李彤 呼海娟 崔煒

(河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院心血管內(nèi)科河北省心腦血管病研究所,河北 石家莊 050000)

利尿鈉肽系統(tǒng)(natriuretic peptide system, NPS)在慢性心力衰竭(chronic heart failure, CHF)中發(fā)揮重要的代償作用。腦鈉肽(brain natriuretic peptide, BNP)是利尿鈉肽家族的成員之一,在CHF早期,BNP通過排鈉利尿和血管擴(kuò)張效應(yīng),保護(hù)心臟免受過高前后負(fù)荷的危害。然而,在臨床實踐中發(fā)現(xiàn),隨著CHF程度的加重,循環(huán)中急劇升高的BNP非但未使CHF癥狀得到緩解,反而加劇了水鈉潴留和血管收縮,預(yù)示著病情的加重。此外,重組人腦利鈉肽(recombinant human brain natriuretic peptide,rhBNP)作為模擬內(nèi)源性BNP 生物活性的藥物,在用于血漿BNP水平明顯升高的患者時,療效也并不總是令人滿意。由此不禁聯(lián)想到2型糖尿病的胰島素抵抗現(xiàn)象——CHF時機體是否也對高水平的BNP產(chǎn)生耐受,發(fā)生了“BNP抵抗”?基于這一猜想,首先要了解BNP對水鈉代謝和血管容量的調(diào)節(jié)方式,以及CHF患者BNP耐受的潛在機制,這將有助于發(fā)掘治療CHF的新方向。

1 BNP的作用與清除途徑

生理狀態(tài)下,血漿BNP的濃度很低,當(dāng)心室肌出現(xiàn)容量過載或壓力過載時,心室肌細(xì)胞BNP基因的表達(dá)將呈爆發(fā)式增加[1]。在正常人血漿中,BNP的主要分子形式是低活性的腦鈉肽前體(proBNP)-108,而不是發(fā)揮主要生物效能的BNP-32,二者在CHF時均明顯升高[2]。利尿鈉肽受體(natriuretic peptide receptor,NPR)-A是BNP的主要結(jié)合受體,它是與鳥苷酸環(huán)化酶(guanylyl cyclase,GC)耦聯(lián)的單次跨膜蛋白,由一個N端胞外配體結(jié)合區(qū)(450個氨基酸)、一個短疏水跨膜結(jié)構(gòu)域(20～25個氨基酸)和一個C端胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(570個氨基酸)組成,后者進(jìn)一步細(xì)分為蛋白激酶同源結(jié)構(gòu)域、二聚結(jié)構(gòu)域和GC催化結(jié)構(gòu)域[3]。NPR-A主要分布于腎、腎上腺、回腸末端、脂肪、主動脈和肺組織。當(dāng)BNP與NPR-A結(jié)合后,可催化合成細(xì)胞內(nèi)第二信使環(huán)磷酸鳥苷(cyclic guanosine monophosphate,cGMP),進(jìn)而激活一系列cGMP結(jié)合蛋白,如cGMP依賴型蛋白激酶、cGMP依賴型磷酸二酯酶(cGMP-dependent phosphodiesterase,PDE)和cGMP依賴性離子通道等,共同發(fā)揮多種生理作用[4]。

BNP主要通過NPR-C途徑得以清除。NPR-C在許多細(xì)胞類型中都有表達(dá),尤其是內(nèi)皮細(xì)胞和脂肪細(xì)胞,它無GC活性,以二聚體形式存在于胞膜上[5],又被稱為“清除受體”。BNP與NPR-A和NPR-C結(jié)合后形成配體-受體復(fù)合物,該復(fù)合物通過一種能量-溫度依賴機制,由網(wǎng)格蛋白包被形成的囊泡迅速內(nèi)吞入胞內(nèi)[6-8]。進(jìn)入胞內(nèi)的大部分復(fù)合物將被溶酶體降解,降解產(chǎn)物釋出胞外;另有約20%的復(fù)合物逃脫了溶酶體的降解,受體重新循環(huán)至胞膜,配體則再次進(jìn)入胞外,二者可繼續(xù)結(jié)合參與生理活動的調(diào)節(jié)[8-9]。NPR-A與NPR-C的比值對BNP的生物活性起著重要的調(diào)節(jié)作用[10]。此外,BNP還可被腦啡肽酶(neprilysin, NEP) 、二肽基肽酶-4和胰島素酶裂解清除[11]。NEP是一種表達(dá)于質(zhì)膜上的鋅依賴酶,存在于肺內(nèi)皮、腎臟和中性粒細(xì)胞中,它可降解包括BNP、緩激肽、血管緊張素(angiotensin,Ang)Ⅰ和Ⅱ及內(nèi)皮素-1在內(nèi)的多種肽類。

2 BNP對水鈉代謝和血管容量的調(diào)節(jié)

機體對水鈉代謝和血管容量穩(wěn)態(tài)的維持,是通過拮抗系統(tǒng)間的微調(diào)協(xié)作和動態(tài)互動來實現(xiàn)的:促進(jìn)血管收縮和水鈉潴留的神經(jīng)體液通路主要包括腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)、交感神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)皮素-1和抗利尿激素;促進(jìn)血管舒張和排鈉利尿的通路主要是NPS和內(nèi)皮型一氧化氮,其中NPS和RAAS是一對主要的拮抗系統(tǒng)[12]。BNP與NPR-A結(jié)合后,可抑制腎小球球旁細(xì)胞對腎素的分泌和腎上腺皮質(zhì)球狀帶對醛固酮的分泌,除此之外,該途徑還可直接拮抗AngⅡ和醛固酮產(chǎn)生的血管收縮和水鈉潴留效應(yīng),但其中的具體機制尚不清楚[13]。

BNP還可通過直接的腎臟作用,對水鈉代謝進(jìn)行調(diào)節(jié)。NPR-A在腎血管、腎小球系膜細(xì)胞、足細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞中都有高度表達(dá)[2]。BNP通過擴(kuò)張入球小動脈和收縮出球小動脈,使腎小球毛細(xì)血管壓力升高,增加腎小球濾過率。同時,BNP還能加快腎臟血流速度,抑制RAAS,降低交感神經(jīng)系統(tǒng)活性,拮抗內(nèi)皮素-1和抗利尿激素等途徑,協(xié)同發(fā)揮排鈉利尿作用,這一系列作用主要是通過NPR-A信號通路來實現(xiàn)。

在血管系統(tǒng)中,NPR-A主要表達(dá)于平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞,后者密度更高。有研究利用Crelox技術(shù)對小鼠這兩種細(xì)胞中的NPR-A基因進(jìn)行選擇性消融,以分析究竟是哪種細(xì)胞在NPS介導(dǎo)的降壓調(diào)節(jié)中起主導(dǎo)作用。對平滑肌細(xì)胞進(jìn)行NPR-A消融后,小鼠在急性應(yīng)激條件下表現(xiàn)出明顯的高血壓反應(yīng),但其慢性動脈血壓水平未發(fā)生變化,這表明平滑肌細(xì)胞產(chǎn)生的血管擴(kuò)張效應(yīng)主要參與NPS對血壓的急性調(diào)節(jié)。與之相反,對內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行NPR-A消融后,小鼠出現(xiàn)了慢性高血壓,其血容量增加了11%～13%,這表明NPS通過調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞的通透性來維持血容量的長期穩(wěn)定[13-14]。

3 CHF時BNP反應(yīng)性降低的潛在機制

現(xiàn)已證實,BNP 水平的升高與CHF嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[15-16],BNP水平顯著升高的患者會出現(xiàn)明顯的水鈉潴留和血管收縮體征。此外,大量臨床研究[17-21]表明,將rhBNP用于紐約心功能分級Ⅲ～Ⅳ級的患者時,患者應(yīng)用rhBNP之前的靜脈血漿BNP水平越高,rhBNP排鈉利尿和改善心功能的療效就越差。這似乎表明,此時高水平的BNP已無法發(fā)揮正常的心臟保護(hù)作用,CHF患者已對BNP產(chǎn)生了“抵抗”,對它的反應(yīng)性降低了。針對這一現(xiàn)象,國內(nèi)外學(xué)者展開了廣泛的研究,提出了諸多可能機制。

3.1 活性BNP的生成減少

人類BNP自心臟分泌后,以較長的proBNP-108形式釋放,隨后在心肌細(xì)胞表面被跨膜絲氨酸蛋白酶corin和furin裂解為N末端腦鈉肽前體(NT-proBNP)和BNP-32[22]。proBNP-108、NT-proBNP和BNP-32連同它們的多種截斷片段一起循環(huán)于體內(nèi)[22-23]。CHF時具有生物活性的BNP-32只占血漿BNP的很小一部分,此時處于高循環(huán)水平的是那些未處理、低活性或無活性的BNP,也正是這部分BNP競爭性地占據(jù)了NPR-A,減弱了BNP對CHF的保護(hù)性調(diào)節(jié)[22,24]。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因主要有兩方面,其一是CHF時心室中proBNP-108的產(chǎn)生和分泌明顯增加,其靠近裂解位點區(qū)域的O-糖基化抑制了corin和furin的活性[22,25],使得對BNP加工成熟起重要作用的兩種酶無法發(fā)揮作用,致使BNP-32的生成受阻。其二是CHF時二肽基肽酶-4的活性增強,它可將循環(huán)BNP中的N端二肽去除,產(chǎn)生生物活性較低的截短形式并快速被降解,這同樣阻礙了BNP-32的生成。proBNP-108產(chǎn)生cGMP的能力只有BNP-32的1/20～1/10,且其與NPR-C的親和力比BNP-32弱,這使得proBNP-108在循環(huán)中的半衰期更長,然而現(xiàn)有的檢測手段無法將BNP-32與proBNP-108區(qū)分開來。由此可見,盡管CHF時測定的血漿BNP濃度增加,但真正具有生物活性的BNP-32仍相對缺乏,以至無法正常行使對心臟的保護(hù)作用[26]。

3.2 BNP的清除增加

在CHF患者的心肌組織中觀察到,NPR-C mRNA的表達(dá)增加,且其增加與抑制BNP產(chǎn)生cGMP有關(guān),同時,在左心室輔助設(shè)備支持期間的反向重構(gòu)可使NPR-C mRNA水平正?；?并恢復(fù)GC活性和BNP的抗重構(gòu)作用[27]。來自大鼠模型的證據(jù)顯示,與對照組相比,嚴(yán)重CHF時腎NEP的活性顯著增加,腎NEP mRNA的表達(dá)增加了3倍,這提示CHF時NEP對BNP的降解作用增強[28]。Fielitz等[29]也發(fā)現(xiàn),CHF患者左心室心肌組織中NEP mRNA的表達(dá)量和NEP活性比心功能正常者高約4倍。通過臨床研究[30]證實,抑制NEP可降低CHF患者的住院和死亡風(fēng)險。

3.3 靶器官對BNP的反應(yīng)性減弱

Forfia等[31]研究發(fā)現(xiàn),CHF犬血漿cGMP與BNP的比值顯著下降,這提示CHF犬外周血管床中的NPR-A可能出現(xiàn)了下調(diào)。Singh等[32]應(yīng)用放射性標(biāo)記的利尿鈉肽類似物證實,CHF患者心肌細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞中NPR-A的密度顯著下調(diào)。

磷酸化是一種重要的翻譯后修飾方式,對NPR-A的活性調(diào)節(jié)至關(guān)重要[33]。體內(nèi)和體外研究[13,34]均表明,AngⅡ、內(nèi)皮素-1和高濃度的BNP都可使NPR-A去磷酸化而脫敏。然而在實驗性CHF中,腎臟對NPS的低反應(yīng)雖伴隨著NPR-A表達(dá)水平的降低,但其磷酸化狀態(tài)仍被保留[35]。因此,CHF時發(fā)生的NPR-A脫敏,是否還有去磷酸化以外的其他調(diào)節(jié)途徑,有待進(jìn)一步探究。

眾所周知,cGMP可被胞內(nèi)PDE降解(如PDE5)。在一項應(yīng)用持續(xù)心房起搏誘導(dǎo)犬發(fā)生心力衰竭的實驗中發(fā)現(xiàn),在心力衰竭時PDE5的活性增強,應(yīng)用PDE5抑制劑可使血漿cGMP 與BNP比值降低的情況得到改善,但在非心力衰竭動物中無效[31]。

因此,在CHF狀態(tài)下,靶器官的NPR-A表達(dá)減少且對BNP的敏感性降低,使得大量BNP無法與足量正常的受體相結(jié)合,同時胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)也受到抑制,這些都削弱了BNP對心臟的保護(hù)作用。

3.4 拮抗系統(tǒng)對BNP的反調(diào)節(jié)

BNP是RAAS的天然拮抗劑,可抑制心肌肥厚和纖維化。正常情況下AngⅡ能刺激BNP的合成與釋放,但隨著CHF的進(jìn)展,RAAS的慢性過度刺激效應(yīng)將會壓倒BNP的有益影響,同時削弱BNP的響應(yīng)能力。研究表明,高水平的AngⅡ可誘導(dǎo)NPR-A下調(diào)[19],過量的AngⅠ可使NEP活性顯著增加[36],這些都降低了BNP的生物活性。

交感神經(jīng)系統(tǒng)會抵消NPS的效應(yīng),特別是在腎臟,因為二者在小動脈和腎小管水平有多個共同靶點。與同齡健康受試者相比,CHF患者的全身和心臟交感神經(jīng)活性均顯著升高[37]。失神經(jīng)腎中的NPR-A密度高于非失神經(jīng)腎,且在失神經(jīng)腎中,與NPR-A相關(guān)的 cGMP產(chǎn)量也更高,還表現(xiàn)出更高的腎小球濾過率[38]。

除上述BNP抵抗的機制外,BNP顯著升高的患者還常伴有嚴(yán)重的CHF、腎臟充血、腎臟低血流灌注和腎功能受損等情況,這些不利因素均會抑制內(nèi)源性BNP和rhBNP對腎血管擴(kuò)張及排鈉利尿的效果。

4 基于提高BNP水平的臨床治療方法

CHF時BNP-32的分泌量相對不足,以至于無法發(fā)揮對機體的保護(hù)作用,提高BNP-32的血漿水平似乎是治療CHF的有效方法。通過基因重組技術(shù),人們獲得了與內(nèi)源性BNP-32具有相同氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的rhBNP,它可模擬內(nèi)源性BNP-32 的生物活性,加速血管擴(kuò)張,改善血流動力學(xué),降低肺循環(huán)壓力,促進(jìn)排鈉利尿,對CHF起到治療作用。但如前所述,其治療效果會受到BNP嚴(yán)重程度的制約。

另有研究發(fā)現(xiàn),抑制NEP可減少BNP降解,提高BNP的血漿水平,但同時也會相應(yīng)地增強AngⅡ和內(nèi)皮素-1的拮抗作用[39],因此具有抑制NEP與RAAS雙重效應(yīng)的血管緊張素受體-腦啡肽酶抑制劑(angiotensin receptor-neprilysin inhibitor,ARNI)便應(yīng)運而生。沙庫巴曲/纈沙坦是目前唯一可用的ARNI類藥物。2016年更新的心力衰竭指南[40]建議使用ARNI、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑或血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑來降低慢性射血分?jǐn)?shù)降低性心力衰竭患者的發(fā)病率和死亡率,并建議癥狀性紐約心功能分級Ⅱ～Ⅲ級的患者,若能耐受血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑或血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑,則應(yīng)更換為ARNI以進(jìn)一步降低發(fā)病率和死亡率(Ⅰ,B)。隨著對《2017 ACC專家共識決策路徑:優(yōu)化心力衰竭的治療》的聚焦,ARNI類藥物在慢性射血分?jǐn)?shù)降低性心力衰竭患者中的有益作用得到了更多研究數(shù)據(jù)的支持[41-44]。更新的《2021 ACC專家共識決策路徑:優(yōu)化心力衰竭的治療》[45]將ARNI列為RAAS抑制劑的首選藥物,并指出,當(dāng)患者符合所有ARNI起始治療標(biāo)準(zhǔn)時,應(yīng)直接啟動ARNI,而無需用血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑或血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑進(jìn)行預(yù)處理。

5 小結(jié)

人體是一個復(fù)雜的有機整體,造成CHF時機體對BNP反應(yīng)性降低的機制更是環(huán)環(huán)相扣,這其中有太多未知需更深入地研究與發(fā)掘。利用藥理途徑提高CHF時BNP-32的血漿水平,雖能在一定程度上使BNP的有益效能得以延續(xù),但 “BNP抵抗”現(xiàn)象的存在,依然讓增加的BNP不能充分發(fā)揮作用,以至無法達(dá)到理想的治療效果。因此,應(yīng)探尋更有效的治療途徑,扭轉(zhuǎn)CHF時BNP低效能的狀態(tài),增加機體對BNP的敏感性,例如研制NPR-A激動劑、增敏劑和NPR-C抑制劑等,使BNP能最大程度地發(fā)揮保護(hù)機體的作用,得到CHF更加完備的治療方案。