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摘要 内皮素1-31（endothelins1-31，ETs1-31）是糜酶水解内皮素原产生的一种成熟内皮素，有ET-11-31、ET-21-31和ET-31-31三种异构体，目前已检测到ETs1-31分布于人、猴和仓鼠的粒细胞、肝脏、肺、气管、肾和肾上腺等组织。ETs1-31具有促细胞增殖、收缩平滑肌、升高胞浆游离Ca ²⁺浓度、引起炎症细胞趋化和致心律失常等生物学效应，也可经内皮素转换酶水解为ETs1-21而间接产生效应。ETs1-31很可能与支气管哮喘、先兆子痫、动脉粥样硬化和肾小球肾炎等疾病密切相关。

主题词： 内皮素；糜酶；内皮素转换酶；内皮素受体

学科分类号：R54

内皮素（endothelin，ET）系广泛分布于几乎各类组织细胞的活性多肽，1988年Yanagizawa等报告成熟ET（ET1-21）由21个氨基酸残基组成，主要分布于心血管系统，具有收缩平滑肌、促增殖等生物学效应。ET参与肺动脉高压、心衰、心肌肥厚等多种疾病的病理过程。1997年Nakano等[1]将人肥大细胞中的糜酶和大内皮素（big ETs）在体外共同孵育，得到由31个氨基酸残基组成的成熟ET（ET1-31）。同年，Hanson等报道，人的肺中存在一种糜蛋白敏感性丝氨酸酶（chymostatin－sensitive serine protease）可以一过性水解big ET-1产生ET-11-31。业已明确，ETs1-31是内皮素家系的新成员，与ETs1-21源自共同的前体big ETs，由糜酶水解生成。ETs1-31可激活ETA和ETB受体，具有促细胞增殖、收缩平滑肌、升高胞浆游离Ca2+浓度、引起炎症细胞趋化和致心律失常等生物学效应，与ETs1-21的效应有共同之处，但在组织含量、作用强度等方面与ETs1-21有差异，至于ETs1-31是否作用于ETA/B之外的特异性受体产生效应尚有争议。ETs1-31与支气管哮喘、妊娠子痫、动脉粥样硬化和肾小球肾炎等病理过程密切相关。

一、  ETs1-31的生物合成与分布

ETs1-31有ET-1、ET-2和ET-3三种异构体，分别与ETs1-21的三种异构体相对应，源自三种ET基因的表达。ET基因经转录与翻译，首先形成前内皮素原（prepro ET），后者在内肽酶和羧肽酶的共同作用下水解成内皮素原（pro-ET）或称大内皮素（big ETs），big ETs在内皮素转化酶（endothelin converting enzyme, ECE）作用下水解Trp21-Val22 之间的肽键产生ETs1-21，在糜酶（chymase）和人类肺组织糜蛋白敏感性丝氨酸酶作用下水解Tyr31-Gly32之间的肽键产生ETs1-31。值得注意的是，人类和灵长类动物体内的糜酶为α型，底物特异性高，在big ETs只有一个酶切位点（Tyr31-Gly32）；而啮齿类和反刍类动物体内的糜酶主要为β型，底物特异性低，在big ETs有多个酶切位点（Tyr13、Phe14、Trp21、Val22-Asn23和Tyr31等），β糜酶的作用很可能使big ETs降解为更小的片断，而不产生ETs1-31。人的三种big ETs氨基酸序列（含相应的ETs1-31 和ETs1-21）如下：
big ET-1：N-C1SCSSLMDKECVYFCHLDIIW21VNTPEHVVPY31GLGSPRS38-C；
big ET-2：N-C1SCSSWLDKECVYFCHLDIIW21VNTPEQTAPY31GLGNPPR38-C；
big ET-3：N-C1TCFTYKDKECVYYCHLDIIW21INTPEQTVPY31GLSNYRGSFR41-C。

ETs1-31分布于人类、灵长类动物和仓鼠的粒细胞、肝脏、肺、气管和肾上腺等组织[2,3]，与ETs1-21共同存在，粒细胞含量较高，为ETs1-21的2倍，肺组织、肾上腺组织含量低于ETs1-21（约为ETs1-21的1/20）。健康人ET-11-31血浆浓度为0.47±0.06 pM，低于ET-11-21（0.81±0.06 pM）(Yoshizumi，2000)。Kakui等[2]报道仓鼠肝脏ET-11-31免疫活性明显高于ET-11-21，心脏、肺和肾上腺的ET-11-31免疫活性明显低于ET-11-21。ETs1-31在大鼠、小鼠、牛、狗、猪等动物体内分布情况尚未见报道。

ETs1-31对ETA和ETB两种受体是否具有相同的亲和力目前尚有争议。Kitamura等[4]通过竞争性配体结合试验证明ET-11-31在猪肺组织能和ETB受体结合，不能与ETA受体结合；在大鼠肾上腺皮质，ET-11-31能与ETA受体结合，不能与ETB受体结合（Rebuffat，2001），而在大鼠气管、支气管和肺泡组织，ET-11-31能与BQ123敏感位点（ETA受体）和角蝰毒素（sarafotoxin S6c）敏感位点（ETB受体）两者特异性结合（Goldie，2000）。至于是否存在ETs1-31特异性受体还存在争议。

二、ETs1-31的生物学效应

（一）促细胞增殖

ETs1-31与ETs1-21一样，可以促进培养的冠状动脉平滑肌细胞、肾小球系膜细胞[5]、肾上腺球状带（zona glomerulosa，ZG）细胞(Mazzocchi，2000)增殖。在培养的大鼠ZG细胞和人肾小球系膜细胞，ET-11-31和big ET-1都可显著增加3H-胸腺嘧啶掺入并增加细胞数量，ECE抑制剂磷阿米酮（phosphoramidon）对ET-11-31的促增殖效应无影响，但能显著减弱big ET-1的作用，表明ETs1-31无需转化为ETs1-21即能直接、独立产生效应。ETs1-31促增殖作用的强弱在培养的人(Yoshizumi,1998)和猪冠状动脉平滑肌细胞（Nagata, 2000）、肾小球系膜细胞[5] 与ET-11-21相当，在培养的大鼠ZG细胞，ET-11-31的促增殖效应显著强于ET-11-21。

在培养的人冠状动脉平滑肌细胞、肾小球系膜细胞、猪冠状动脉平滑肌细胞和大鼠ZG细胞研究表明，ETA受体阻断剂BQ123和BQ485可以取消ET-11-31的促增殖作用，而ETB受体阻断剂BQ788则没有明显作用，提示ETs1-31的促增殖作用可能是由ETA或ETA样受体介导。ETs1-31促增殖作用的受体后途径包括：（1）细胞外信号调节蛋白激酶（extracellular-signal-regulated kinase, ERK）途径： ET-11-31可使培养的人冠状动脉平滑肌细胞、肾小球系膜细胞和大鼠ZG细胞的ERK1和ERK2活性增加，其时相特点和作用强度与同等剂量ET-11-21相似。（2）p38-MAPK途径： Inui等[5]报道，ET-11-31和ET-11-21都可增强培养的人肾小球系膜细胞p38-MAPK磷酸化， p38-MAPK特异性抑制剂SB203580可以抑制ET-11-31诱导肾小球系膜细胞p38-MAPK磷酸化。（3）增加细胞周期蛋白D1表达：Nagata等报道，ET-11-31可使培养的猪冠状动脉平滑肌细胞中细胞周期蛋白D1表达增加，后者与CDK4、CDK6偶联，在c-fos、cAMP和毛喉素（forskolin）调控下对细胞产生强烈的促增殖作用。

（二）收缩平滑肌

ETs1-31 可以引起气管平滑肌、血管平滑肌和子宫平滑肌收缩[1,6,7]。Nakano 等[1]研究表明，三种ETs1-31都可不同程度地收缩大鼠离体气管平滑肌，与相应的ETs1-21和big ETs相比收缩强度排序如下：ET-11-21>ET-11-31>big ET-1，ET-21-31>ET-21-21≥big ET-2，ET-31-21 ≥ET-31-31 ≥big ET-3。但Goldie等（2000）报道，ET-11-31对大鼠离体气管平滑肌的收缩强度同ET-11-21相似，pEC40分别为7.4±0.1和7.5±0.1。ET-11-31对猪离体冠状动脉的收缩强度较ET-11-21弱10倍，对人离体子宫动脉的收缩强度也明显弱于ET-11-21 [6]，但对人离体脐动脉的收缩强度同ET-11-21相似。Lesie等[7]报道健康人皮内注射ET-11-31、ET-11-21和big ET-1，均可收缩皮肤微血管，降低皮肤微循环血流量，但ET-11-31和big ET-1作用弱于ET-11-21。

ECE抑制剂磷阿米酮可以减弱big ET-1引起离体大鼠气管平滑肌收缩，但对ET-11-31引起的收缩没有影响[1]， ETA受体阻断剂BQ485和BQ123可阻断ET-11-31所致离体灌流的猪冠状动脉和家兔入球小动脉、出球小动脉收缩[8]，表明ETs1-31收缩平滑肌的作用可能主要是ETA受体介导的直接作用，而非转化为ET1-21产生的间接作用。此外，ET-11-31还可通过加强胆碱能神经活动而增强大鼠支气管的收缩作用，但其作用较ET-11-21弱。

（三）升高胞浆游离Ca ²⁺浓度

ETs1-31可以增加冠状动脉平滑肌、气管平滑肌和肾小球系膜细胞等细胞胞浆游离Ca ²⁺浓度，这可能是ETs1-31收缩平滑肌和促增殖的重要机制。在培养的人气管平滑肌细胞，ET-11-31升高胞浆Ca ²⁺浓度的作用较等剂量big ET-1强3倍，ET-21-31亦能升高胞浆Ca ²⁺浓度，虽然big ET-2无此作用。ETs1-31升高胞浆游离Ca ²⁺浓度的作用是其直接作用还是转化为ETs1-21产生的间接作用尚有争议。

高浓度和低浓度ET-11-31升高胞浆Ca ²⁺浓度的机制有所不同。Inui等（1999）报道，低浓度ET-11-31（10-12 M）升高培养的人冠状动脉平滑肌细胞和肾小球系膜细胞胞浆Ca ²⁺浓度的作用不受细胞外Ca2+浓度影响，但可以被肌浆网钙泵特异性抑制剂thapsigargin抑制，而高浓度ET-11-31（10-7 M）则可增加细胞外放射性标记的Ca2+内流，此作用可以被硝苯地平（10-14～10-9M）抑制，表明低浓度ET-11-31主要通过增加IP3的生成，促进细胞内IP3敏感性钙贮释放，而高浓度ET-11-31既可促进IP3敏感性钙贮释放亦可增加胞外Ca ²⁺内流。

（四）诱导白细胞趋化

ET-11-31是人类中性粒细胞ET的主要形式，由糜酶水解big ET-1产生[7]，具有促进中性粒细胞和单核细胞趋化等致炎症作用，该作用强于ET-11-21。Sharmin等(2002)报道，小鼠皮下注射ET-11-31引起局部嗜酸性粒细胞聚集、嗜酸性细胞活化趋化因子和白介素-5水平增加，此作用可能系ETA受体介导，与ETB受体无关。ET-11-31还能促进IL-5预处理的嗜酸性粒细胞IL-13mRNA及其蛋白质表达[9]。此外，ETs1-31诱导趋化作用可能不涉及白介素-8和单核细胞趋化蛋白-1的介导作用。

（五）致心律失常作用

袁欣等（2004）用ET-11-31灌流离体大鼠心脏，可出现室性早搏，室性心动过速等心律失常，ET-11-31剂量越大心律失常严重程度和心律失常评分越高，呈剂量依赖性，并能被ETA受体特异拮抗剂BQ123完全阻断。磷阿米酮可部分阻断ET-11-31所致的心律失常。在离体大鼠心脏，人工模拟与ET-11-31所致相同程度低冠脉流量，则不发生严重心律失常，表明ET-11-31具有原发的致心律失常作用，这种心律失常作用并非主要因ET-11-31收缩冠状血管降低冠脉流量而产生。在培养心肌细胞ET-11-31可引起舒张期最低[Ca2+]i上升和收缩期最高[Ca2+]i降低，[Ca ²⁺ ]i瞬变幅度降低，ET-11-3110-8M以上浓度可引起[Ca ²⁺]i瞬变减弱直至消失。BQ123可有效拮抗ET-11-31对心肌细胞[Ca ²⁺]i的影响，磷阿米酮可部分拮抗ET-11-31对心肌细胞[Ca ²⁺]i的影响。

此外，ETs1-31还具有促进血栓素A2释放、促进类固醇激素释放等效应。因ETs1-31可激活ETA和ETB受体，故其效应与ETs1-21有许多共同之处，但从ETs1-31的作用强度及组织对ETs1-31的反应性看来并不与ETs1-21雷同。另外，有学者认为可能存在ETs1-31特异性受体，目前尚不能排除ETs1-31通过ETA和ETB以外的受体产生效应的可能性。

三、ETs1-31的病理生理意义

ETs1-31是成熟ET的又一种形式，与ETs1-21共同分布于多种组织器官中，有直接的生物学效应，可能在生理和病理过程中具有重要作用。

（一）支气管哮喘

肺组织中糜蛋白酶样活性物质含量较高，提示肺组织能产生ETs1-31。Okishima通过夹心酶联免疫法（Sandwich－Type Enzyme Immunoassays）检测到肺组织中ETs1-31含量低于ETs1-21，同big ETs含量相近。过敏性刺激亦能使气管肥大细胞脱颗粒，导致糜酶产生增加，预示在过敏性反应中ET-11-31产生增加。ET-11-31通过ETA或ETA样受体直接引起气管、支气管收缩，亦可通过加强胆碱能神经活动间接引起气管、支气管收缩。此外，ET-11-31通过ETA或ETA样受体刺激中性粒细胞、淋巴细胞和嗜酸性粒细胞趋化和聚集，使嗜酸性细胞活化趋化因子和白介素-5产生增加，表明ET-11-31可能参与支气管哮喘等气管阻塞性疾病的病理生理过程。

（二）先兆子痫

先兆子痫系孕期特有综合症，临床表现为高血压、蛋白尿、水肿和凝血系统激活，目前发病机制尚不清楚。Saijo等[6]报道，人类子宫、胎盘和脐带均能产生糜酶和ET-11-31。先兆子痫孕妇子宫产生的糜酶和ET-11-31显著高于正常孕妇，而胎盘和脐带产生的糜酶和ET-11-31显著低于正常孕妇。并且，ET-11-31对先兆子痫孕妇子宫的收缩作用强于正常，对脐动脉收缩作用弱于正常， ET-11-31在先兆子痫孕妇子宫和胎盘、脐带中的异常分布及其对子宫和脐动脉的异常收缩作用提示ET-11-31可能参与先兆子痫的病理生理过程。

（三）动脉粥样硬化

血管平滑肌的异常增生是动脉粥样硬化的重要信号。研究表明，ET-11-31不仅有强烈的缩血管作用，也是一种促有丝分裂剂，能剂量依赖性（10-9M～10-7M）地促进培养的人冠状动脉平滑肌细胞和大鼠胸主动脉平滑肌细胞增殖，其作用强度同等剂量ET-11-21相近。ET-11-31对中性粒细胞、单核细胞具有趋化作用，其作用强于ET-11-21，提示ET-11-31可介导中性粒细胞和单核细胞与血管内皮粘附，中性粒细胞和单核细胞与血管内皮粘附在动脉粥样硬化的发病中具有重要作用。 Suzaki等（2003）通过放免法检测到动脉粥样硬化性腹主动脉瘤患者血浆ET-11-31浓度高于正常，术后降至正常水平。Mawatari等[10]报道，高胆固醇饮食和一氧化氮合酶抑制剂l-NAME (N(omega)-nitro-l-arginine methylester，l-NAME)联合处理所致动脉粥样硬化伴随严重炎症仓鼠，其胸动脉粥样硬化损伤部位ET-11-31表达明显高于正常和早期动脉粥样硬化仓鼠，进一步证明ET-11-31与动脉粥样硬化的发生关系密切。

（四）肾小球肾炎

ET-11-31可收缩肾小球阻力血管，降低肾小球滤过率，还可引起肾小球系膜细胞增殖，导致肾小球损伤和硬化。文献报道糜酶分布于人类肾脏，并参与肾小球肾炎、血管球性肾炎的发病。ET-11-31可以引起中性粒细胞、单核细胞和嗜酸性粒细胞趋化，能增加肾小球系膜细胞迁移，用ET-11-31刺激肾小球系膜细胞产生的条件培养基亦能增加人类单核细胞株THP聚集（Ishizawa，2004），表明ETs1-31可能参与肾小球炎症发病。

ETs1-31和ETs1-21源自共同的前体（big ETs）在不同酶作用下水解生成，糜酶的分布和活性很可能与ETs1-31的分布和活性密切相关。ETs1-21主要分布于心血管系统，与高血压、心肌肥厚、心衰等疾病关系密切，而ETs1-31在心肌组织是否存在尚未见报道。但糜酶在人类心肌与血管组织表达较高，提示ETs1-31很可能存在于心血管组织，其含量及其在心血管活动中的生理与病理意义值得研究。已知ETs1-31与ETs1-21共同存在于肺、肾、肾上腺等组织，两者生物合成的相互调控如何、生物效应的相互调控如何以及在病理状态下的变化与相互调控如何均有待研究。更为突出的是，ETs1-31在粒细胞中含量高且具有明显的致炎作用，很可能是体内又一重要的前炎症因子，其在炎症性疾病中的意义值得研究。通过特异性抑制剂与激动剂或基因治疗等方法干预ETs1-31合成的关键酶——糜酶，从而干预ETs1-31的生物合成，很可能是调控ETs1-31合成的重要途径，对ETs1-31紊乱相关疾病的防治有很高的应用价值。

致谢：唐朝枢教授对本文提出宝贵意见，谨致谢意。

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