孫 歡，于 明，趙綺旎，楊 萍*

(1.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院心血管內(nèi)科，長春 130033； 2.吉林省重大心血管疾病精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，長春 130033； 3.吉林省心血管研究所，長春 130033)

心力衰竭(心衰)是心血管疾病發(fā)展的最終階段，其以心輸出量相對或絕對不足為主要表現(xiàn)。心衰是一類進(jìn)行性發(fā)展的臨床綜合征，其五年病死率可達(dá)50%，為人類造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和社會負(fù)擔(dān)[1-2]。心衰的過程是由心血管疾病(如缺血性心臟病、高血壓、先心病、瓣膜病及心包疾病等)啟動，進(jìn)而一系列神經(jīng)體液因素被激活，導(dǎo)致心功能進(jìn)行性惡化，雖然心力衰竭的機(jī)制和治療方法在動物模型、體外實(shí)驗(yàn)及臨床研究中都不斷取得進(jìn)展，但是心力衰竭的死亡率仍然居高不下[3-5]。

環(huán)磷酸腺苷(cAMP)和環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)是細(xì)胞內(nèi)的第二信使，在心血管活動調(diào)節(jié)方面起著重要作用[6-7]。磷酸二酯酶(PDEs)是一系列水解cAMP及cGMP的水解酶，是調(diào)節(jié)cAMP和cGMP水平的重要環(huán)節(jié)，針對PDEs尤其是PDE3和PDE5的干預(yù)對于心力衰竭治療有著重要意義，其治療價(jià)值也需要進(jìn)一步評價(jià)和研究。

1 環(huán)磷酸腺苷與環(huán)磷酸鳥苷

環(huán)磷酸腺苷(cAMP)與環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)是細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使，對于調(diào)節(jié)細(xì)胞功能與活動起著重要的作用。一系列激素和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路都通過這兩種第二信使進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而調(diào)控細(xì)胞活動，而心肌細(xì)胞的活動也與他們密切相關(guān)[8-9]。由于PDEs通過水解cAMP和cGMP調(diào)控細(xì)胞活動，理解cAMP和cGMP的作用對掌握PDEs對細(xì)胞活動的意義至關(guān)重要。

cAMP由腺苷酸環(huán)化酶催化三磷酸腺苷形成，其降解由不同磷酸二酯酶(PDEs)催化。cAMP在心肌細(xì)胞中的作用有：(1)活化蛋白激酶A(PKA)，由PKA進(jìn)行一系列磷酸化過程，例如：L型鈣離子通道、蘭尼堿受體2(ryanodine receptor 2,RyR2)受體、受磷蛋白(phospholamban,PLB)及肌鈣蛋白I，從而加強(qiáng)心肌細(xì)胞的鈣瞬變和心肌細(xì)胞收縮力。由交感神經(jīng)持續(xù)興奮導(dǎo)致的全心肌細(xì)胞的PKA激活被認(rèn)為是高血壓及心衰發(fā)展過程中的重要因素，會導(dǎo)致心肌的重構(gòu)而進(jìn)一步加重心功能的惡化[10]；(2)激活cAMP調(diào)節(jié)的氨基鳥苷酸轉(zhuǎn)換因子(Epacs)，從而觸發(fā)Ca2+-鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶(CaMKⅡ)的活化，進(jìn)一步引起心肌肥厚等病理過程。而CaMKⅡ引起的RyR2磷酸化會導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子外溢，引起心律失常及心肌重構(gòu)和心功能惡化[11-12]。

cGMP由鳥苷酸環(huán)化酶催化三磷酸鳥苷形成，其降解由相應(yīng)的具有cGMP活性的PDEs催化，它在心肌細(xì)胞中的主要作用似乎與cAMP相反[13]，包括：(1)cGMP可通過蛋白激酶G(PKG)抑制L型鈣通道電流、通過抑制肌鈣蛋白I的磷酸化而減弱其對鈣離子的敏感性，這可起到負(fù)性肌力作用[14]；(2)NO作為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的一部分，可通過增加cGMP濃度起到生物活性，而cGMP濃度的增加被證明能夠改善心室重構(gòu)和治療心力衰竭[15]。

2 磷酸二酯酶家族(PDEs)

PDEs是能夠催化水解環(huán)磷酸核苷磷酸二酯鍵，其活性最早有Sutherland及其同事所報(bào)道[16]。其家族成員眾多，現(xiàn)在被認(rèn)識到的哺乳動物體內(nèi)的PDE種類有從PDE1到PDE11十一個(gè)種類，同時(shí)又存在有不同的同工酶，而不同PDEs的分布和功能也各有特點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上看，PDEs的蛋白結(jié)構(gòu)可分成三個(gè)部分[17-18]：n-端的鉚定域，C端高度保守的催化域以及中段的調(diào)節(jié)域。從PDEs水解的底物分類，可以將PDEs分成三類：第一類特異性水解cAMP，包括PDE4、PDE7和PDE8；第二類特異性水解cGMP，包括PDE5、PDE6和PDE9；第三類能夠水解cAMP和cGMP，包括PDE1、PDE2、PDE3、PDE10和PDE11。

由于其不同亞型基因表達(dá)的不同使得我們能夠應(yīng)用mRNA的表達(dá)分布了解各種PDEs在組織內(nèi)的分布，進(jìn)而可探索它們的不同作用：

PDE1:分布于平滑肌、心臟、肺、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等；其作用包括調(diào)節(jié)平滑肌細(xì)胞收縮增殖、調(diào)節(jié)精子活動、調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞功能等[18-20]；

PDE2:分布于腎上腺、神經(jīng)系統(tǒng)、平滑肌、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等；其功能包括調(diào)節(jié)cGMP和cAMP之間的相互作用、調(diào)節(jié)腎上腺的分泌作用、調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)活動、心肌鈣離子通道活性等[21-22]；

PDE3:分布于心臟、血管平滑肌、血小板、腎、肝、免疫細(xì)胞等；其作用包括：調(diào)節(jié)心肌收縮力、血小板聚集、血管平滑肌收縮、腎素釋放及胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等[23-24]；

PDE4:分布于被廣泛表達(dá)于各種組織內(nèi)。其作用包括調(diào)節(jié)腦功能、調(diào)節(jié)單核細(xì)胞及巨噬細(xì)胞功能、血管平滑肌細(xì)胞增殖等[18]；

PDE5：分布于心臟、血小板、血管平滑肌、腦、腎、肺和骨骼??；其主要作用包括調(diào)節(jié)血管收縮，尤其是陰莖和肺部血管的舒縮，同時(shí)通過調(diào)節(jié)NO-cGMP信號系統(tǒng)調(diào)節(jié)血小板聚集等[25-27]；

PDE6:分布于視覺系統(tǒng)中；其主要作用在于調(diào)節(jié)眼部視覺信號的傳輸；

PDE7:分布于免疫系統(tǒng)、骨骼肌、內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)系統(tǒng)等；主要被報(bào)道作用于T細(xì)胞的活化及免疫調(diào)節(jié)方面；

PDE8:分布于睪丸、脾、消化系統(tǒng)、腎、神經(jīng)系統(tǒng)、心臟等；可調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞對β受體激動的反應(yīng)及T細(xì)胞活化等功能[28]；

PDE9:廣泛分布于各種組織內(nèi)，其作用尚鮮為人知，可能與腦組織中的NO-cGMP信號相關(guān)[29]；

PDE10:在腦、睪丸、甲狀腺等組織中高表達(dá)；其功能與調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)和記憶功能相關(guān)；

PDE11:在骨骼肌、前列腺、睪丸、甲狀腺、唾液腺及肝等組織中表達(dá)。其功能可能與精子的發(fā)育和功能相關(guān)。

3 PDE3和PDE5在心血管系統(tǒng)中的作用及其抑制劑在心衰中的應(yīng)用研究

從PDE的功能和分布上看，我們能夠得知雖然PDEs分布廣泛，但是其功能各異，因而我們對于心血管系統(tǒng)疾病的治療靶點(diǎn)主要集中于在心血管系統(tǒng)作用突出的PDE3和PDE5。而PDE3和PDE5抑制劑在心血管尤其是心臟中的作用受到廣泛重視，也在心血管疾病中應(yīng)用的最為廣泛。

PDE3曾經(jīng)被認(rèn)為是能夠治療心衰的重要靶點(diǎn)，一系列針對PDE3的治療旨在對心肌細(xì)胞起到正性肌力作用進(jìn)而改善心衰病人的血流動力學(xué)，然而臨床研究的慘淡結(jié)果使得這一類治療策略黯然失色。早在1991年，針對心衰病人口服PDE3抑制劑米力農(nóng)的研究PROMISE就得出來令人沮喪的結(jié)果[30]：在入選了1088例心衰病人后，隨機(jī)分組后，米力農(nóng)治療組病人的全因死亡率較安慰劑組升高了28%，心血管死亡率升高了34%，而且心衰癥狀重的病人中這一死亡風(fēng)險(xiǎn)的增加更加明顯，可達(dá)到53%。這樣的結(jié)果讓人們開始重新審視米力農(nóng)或PDE3抑制劑對心衰治療的效果，同時(shí)提示人們正性肌力藥物對于慢性心衰可能效果不佳。同樣，另一種PDE3抑制劑依諾昔酮，在一項(xiàng)多中心雙盲研究中，相比于安慰劑組，治療組出現(xiàn)了更高的死亡率[31]。在更新的研究OPIME-CHF研究中，靜脈應(yīng)用米力農(nóng)治療失代償心力衰竭病人—心功能Ⅲ～Ⅳ級—也出現(xiàn)了死亡率升高的問題，雖然病人的血流動力學(xué)可以得到改善[32-33])。這一系列臨床研究似乎不停地向人們傳達(dá)著一個(gè)信息：PDE3抑制劑對于心衰病人的治療有害無益，這似乎與我們對于cAMP的認(rèn)識不謀而合：當(dāng)心力衰竭發(fā)生時(shí)，機(jī)體的神經(jīng)-體液環(huán)境發(fā)生改變，例如交感神經(jīng)興奮、β受體激動等反應(yīng)，激活心肌細(xì)胞內(nèi)的腺苷酸環(huán)化酶，使細(xì)胞內(nèi)的cAMP升高，心肌細(xì)胞收縮力增加從而彌補(bǔ)心輸出量的不同，然而持續(xù)的刺激使得心肌細(xì)胞出現(xiàn)失代償，從而使得心力衰竭不斷惡化，而應(yīng)用了PDE3抑制劑自然會使得細(xì)胞內(nèi)cAMP升高，這與心力衰竭進(jìn)展的病理生理過程出奇的相似，使得心力衰竭雪上加霜[34-35]。

然而，一系列新的研究仍然為這一類治療帶來了新的視野和觀點(diǎn)：

(1)不同病因引起的心衰對PDE3抑制劑存在不同的治療效果。首先，一項(xiàng)針對OPTIME-CHF的亞組研究揭示了對于非缺血性心臟病人，米力農(nóng)的治療沒有升高死亡率[33]。眾所周知，導(dǎo)致心衰的病因多種多樣，缺血性心臟病固然是導(dǎo)致心力衰竭的主要病因，然而非缺血性心臟病，如高血壓、心肌炎及擴(kuò)張性心肌病，亦是導(dǎo)致心力衰竭發(fā)生、發(fā)展的重要因素。同時(shí)，動物實(shí)驗(yàn)也揭示了其對于心肌炎的心臟損害，PDE3抑制劑可對模型小鼠起到保護(hù)作用，降低死亡率并有效改善心功能[36]。對于這一系列結(jié)果，我們似乎可以理解如下：不同病因所致的心力衰竭在啟動因素上存在不同，其所經(jīng)歷的病理生理過程可能存在不同，而它們對藥物或?qū)DE3的反應(yīng)也會有所不同，因此探索不同病因乃至不同程度疾病所致心衰中PDE3的作用以及它們對PDE3抑制劑可能存在的不同反應(yīng)可能會為PDE3抑制劑在心衰中的應(yīng)用提供更多的可能與證據(jù)。

(2)PDE3抑制劑的異質(zhì)性可能是解答PDE3抑制劑療效差異性的突破口。同樣是PDE3抑制劑，不同的藥物卻顯示出了各自獨(dú)特的藥理作用：同是PDE3抑制劑的西洛他唑，在心臟表現(xiàn)出的正性肌力作用很弱[37]，而其在外周表現(xiàn)出的抗血小板聚集作用卻十分突出[38]，甚至還可表現(xiàn)出抗血管重塑的作用[39]。西洛他唑在心臟同時(shí)會表現(xiàn)出抑制腺苷再吸收的特性，從而增加細(xì)胞外腺苷的濃度，這可能與其正性肌力作用比較弱有關(guān)[37-40]；而另一種具有明顯正性肌力作用的PDE3抑制劑Pimobendan, 在日本被批準(zhǔn)用于治療心力衰竭并被廣泛用于治療動物心力衰竭(獸醫(yī)用藥)，其被證明可以有效保護(hù)心肌炎所導(dǎo)致心臟損傷[36]，而這一作用被認(rèn)為與NO代謝相關(guān)，同時(shí)在日本進(jìn)行的臨床研究和動物心衰研究均提示其沒有表現(xiàn)出升高死亡率的特點(diǎn)[41-43]。兩種不同的PDE3抑制劑的臨床研究也表明米力農(nóng)較olprinone更易增加缺血性心臟病病人的死亡率[44]這些結(jié)果提示同是存在有正性肌力藥性質(zhì)，不同的PDE3抑制劑可能存在有不同的特性。由此可見，不同的PDE3抑制劑可能存在有明顯的異質(zhì)性，增加心衰病人死亡率的“類效應(yīng)”可能有所不同，因此深入探索各類磷酸二酯酶抑制劑的特性和特點(diǎn)可能會有助于對于不同藥物在心衰過程中的選擇應(yīng)用以及為心衰治療提供更多的方案。

(3)PDE3抑制劑的異質(zhì)性可能與作用的PDE3亞型(PDE3A和PDE3B)不同有關(guān)。我們知道，米力農(nóng)這一類PDE3抑制劑對PDE3抑制的作用是沒有選擇性的，也就是說機(jī)體內(nèi)或心肌內(nèi)的PDE3的各種亞型都會受到抑制，從而不可避免的發(fā)生整個(gè)細(xì)胞的cAMP濃度升高，由此自然可帶來相應(yīng)的心衰進(jìn)展[35]。利用基因敲除小鼠進(jìn)行的研究表明PDE3A和PDE3B在功能上有著明顯的不同[45]，PDE3A基因敲除小鼠心肌收縮力明顯增加，這種增加與肌漿網(wǎng)內(nèi)鈣濃度增加、肌漿網(wǎng)鈣離子攝取速度增加和肌漿網(wǎng)鈣泵(SERCA2)活性增加相關(guān)，而與L型鈣離子通道活性無關(guān)[46-47]，而PDE3B抑制可保護(hù)心肌的缺血再灌注損傷，提示PDE3B可能與線粒體氧化應(yīng)激等過程相關(guān)[48]，這樣一些結(jié)果提示我們不同的PDE3亞型可能在不同的亞細(xì)胞區(qū)域發(fā)揮作用。同時(shí)，Pdidovitch等[49]人的研究表明，不同PDE3亞型的基因敲除小鼠中壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)的心肌肥厚可發(fā)生明顯變化，說明PDE3亞型在疾病發(fā)展過程中起到的作用是不同的，改變不同細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)局部的cAMP濃度可對細(xì)胞的活動產(chǎn)生不同的影響。因而對于PDE3亞型的深入分析可向我們提供選擇特異性更高的抑制手段對心衰治療的作用，也會推動針對性更強(qiáng)的PDE3A或PDE3B抑制劑的研究以應(yīng)對不同的疾病病理生理過程[50]。

PDE5抑制劑在心血管領(lǐng)域被用于治療肺動脈高壓[51]，其對于左心衰的治療價(jià)值也不斷被揭示?，F(xiàn)已有研究表明PDE5在心衰動物模型中表達(dá)增加[52]，而應(yīng)用PDE5抑制劑可明顯抑制和逆轉(zhuǎn)壓力負(fù)荷增加誘導(dǎo)的心肌肥厚[53]，這一過程可下調(diào)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶途徑、PIK3/Akt及ERK2信號通路從而使心肌肥厚過程得到抑制。而進(jìn)一步的研究則發(fā)現(xiàn)這一保護(hù)作用在鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶基因敲除的小鼠中依然存在，從而說明了這樣一種保護(hù)作用的機(jī)制發(fā)生在更上游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的節(jié)點(diǎn)，其對心肌肥厚的多個(gè)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路存在有抑制和逆轉(zhuǎn)的作用[54]。此外，近年也意外發(fā)現(xiàn)PDE5抑制劑西地那非可通過雌激素激活eNOS-soluble guanylyl cyclase (sGC)-cyclic guanosine monophosphate (cGMP)-PKGIα (protein kinase Iα) 通路，這或許可以解釋在PDE5抑制劑緩解女性身上緩解心肌肥厚的作用優(yōu)于男性[55]。這樣一些研究結(jié)果也為心衰的治療提供了新的思路。

由此看來，PDEs在心臟及心衰的病理過程中的作用十分復(fù)雜，其抑制劑的作用也有著各自的特點(diǎn)，對于相關(guān)課題的研究能夠?yàn)槲覀兲峁┬乃ブ委煹男乱曇?、新觀點(diǎn)和新途徑，這一看似古老的話題在當(dāng)今時(shí)代仍然有著巨大的研究價(jià)值和意義。