生理学报 Acta Physiologica Sinica, October 25, 2007, 59 (5): 619-627http://www.actaps.com.cn综 述
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溶血磷脂酸受体及下游信号通路在心脏细胞生长中的调节作用
陈 曦*
中国医学科学院/中国协和医科大学心血管病研究所，阜外心血管病医院，北京 100037
摘 要：溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid, LPA)是一种十分活跃的磷脂信号分子，具有广泛的生物学效应，包括诱导神经轴突回缩、应力纤维形成、促进血小板凝集、诱导平滑肌收缩、刺激血管平滑肌细胞增殖等。LPA通过其受体及耦联的G蛋白调节细胞内信号途径，介导各种生物学效应。心脏组织中存在多种LPA受体亚型，尤其受体LPA1亚型在心脏组织中的含量仅次于脑，位居第二，暗示LPA在心脏中有重要的生物学功能。本文着重对LPA的5种受体亚型的组织分布、与G蛋白的耦联和对第二信使的活性调节，以及LPA及其受体亚型对心脏细胞的生长调节作一综述。关键词：溶血磷脂酸受体；心脏；细胞增殖；肥大；凋亡中图分类号：R331.3+1；Q257
Lysophosphatidic acid receptors and the downstream signaling pathways inregulation of cardiac cell growth
CHEN Xi*
Cardiovascular Institute and Fu Wai Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing100037, China
Abstract: Lysophosphatidic acid (LPA) is a bioactive phospholipid messenger with multiple biological functions, including inductionof neurite retraction, stress fiber formation, promotion of platelet aggregation and stimulation of smooth muscle contraction and cellproliferation. LPA exerts various biological functions through G protein-coupled receptors and the downstream cellular signalingpathways. LPA and its receptors may also play important roles in the heart since several LPA receptor subtypes exist in the heart andespecially the level of LPA1 subtype is the second highest, just lower than that in the brain. The review was focused on 5 subtypes ofLPA receptor, mainly on their tissue expression pattern, coupled G proteins and signal pathways, as well as the roles of LPA and itsreceptors in regulation of cardiac cell growth.
Key words: lysophosphatidic acid receptors; heart; cell proliferation; hypertrophy; apoptosis
溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid, LPA)是一种结构最简单的水溶性甘油磷脂，其化学结构名称为1-酰基-2-羟基-3-磷酸甘油 (1-acyl-2-hydroxy-sn-glycerol-3-phosphate)。以往认为LPA是脂质合成前体，后来逐步发现LPA具有广泛的生物学效应[1,2]，可以诱导神经轴突回缩、应力纤维形成、促进细胞
增殖/凋亡、血小板聚集、肿瘤细胞浸润等。 LPA可以引起多种血管反应，如激活血小板、促进血管平滑肌收缩和细胞增殖、活化内皮细胞，与高血压、动脉粥样硬化形成和发展密切相关[3-6]。我们课题组的研究显示，LPA参与心肌细胞和心脏成纤维细胞的生长调节，与心脏重构的病理生理过程相
Received 2007-08-01 Accepted 2007-08-30
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 30170374) and the National Basic ResearchDevelopment Program of China (No. G2000056905, 2007CB512108).
*
Corresponding author. Tel: +86-10-88398584; E-mail: [email protected]
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关[7,8]。因而，LPA也是一种心血管活性物质。LPA的上述各种生物学作用主要是通过G蛋白耦联的受体介导下游信号通路实现的。
1 LPA受体
目前，在哺乳动物中已经确定存在5种LPA受体，LPA1~LPA5。其中LPA1~LPA3基因编码具有高度同源性，同属于内皮分化基因(endothelial dif-ferentiation gene, Edg)家族，而LPA4和LPA5同源性较高；在系统进化树上它们分属于两个不同的分支[9]。
1.1 Edg家族的LPA受体
1996年Hecht等[10]从小鼠TSM细胞系中分离出vzg-1基因，并鉴定其为LPA受体，这是第一个被确认的LPA受体，LPA1/Edg2。LPA1是一个7次跨膜蛋白，由365个氨基酸组成，分子量约为41kDa。原位杂交显示vzg-1位于大脑皮质神经母细胞增殖区。Northern blot分析显示vzg-1在胚胎脑中大量表达。vzg-1过表达可引起LPA依赖的神经轴突回缩和细胞圆化，还可介导LPA诱导的Gi蛋白的活化，但Gi蛋白的活化与细胞圆化无关。LPA1通过耦联Gi蛋白介导LPA对胞内cAMP水平的抑制。LPA1的发现第一次将胞外LPA与胞内被LPA激活的信号系统通过受体连接起来，为神经和非神经系统关于LPA的研究打开一扇新的门户。
1997年An等[11]从人肺cDNA文库获得人源Edg2的基因克隆，编码364个氨基酸的蛋白。人源LPA1广泛分布于脑、心脏、胃肠道与生殖系统，其中在心脏组织中的含量仅次于脑，位居第二；Contos等[12]分析显示LPA1在成年小鼠心脏中也呈高表达，暗示LPA在心脏中有重要的生物学功能。
1998年An等[13]发现一种新的LPA受体，LPA2/Edg4。这种人源LPA2由382个氨基酸组成，分子量约为42 kDa。它与人LPA1氨基酸的同源性为72%。An等比较了LPA1和LPA2的组织分布，Northern blot分析显示两者组织分布完全不同。人的LPA2主要分布于睾丸、胰腺、前列腺、脾脏、胸腺，而LPA1高表达的脑、心脏、消化道等脏器中几乎检测不到LPA2。LPA2可介导LPA诱导的SRE报告基因的表达，此表达依赖于Gi蛋白和RhoGTPase的活化。人LPA2的发现及其与LPA1组织分布的差异说明LPA在不同组织中可能产生不同的生物学作用，各种受体亚型有其各自独立的调节
方式。
1999年Bandoh等[14]和2000年Im等[15]先后在各自的实验室分别独立克隆了人Edg7基因，并将其确定为LPA的第三种受体亚型，LPA3。人LPA3由353个氨基酸组成，分子量约为40 kDa。就氨基酸序列相似性比较，LPA3与LPA1、LPA2 分别有53.7%和48.8%的同源性。LPA3的组织分布也很局限，这一点类似于LPA2。人LPA3主要在心脏、胰腺、前列腺和睾丸中表达，脑和消化系统未见Northernblot杂交信号[14,15] ；大鼠LPA3主要分布于肾脏和睾丸，而脑、消化系统等也均无表达[15]。
随着LPA受体亚型的逐步发现，多个研究小组对各亚型的功能和与G蛋白的耦联方式进行了研究。Bandoh等[14]将人源LPA的3种受体亚型基因分别导入Sf9细胞中，Im等[15]将小鼠LPA1、人LPA2和人LPA3基因分别转染至Rh7777细胞。两研究组的结果均显示，LPA2和LPA3介导LPA诱导的胞内钙浓度升高，而LPA1不影响这种钙运动。上述胞内钙运动对百日咳毒素(pertussis toxin, PTX)不敏感，却对磷脂酶C (phospholipase C, PLC)的抑制剂敏感，说明LPA2和LPA3通过耦联Gs蛋白介导钙的胞内运动[14]。
LPA可以浓度依赖地抑制cAMP在细胞内的积累。Im等[15]研究表明，这种抑制作用是LPA1介导的，且是通过与Gi蛋白耦联实现的；人LPA2和LPA3均不参与LPA对胞内cAMP水平的抑制，与PTX也无关。Bandoh等[14]研究却显示，在转染了Edg4或Edg7的Sf9细胞中，先以forskolin诱导胞内cAMP浓度积累到较高水平后，LPA刺激不但不会抑制这种cAMP的积累，反而会使cAMP浓度进一步升高，且刺激效应对PTX不敏感；Edg2不发生上述刺激cAMP浓度升高的现象。说明人源LPA的3种受体亚型不但没有介导LPA抑制胞内cAMP浓度的作用，而且LPA2和LPA3可能与Gi蛋白以外的某种G蛋白耦联促进cAMP浓度升高。Ishii等[16]将小鼠LPA的3种受体亚型基因分别转染至B103细胞，结果显示3种受体亚型均介导LPA对腺苷酸环化酶的抑制作用，且对PTX敏感，即LPA可以通过小鼠任何一种LPA受体亚型耦联Gi蛋白，从而实现对胞内cAMP积累的抑制作用。
LPA具有生长因子样的作用，能够刺激多种细胞增殖，激活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedprotein kinases, MAPKs)[17]。因而LPA受体在MAPKs
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激活中的介导作用成为另一个主要的研究靶标。Bandoh等[14]研究显示Edg2与Edg7均不激活MAPKs，只有Edg4激活MAPKs。Ishii等[16]的实验结果表明3种受体亚型均介导LPA对MAPKs的活化。上述矛盾现象说明可能在不同的组织中，细胞内信号转导通路不同；还有可能不同种属间LPA受体亚型的氨基酸序列细微差异导致蛋白质结构变化，从而耦联不同种类的G蛋白，引发不同信号通路的激活或失活，最后产生不同的生物学效应。
Ishii等还进一步比较了3种受体亚型在LPA其它生物学效应中扮演的角色。结果显示，3种受体亚型在LPA诱导的肌醇磷酸的产生和花生四烯酸的释放中作用相似，仅在效率和作用强度上有所差异。然而，在LPA诱导细胞骨架形变的过程中，各受体的作用大相径庭。Edg2和Edg4可以介导LPA诱导的细胞圆化，LPA3过表达反而导致神经轴突延长、抑制LPA诱导的细胞圆化[16]。总之，3种受体亚型在介导LPA的生物学功能时或有分享或有所区别，这反映体内可能存在具有重叠性质的元件为细胞发挥重要生物学功能提供了保障，而不同性质的信号又保证了细胞更特异的生物学功能。1.2 非Edg家族的LPA受体
前3种LPA受体几乎以每年一个的速度被发现，而后间隔了4年，Noguchi等[9]在2003年报道了第4种LPA受体。该研究组将G蛋白耦联的孤儿受体p2y9/GPR23确定为LPA4。这是一个与以往LPA受体结构差异很大的蛋白质，其氨基酸序列同源性仅为20%~24%；在系统进化树上LPA4与血小板激活因子(platelet-activating factor, PAF)的G蛋白耦联受体较接近。人LPA4由370个氨基酸组成，分子量约为42 kDa。实时定量PCR检测表明人LPA4广泛表达于各组织，但除了在卵巢组织表达十分丰富外，胸腺、胰腺、小肠、脑、心脏等组织中均很微弱[9]。Lee等[18]的Northern blot分析显示，LPA4广泛表达于胚胎组织(包括胚脑)中。
最近Lee等[18]进一步研究了LPA4所介导的细胞信号通路。通过G蛋白minigene和药理学干预方法的研究表明，LPA4通过G12/13和Rho活化介导神经轴突回缩和应力纤维的形成；通过Gq和Gi蛋白介导胞内钙运动和非选择性阳离子流发生；通过Gs蛋白介导胞内cAMP浓度升高。
2006年Lee等[19]报道了人和小鼠的第5种LPA受体，LPA5/GPC92。在系统进化树上，它与LPA4
更接近，二者的氨基酸序列同源性为35%。小鼠LPA5富含于小肠，同时以低水平广泛分布于多种脏器，包括脾脏、胃、胸腺、皮肤、肺、肝脏、胚胎干细胞、胚肝、胚脑和背根神经节(dorsalroot ganglion, DRG)，但在脑和心脏中，Northernblot方法未检测到LPA5的表达。LPA5在外周神经系统表达，暗示着它可能与这些系统的疾病过程相关；LPA5在胚胎干细胞中的广泛表达也可能扩展它在发育和干细胞功能中的作用。
LPA5所介导的生物学效应和信号转导通路研究表明，LPA5通过G12/13和RhoA活化介导LPA浓度依赖的神经轴突回缩和应力纤维的形成；通过Gβγ介导LPA诱导的胞内cAMP浓度升高；通过Gq介导LPA诱导的胞内钙浓度升高。另外，LPA5还介导LPA促进非选择性阳离子流升高[19]。
综上所述，LPA1广泛表达于各种组织，脑和心脏中的表达尤其丰富；LPA2和LPA3组织分布局限，前者在睾丸、胰腺、外周白细胞等，后者在心脏、胰腺、前列腺、睾丸等；LPA4广泛低水平表达于各种组织，只在卵巢中强表达；LPA5表达比较广泛，尤其在多种胚胎组织中表达，但在脑和心脏中不表达(表1)。心脏组织中LPA受体亚型主要为LPA1和LPA3，LPA4表达很微弱，LPA2和LPA5不表达或几乎检测不到，推测LPA1和LPA3在心脏组织中起重要的生物学作用。我们课题组最近关于LPA对心脏细胞生长调节作用的研究结果证实了这一点。
LPA是一种十分活跃的磷脂信号分子，从上述已发现的各种LPA受体亚型组织分布、耦联的G蛋白和介导第二信使激活的能力上的差异性和共同性，说明LPA通过各组织中不同的LPA受体耦联多种G蛋白和信号通路，介导不同的生物学效应；同时，LPA又通过具有兼容性能的生物元件为细胞的重要生物学功能提供保障。
2 LPA及其受体和心脏重构
心脏细胞主要包括心肌细胞和心脏成纤维细胞。心脏重构主要表现为心肌细胞的肥大、凋亡和心脏成纤维细胞的增生、胶原代谢异常。阐明心脏细胞的生长调节机制，适时有效地调节心肌细胞和心脏成纤维细胞的行为是调控心脏重构的重要途径。LPA的生长因子样功能和LPA受体在心脏组织中的表达特征暗示着LPA在心脏细胞生长调节和
622 生理学报 Acta Physiologica Sinica, October 25, 2007, 59 (5): 619-627表1. LPA受体亚型的组织分布
Table 1. LPA receptor subtype expression in tissues
High Moderate Low Hardly detectable/
Receptors Species
expression expression expression No expressionLPA1/vzg-1/Edg2
HumanMouse
Embryonic cerebralcortex, testis, brain,lung, heart, spleen,intestine
Brain, heart, colon,small intestine
Placenta, prostate,pancreas, testis,ovary, spleen
LPA2/Edg4
Human
Testis, leukocytes
Pancreas, prostate,thymus, spleen
Mouse
Testis, kidney, embryonic brain
Lung, spleen,thymus, stomachKidney, skeletalmuscle
Stomach, thymus,muscle, kidney
Liver
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LPA3/Edg7
MouseRat
Kidney, testis, lung,brain (around birth)Kidney, testis
Small intestine,heart, thymus
Embryonic brain,spleen, stomach
Liver, adult brainCerebellum, cortex,wholebrain, fetus, stomach,intestine, adrenal
12, 2115
HumanHeart, pancreas, prostate, testis, forebrainLung, ovaryBrain, placenta, liver,skeletal muscle, spleen,kidney, thymus, smallintestine, colon, leukocytes,stomach, bladder, ovary,uterus
14, 15
LPA4/(p2y9/GPR23)
HumanOvaryThymus, pancreas,small intestine,testis, heart, brain,spleen, colon, placenta,skeletal muscle
Liver, kidney, leukocytes9
LPA5/GPC92
MouseSmall intestineSpleen, stomach,thymus, skin
Lung, liver,embryonic stemcells, bone marrow,fetal liver, embryonicbrain
Brain, heart, kidney,tesis, muscle
19
心脏重构中扮演重要的角色。2.1 LPA诱导心肌细胞肥大
2000年Xu等的研究显示，LPA可以激活与蛋白质合成有关的两种激酶p90-核糖体S6激酶和p70-核糖体S6激酶，从而推测LPA可以诱导心肌细胞肥大[22]。2004年Hilal-Dandan等以细胞形态、心房钠尿因子(atrial natriuretic factor, ANF)-荧光素酶报告基因等观测指标证实LPA长时间刺激(48 h)可引起大鼠乳鼠心肌细胞肥大[23]，我们课题组最近的实验也证实了这一点[7]。
我们课题组最近分析了LPA受体亚型在大鼠乳鼠心肌细胞中的分布及其与心肌细胞肥大的关系[7]。
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研究表明，LPA1~LPA3在大鼠乳鼠心肌细胞中均有表达。利用LPA受体亚型的特异性拮抗剂和激动剂分别抑制或单独诱导某种受体亚型，以细胞形态、3H-Lue掺入、ANF-荧光素酶报告基因表达等指标反映心肌细胞肥大情况，结果显示，LPA1与LPA3的拮抗剂二辛基甘油焦磷酸[dioctylglycerol py-rophosphate (8:0), DGPP]能够完全抑制LPA诱导的心肌细胞肥大，LPA3的特异激动剂1-油酰-2-甲氧基-甘油磷脂硫代硫酸(oleoyl-methoxy phosphothio-nate, OMPT)可以诱导心肌细胞肥大，而LPA2的特异激动剂十二烷基磷酸(dodecylphosphate)则无此效应(图1)。由于目前还没有单独针对LPA1或LPA3的特异拮抗剂，也没有LPA1的特异激动剂，因此我们认为LPA1和/或LPA3介导了LPA诱导大鼠心肌细胞肥大的生物学效应。
细胞肥大是一个胞内多条信号通路参与网络调控的过程。大量研究证据表明Gq蛋白在心肌肥厚中起着核心作用，许多与Gq蛋白耦联的激动剂如血管紧张素(angiotensin II, AngII)、内皮素-1 (endothelin-1,ET-1)和去氧肾上腺素(phenylephrine, PE)等通过Gq-PLC-蛋白激酶C (protein kinase C, PKC)通路刺激心肌细胞肥大，而LPA则与上述传统的激动剂不同，它刺激大鼠乳鼠心肌细胞肥大是PTX敏感的，也不需要PLC和PKC的活化，即通过耦联Gi蛋白而不是Gq蛋白诱导肥大效应[23]。
MAPK通路是经典的细胞增殖和肥大的信号通路。Hilal-Dandan等的研究表明Gi介导的细胞外信
号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)的活化参与了LPA诱导的心肌细胞肥大，而p38MAPK与此效应无关。此外，G12介导的Rho的活化与Gi/ERK协同作用上述心肌细胞的肥大[23]。Bogoyevitch 等的研究也显示，大鼠乳鼠心肌细胞中ERK的活化可以通过Gq耦联，也可以由Gi介导，但LPA激活ERK是通过Gi蛋白而不是Gq蛋白。
近年研究发现，核因子κB (nuclear of immuno-globulin κ locus in B, NF-κB)的活化也是心肌细胞发生肥大的重要条件[25]，磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylino-sitol 3-kinase, PI3K)是细胞内重要的生长存活通路[26]。同样，这些研究也多来自与Gq蛋白耦联的激动剂PE、ET-1、AngII等。我们课题组最近的研究显示，尽管在上游通路中LPA表现出与其它促肥大因子的差异性，但殊途同归，LPA也可以激活NF-κB通路(图2)和PI3K/Akt/mTOR通路，并且这两条通路均介导了LPA诱导的心肌细胞肥大效应。进一步的通路网络关系研究表明，ERK1/2位于NF-κB的上游，但Akt的抑制不影响NF-κB的激活，说明Akt是与ERK1/2-NF-κB平行的通路。我们的结果第一次阐明了受体水平介导的LPA诱导心肌细胞肥大的信号机制，同时也更完善了下游的信号通路调节机制(图3)[7]。
LPA除了可以诱导心肌细胞肥大以外，Karliner等的研究表明，LPA对低氧环境下生长的大鼠心肌细胞有促存活效应，但其作用机制还不清楚[27]。2.2 LPA调节心脏成纤维细胞生长
[24]
图 1. DGPP，dodecylphosphate和OMPT对大鼠心肌细胞3H-leucine掺入的影响
Fig.1. Effects of DGPP (A), dodecylphosphate (B) and OMPT (C) on 3H-leucine uptake in rat cardiomyocytes. DGPP, dioctylglycerolpyrophosphate, antagonist of LPA1 and LPA3; OMPT, oleoyl-methoxy phosphothionate, specific agonist of LPA3; dodecylphosphate,specific agonist of LPA2. mean±SD. **P
.
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图 2. LPA刺激大鼠心肌细胞p65的磷酸化和NF-κB-荧光素酶的活性
Fig. 2. LPA stimulates phosphorylation of p65 (A) and NF-κB-luciferase activity (B) in rat cardiomyocytes. PDTC, pyrrolidinedithiocarbamate, inhibitor of NF-κB. mean±SD. **P
.
间，从而维持心脏的正常形态。但是在病理情况下，成纤维细胞增殖会使胶原过度积聚，导致心脏刚性太强，限制心肌细胞和肌束收缩，促进组织内电弥散，增加舒张期心肌僵硬度。可见心脏成纤维细胞必须维持稳定的数量才能保证心脏功能正常，其过度增殖是心肌重塑的重要原因。
我们课题组近几年研究了LPA对心脏成纤维细胞的生长调节作用。采用3H-TdR或3H-Leu掺入、Northern blot等实验方法，发现LPA以浓度依赖方式刺激大鼠乳鼠心脏成纤维细胞DNA和蛋白质合成；LPA刺激成纤维细胞c-fos mRNA表达呈时间
图 3. LPA1/LPA3通过ERK/NF-κB和Akt信号通路介导LPA诱导心肌细胞肥大
Fig. 3. LPA1/LPA3 mediate LPA-induced cardiomyocyte hyper-trophy through ERK/NF-κB and Akt signaling pathways. mTOR,mammalian target of rapamycin; PI3K, phosphatidylinositol 3-
kinase.
心脏成纤维细胞的增殖是维持正常心脏功能的一部分，在某些因素造成心肌细胞死亡后，新产生的成纤维细胞可以填补原来心肌细胞遗留下的空
与剂量依赖性；G蛋白耦联受体阻断剂苏拉明(suramin)能有效抑制LPA诱导的DNA合成增加及c-fos mRNA表达上调[28]。我们进一步的研究表明，LPA对体外培养的大鼠心脏成纤维细胞的生长具有双重调节作用，除了上述的促增殖效应，还有致凋亡作用。在低浓度范围内(1~25 μmol/L)，LPA介导心脏成纤维细胞的增殖效应；而在较高浓度，LPA通过诱导凋亡引起心脏成纤维细胞呈浓度依赖的细胞死亡(IC50约为50 μmol/L)，其调节与LPA的受体亚型有关[8]。
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RT-PCR实验显示，大鼠乳鼠心脏成纤维细胞中也存在LPA1~LPA3三种受体亚型的表达。DGPP能够完全抑制LPA诱导的3H-TdR掺入，dodecylphosphate对DNA合成没有促进作用，而OMPT可以显著增加DNA合成，提示LPA1和/或LPA3介导了LPA诱导的增殖作用[8]。LPA诱导心脏成纤维细胞凋亡的机制研究显示，DGPP可以抑制高浓度LPA导致的成纤维细胞凋亡，单独激活LPA2与LPA3并不诱发上述凋亡现象，推测LPA1可能介导了LPA的凋亡诱导作用。进一步研究凋亡途径表明，LPA通过引起线粒体损伤，激活凋亡执行蛋白caspase 3来诱导凋亡。这个凋亡过程与MAPKs的活化有关，其中ERK1/2与p38 MAPK可能介导了LPA引起的细胞死亡通路，而与c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinases, JNK)无关[8]。综合分析表明，低浓度LPA主要通过LPA3介导心脏成纤维细胞的增殖效应。而在较高浓度，LPA通过LPA1激活线粒体途径引起心脏成纤维细胞凋亡，此凋亡过程与ERK和p38 MAPK的活化有关(图4)。
2.3 LPA及其受体参与急性心肌梗死后的心脏重构
LPA是血清的组成成分之一，循环系统中的LPA与其它脂类一样，主要以血清白蛋白结合的形式存在于血清中。血浆凝溶胶蛋白(gelsolin)也可与LPA结合，并参与LPA生物学功能的调节[29]。 LPA主要来源于活化的血小板[30]，近年来发现卵巢癌细胞、脂肪细胞，损伤的内皮细胞、活化的成纤维细胞、及某些炎症细胞都可以分泌LPA[1,31]。LPA在正常人血清中浓度很低，约为2~20 μmol/L[30,32] ；应激状态，尤其是激活的血小板将释放大量的
图 4. LPA通过不同的受体亚型对大鼠心脏成纤维细胞产生促增殖和促凋亡的双向调节作用
Fig. 4. LPA exerts proliferative and proapoptotic dual actions on
rat cardiac fibroblasts through specific LPA receptor subtypes.
LPA，因而急性心肌梗死有可能导致血清LPA水平发生变化，我们课题组的研究证实了这一推测。透壁性急性心肌梗死患者发生心肌梗死后8 h血清LPA水平即升高，48~72 h达到高峰，约为正常人的7倍，梗后7 d仍高于正常水平[33]。急性心肌梗死患者血清LPA水平升高的病理学意义尚不清楚，它的释放究竟是来源于活化的血小板还是心肌细胞或是其它组织细胞都有待于进一步研究。但LPA作为一种生物活性分子，调节多种细胞的生长，可以引起多种心血管反应，尤其LPA的多种受体亚型在心脏中表达，推测心肌梗死后释放的LPA与梗死后心脏重构的形成和发展密切相关。
我们课题组以结扎左冠状动脉前降支的方法制备了大鼠心肌梗死模型，观察了梗死后早期和中晚期大鼠血流动力学与心功能和心肌重塑的各项指标，并检测了心肌梗死心脏组织的LPA1~LPA3mRNA和蛋白水平的变化。研究结果表明，大鼠急性心肌梗死后出现左心室功能下降，在早期重塑期(术后48 h)心室壁无明显肥厚，但有大量的心肌细胞凋亡，而LPA3蛋白表达明显增加，说明LPA3可能介导LPA在心肌梗死后早期的凋亡或抗凋亡作用。但在梗死后晚期重塑期(4周)，心室壁显著增厚，凋亡心肌细胞数有减少趋势，同时3种受体亚型基因表达均显著增加，但只有LPA1与LPA3蛋白表达增加，说明这两种受体亚型可能参与了晚期的心脏重塑过程[7]。这一研究结果在整体水平证明了我们在细胞水平显示的LPA2不参与心脏细胞的生长调节，LPA1和LPA3在心脏细胞的生长调节中起重要作用，与心脏重构密切相关。
3 总结
LPA是一种十分活跃的生物活性分子，具有广泛的生物学效应。在这些效应中，不同的受体亚型起了正向或负向的调节作用。心脏正常功能的维系依赖于各种心脏细胞生长(存活)与凋亡的平衡，不同的病理条件下这种平衡会打破。如果我们能进一步深入了解各受体亚型的功能、与它们耦联的G蛋白和信号通路，在LPA受体水平上加以诱导，使
生长和凋亡的平衡朝着人为需要的方向发展，将不失为一种新的疾病治疗策略。不断问世的LPA各种受体亚型的拮抗剂或激动剂，正义/反义RNA和miRNA技术的发展将使这些梦想实现。
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619
溶血磷脂酸受体及下游信号通路在心脏细胞生长中的调节作用
陈 曦*
中国医学科学院/中国协和医科大学心血管病研究所，阜外心血管病医院，北京 100037
摘 要：溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid, LPA)是一种十分活跃的磷脂信号分子，具有广泛的生物学效应，包括诱导神经轴突回缩、应力纤维形成、促进血小板凝集、诱导平滑肌收缩、刺激血管平滑肌细胞增殖等。LPA通过其受体及耦联的G蛋白调节细胞内信号途径，介导各种生物学效应。心脏组织中存在多种LPA受体亚型，尤其受体LPA1亚型在心脏组织中的含量仅次于脑，位居第二，暗示LPA在心脏中有重要的生物学功能。本文着重对LPA的5种受体亚型的组织分布、与G蛋白的耦联和对第二信使的活性调节，以及LPA及其受体亚型对心脏细胞的生长调节作一综述。关键词：溶血磷脂酸受体；心脏；细胞增殖；肥大；凋亡中图分类号：R331.3+1；Q257
Lysophosphatidic acid receptors and the downstream signaling pathways inregulation of cardiac cell growth
CHEN Xi*
Cardiovascular Institute and Fu Wai Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing100037, China
Abstract: Lysophosphatidic acid (LPA) is a bioactive phospholipid messenger with multiple biological functions, including inductionof neurite retraction, stress fiber formation, promotion of platelet aggregation and stimulation of smooth muscle contraction and cellproliferation. LPA exerts various biological functions through G protein-coupled receptors and the downstream cellular signalingpathways. LPA and its receptors may also play important roles in the heart since several LPA receptor subtypes exist in the heart andespecially the level of LPA1 subtype is the second highest, just lower than that in the brain. The review was focused on 5 subtypes ofLPA receptor, mainly on their tissue expression pattern, coupled G proteins and signal pathways, as well as the roles of LPA and itsreceptors in regulation of cardiac cell growth.
Key words: lysophosphatidic acid receptors; heart; cell proliferation; hypertrophy; apoptosis
溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid, LPA)是一种结构最简单的水溶性甘油磷脂，其化学结构名称为1-酰基-2-羟基-3-磷酸甘油 (1-acyl-2-hydroxy-sn-glycerol-3-phosphate)。以往认为LPA是脂质合成前体，后来逐步发现LPA具有广泛的生物学效应[1,2]，可以诱导神经轴突回缩、应力纤维形成、促进细胞
增殖/凋亡、血小板聚集、肿瘤细胞浸润等。 LPA可以引起多种血管反应，如激活血小板、促进血管平滑肌收缩和细胞增殖、活化内皮细胞，与高血压、动脉粥样硬化形成和发展密切相关[3-6]。我们课题组的研究显示，LPA参与心肌细胞和心脏成纤维细胞的生长调节，与心脏重构的病理生理过程相
Received 2007-08-01 Accepted 2007-08-30
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 30170374) and the National Basic ResearchDevelopment Program of China (No. G2000056905, 2007CB512108).
*
Corresponding author. Tel: +86-10-88398584; E-mail: [email protected]
620 生理学报 Acta Physiologica Sinica, October 25, 2007, 59 (5): 619-627
关[7,8]。因而，LPA也是一种心血管活性物质。LPA的上述各种生物学作用主要是通过G蛋白耦联的受体介导下游信号通路实现的。
1 LPA受体
目前，在哺乳动物中已经确定存在5种LPA受体，LPA1~LPA5。其中LPA1~LPA3基因编码具有高度同源性，同属于内皮分化基因(endothelial dif-ferentiation gene, Edg)家族，而LPA4和LPA5同源性较高；在系统进化树上它们分属于两个不同的分支[9]。
1.1 Edg家族的LPA受体
1996年Hecht等[10]从小鼠TSM细胞系中分离出vzg-1基因，并鉴定其为LPA受体，这是第一个被确认的LPA受体，LPA1/Edg2。LPA1是一个7次跨膜蛋白，由365个氨基酸组成，分子量约为41kDa。原位杂交显示vzg-1位于大脑皮质神经母细胞增殖区。Northern blot分析显示vzg-1在胚胎脑中大量表达。vzg-1过表达可引起LPA依赖的神经轴突回缩和细胞圆化，还可介导LPA诱导的Gi蛋白的活化，但Gi蛋白的活化与细胞圆化无关。LPA1通过耦联Gi蛋白介导LPA对胞内cAMP水平的抑制。LPA1的发现第一次将胞外LPA与胞内被LPA激活的信号系统通过受体连接起来，为神经和非神经系统关于LPA的研究打开一扇新的门户。
1997年An等[11]从人肺cDNA文库获得人源Edg2的基因克隆，编码364个氨基酸的蛋白。人源LPA1广泛分布于脑、心脏、胃肠道与生殖系统，其中在心脏组织中的含量仅次于脑，位居第二；Contos等[12]分析显示LPA1在成年小鼠心脏中也呈高表达，暗示LPA在心脏中有重要的生物学功能。
1998年An等[13]发现一种新的LPA受体，LPA2/Edg4。这种人源LPA2由382个氨基酸组成，分子量约为42 kDa。它与人LPA1氨基酸的同源性为72%。An等比较了LPA1和LPA2的组织分布，Northern blot分析显示两者组织分布完全不同。人的LPA2主要分布于睾丸、胰腺、前列腺、脾脏、胸腺，而LPA1高表达的脑、心脏、消化道等脏器中几乎检测不到LPA2。LPA2可介导LPA诱导的SRE报告基因的表达，此表达依赖于Gi蛋白和RhoGTPase的活化。人LPA2的发现及其与LPA1组织分布的差异说明LPA在不同组织中可能产生不同的生物学作用，各种受体亚型有其各自独立的调节
方式。
1999年Bandoh等[14]和2000年Im等[15]先后在各自的实验室分别独立克隆了人Edg7基因，并将其确定为LPA的第三种受体亚型，LPA3。人LPA3由353个氨基酸组成，分子量约为40 kDa。就氨基酸序列相似性比较，LPA3与LPA1、LPA2 分别有53.7%和48.8%的同源性。LPA3的组织分布也很局限，这一点类似于LPA2。人LPA3主要在心脏、胰腺、前列腺和睾丸中表达，脑和消化系统未见Northernblot杂交信号[14,15] ；大鼠LPA3主要分布于肾脏和睾丸，而脑、消化系统等也均无表达[15]。
随着LPA受体亚型的逐步发现，多个研究小组对各亚型的功能和与G蛋白的耦联方式进行了研究。Bandoh等[14]将人源LPA的3种受体亚型基因分别导入Sf9细胞中，Im等[15]将小鼠LPA1、人LPA2和人LPA3基因分别转染至Rh7777细胞。两研究组的结果均显示，LPA2和LPA3介导LPA诱导的胞内钙浓度升高，而LPA1不影响这种钙运动。上述胞内钙运动对百日咳毒素(pertussis toxin, PTX)不敏感，却对磷脂酶C (phospholipase C, PLC)的抑制剂敏感，说明LPA2和LPA3通过耦联Gs蛋白介导钙的胞内运动[14]。
LPA可以浓度依赖地抑制cAMP在细胞内的积累。Im等[15]研究表明，这种抑制作用是LPA1介导的，且是通过与Gi蛋白耦联实现的；人LPA2和LPA3均不参与LPA对胞内cAMP水平的抑制，与PTX也无关。Bandoh等[14]研究却显示，在转染了Edg4或Edg7的Sf9细胞中，先以forskolin诱导胞内cAMP浓度积累到较高水平后，LPA刺激不但不会抑制这种cAMP的积累，反而会使cAMP浓度进一步升高，且刺激效应对PTX不敏感；Edg2不发生上述刺激cAMP浓度升高的现象。说明人源LPA的3种受体亚型不但没有介导LPA抑制胞内cAMP浓度的作用，而且LPA2和LPA3可能与Gi蛋白以外的某种G蛋白耦联促进cAMP浓度升高。Ishii等[16]将小鼠LPA的3种受体亚型基因分别转染至B103细胞，结果显示3种受体亚型均介导LPA对腺苷酸环化酶的抑制作用，且对PTX敏感，即LPA可以通过小鼠任何一种LPA受体亚型耦联Gi蛋白，从而实现对胞内cAMP积累的抑制作用。
LPA具有生长因子样的作用，能够刺激多种细胞增殖，激活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedprotein kinases, MAPKs)[17]。因而LPA受体在MAPKs
陈 曦：LPA受体及下游信号通路在心脏细胞生长中的调节作用
621
激活中的介导作用成为另一个主要的研究靶标。Bandoh等[14]研究显示Edg2与Edg7均不激活MAPKs，只有Edg4激活MAPKs。Ishii等[16]的实验结果表明3种受体亚型均介导LPA对MAPKs的活化。上述矛盾现象说明可能在不同的组织中，细胞内信号转导通路不同；还有可能不同种属间LPA受体亚型的氨基酸序列细微差异导致蛋白质结构变化，从而耦联不同种类的G蛋白，引发不同信号通路的激活或失活，最后产生不同的生物学效应。
Ishii等还进一步比较了3种受体亚型在LPA其它生物学效应中扮演的角色。结果显示，3种受体亚型在LPA诱导的肌醇磷酸的产生和花生四烯酸的释放中作用相似，仅在效率和作用强度上有所差异。然而，在LPA诱导细胞骨架形变的过程中，各受体的作用大相径庭。Edg2和Edg4可以介导LPA诱导的细胞圆化，LPA3过表达反而导致神经轴突延长、抑制LPA诱导的细胞圆化[16]。总之，3种受体亚型在介导LPA的生物学功能时或有分享或有所区别，这反映体内可能存在具有重叠性质的元件为细胞发挥重要生物学功能提供了保障，而不同性质的信号又保证了细胞更特异的生物学功能。1.2 非Edg家族的LPA受体
前3种LPA受体几乎以每年一个的速度被发现，而后间隔了4年，Noguchi等[9]在2003年报道了第4种LPA受体。该研究组将G蛋白耦联的孤儿受体p2y9/GPR23确定为LPA4。这是一个与以往LPA受体结构差异很大的蛋白质，其氨基酸序列同源性仅为20%~24%；在系统进化树上LPA4与血小板激活因子(platelet-activating factor, PAF)的G蛋白耦联受体较接近。人LPA4由370个氨基酸组成，分子量约为42 kDa。实时定量PCR检测表明人LPA4广泛表达于各组织，但除了在卵巢组织表达十分丰富外，胸腺、胰腺、小肠、脑、心脏等组织中均很微弱[9]。Lee等[18]的Northern blot分析显示，LPA4广泛表达于胚胎组织(包括胚脑)中。
最近Lee等[18]进一步研究了LPA4所介导的细胞信号通路。通过G蛋白minigene和药理学干预方法的研究表明，LPA4通过G12/13和Rho活化介导神经轴突回缩和应力纤维的形成；通过Gq和Gi蛋白介导胞内钙运动和非选择性阳离子流发生；通过Gs蛋白介导胞内cAMP浓度升高。
2006年Lee等[19]报道了人和小鼠的第5种LPA受体，LPA5/GPC92。在系统进化树上，它与LPA4
更接近，二者的氨基酸序列同源性为35%。小鼠LPA5富含于小肠，同时以低水平广泛分布于多种脏器，包括脾脏、胃、胸腺、皮肤、肺、肝脏、胚胎干细胞、胚肝、胚脑和背根神经节(dorsalroot ganglion, DRG)，但在脑和心脏中，Northernblot方法未检测到LPA5的表达。LPA5在外周神经系统表达，暗示着它可能与这些系统的疾病过程相关；LPA5在胚胎干细胞中的广泛表达也可能扩展它在发育和干细胞功能中的作用。
LPA5所介导的生物学效应和信号转导通路研究表明，LPA5通过G12/13和RhoA活化介导LPA浓度依赖的神经轴突回缩和应力纤维的形成；通过Gβγ介导LPA诱导的胞内cAMP浓度升高；通过Gq介导LPA诱导的胞内钙浓度升高。另外，LPA5还介导LPA促进非选择性阳离子流升高[19]。
综上所述，LPA1广泛表达于各种组织，脑和心脏中的表达尤其丰富；LPA2和LPA3组织分布局限，前者在睾丸、胰腺、外周白细胞等，后者在心脏、胰腺、前列腺、睾丸等；LPA4广泛低水平表达于各种组织，只在卵巢中强表达；LPA5表达比较广泛，尤其在多种胚胎组织中表达，但在脑和心脏中不表达(表1)。心脏组织中LPA受体亚型主要为LPA1和LPA3，LPA4表达很微弱，LPA2和LPA5不表达或几乎检测不到，推测LPA1和LPA3在心脏组织中起重要的生物学作用。我们课题组最近关于LPA对心脏细胞生长调节作用的研究结果证实了这一点。
LPA是一种十分活跃的磷脂信号分子，从上述已发现的各种LPA受体亚型组织分布、耦联的G蛋白和介导第二信使激活的能力上的差异性和共同性，说明LPA通过各组织中不同的LPA受体耦联多种G蛋白和信号通路，介导不同的生物学效应；同时，LPA又通过具有兼容性能的生物元件为细胞的重要生物学功能提供保障。
2 LPA及其受体和心脏重构
心脏细胞主要包括心肌细胞和心脏成纤维细胞。心脏重构主要表现为心肌细胞的肥大、凋亡和心脏成纤维细胞的增生、胶原代谢异常。阐明心脏细胞的生长调节机制，适时有效地调节心肌细胞和心脏成纤维细胞的行为是调控心脏重构的重要途径。LPA的生长因子样功能和LPA受体在心脏组织中的表达特征暗示着LPA在心脏细胞生长调节和
622 生理学报 Acta Physiologica Sinica, October 25, 2007, 59 (5): 619-627表1. LPA受体亚型的组织分布
Table 1. LPA receptor subtype expression in tissues
High Moderate Low Hardly detectable/
Receptors Species
expression expression expression No expressionLPA1/vzg-1/Edg2
HumanMouse
Embryonic cerebralcortex, testis, brain,lung, heart, spleen,intestine
Brain, heart, colon,small intestine
Placenta, prostate,pancreas, testis,ovary, spleen
LPA2/Edg4
Human
Testis, leukocytes
Pancreas, prostate,thymus, spleen
Mouse
Testis, kidney, embryonic brain
Lung, spleen,thymus, stomachKidney, skeletalmuscle
Stomach, thymus,muscle, kidney
Liver
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LPA3/Edg7
MouseRat
Kidney, testis, lung,brain (around birth)Kidney, testis
Small intestine,heart, thymus
Embryonic brain,spleen, stomach
Liver, adult brainCerebellum, cortex,wholebrain, fetus, stomach,intestine, adrenal
12, 2115
HumanHeart, pancreas, prostate, testis, forebrainLung, ovaryBrain, placenta, liver,skeletal muscle, spleen,kidney, thymus, smallintestine, colon, leukocytes,stomach, bladder, ovary,uterus
14, 15
LPA4/(p2y9/GPR23)
HumanOvaryThymus, pancreas,small intestine,testis, heart, brain,spleen, colon, placenta,skeletal muscle
Liver, kidney, leukocytes9
LPA5/GPC92
MouseSmall intestineSpleen, stomach,thymus, skin
Lung, liver,embryonic stemcells, bone marrow,fetal liver, embryonicbrain
Brain, heart, kidney,tesis, muscle
19
心脏重构中扮演重要的角色。2.1 LPA诱导心肌细胞肥大
2000年Xu等的研究显示，LPA可以激活与蛋白质合成有关的两种激酶p90-核糖体S6激酶和p70-核糖体S6激酶，从而推测LPA可以诱导心肌细胞肥大[22]。2004年Hilal-Dandan等以细胞形态、心房钠尿因子(atrial natriuretic factor, ANF)-荧光素酶报告基因等观测指标证实LPA长时间刺激(48 h)可引起大鼠乳鼠心肌细胞肥大[23]，我们课题组最近的实验也证实了这一点[7]。
我们课题组最近分析了LPA受体亚型在大鼠乳鼠心肌细胞中的分布及其与心肌细胞肥大的关系[7]。
陈 曦：LPA受体及下游信号通路在心脏细胞生长中的调节作用
623
研究表明，LPA1~LPA3在大鼠乳鼠心肌细胞中均有表达。利用LPA受体亚型的特异性拮抗剂和激动剂分别抑制或单独诱导某种受体亚型，以细胞形态、3H-Lue掺入、ANF-荧光素酶报告基因表达等指标反映心肌细胞肥大情况，结果显示，LPA1与LPA3的拮抗剂二辛基甘油焦磷酸[dioctylglycerol py-rophosphate (8:0), DGPP]能够完全抑制LPA诱导的心肌细胞肥大，LPA3的特异激动剂1-油酰-2-甲氧基-甘油磷脂硫代硫酸(oleoyl-methoxy phosphothio-nate, OMPT)可以诱导心肌细胞肥大，而LPA2的特异激动剂十二烷基磷酸(dodecylphosphate)则无此效应(图1)。由于目前还没有单独针对LPA1或LPA3的特异拮抗剂，也没有LPA1的特异激动剂，因此我们认为LPA1和/或LPA3介导了LPA诱导大鼠心肌细胞肥大的生物学效应。
细胞肥大是一个胞内多条信号通路参与网络调控的过程。大量研究证据表明Gq蛋白在心肌肥厚中起着核心作用，许多与Gq蛋白耦联的激动剂如血管紧张素(angiotensin II, AngII)、内皮素-1 (endothelin-1,ET-1)和去氧肾上腺素(phenylephrine, PE)等通过Gq-PLC-蛋白激酶C (protein kinase C, PKC)通路刺激心肌细胞肥大，而LPA则与上述传统的激动剂不同，它刺激大鼠乳鼠心肌细胞肥大是PTX敏感的，也不需要PLC和PKC的活化，即通过耦联Gi蛋白而不是Gq蛋白诱导肥大效应[23]。
MAPK通路是经典的细胞增殖和肥大的信号通路。Hilal-Dandan等的研究表明Gi介导的细胞外信
号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK)的活化参与了LPA诱导的心肌细胞肥大，而p38MAPK与此效应无关。此外，G12介导的Rho的活化与Gi/ERK协同作用上述心肌细胞的肥大[23]。Bogoyevitch 等的研究也显示，大鼠乳鼠心肌细胞中ERK的活化可以通过Gq耦联，也可以由Gi介导，但LPA激活ERK是通过Gi蛋白而不是Gq蛋白。
近年研究发现，核因子κB (nuclear of immuno-globulin κ locus in B, NF-κB)的活化也是心肌细胞发生肥大的重要条件[25]，磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylino-sitol 3-kinase, PI3K)是细胞内重要的生长存活通路[26]。同样，这些研究也多来自与Gq蛋白耦联的激动剂PE、ET-1、AngII等。我们课题组最近的研究显示，尽管在上游通路中LPA表现出与其它促肥大因子的差异性，但殊途同归，LPA也可以激活NF-κB通路(图2)和PI3K/Akt/mTOR通路，并且这两条通路均介导了LPA诱导的心肌细胞肥大效应。进一步的通路网络关系研究表明，ERK1/2位于NF-κB的上游，但Akt的抑制不影响NF-κB的激活，说明Akt是与ERK1/2-NF-κB平行的通路。我们的结果第一次阐明了受体水平介导的LPA诱导心肌细胞肥大的信号机制，同时也更完善了下游的信号通路调节机制(图3)[7]。
LPA除了可以诱导心肌细胞肥大以外，Karliner等的研究表明，LPA对低氧环境下生长的大鼠心肌细胞有促存活效应，但其作用机制还不清楚[27]。2.2 LPA调节心脏成纤维细胞生长
[24]
图 1. DGPP，dodecylphosphate和OMPT对大鼠心肌细胞3H-leucine掺入的影响
Fig.1. Effects of DGPP (A), dodecylphosphate (B) and OMPT (C) on 3H-leucine uptake in rat cardiomyocytes. DGPP, dioctylglycerolpyrophosphate, antagonist of LPA1 and LPA3; OMPT, oleoyl-methoxy phosphothionate, specific agonist of LPA3; dodecylphosphate,specific agonist of LPA2. mean±SD. **P
.
624 生理学报 Acta Physiologica Sinica, October 25, 2007, 59 (5): 619-627
图 2. LPA刺激大鼠心肌细胞p65的磷酸化和NF-κB-荧光素酶的活性
Fig. 2. LPA stimulates phosphorylation of p65 (A) and NF-κB-luciferase activity (B) in rat cardiomyocytes. PDTC, pyrrolidinedithiocarbamate, inhibitor of NF-κB. mean±SD. **P
.
间，从而维持心脏的正常形态。但是在病理情况下，成纤维细胞增殖会使胶原过度积聚，导致心脏刚性太强，限制心肌细胞和肌束收缩，促进组织内电弥散，增加舒张期心肌僵硬度。可见心脏成纤维细胞必须维持稳定的数量才能保证心脏功能正常，其过度增殖是心肌重塑的重要原因。
我们课题组近几年研究了LPA对心脏成纤维细胞的生长调节作用。采用3H-TdR或3H-Leu掺入、Northern blot等实验方法，发现LPA以浓度依赖方式刺激大鼠乳鼠心脏成纤维细胞DNA和蛋白质合成；LPA刺激成纤维细胞c-fos mRNA表达呈时间
图 3. LPA1/LPA3通过ERK/NF-κB和Akt信号通路介导LPA诱导心肌细胞肥大
Fig. 3. LPA1/LPA3 mediate LPA-induced cardiomyocyte hyper-trophy through ERK/NF-κB and Akt signaling pathways. mTOR,mammalian target of rapamycin; PI3K, phosphatidylinositol 3-
kinase.
心脏成纤维细胞的增殖是维持正常心脏功能的一部分，在某些因素造成心肌细胞死亡后，新产生的成纤维细胞可以填补原来心肌细胞遗留下的空
与剂量依赖性；G蛋白耦联受体阻断剂苏拉明(suramin)能有效抑制LPA诱导的DNA合成增加及c-fos mRNA表达上调[28]。我们进一步的研究表明，LPA对体外培养的大鼠心脏成纤维细胞的生长具有双重调节作用，除了上述的促增殖效应，还有致凋亡作用。在低浓度范围内(1~25 μmol/L)，LPA介导心脏成纤维细胞的增殖效应；而在较高浓度，LPA通过诱导凋亡引起心脏成纤维细胞呈浓度依赖的细胞死亡(IC50约为50 μmol/L)，其调节与LPA的受体亚型有关[8]。
陈 曦：LPA受体及下游信号通路在心脏细胞生长中的调节作用
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RT-PCR实验显示，大鼠乳鼠心脏成纤维细胞中也存在LPA1~LPA3三种受体亚型的表达。DGPP能够完全抑制LPA诱导的3H-TdR掺入，dodecylphosphate对DNA合成没有促进作用，而OMPT可以显著增加DNA合成，提示LPA1和/或LPA3介导了LPA诱导的增殖作用[8]。LPA诱导心脏成纤维细胞凋亡的机制研究显示，DGPP可以抑制高浓度LPA导致的成纤维细胞凋亡，单独激活LPA2与LPA3并不诱发上述凋亡现象，推测LPA1可能介导了LPA的凋亡诱导作用。进一步研究凋亡途径表明，LPA通过引起线粒体损伤，激活凋亡执行蛋白caspase 3来诱导凋亡。这个凋亡过程与MAPKs的活化有关，其中ERK1/2与p38 MAPK可能介导了LPA引起的细胞死亡通路，而与c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinases, JNK)无关[8]。综合分析表明，低浓度LPA主要通过LPA3介导心脏成纤维细胞的增殖效应。而在较高浓度，LPA通过LPA1激活线粒体途径引起心脏成纤维细胞凋亡，此凋亡过程与ERK和p38 MAPK的活化有关(图4)。
2.3 LPA及其受体参与急性心肌梗死后的心脏重构
LPA是血清的组成成分之一，循环系统中的LPA与其它脂类一样，主要以血清白蛋白结合的形式存在于血清中。血浆凝溶胶蛋白(gelsolin)也可与LPA结合，并参与LPA生物学功能的调节[29]。 LPA主要来源于活化的血小板[30]，近年来发现卵巢癌细胞、脂肪细胞，损伤的内皮细胞、活化的成纤维细胞、及某些炎症细胞都可以分泌LPA[1,31]。LPA在正常人血清中浓度很低，约为2~20 μmol/L[30,32] ；应激状态，尤其是激活的血小板将释放大量的
图 4. LPA通过不同的受体亚型对大鼠心脏成纤维细胞产生促增殖和促凋亡的双向调节作用
Fig. 4. LPA exerts proliferative and proapoptotic dual actions on
rat cardiac fibroblasts through specific LPA receptor subtypes.
LPA，因而急性心肌梗死有可能导致血清LPA水平发生变化，我们课题组的研究证实了这一推测。透壁性急性心肌梗死患者发生心肌梗死后8 h血清LPA水平即升高，48~72 h达到高峰，约为正常人的7倍，梗后7 d仍高于正常水平[33]。急性心肌梗死患者血清LPA水平升高的病理学意义尚不清楚，它的释放究竟是来源于活化的血小板还是心肌细胞或是其它组织细胞都有待于进一步研究。但LPA作为一种生物活性分子，调节多种细胞的生长，可以引起多种心血管反应，尤其LPA的多种受体亚型在心脏中表达，推测心肌梗死后释放的LPA与梗死后心脏重构的形成和发展密切相关。
我们课题组以结扎左冠状动脉前降支的方法制备了大鼠心肌梗死模型，观察了梗死后早期和中晚期大鼠血流动力学与心功能和心肌重塑的各项指标，并检测了心肌梗死心脏组织的LPA1~LPA3mRNA和蛋白水平的变化。研究结果表明，大鼠急性心肌梗死后出现左心室功能下降，在早期重塑期(术后48 h)心室壁无明显肥厚，但有大量的心肌细胞凋亡，而LPA3蛋白表达明显增加，说明LPA3可能介导LPA在心肌梗死后早期的凋亡或抗凋亡作用。但在梗死后晚期重塑期(4周)，心室壁显著增厚，凋亡心肌细胞数有减少趋势，同时3种受体亚型基因表达均显著增加，但只有LPA1与LPA3蛋白表达增加，说明这两种受体亚型可能参与了晚期的心脏重塑过程[7]。这一研究结果在整体水平证明了我们在细胞水平显示的LPA2不参与心脏细胞的生长调节，LPA1和LPA3在心脏细胞的生长调节中起重要作用，与心脏重构密切相关。
3 总结
LPA是一种十分活跃的生物活性分子，具有广泛的生物学效应。在这些效应中，不同的受体亚型起了正向或负向的调节作用。心脏正常功能的维系依赖于各种心脏细胞生长(存活)与凋亡的平衡，不同的病理条件下这种平衡会打破。如果我们能进一步深入了解各受体亚型的功能、与它们耦联的G蛋白和信号通路，在LPA受体水平上加以诱导，使
生长和凋亡的平衡朝着人为需要的方向发展，将不失为一种新的疾病治疗策略。不断问世的LPA各种受体亚型的拮抗剂或激动剂，正义/反义RNA和miRNA技术的发展将使这些梦想实现。
626 生理学报 Acta Physiologica Sinica, October 25, 2007, 59 (5): 619-627
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