治疗因缺血导致的损伤，最有效的方式是恢复血液灌注[1],然而，再灌注后极易引起缺血再灌注(ischemia/reperfusion, I/R)不可逆的损伤[2]。心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia/reperfusion injury, MIRI)即是这样一种心肌细胞缺血恢复灌注后的二次损伤。导致MIRI产生的病理机制主要与氧化应激、细胞内钙超载、能量代谢紊乱、细胞凋亡等相关[3](表1)。心脏缺血患者通常可以用β受体阻滞剂(美托洛尔、阿替洛尔等)、他汀类(洛伐他汀、阿托伐他汀等)、抗血小板类(如阿司匹林)、改善心肌的糖代谢类、抗心绞痛类药物减轻缺血性损伤。再灌注损伤用药方面，选择性β1受体阻滞剂(美托洛尔、艾司洛尔)、心房钠尿肽、对心肌I/R小鼠模型具有一定的心脏保护作用的胰高血糖素样肽1(glucagon-like peptide-1,GLP-1)类似物艾塞那肽[4]。此外，再灌注期间加入铁抑素1可能缓解再灌注损伤[5],结合铁的去铁胺也表现出对MIRI的缓解作用。

表1. MIRI主要的损伤机制

I/R过程中一些内源性肽发挥着重要的功能和作用，同时也会对心肌细胞起到一定的保护作用[9]。二肽基肽酶4(dipeptidyl peptidase 4,DPP4),也称为CD26,是一种体内重要的二肽酶，其能够水解体内很多内源性肽，如短肽类的趋化因子、激素等，从而使内源性肽被激活或失活。DPP4作为糖尿病治疗靶点，其抑制剂通过抑制肠分泌的肠促胰岛素[包括GLP-1和肠抑胃肽(gastric inhibitory polypeptide, GIP)]的水解治疗2型糖尿病。临床研究发现，长期使用DPP4抑制剂对心血管疾病没有显示出较好的改善作用，对心血管疾病的结局也没有任何影响。但是，在急性期，特别是围手术期使用DPP4抑制剂，MIRI得到了明显缓解，表明其对围手术期的MIRI具有一定的治疗作用[10]。但是，临床中还没有明确提及治疗MIRI的用药指南。因此，进一步阐述DPP4活性及其生理底物在MIRI中的潜在作用，可作为新的靶点或治疗策略提供治疗MIRI的新思路、新方法。

1、DPP4的组织分布及功能作用

DPP4广泛存在于身体的许多细胞类型和组织表面中，如排泄器官的管腔表面、上皮刷状缘、血管内皮、成纤维细胞、T细胞和其他髓样细胞等免疫细胞表面[7],也可以以游离的形式在体液中存在。其中分布于心脏中的DPP4主要来源于微血管内皮[10]。其催化作用机制是水解N端的倒数第二个氨基酸为脯氨酸或为丙氨酸的二肽[11,12]。DPP4的底物参与神经内分泌系统、代谢/营养、心血管功能、免疫调节(如趋化性)和感染。结构-活性关系表明，DPP4的水解或导致具有不同生理反应的受体选择性的调节，如神经肽Y(neuropeptide Y,NPY),或导致具有额外但较低生理输出的受体选择性消融，如P物质，或导致对受体反应的失活，如GLP-1,垂体腺苷酸环化酶激活多肽(pituitary adenylate cyclase acticating polypeptide, PACAP)、基质细胞衍生因子1(stromal cell derived factor-1,SDF-1)。然而，趋化因子在免疫反应和受体选择性方面的调节是极其多样的。大多数缺乏N末端二肽X-Pro的DPP4水解产物被其他肽酶更快地降解[13],如P物质被氨基肽酶N进一步降解，或GLP-1被脑啡肽酶(neprilysin, NEP)降解。

2、 DPP4及其生理底物对MIRI的作用机制

目前，研究热点主要围绕DPP4介导的内源性肽的功能和作用。如图1所示，DPP4的生理底物GLP-1、SDF-1α都具有缓解I/R损伤的作用，因此，DPP4的催化活性在I/R损伤修复过程中显得十分重要。这些内源性肽与DPP4之间的关系及功能作用见表2。

图1. DPP4生理底物在I/R中的作用

2.1 GLP-1对MIRI的作用

GLP-1来源于前胰高血糖素的翻译后蛋白水解，其肽序列在小鼠、大鼠和人体内是相同的。肠道内的肠内分泌L细胞通过对营养物质作出反应是产生GLP-1的重要途径。L细胞遍布大肠和小肠，大部分位于远端回肠和结肠。进食后循环GLP-1的水平最初增加，随后这些肽从循环中迅速失活和肾脏清除。具有生物活性的GLP-1由GLP-1(7-36)和甘氨酸扩展的GLP-1(7-37)两种等能分子形式组成，而DPP4的裂解产生非活性分子GLP-1(9-36)和GLP-1(9-37)。这里GLP-1的活性作用分子通常指未水解前的活性肽[14]。

GLP-1可通过激活磷酸肌醇3激酶(phosphoinositide-3-kinase, PI3K)和丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)防止心肌损伤，还可直接作用于心肌细胞使环磷酸鸟苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)升高，从而抑制细胞凋亡，防止心肌损伤[15]。此外，GLP-1还可参与激活PKG/PKCε/ERK1/2通路来抑制I/R损伤诱导的心肌细胞凋亡[16]。因此，PKG/PKCε/ERK1/2通路的激活可能是保护细胞免受MIRI的有效方法。GLP-1通过介导GLP-1受体(GLP-1 receptor, GLP-1R)非依赖性途径也能产生部分心脏保护作用[17]。GLP-1(9-36)能够限制I/R损伤后梗死大小，其原因表现为直接的扩血管作用[18]。在缺乏功能性GLP-1R的动物中，观察到在小鼠心肌缺血损伤中的GLP-1的心脏保护作用仍然明显，而在GLP-1R缺乏的心脏中艾塞那肽(exenatide)的作用降低，用DPP4截短肽GLP-1(9-36)进行处理后，也可增强GLP-1R缺乏的小鼠在一段时间内全缺血后的泵功能[18,19]。心脏遭受全缺血后，艾塞那肽和GLP-1(9-36)改善了离体灌注大鼠的心脏功能恢复[20]。考虑到GLP-1(9-36)对GLP-1R的依赖性，针对GLP-1R激活(GLP-1R激动剂)和GLP-1降解(DPP4抑制剂)治疗糖尿病的药物可能具有不同的心血管效应。

2.2 SDF-1α对MIRI的作用

SDF-1是一种7.97 kDa的C-X-C趋化因子，经过水解后表达为两个不同的活性剪接变体，即SDF-1α(1-68)和SDF-1β(1-72),后者在羧基端有4个额外的氨基酸残基[21]。SDF-1在哺乳动物中高度保守，在骨髓和大多数器官中由基质细胞表达，在损伤后发生上调[22]。SDF-1α被认为是最经典的DPP4底物。SDF-1α的氨基末端二肽可以被DPP4切割掉，会直接导致C-X-C趋化因子受体4(C-X-C chemokine receptor 4,CXCR4)失活。因此，DPP4通过使SDF-1α失活干扰SDF-1α/CXCR4轴阻止细胞聚集。

在I/R损伤的情况下，给予骨髓衍生细胞或内皮祖细胞后，可以观察到血流的显著恢复和组织再生的增强。这些细胞能够特异性地定位于缺血区域，并参与新血管生长和组织再生，这部分至少是由SDF-1α/CXCR4相互作用引起的[23]。SDF-1α在大多数继发损伤的组织中表达增加，有利于干细胞从骨髓迁移到受损组织部位，在心肌缺血小鼠模型中，SDF-1α的表达足以诱导干细胞从骨髓中归巢到缺血心肌中，减少I/R诱发的心肌损伤[24]。通过间充质干细胞预处理的外源性SDF-1α也能够改善缺血心肌的功能恢复和血管生成[25]。此外，SDF-1α还可通过心肌信号转导及转录活化因子3(signal transducer and activator of transcription, STAT3)信号传导保护心脏功能[26],SDF-1/CXCR4介导的STAT3信号通路也参与了DPP4抑制剂诱导的急性心肌梗死后的心脏保护[27]。SDF-1α刺激血管生成因子(如血管内皮生长因子)有助于促进心肌细胞存活，也有可能促进血管生成的循环祖细胞募集[28]。然而仅凭毛细血管密度的增加难以解释观察到的心功能改善[29]。SDF-1α抑制心肌细胞凋亡是心肌梗死后恢复心功能的另一种机制。抗凋亡激酶Akt和细胞外信号调节激酶ERK1/2的激活，伴随着抗凋亡蛋白Bcl-2水平的升高[30],也可能是导致这种效应的原因，从而强调了SDF-1α在预防凋亡中的作用。因此，SDF-1α对心脏功能的改善作用涉及组织保护和存活、血管因子生成、抑制细胞凋亡、生物因子激活以及祖细胞募集。

2.3 VIP对MIRI的作用

VIP是一种含有28个氨基酸的神经肽，于20世纪70年代初首次从猪十二指肠中分离并鉴定。该肽来源于prepro-VIP的蛋白水解裂解，由170个氨基酸组成[31]。VIP属于PACAP胰高血糖素超家族成员，在体外由DPP4连续两步裂解。VIP对心肌有正性肌力和变时作用，是冠状动脉血管的一种有效的血管扩张剂。

心脏中的VIP具有血管舒张作用和清除自由基的能力，这些能力使得VIP可以作为保护心肌的作用靶点。在离体大鼠心脏中进行30 min的热缺血，随后进行60 min的再灌注，VIP从I/R的心脏中大量释放且VIP的量随再灌注的持续时间逐渐增加，与心肌肌酸激酶的释放平行[32]。这种从缺血心肌释放的VIP也在急性冠状动脉闭塞患者中检测到[33]。也可在急性心肌梗死症状出现后1 h内检测到VIP水平显著升高，而在心肌梗死发作后的26 h及以后无明显增加，直至发作3天后VIP水平恢复正常[33]。急性心肌梗死幸存者的VIP水平显著高于死亡患者，进一步表明VIP可以作为急性心肌梗死预后的标志物[34]。Kalfin等[32]通过用VIP灌注离体心脏15 min后，终止冠状动脉血流诱导心肌缺血30 min, 随后进行再灌注60 min后，观察到肌酸激酶释放减少，从而表现为VIP改善左心室功能和血流增强以及心肌组织的损伤减少；不仅如此，相比于缺血期和再灌注期，在VIP治疗的离体心脏中检测到钙离子浓度水平和羟自由基的减少。表明在急性心肌缺血期间，VIP通过冠状动脉扩张促进心脏局部血流，并可能具有清除自由基的作用，从而减少可能的心肌细胞钙超载。因此，VIP可能在调节MIRI中发挥重要作用。

2.4 BNP对MIRI的作用

BNP与心房钠尿肽(atrial natriuretic peptide, ANP)一样，具有利尿、排钠、舒张血管和醛固酮抑制作用。BNP主要由心室心肌细胞在壁张力增加时分泌，BNP可脱去N端前体生成BNP前体(proBNP),进入血液后分解为具有生物活性的BNP以及N端片段[35]。大量的研究集中在缺血和BNP释放之间的关系上，BNP释放是急性心肌缺血的潜在诊断和预后标志物，超出了其作为左心室功能障碍临床标志物的现有用途，临床上NT-proBNP即为BNP前体水解后的N端片段。在离体灌注心脏模型中，外源性BNP通过增加心肌细胞的存活率，对心脏起保护作用。BNP(1-32)在体内被DPP4裂解成生物活性降低的BNP(3-32),大大降低了BNP对心脏的保护作用。

BNP的心脏保护作用可能与cGMP的积累和开放对ATP敏感性K+通道有关。其作用机制表现为BNP可选择性地与利尿钠肽受体结合，导致颗粒鸟苷酸环化酶的活化和随后的cGMP积累[35]。而KATP通道通过调节MIRI期间能量消耗、减少I/R心肌细胞ROS的产生，发挥对心脏的保护作用[36]。外源性BNP给药通过增加心肌细胞的存活率，在离体灌注心脏模型和体内心脏I/R损伤模型中都具有心脏保护作用。在局部心肌I/R的微创猪模型以及在I/R的HL-1细胞模型中使用BNP治疗的体外研究都表明了BNP可减少心肌细胞损伤[37],由此可见BNP可作为MIRI的一种治疗方式。此外，D'Souza等[38]检测到心肌cGMP浓度增加，可能是BNP保护信号中的关键提示。同样，从NOS抑制剂和sGC抑制剂消除了BNP的梗死保护作用中，也可得出内源性NOS/NO/sGC通路对于BNP诱导的缺血心肌保护至关重要[39]。BNP不仅能激活PI3K/Akt信号通路[40],还可通过激活PI3K/Akt/mTOR通路抑制CD3 T细胞增殖来减轻MIRI[41]。

3、DPP4抑制剂或GLP-1类似物对MIRI的作用

3.1 DPP4抑制剂对MIRI的治疗作用

上述内源性肽在多方面具有减轻MIRI的作用，然而，上述内源性肽由于DPP4代谢活性肽的时间太快，在体内的半衰期大多都在10 min以内，甚至更短。而DPP4是水解内源性肽使活性肽功能失活的最主要蛋白酶。因此，DPP4抑制剂在心血管系统中发挥重要的保护作用。目前为止，西格列汀、维格列汀、阿格列汀、利格列汀和替格列汀等多种DPP4抑制剂已在全球上市。DPP4抑制剂通过抑制或消除DPP4活性可防止MIRI并保留心脏功能[42]。西格列汀作为一种DPP4抑制剂，其心血管的保护作用通过增强GLP-1的循环水平来实现抑制炎症、氧化应激和动脉粥样硬化，同时不会增加心血管并发症的发生率[43]。由此可见，西格列汀在治疗MIRI方面发挥着重要的保护作用。在DPP4缺乏症的大鼠中，DPP4基因缺失可以预防MIRI的相关保护作用[44],进一步阐明西格列汀是通过抑制DPP4活性以及在I/R中通过增强GLP-1的循环水平与GLP-1的相互作用来获得心脏保护作用。不仅如此，DPP4抑制剂可通过激活TRP/CGRP信号通路来减少离体模型中的心肌损伤，并上调GLP-1水平、增加NOS活性和eNOS的表达以进一步减少心肌梗死[45]。此外，腺苷受体和环磷腺苷效应元件结合蛋白(cyclic AMP responsive element-binding protein, CREB)依赖性信号通路是阿格列汀抑制MIRI的重要途径[46,47]。在另一项研究中，DPP4抑制剂具有介导NO通路和改善缺血期的收缩功能恢复来稳定心肌缺血的电生理状态，从而减少MIRI[48]。

3.2 GLP-1类似物对MIRI的作用

利拉鲁肽作为GLP-1的类似物，具有促进胰岛素分泌从而降低血糖和治疗糖尿病的作用，且可以激活PI3K和受体相互作用蛋白激酶3(receptor-interacting protein kinase 3,RIPK3),这些激酶的激活减少了心肌I/R后的损伤[15]。此外，艾塞那肽同样作为GLP-1类似物，可以激活AMP活化激酶、上调沉默信息调节因子1(silent information regulator 1,SIRT1)和沉默信息调节因子3(silent information regulator 3,SIRT3)来防止MIRI[49]。艾塞那肽还可改善线粒体功能、调节心肌细胞代谢，艾塞那肽经预处理后能抑制I/R损伤诱导的心肌凋亡并减少氧化应激，因此在心脏保护作用中起重要作用[4]。此外，在一项接受结扎冠状动脉左前降支，然后再灌注诱导缺血的大鼠研究中，艾塞那肽预处理可显著减少I/R诱导的大鼠梗死面积，通过抗氧化作用和抑制JNK/p66 Shc/NADPH表现出对I/R心脏的保护作用[50]。

4、小结

该综述总结了几种能够通过DPP4裂解的肽类物质对MIRI的作用，以及DPP4抑制剂及其内源性肽在MIRI中的保护作用。DPP4抑制剂除了具有降血糖作用以外，还没有明确针对其他适应证的治疗作用。其中关键的原因是，DPP4抑制剂对不同内源性底物代谢的抑制作用可能不同，且目前尚缺乏DPP4与肽类底物作用机制的深入研究。因此，DPP4的表达及活性在MIRI中的潜在规律，以及不同肽类物质在MIRI中的作用机制还有待于进一步验证并证实。DPP4及其内源性肽的相互作用为临床MIRI新型治疗靶点的发现具有潜在的意义，也为围手术期患者MIRI治疗的临床方案及相关药物研发提供了科学依据。

参考文献:

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[36]郭茹,蔺雪峰,李阳,等.ATP敏感性钾通道调控NADPH氧化酶2介导心肌缺血再灌注损伤的研究进展[J].中国动脉硬化杂志,2021,29(8):725-731.

基金资助:国家自然科学基金项目(82304611); 贵州省基础研究计划项目(黔科合基础-ZK[2022]一般376); 基础药理教育部重点实验室(遵义医科大学)开放课题(黔教合KY字[2022]393号); 贵州省卫生健康委科学技术基金项目(gzwkj2022-088);

文章来源:王玲伟,雷江辉,朱雅迪,等.二肽基肽酶4及其生理底物在心肌缺血再灌注损伤中的作用[J].中国动脉硬化杂志,2024,32(06):532-538.