从细胞因子及能量代谢角度研究慢性心力衰竭治疗的新靶点及干预策略(2015心血管药理)-刘培庆1

2015年度中山大学药学院刘培庆2015年12月15日心血管药理讲座从细胞因子及能量代谢角度研究慢性心力衰竭治疗的新靶点及干预策略主要介绍内容一、研究慢性心衰治疗新策略的必要性二、改善心肌能量代谢-治疗心衰的关键三、新策略及靶点：细胞因子、能量代谢与心力衰竭四、TNF-α及其受体—心衰的治疗靶点及希望？五、抑制TNF-α与TNF-R1的结合活性的合成的优选多肽Pep3治疗心衰效果评价六、进一步研究思路2世界卫生组织08年10月发布了全球疾病状况的最新评估报告，心血管疾病是当前导致人类死亡的最主要原因。一、研究慢性心衰治疗新策略的必要性心血管疾病肿瘤传染病(29%)心血管疾病的主要死亡原因—心力衰竭发病率高：国内患病率0.8%～0.9%，患者约1200万,而且每年呈现50万递增的趋势；预后差：每年死亡20万，五年死亡率50％；费用大：在欧美，治疗费用占整个卫生支出的2%，是肿瘤的2倍。死亡代偿期失代偿期恶化期结构和功能的改变---重塑高血压，冠心病遗传，心肌病瓣膜病，先心病****心力衰竭心力衰竭的诱因和病理过程4研究背景分子机制跨膜信号传递胞外刺激基因表达活化细胞形态、功能改变血流动力学因素神经-体液因素CARDIACHYPERTROPHY:TheGood,theBad,andtheUgly.AnnuRevPhysiol,2003.激素、药物、神经递质膜受体第二信使Ca2+离子通道活性肽心力衰竭心律失常线粒体活性氧心脏病相关基因活性肽(1)(1)心力衰竭心力衰竭可能的发展基础7FirstStepRef:Webster,MD,PhD:Acne.Dermatol1996,8:237-268慢性心衰治疗理念的进步70年代：改善血流动力学紊乱：强心、利尿、扩血管SecondStep90年代：抑制神经体液因子：β阻滞剂、ACEI/ARBThirdStep21世纪：心肌代谢疗法可望成为CHF治疗的新靶点。任何减少能量消耗的心力衰竭疗法，如β受体阻滞剂，ACEI，ARB均可以改善心衰患者的预后。增加能量消耗的药物，如正性肌力药物，则增加心衰的死亡率。“衰竭的心脏是一台缺乏燃料的发动机”能量缺乏可能是心衰的重要发病机制NeubauerS.NEnglJMed,2007,356:1140-1151.二、改善心肌能量代谢-治疗心衰的关键调节心肌能量代谢有望成为治疗心衰的新策略心脏耗能位居所有器官之首，每天消耗6kgATP，搏动约10万次，向全身泵出10吨血液。心脏通过能量代谢将储存于脂肪酸或葡萄糖中的化学能转化为机械能，为心脏收缩和舒张提供能量。若能量产生和利用的效率发生改变，心脏便会出现功能障碍。心脏的能量代谢2、糖酵解（极少）1、线粒体氧化代谢脂肪酸（60%-90%）葡萄糖（10%-40%）正常心肌的能量代谢ATP来源正常心肌的能量代谢底物代谢氧化磷酸化能量利用正常心肌的能量代谢过程（一）：底物的利用丙酮酸葡萄糖脂肪酸糖酵解脂酰CoA合成酶乙酰CoA丙酮酸脱氢酶（PDH）有氧状态脂酰CoA脂酰CoAβ-氧化三羧酸循环CO2+NADHMitochondriacytoplasmBlood肉毒脂酰转移酶（CPT）正常心肌的能量代谢过程（二）：氧化磷酸化线粒体内膜ⅠⅡⅢⅣQH+H+H+O2H2OH+ⅤATP合酶ADP+PiATPNADH＋HNAD＋FADH2FAD三羧酸循环游离脂肪酸β氧化Mitochondria主要表现：2004年，VanBilsen等提出心肌代谢重构的概念。VanBilsenM,etal.CardiovascRes,2004,61:218-226心肌代谢重构（metabolicremodeling）由心肌细胞糖类和脂肪等物质代谢紊乱引起心脏能量代谢途径改变，导致细胞结构和功能异常的现象。脂肪酸氧化作用受损，主要的心肌能量来源从脂肪酸β氧化变为糖酵解。重构过程至失代偿状态，心肌能量缺乏。•RazeghiP,etal.Circulation,2001,102:2923-2931.•PaolissoG,etal.Metabolism,1994,43:174–179.1心肌底物利用变化衰竭心肌的能量代谢FFA氧化率正常或增加，葡萄糖摄取和糖酵解可能加速，心肌细胞处于代偿状态。心衰早期心衰晚期脂肪酸氧化受损可能继发于线粒体结构紊乱。PDH和CPT-1活性改变脂肪酸氧化的基因表达下调BilsenMV.CardiovasularRes.2009,81:420-428衰竭心肌的能量代谢1心肌底物利用变化ATP产生减少，心肌收缩、舒张功能障碍2氧化磷酸化受损线粒体结构、数量改变电子传递链活性降低ATP合酶效能降低解偶联蛋白表达增强•IdeT,etal.CircRes,2001,88:529-35.•QuigleyAF,etal.JCardFail,2000,6:47-55.•CasademontJ,etal.HeartFailRev,2002;7:131-9.衰竭心肌的能量代谢3ATP转移和利用受损线粒体内膜ANT蛋白表达下降cytoplasmATPADP+线粒体肌酸激酶+肌酸（Cr）磷酸肌酸（PCr）衰竭心肌的能量代谢PPARα调节心肌线粒体功能及脂肪酸氧化的重要核转录因子。PPARα基因敲除鼠心肌脂肪酸氧化明显降低，而转基因鼠心肌脂肪酸氧化增强。研究发现，心衰患者心肌组织PPARα的表达较正常心肌组织下降54％，PPARα受损可能导致心肌能量匮乏。KarbowskaJ,etal.CellMolBiolLett,2003,8:49-53衰竭心肌能量代谢的基因调节重要的核受体转录因子--PPARα外源性配体（调脂药）内源性配体（长链脂肪酸）PPARαPPRE脂肪酸氧化（FAO）基因CD36/FATFABPFACSmCPT-1MCAD,LCADUCP3细胞核PPARα衰竭心肌能量代谢的基因调节StanleyWC.PhysiolRev.2005,85:1093-1129重要的核转录共活化因子—PGC-1α衰竭心肌能量代谢的基因调节可与PPARα等多种核转录因子结合PGC-1α生物学效应脂肪酸氧化增强葡萄糖氧化减弱线粒体生物合成增加ZhouSG,LiuPQ*（刘培庆，通讯作者）.ProteomicAnalysisofHypertension-InducedLeftVentricularHypertrophybyTwo-DimensionalDifferenceGelElectrophoresisandMassSpectrometryJProteomeRes,2006,5(11):2901-2908(IF6.92)23①SHR与2k2cRHR心肌肥大大鼠心肌组织蛋白组学研究发现了18个差异表达蛋白，其中12个是能量代谢密切的酶，如α-烯醇化酶、短链脂酰辅酶A脱氢酶、NADH脱氢酶α亚复合体10、谷胱甘肽-s-转移酶等研究基础•研究了NAD合成的限速酶在心肌肥大中点变化及调控机制•Nmnat2protectscardiomyocytesfromhypertrophyviaactivationofSIRT6.•Nmnat3protectscardiomyocytesfromhypertrophyviaactivationofSIRT3.NAD+的生物合成尼克酰胺磷酸核糖基转移酶（Nampt）和烟酰胺单核苷酸腺苷酰基转移酶（Nmnat）对NAD+的合成起到了关键的催化作用。NAD+的转运及细胞分布NAD+主要存在三个不同的细胞池：1）细胞质池，2）线粒体池和3）细胞核池。CaiY,LiuPQ*(刘培庆，通讯作者).Nmnat2protectscardiomyocytesfromhypertrophyviaactivationofSIRT6.FEBSLett.2012;586(6):866-7427③证明了PPARα、NFATc4及GATA-4之间相互作用在心肌肥大中的意义③证明了PPARα、NFATc4及GATA-4之间相互作用在心肌肥大中的意义。29LeK,LiuP*(刘培庆，通讯作者).PPARαactivationinhibitsendothelin-1-inducedcardiomyocytehypertrophybypreventionofNFATc4bindingtoGATA-4.ArchBiochemBiophys.2012;518(1):71-830②心衰过程中转录调控因子PGC-1α、RIP140表达与能量代谢关键指标的关系31ChenY,LiuP*(刘培庆，通讯作者).RolesoftranscriptionalcorepressorRIP140andcoactivatorPGC-1αinenergystateofchronicallyinfarctedratheartsandmitochondrialfunctionofcardiomyocytes.MolCellEndocrinol.2012;362(1-2):11-8PGC-1α、RIP140的转录调节涉及到多个能量代谢相关基因32增加线粒体生物合成NRF(核呼吸因子)PGC-1α--PPAR线粒体生物合成。此二者是调控心肌脂肪酸分解和线粒体供能的枢纽心肌代谢疗法—底物的调节JenniferG.DuncanandBrianN.FinckThePPARα-PGC-1αAxisControlsCardiacEnergyMetabolisminHealthyandDiseasedMyocardiumPPARResearch,2008心肌代谢的争议与思考脂肪酸葡萄糖心肌肥厚和心衰时，能量代谢底物改变何种程度是代偿性的，何种程度是失代偿性的？脂肪酸氧化抑制在何时？抑制到什么程度?可以改善心衰。心衰时葡萄糖代谢可以代偿脂肪酸氧化降低的能量不足吗？心衰心肌代谢心衰代谢重构在心衰治疗中的意义拮抗神经体液：血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)、血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂、β-受体阻滞剂心衰缺能－底物的调节：1）增加葡萄糖氧化：曲美他嗪（Trimetazidine,TMZ)2）抑制脂肪酸氧化：L-卡尼丁(L-carnitine)3）增强呼吸链功能：辅酶Q104）补充磷酸肌酸5）Potentialtherapy:promotemitochondriabiogenesis三.新策略及靶点细胞因子受体、能量代谢调控？•心衰过程中增高的细胞因子、神经激素及生长因子形成网络，其错综复杂的网络调节紊乱决定了心衰病理过程的复杂性，针对某一靶点或单一环节的药物往往难以起到理想的治疗心衰效果。•靶向细胞因子受体及心肌能量代谢关键环节的药物具有重要的研发前景，心衰新靶点的干预正在成为治疗心衰的希望。37ArdehaliH,etal..EurJHeartFail.2012;14(2):120-9.经典的神经-体液因素•肾素—血管紧张素—醛固酮系统•交感神经系统•内皮素系统•胰岛素抵抗•细胞因子和生长因子血管平滑肌细胞成纤维细胞血管内皮细胞心肌细胞免疫细胞肥大凋亡舒缩增殖胶原的合成和分泌合成细胞因子调控心肌细胞血管生成炎症反应调节心脏微循环炎症反应细胞因子网络与炎症反应通路引自:SunSC.ThenoncanonicalNF-κBpathway.ImmunolRev.2012,246(1):125-4040TNF-α及其受体—炎症性疾病重要治疗靶点！TNF-α是诸多炎性相关疾病细胞因子网络的关键部分，也是与能量代谢障碍密切相关的细胞因子，TNF-α主要通过TNFR1介导胞内信息传递及细胞功能改变，是炎症性疾病重要治疗靶点。41ChenG,GoeddelDV.TNF-R1signaling:abeautifulpathway.Science.2002，296:1634以TNF-α孵育AC16（人源性心肌细胞株）或H9c2细胞（心肌细胞株），可以明显下调丙酮酸脱氢酶激酶4、PGC-1α、肉碱脂酰基转移酶Ⅰ(CPT-Ⅰ)，诱导葡萄糖氧化率显着增加，同时增加MCP-1及IL-6表达增加，该作用主要通过NFκB及P38