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编号:10206404
胰岛素样生长因子-I与心血管疾病
http://www.100md.com 《心血管病学进展》 1999年第6期
     作者:耿庆 高尚志

    单位:耿庆 深圳市中心医院胸外科, 广东 深圳 518036;高尚志 湖北医科大学附属第 一医院胸心外科, 湖北 武汉 430060

    关键词:

    心血管病学进展990616

    文章编号:1004-3934(1999)06-0365-03

    中图分类号:Q516;R54

    文献标识码:A

    Insulin-like Growth Factors and Cardiovascular Diseas e

, 百拇医药     GENG Qing1, GAO Shang-zhi2

    (1.Department of Thoracic Surgery,Shenzhen Central Hospital, Gua ngdong Shenzhen 518036; 2.Department of Thoracic and Cardiovascular Surgery,Fi rst Affiliated Hospital of Hubei Medical University, Hubei Wuhan 430060)

    胰岛素样生长因子(IGF)由两种同源的相关多肽组成,即IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ。它们几乎 存 在于哺乳动物的所有组织中,与胰岛素具有结构同源性,是一类具有细胞分化、增殖功能并 具有胰岛素样代谢作用的多肽。其分泌可为局部(自分泌或旁分泌)或远距离(内分泌),通过 IGF受体(IGFR)介导发挥效应并受IGF结合蛋白(IGFBPs)调控[1]。研究表明,IGF- Ⅰ在心血管系统发育及病理生理中有重要作用。
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    1 IGF-Ⅰ的结构、受体和结合蛋白

    IGF-Ⅰ是由70个氨基酸组成的单链多肽,由3个二硫键连接而成,在分子的4个区段中(NH- B -C-A-D-COOH)A、B区近70%与IGF-Ⅱ相似,近50%与胰岛素相似,其编码基因在人类定 位于12 号染色体,在大鼠定位于10号染色体。至少含有6个外显子,成熟IGF-Ⅰ多肽主要由外显子 2、3编码。3端不同的外显子转录拼接形成IGF-ⅠA和IGF-ⅠB两种mRNA转录形式[2 ] 。IGF-Ⅰ受体(IGF-ⅠR)基因在人类是定位于15号染色体的单拷贝基因,其外显子、内 含子 结构与胰岛素受体相似。成熟IGF-ⅠR由4个亚基(α2β2)组成,位于胞外的α亚基与 配 体结合,而β亚基有跨膜及胞内部分,具有酪氨酸酶活性。近年证实存在IGF-Ⅰ/胰岛素杂 合受体。IGF-ⅠR对IGF-Ⅰ亲和力高于IGF-Ⅱ,远高于与胰岛素的亲和力。IGF-ⅠR属细 胞膜 酪氨酸蛋白激酶信号传递系统,当配体与受体结合引起受体自身磷酸化及细胞内底物的酪氨 酸磷酸化,继而产生一系列磷酸化连锁反应及相应的生物效应[3]。IGFBPs主要存 在于血液及细胞外液,现在分离出6种IGFBPs(IGFBP1-6),它们结合了血循环中90% 的 IGF-Ⅰ,仅有10%的IGF-Ⅰ以游离形式存在,IGFBPs在调节IGF-Ⅰ生物活性方面起着重要 作用[1]
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    2 IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR及IGFBPs在心血管系统中的分布

    新生鼠心肌细胞有IGF-Ⅰ转录,成年鼠左室IGF-Ⅰ mRNA低水平表达[4]。在传导 动 脉的外膜及中层IGF-Ⅰ mRNA表达水平较低,而在阻力动脉中IGF-Ⅰ mRNA则有较高水平表 达 [5]。此外,鼠、猪血管平滑肌细胞、内皮细胞均能合成、分泌IGF-Ⅰ。IGF-ⅠR mRNA属低丰度转录,在正常鼠心脏低水平表达[4]。鼠主动脉中IGF-ⅠR主要在中 层 表达,体外培养的牛、鼠主动脉平滑肌细胞及人血管平滑肌细胞中IGF-ⅠR含量均较丰富, 且血管内皮细胞亦表达高亲和力的IGF-ⅠR[6]。另外,体外培养的猪、鼠主动脉 平 滑肌细胞可分泌IGFBP2-4,猪内皮细胞亦有IGFBP2-6mRNA表达,微血管内皮 细 胞主要分泌IGFBP2、3,而大血管内皮细胞主要分泌IGFBP3、4[7]
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    3 IGF-Ⅰ的生理功能

    IGF-Ⅰ以内分泌、自分泌及旁分泌等方式介导生长激素对外周组织的多种生理效应。其作 用 可分为两类:近期的胰岛素样代谢作用,如抑制肝糖释放,增加葡萄糖的摄取、转化,抑制 脂肪分解,减少游离脂肪酸和氨基酸的浓度,促进脂类、糖原及蛋白质合成;远期的有丝分 裂源作用,如促进蛋白、DNA、RNA合成及细胞复制。

    IGF-Ⅰ作为肌细胞分化强有力的刺激因子,诱导myogenin在L6成肌细胞中表达。IGF-Ⅰ 还 可促进新生鼠心肌细胞DNA、蛋白质合成,诱导心肌肥厚并促进肌凝蛋白轻链α、向肌球蛋 白及α-肌动蛋白表达[8]。IGF-Ⅰ作为促进因子,刺激细胞从G1期进入S期, 从 而促进血管平滑肌细胞、内皮细胞增殖,调节动脉壁厚度;促进新生牛肺动脉平滑肌细胞原 弹性蛋白合成,在转录前或转录后水平调节胶原、糖胺聚糖产生,在转录水平调节弹性蛋白 的基因表达,并使鼠主动脉平滑肌细胞原弹性蛋白mRNA水平上调,从而促进胶原蛋白和弹性 蛋白的合成[9]。此外,IGF-Ⅰ还可促进鼠主动脉血管平滑肌细胞纤维连接蛋白基 因表达,促进牛微血管内皮细胞中性氨基酸、葡萄糖的摄取及DNA合成[10],通过 刺激血管内皮细胞增殖、迁移来促进血管形成。
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    IGFBPs可调节IGF-Ⅰ代谢、延长IGF-Ⅰ的半衰期,通过调节IGF-Ⅰ与IGF-ⅠR的相互作 用进 而影响IGF-Ⅰ的生物活性。IGFBP1、2对血管平滑肌细胞生长显示出双重效应,在无 血清培养基中抑制其生长,但在含有低浓度血小板血浆中则促进其生长;而IGFBP3、4 对血管平滑肌细胞可能有显著的抗增殖效应。

    4 IGF-Ⅰ与心血管疾病

    4.1 IGF-Ⅰ与高血压病:离体研究表明牵拉刺激能增加肌细胞IGF-Ⅰ的自分泌,提示张 力 改变可能影响体内IGF-Ⅰ的表达。结扎鼠股动脉使其压力负荷增加,可致对侧股动脉平滑 肌 细胞、内皮细胞IGF-Ⅰ表达增加;在瓣上型主动脉狭窄鼠的左室可发现IGF-ⅠmRNA表达 迅 速增加[11]。许多研究证实在各种高血压模型鼠心肌细胞中,IGF-Ⅰ mRNA及蛋白 量均有明显增加,这些模型包括:腹主动脉狭窄、单肾切除后自发性高血压鼠、单肾切除后 醋酸去氧皮质酮盐型鼠(DOCA-salt)及二肾一夹型高血压等[4]。在主动脉腔静脉 瘘 造成的容量负荷过重的鼠右心室,其IGF-Ⅰ基因表达明显增加,而且在肥厚型心肌病患者 右 室活检中,其IGF-ⅠR结合位点明显增多[12]。这些资料均提示在高血压的肥厚性 反应中,IGF-Ⅰ作为一种自分泌或旁分泌调节因子发挥作用。近年研究发现在腹主动脉狭 窄的 高血压模型中,鼠主动脉IGFBP4 mRNA表达水平显著增加,这可能与IGFBP4是一种抑制 性结合蛋白有关,在高血压血管中起一种反向调节作用来钝化对生长的反应[13]。 目前对IGF-Ⅰ在人类高血压病中可能的调节作用研究较少,但已有报道表明在原发性高血 压、左室肥厚患者循环血液中IGF-Ⅰ明显增高。
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    4.2 IGF-Ⅰ与缺血性心脏病:血管平滑肌细胞(VSMC)增殖被认为是动脉粥样硬化发生的 关 键。近年研究发现在人类粥样硬化斑中,合成型平滑肌细胞(SMC)的IGF-Ⅰ浓度明显高于收 缩型SMC及正常冠状动脉SMC的IGF-Ⅰ浓度,而且在粥样硬化斑SMC中IGF-ⅠR mRNA亦高于 水 平表达[14],冠状动脉造影提示有明显冠脉狭窄病变的患者其血浆IGF-Ⅰ浓度明 显 高于无冠脉病变者[15]。上述研究提示IGF-Ⅰ可能通过刺激血管平滑肌细胞增殖 参 与动脉粥样硬化的形成。生长激素-IGF轴的抑制因子,如生长抑素类似物angiopeptin、oc treotide等可抑制VSMC增殖,因此应用生长抑素类似物可能有助于降低PTCA术后高的再狭窄 率。

    鼠急性心肌梗死模型中存活的心室肌细胞中,IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR mRNA高水平表达;尽管成 熟 心肌细胞是终末分化的,但在邻近梗死区的心肌细胞发现仍可进行DNA复制,这与应激状态 下心肌IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR自分泌系统上调相一致[16]。Scheinowitz等对急性心梗 大 鼠予以0.5mg IGF-Ⅰ连续1周,未发现左室形态学明显变化[17],但Duerr等学者 在心梗后心衰模型中应用1.5mg IGF-Ⅰ连续2周,则可促进心肌生理性肥厚,介导心梗后 心 室重建,显著增加心脏舒张末期容量及每博输出量,改善心功能,提示生长因子有可能成为 治疗缺血性心脏病的一种新途径,但其用量及时间有待进一步研究[18]。此研究还 发现IGF-Ⅰ可促进毛细血管的形成,这与Kluge等[19]发现的猪心脏出现微血栓 后,其毛细血管发生区域的浸润单核细胞中IGF-Ⅰ mRNA表达增加相一致,这表明IGF-Ⅰ 与心梗后侧支循环的建立有关。
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    4.3 IGF-Ⅰ与肺动脉高压:IGF-Ⅰ能刺激VSMC的有丝分裂,促进弹性蛋白合成,弹性蛋 白 增加在慢性肺动脉高压的血管重建中具有重要作用。研究发现,低氧可刺激牛肺动脉外膜 成纤维细胞产生IGF-Ⅰ,促使肺动脉平滑肌细胞合成弹性蛋白[20];对山羊持续 性 空气栓塞12天形成的肺动脉高压模型研究发现,IGF-Ⅰ在第2天即显著增高,在12天中仍持 续升高[21]。这些资料均提示IGF-Ⅰ参与低氧性肺动脉高压血管重建。

    4.4 IGF-Ⅰ与血管损伤:许多研究表明IGF-Ⅰ自分泌系统在血管损伤、修复过程中起重 要 作用。股动脉损伤鼠的内皮细胞及新生内膜中IGF-Ⅰ免疫反应增强;气囊损伤鼠主动脉后7 天,主动脉IGF-Ⅰ mRNA及蛋白表达达峰值,且增加的IGF-Ⅰ主要定位于平滑肌细胞及新 生 内膜[22],说明局部的IGF-Ⅰ在动脉损伤后促进VSMC增殖进行修复过程中发挥作 用 。有研究发现生长抑素类似物angiopeptin可阻止气囊损伤后血管壁IGF-Ⅰ的增加,从而抑 制气囊损伤血管壁内膜的增厚。因此有学者在PTCA术后应用angiopeptin,随访12月,发 现其能显著降低PTCA术后心肌梗死、CABG、再次PTCA等的发生率,提高患者的生活质量 [23]。
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    5 结语

    IGF-Ⅰ在心血管系统分布广泛,以自分泌或旁分泌方式参与心血管系统的许多病理生理过 程 。随着认识的不断深入,IGF-Ⅰ与血管成形术后的再狭窄、IGF-Ⅰ与动脉粥样硬化的发生 、 IGF-Ⅰ与心梗后心肌细胞的生长及侧支循环的建立等研究日益受到关注。进一步阐明IGF - Ⅰ及其受体、结合蛋白在心血管系统中发挥效应的机制,将为IGF-Ⅰ应用于心血管临床提 供理论依据。

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    收稿日期:1998-06-01 修回日期:1999-07-28, http://www.100md.com