng)在心肌缺血再灌注損傷和心肌缺血預(yù)處理方面可發(fā)揮重要作用。轉(zhuǎn)基因小鼠和大鼠ODC過(guò)度表達(dá)，腐胺含量增加，缺血再灌注損傷梗塞出現(xiàn)較慢，體積較小[33]。因此，多胺保護(hù)機(jī)制可能是多胺可清除超氧化物，能在心肌缺血再灌注損傷發(fā)生時(shí)發(fā)揮清除自由基，阻斷磷脂酶A和 C，從而能夠調(diào)控心肌內(nèi)鈣濃度，減輕鈣超載的作用。

3 展望

目前多胺對(duì)心肌缺血再灌注保護(hù)的研究主要是對(duì)精胺和腐胺的研究，對(duì)精脒的研究報(bào)道甚少。此外，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)對(duì)象、研究方法、加入外源性精胺的濃度等因素的不同，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有較大差距。因此，多胺在心肌缺血再灌注損傷發(fā)生發(fā)展過(guò)程中究竟是保護(hù)作用還是損傷作用，目前尚未定論。目前僅可確認(rèn)的是給予的多胺濃度的高低對(duì)多胺產(chǎn)生保護(hù)作用還是損傷作用有密切關(guān)聯(lián)，若適當(dāng)給予外源性多胺可增加心肌細(xì)胞內(nèi)多胺池，使其在正常細(xì)胞水平下發(fā)揮心肌保護(hù)作用。在以后的研究中以多胺代謝通路、多胺的作用濃度以及代謝途徑中的酶為靶點(diǎn)，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)多胺穩(wěn)態(tài)，可能為臨床尋求治療心肌缺血損傷的有效途徑提供依據(jù)。

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（本文編輯 李 杰）

Review on the Research Progress of Polyamines Metabolism and Ischemic Cardiovascular Disease

REN Ting,CHEN Xihua,CHEN Cong,WU Ruoxia,RAO Chunmei,PENG Xia,SUN Yanbo,HUANG Zhengde*
（Hunan University of Chinese Medicine,Changsha,Hunan 410208,China）

Polyamine,involved in a variety of physiological and pathological process in the body,is widely distributed in biological tissues and fluids,which can promote cell growth,differentiation,hyperplasia.They show great significance in maintaining the integrity of the cell membrane and mitochondria,stability of DNA and RNA structure,and in signal transduction,gene expression,protein synthesis.Polyamine participates in the occur of myocardial ischemia injury.The imbalance of polyamine metabolism,changes of ornithine decarboxylase and spermidine/spermine N 1-acetyltransferase activities,increased formation of putrescine,decreased spermine and spermidine,will lead to secondary myocardial injury.In this paper,the polyamine and its significance and the progress in the study of ischemic cardiovascular diseases are reviewed.

polyamine;ornithine decarboxylase;spermidine/spermine N 1-acetyltransferase;myocardial ischemia

R541

A

doi：10.3969/j.issn.1674－070X.2017.06.030

本文引用：任 婷,成細(xì)華,陳 聰,吳若霞,饒春梅,彭 霞,孫彥波,黃政德.多胺代謝與缺血性心血管疾病研究進(jìn)展[J].湖南中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2017,37（6）：690-692.

2016-01-23

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81373576,81503536)；湖南省教育廳項(xiàng)目(14B136,14C0872)；湖南省中醫(yī)藥管理局重點(diǎn)課題(201304)；湖南省科技廳一般項(xiàng)目(2014SK3034)；中西醫(yī)結(jié)合防治心腦疾病的相關(guān)基礎(chǔ)研究湖南省高校科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)科研項(xiàng)目(5)。

任 婷，女，博士研究生，研究方向：心血管疾病的中醫(yī)藥防治研究。

* 黃政德，男，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，E-mail：Hzd112@163.com。