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编号:10270434
内皮素转换酶、内皮素与糖尿病血管病变
http://www.100md.com 中国糖尿病杂志 2000年第5期第8卷 综述
     重庆医科大学附属第一医院内分泌科 邮政编码 400016 郭立新 汪恕萍

    关键词:

    摘要:中国糖尿病杂志000514 内皮素是目前所知的最强的长效缩血管活性多肽,主要由血管内皮细胞合成。其通过自分泌、旁分泌或内分泌等作用,在正常生理活动及某些疾病,尤其是与血管病变有关的疾病的发生、发展中起重要作用。内皮素转换酶是内皮素生物合成的关键酶,在体内内皮素生物活性调节上起着极为重要的作用。糖尿病并发症繁多,血管并发症是其主要并发症及致死、致残的主要原因。因此,进行内皮素转换酶、内皮素与糖尿病血管病变的研究,探求内皮素转换酶、内皮素在其中的可能机制尤为必要。

    一、内皮素、内皮素转换酶的来源、结构

    内皮素(endothelin,ET)于1988年由日本学者Yanagisawa等[1]从猪的主动脉内皮细胞分离并纯化,是具有21个氨基酸的多肽家族。目前发现的内皮素有3种,分别为ET-1、ET-2、ET-3。三种内皮素间仅相差几个氨基酸,其肽链内1,15位、3,11位胱氨酸的二硫键形成所谓发夹突环结构(hairpin loop),该结构及其C-末端结构与内皮素活性及功能密切相关。ET-1、ET-2、ET-3的cDNA结构相似,分别定位于第6、10、20号染色体上。ET-1基因[2]长约6.8Kb,含5个外显子(exon)、4个内含子(intron)。首先由内皮细胞分泌含212个氨基酸的前内皮素原(prepo-ET),经特异性肽酶作用形成前内皮素(即大内皮素,big-ET,含38个氨基酸),然后由内皮素转换酶(endothelin coverting enzyme,ECE)剪切,产生具有生物活性的ET-1[3]
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    人类ECE的cDNA已被克隆[4]。人ECE由758个氨基酸残基组成,与大鼠及牛ECE的cDNA具有高度同源性。应用抗大鼠肺ECE抗体进行免疫印迹分析(immunoblot analysis)显示,用人ECE cDNA转染的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)及非洲绿猴肾细胞(COS-1)膜成分存在ECE的免疫活性蛋白,且仅膜成分对big ET-1的转换效果最佳。ECE分为ET-1和ET-2两种,ET-1起主要作用。新近又发现ET-1有三种异构体,分别为ET-1a、ET-1b、ET-1c。ECE能特异地作用于ET-1中Trp-Val(big-ET1,2)或Trp-Ile(big-ET3)之间的肽键,使其断裂,完成big-ET向ET的转换。

    二、内皮素转换酶、内皮素的生物学特性

    人ECE是一种膜结合型(membrane-bound)金属内肽酶,在体内分布广泛。主要位于心血管系统,在肾系膜细胞、神经细胞、肺泡、支气管上皮细胞、子宫平滑肌等处也有存在。目前据其转换活性最适pH把ECE分为酸性ECE(最适pH4.0)及中性ECE(最适pH7.0)。大多认为生理情况下big-ET的转换主要由中性ECE担任。ECE的分布与ET mRNA、ET水平、ET受体(ET-R)的分布呈平行关系[5]。由于ET主要通过自分泌和旁分泌而起作用,故ECE主要存在于血管等组织中。免疫组化及Northern blot方法证实人单核细胞内含有ET-1,循环血液中的多型核白细胞(PMNs)可使big ET-1转化为ET-1,说明ECE的转换可发生在多级水平上,受多种因素的调节[5]
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    ET是一种循环激素,对血管、心脏、肾脏等器官,对内分泌系统、呼吸系统以及中枢神经系统等多种系统均有调节作用。内皮素通过与其相应的受体结合而起作用。目前发现有ETA、ETB、ETC三种受体。ET与受体结合后,通过激活鸟苷酸环化酶、磷脂酰肌醇系统和电压依赖性L型钙通道,引起Ca2+内流,使胞浆内钙离子浓度增加,从而引起持续的生物学效应。同时可引起血管平滑肌细胞的基因表达及细胞增殖,促进平滑肌细胞的有丝分裂,使血管壁增厚,弹力下降;并可增强心肌收缩力,刺激心房细胞释放心钠素,抑制肾素释放,收缩呼吸道平滑肌。ET对全身血管普遍具有收缩作用,其缩血管作用强而持久,并呈剂量依赖性。

    三、内皮素转换酶、内皮素、内皮素受体的抑制剂、拮抗剂

    已发现酸性ECE可被pepstatin A完全抑制,而不被phosphoramidon、PMSF、leupeptin、E-64及EDTA等蛋白酶抑制剂所抑制。而中性ECE不被pepstatin A所抑制,但可被EDTA、ECTA抑制,尤对phosphoramidon抑制敏感。目前动物实验多用phosphoramidon作为ECE抑制剂(ECE inhibitor,ECEI)。鉴于中性ECE 在big-ET向ET的转变中起重要的病理生理作用,应用ECEI阻抑big-ET向ET的转化业已成为当前研究的又一热点。已发现ET的缩血管作用不受α-肾上腺素能、组织胺能、5-羟色胺能受体阻断剂影响,但可部分被心钠素、硝酸甘油所抑制。在动物实验中发现了数种内皮素、内皮素受体拮抗剂,其中环五肽类物质对内皮素受体有特异拮抗作用。
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    ET-1还具有血管紧张素转换酶(ACE)样活性,使血管平滑肌细胞和心肌内局部血管紧张素Ⅱ合成增加,后者反过来刺激内皮细胞合成更多的ET-1。ET-1尚可增加儿茶酚胺的缩血管效应。对WKY大鼠的体研究发现,血管紧张素Ⅱ可刺激ET-1 mRNA的表达,此作用可被ET-A拮抗剂阻断。在动物实验中应用血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)后可使增高的ET-1水平得到改善[6]。此可为血管病变患者应用ACEI治疗提供理论依据。

    四、内皮素转换酶、内皮素与糖尿病及糖尿病血管病变

    血管并发症是糖尿病患者的主要并发症及致死、致残的主要原因,而血管内皮损伤则是血管病变的基础。糖尿病时多种因素可直接或间接导致血管壁受损,促使内皮细胞功能紊乱,在还没有出现动脉粥样硬化的证据时就已出现内皮功能异常[7]。ECE mRNA表达增加所导致的ET含量增加是内皮功能受损的一个标志。糖尿病一般均伴有ECE活性改变及ET-1水平增高,且可视为糖尿病的一个佐证,这种改变参与了动脉粥样硬化的发生、发展,并与动脉粥样硬化的程度与范围明显相关[8]。低切应力使ECE在血管内皮的表达受抑制,缺血、缺氧、缓激肽、血管紧张素Ⅱ的增高可引起ECE-1 mRNA表达增加,ET-1 mRNA与ECE mRNA显示出一致的变化[9]。因而,ET水平及ECE活性的改变在糖尿病及血管并发症的发生、发展中起重要作用。已证实高胰岛素血症和高甘油三酯血症能明显升高血浆ET水平,且两者具有协同效应[10]。糖尿病血管并发症的高发与血浆载脂蛋白B(apoB)升高有内在联系,ET水平与apoB浓度呈正相关。通过高效液相层析纯化的apoB和脂蛋白ECE(lipoprotein ECE)具有相同的ECE活性,说明人ECE是由与apoB相似或相近的成分所组成[11]。糖尿病合并下肢慢性动脉阻塞性疾病(CAOD)的患者,其ET-1水平显著升高,增高的ET-1浓度与空腹胰岛素水平相关联。这种与胰岛素关联的ET-1过量表达参与并促进了动脉粥样硬化的发生,并使血管的紧张度进一步增强[12]。应用定量聚合酶链反应技术(qPCR)发现,ECE-1表达水平在发生心血管病变患者动脉组织中表达增高,应用β受体阻滞剂并不能降低ECE-1的表达[13]。在对糖尿病大鼠的研究中发现,ECE活性增高致糖尿病大鼠肾组织ET-1表达增加,同时肾血流量下降大约33%(与正常大鼠比较,P<0.001),应用内皮素受体拮抗剂BQ-123后肾血流量呈剂量依赖性增加[14]。Turner等[15]在对fa/fa Zucker糖尿病鼠的研究中发现,尿ET-1水平增加与肾脏病变早期阶段的蛋白尿相关联,增高的ET-1清除率和ET-1 mRNA与2型糖尿病肾脏病变相关联。研究发现ET-1与视网膜病变亦关系密切,升高的ET-1浓度与糖尿病视网膜病变、尤其是增殖性视网膜病变前期有明显的相关性,且与病变程度呈正相关。增高的ET-1促发了糖尿病视网膜病变的发生、发展,并可作为一个循环标志物[16]。有关微血管病变的其它研究也显示,升高的血浆big ET-1水平、big ET-1向ET-1的转化减少与糖尿病微血管病变有一定联系,其影响甚于内皮功能紊乱[17]。研究发现ACEI对循环ET-1水平有一定影响。糖尿病患者经Captopril治疗后ECE mRNA表达及血清ET-1水平显著下降,应用安慰剂组没有明显变化。同时Captopril也显著减少在胰岛素灌注时各时间点big-ET的增值幅度以及再次胰岛素灌注时的ET-1水平[18]
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    目前有关ECE、ET及其拮抗剂、抑制剂的研究已逐步展开。但仍有如下一些问题有待解决:①应用ECEI者停药后则会引起大量堆积的big-ET转换,致ET再度升高;②ECEI对体内多种蛋白酶均有不同程度的抑制作用,有可能引起其他不良反应。对糖尿病患者应用ACEI类来代替ECEI似有如下优点:①由于血管紧张素Ⅱ下降致ECE活性下降,进而使ET减少;②对血管内皮的保护作用;③长期应用可改善胰岛素抵抗及高脂血症等。相信随着研究的进一步深入,毒副作用较小的特异ECEI将在临床上广泛应用,并对糖尿病血管病变的治疗产生重要影响。

    综上所述,糖尿病患者存在内皮功能紊乱及ECE活性、ET-1水平异常,且这种异常与糖尿病的血管并发症密切相关。ECE、ET-1在糖尿病血管并发症的发生、发展中起一定作用。内皮素转换酶抑制剂、内皮素或内皮素受体拮抗剂、ACEI的应用可能有助于延缓和/或防治糖尿病血管病变的发生、发展。进行相关研究可能有助于揭示糖尿病及其并发症的发生机制,为糖尿病及并发症的防治提供科学的依据。
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    参考文献

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    (收稿:1999-05-26 修回:1999-11-10), http://www.100md.com