冠状动脉微循环障碍(coronary microvascular dysfunction，CMVD)是指冠状动脉微血管阻力异常，导致不能以心外膜冠状动脉病变解释的心肌灌注受损和(或)心肌缺血。临床上可表现为无症状性心肌缺血，也可表现为心绞痛甚至心肌梗死。根据CMVD时的病理改变及心脏微血管调节的异常，CMVD的发病机制可分为微循环结构异常和微循环功能异常两种，其中微循环结构异常主要是血管中膜和基底膜胶原纤维沉积导致的血管狭窄和微循环毛细血管网的形成障碍；而微循环功能异常包括内皮依赖性血管舒张异常、内皮非依赖性血管舒张异常、微血栓栓塞以及血管外机制，而内皮细胞与这些机制均密切相关，因此内皮细胞损伤是CMVD发生的关键，减轻内皮细胞损伤是防治CMVD的重要位点 ^{[ 1 ]}。线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore，MPTP)是线粒体膜上的一种非特异性的离子通道，其过度开放可诱导细胞凋亡，而细胞膜上Apelin/APJ系统可以发挥多种保护作用，对MPTP开放也有一定的抑制作用 ^{[ 2 ]}。本文将梳理内皮细胞损伤与CMVD的关系，并探讨Apelin/APJ系统通过抑制MPTP开放减轻内皮细胞损伤的潜在机制及Apelin/APJ系统的干预药物，为CMVD的发病机制及防治研究提供新的思路。

血管的基本功能是为脏器运输氧气、营养物质、免疫细胞和神经体液调节因子，而正常的内皮细胞是维持血管功能的最基础的保障。血管生成与心肌组织修复、氧气和代谢产物供应、缺血或炎症反应等密切相关 ^{[ 3 ]}，而血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、白细胞介素8和趋化因子等可促进血管生成，其中VEGF是激活内皮细胞、促进内皮细胞成管的最重要因子。研究表明，在缺氧条件下培养的内皮细胞可通过调控缺氧诱导因子1α/2α(hypoxia-inducible factor 1α/2α，HIF-1α/-2α)表达维持代谢活动，但在低温条件下内皮细胞极易损伤，因此与低温相比内皮细胞对缺氧的耐受性更好 ^{[ 4 , 5 ]}。研究发现，长期缺氧诱导的活性氧(reactive oxygen species，ROS)过表达对内皮细胞有明显的损伤作用，但通过饮食或药物的抗氧化治疗对内皮细胞依赖性心血管疾病却无明显的治疗作用，其原因可能是细胞内长期的ROS过表达具有促凋亡作用，但短期内对细胞生存可能是有利的 ^{[ 6 ]}。此外，内皮细胞功能受损后导致一氧化氮(nitric oxide，NO)的合成以及对内皮素1的灭活减低，进一步加重了心肌缺血。尽管内皮细胞不属于免疫细胞，但内皮细胞是机体免疫功能不可或缺的基础，其可通过分泌趋化因子、白细胞介素、干扰素和生长因子调控免疫炎症反应，通过诱导E选择素、P选择素、细胞间黏附分子或血管细胞黏附分子等的表达调控组织免疫细胞的募集 ^{[ 7 ]}。内皮细胞功能与血管生成、血液供应、凝血-抗凝平衡以及组织免疫炎症反应密切相关，因此内皮细胞损伤是CMVD发生的核心。

血管是血液运行的肌性管道，除毛细血管外其余血管壁均由内膜、中膜和外膜3层构成，血管内膜的主要细胞组成是内皮细胞、周细胞，平滑肌细胞分泌的胶原纤维、弹力纤维是血管中膜的主要成分，而血管外膜主要由疏松的结缔组织构成。血管内皮细胞内存在复杂的生物酶系统和Weibel-Palade小体等特殊细胞器，其不仅参与血管屏障的构成，而且通过其内分泌功能参与凝血-抗凝平衡、血管舒张收缩活动和血管生成等过程 ^{[ 8 ]}。冠状动脉微血管内皮细胞损伤介导的微血管生成减少、微血栓形成增加、血管屏障功能减退、血管舒张收缩功能障碍和血管重构等是CMVD发生的重要机制，因此内皮细胞损伤是CMVD发生的关键环节，而减轻内皮细胞损伤、促进微血管形成是防治CMVD的重要方向 ^{[ 9 ]}。

MPTP是线粒体膜上的一种非特异性的离子通道，在线粒体代谢、离子运输、膜电位调控等多种过程中具有重要作用，而且对内皮细胞凋亡有明显的调控作用 ^{[ 10 ]}。线粒体膜通过不断调控MPTP的开放与闭合状态来维持适当的膜电位梯度，从而保证正常的细胞呼吸和能量供应。在病理状态下，MPTP的开放程度明显增加，线粒体内呈现Ca ^2＋超载、氧化型谷胱甘肽和ROS等水平升高，同时细胞色素C(cytochrome C，CytC)大量释放、线粒体膜电位显著降低导致细胞凋亡的发生，而且Ca ^2＋超载、CytC释放和线粒体膜电位降低是进一步诱导MPTP持续开放的重要因素，也是诱导内皮细胞凋亡的潜在因素 ^{[ 11 , 12 ]}。

Apelin肽是由N端含有信号肽的77个氨基酸的前原蛋白，在经过内质网的剪切以后形成的含有55个氨基酸的原蛋白，C端原蛋白被剪切成不同长度的活性多肽，根据其最终产物的氨基酸长度被划分为Apelin-12、Apelin-13和Apelin-36等。APJ是一种G蛋白偶联受体，是与血管紧张素1型受体(angiotensin type 1 receptor，AT1R)同源性高达30%的新型跨膜受体，也是体内天然存在的Apelin肽受体。Apelin/APJ系统在细胞增殖、血管形成、血压、血糖和心肌收缩力变化等方面都有重要的调控作用。研究表明，Apelin/APJ系统通过抑制线粒体自噬、促进NO形成和血管生成、减少内质网应激、维持膜完整性和Ca ^2＋瞬态等对多种细胞活动进行调控 ^{[ 13 , 14 ]}。细胞内NO形成增加可通过延迟MPTP的开放增强对缺氧和复氧损伤的心肌保护作用 ^{[ 15 ]}，而抑制NO的合成可剥夺Apelin-13和Apelin-12对心肌缺血再灌注损伤的保护作用，其机制与MPTP的开放密切相关。此外，Apelin/APJ系统还通过调控MPTP的开放参与线粒体能量代谢过程 ^{[ 16 ]}，而且Apelin-12可显著增加心肌腺苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)含量、减少再灌注时腺苷一磷酸(adenosine monophosphate，AMP)的积累，其机制可能是通过NO诱导K ^＋依赖ATP通道开放从而抑制MPTP通道开放。内皮细胞Apelin/APJ系统对MPTP开放导致的细胞凋亡具有潜在的调控作用，因此该机制可能是防治CMVD的重要途径。

MPTP复合体是一种由线粒体外膜上的电压依赖性阴离子通道(voltage-dependent anion-selective channel，VDAC)、线粒体内膜中的腺嘌呤核苷酸转运子(adenine nucleotide translocator，ANT)、线粒体基质中的亲环蛋白D(cyclophilin D，CypD)和F ₁F _O ATP合酶等组成的非特异性选择性通道，其横跨细胞质、线粒体外膜、线粒体内膜和线粒体基质 ^{[ 17 , 18 ]}。MPTP对于调节线粒体内Ca ^2＋的水平具有重要意义，而细胞内氧化应激和Ca ^2＋超载是MPTP过度开放并诱导细胞凋亡的两个重要因素。MPTP过度开放可直接降低线粒体膜两侧H ^＋浓度差，并抑制线粒体氧化磷酸化和ATP合成，而当持续和不可逆的MPTP开放超出生理调节范围则可诱导线粒体依赖途径细胞凋亡 ^{[ 17 ]}。因此，MPTP开放是内皮细胞损伤后发生线粒体依赖途径细胞凋亡的关键靶点之一。

CypD是MPTP的重要组成蛋白 ^{[ 19 ]}， Ppif ^－/－基因(CypD的编码基因)敲除可减轻Ca ^2＋超载导致的细胞水肿、缩小心肌梗死面积，但经CypD的抑制剂环孢素A干预后，MPTP的开放程度随着Ca ^2＋浓度的增加仍然有提高，证实CypD不是决定MPTP开放的唯一因素。研究表明，F ₁F _O ATP合酶也参与了MPTP的构成，而且其可在接收到Ca ^2＋浓度的增加信号后调控MPTP的开放程度 ^{[ 20 ]}。附着在VDAC上的细胞质己糖激酶Ⅱ、线粒体外膜上的外周苯二氮 受体和负责ATP产生的肌酸激酶可能都参与了MPTP的形成和功能调节 ^{[ 21 ]}。通过干扰VDAC与基质中的CypD之间的关联，可明显阻断线粒体外膜与线粒体基质之间的信号传递，从而消除Ca ^2＋超载和ROS堆积引起的线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential，MMP)下降和MPTP依赖性细胞凋亡 ^{[ 22 , 23 ]}。VDAC对分子量小于5 kDa的小分子在细胞质和线粒体基质中自由循环几乎没有屏障作用，而ANT可直接与VDAC和CypD相互作用，因此ANT可通过调节VDAC和CypD来改变线粒体膜的通透性从而介导细胞质基质和线粒体基质中物质交换 ^{[ 24 ]}。原代人肺动脉内皮细胞和小鼠体内敲除或沉默CypD表达具有促进血管生成的作用，其机制可能与线粒体基质Ca ^2＋和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD ^＋)的增加、NAD ^＋依赖性脱乙酰酶Sirtuin1和丝氨酸苏氨酸激酶Akt信号传导的激活有关 ^{[ 25 ]}。ANT二聚体氧化形成二硫化物、NAD ^＋和NADP ^＋等都可以上调MPTP的开放，而以VDAC、ANT、CypD为靶标的抑制剂能够下调MPTP的开放，并可在缺血性卒中的治疗中发挥作用 ^{[ 26 ]}。此外，丙泊酚、代谢产物如葡萄糖和肌酸、辅酶Q、谷氨酸或Ca ^2＋螯合剂等抗氧化剂也可限制MPTP的开放。MPTP是由CypD、ANT、VDAC、己糖激酶Ⅱ和外周苯二氮 受体等多种蛋白质组成的具有复杂功能的吸纳立体膜孔通道，其调控机制和功能的复杂多样性也使其研究更具有挑战性。

MPTP开放后可见到MMP下降、线粒体水肿等，并导致CytC等线粒体内容物释放到细胞质而促进凋亡发生 ^{[ 13 ]}。研究表明，抗凋亡Bcl-2和Bcl-xL可以抑制MPTP的开放，而促凋亡Bax和Bak蛋白可以刺激MPTP的开放，甚至Bax/Bcl-2比值增加与MPTP的开放呈正相关 ^{[ 27 , 28 , 29 ]}。Bcl-2家族成员可以通过调节Ca ^2＋稳态和能量代谢调控MPTP状态，抑制细胞质中CytC的升高，减少凋亡诱导因子从线粒体转移到细胞核和DNA断裂，从而抑制凋亡的发生；而促凋亡Bcl-xS诱导线粒体CytC的渗出，并促进CytC、凋亡蛋白酶激活因子1和Caspase-9组成的凋亡小体的形成，加速凋亡的级联反应 ^{[ 30 , 31 ]}。线粒体解偶联蛋白2的高表达可通过激活氧化还原信号、减少ROS堆积、增加MMP、裂解Caspase-3蛋白等抑制细胞凋亡 ^{[ 32 ]}。因此，Ca ^2＋超载、ROS堆积及缺氧诱导的内皮细胞MPTP过度开放并进一步诱导内皮细胞凋亡是导致CMVD的潜在机制之一。

Apelin/APJ系统对心肌缺血再灌注损伤、阿尔茨海默病有着明确的保护作用，其中对内皮细胞的保护作用是其成为防治心血管疾病靶点的关键。研究表明，心肌缺血再灌注损伤的病理生理机制与氧自由基破坏血管结构、心肌细胞能量代谢障碍、细胞内Ca ^2＋超载、膜磷脂丢失等相关，而氧自由基堆积和细胞内Ca ^2＋超载可通过诱导MPTP过度开放进一步促进细胞凋亡 ^{[ 33 ]}。Apelin/APJ系统可通过减少线粒体自噬、增加NO合成、缓解内质网应激、维持细胞膜结构完整及调控Ca ^2＋转运等机制明显抑制该病理过程，因此，Apelin/APJ系统是心脏血管损伤的潜在干预靶点( 图1 )。

研究表明，Apelin-12、Apelin-13和Apelin-36对心肌缺血再灌注损伤有防治作用，其中Apelin-12可通过增加超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶水平，增加心肌抗氧化能力、减轻脂质过氧化、增加NO合成从而减少细胞膜结构损伤，其分子机制与磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MEK)1/2和蛋白质激酶C(protein kinase C，PKC)信号靶向活化NO合酶、线粒体K ^＋-ATP通道有关 ^{[ 34 ]}。Apelin-13可诱导胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)1/2、AMP活化的蛋白质激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)和Akt磷酸化增加内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)表达、维持线粒体膜电位、抑制内质网应激等诱导的细胞凋亡 ^{[ 35 ]}；Apelin-36通过调控PI3K/Akt信号通路直接延迟MPTP开放从而保护心肌细胞 ^{[ 36 ]}。因此，Apelin/APJ系统干预内皮细胞损伤的关键机制之一在于调节NO的合成( 图2A )。

研究发现，MPTP开放诱导的细胞内Ca ^2＋超载是造成细胞功能障碍的重要原因，而Apelin-13/APJ系统可通过维持滑面内质网Ca ^2＋调节剂的还原状态、抑制Ca ^2＋快速内流、延迟MPTP开放等维持细胞内Ca ^2＋的稳态，从而治疗心肌缺血再灌注损伤 ^{[ 37 , 38 ]}。研究还显示，Apelin/APJ系统可增强心肌收缩但又不诱导心肌肥厚，其潜在机制与增加心肌细胞肌节对Ca ^2＋敏感性同时不增加细胞内Ca ^2＋瞬时内流有关 ^{[ 39 ]}。Apelin-16可剂量依赖性增加心肌细胞的张力，对心力衰竭和心房颤动起到治疗作用。Apelin/APJ系统调节细胞内Ca ^2＋的稳态可能是其干预MPTP开放、减轻细胞损伤的重要机制，因此聚焦细胞膜Apelin/APJ系统对MPTP开放的抑制作用，对保护细胞功能具有重要意义( 图2B )。

心肌细胞能量代谢障碍是心肌缺血再灌注损伤的重要表征，而Apelin/APJ系统上调NO的表达是改善心肌细胞能量代谢障碍的关键。研究表明，Apelin-12的预处理能够显著上调心肌细胞的ATP合成、减少再灌注诱导的AMP堆积，而eNOS抑制剂能够剥夺Apelin-12能量代谢重构作用；Apelin-12还可通过NO进一步调控PI3K、MEK1/2、线粒体K ^＋-ATP通道开放等抑制MPTP的开放，从而参与心肌细胞的能量代谢 ^{[ 40 ]}。线粒体是细胞能量合成与代谢的主要场所，MPTP开放诱导线粒体的结构和功能损伤必然会影响到细胞的能量代谢过程，而Apelin/APJ系统能够促进能量代谢重构，也反向验证了Apelin/APJ系统对MPTP开放的抑制作用( 图2C )。

Apelin/APJ系统通过调控细胞凋亡与增殖、氧化应激反应、内分泌功能等病理生理过程参与了多种疾病发生发展，尤其在心脑血管疾病的防治中发挥重要作用( 表1 )。

内皮细胞损伤涉及CMVD发生发展的各个环节，是CMVD的重要病理表征，也是CMVD的防治重点。缺氧、辐射等原因介导的氧化应激反应、炎症反应可诱导MPTP开放，并导致细胞内Ca ^2＋超载、线粒体途径细胞凋亡、能量代谢障碍、电生理失衡等，是内皮细胞损伤的关键机制。Apelin/APJ系统通过抑制Ca ^2＋瞬时内流、增加NO合成等可抑制MPTP开放，从而抑制细胞凋亡、改善能量代谢、维持膜完整性和促进血管生成。因此，通过激活Apelin/APJ系统抑制MPTP开放是减轻血管内皮细胞损伤的重要机制，该机制在防治CMVD中具有重要作用，是今后CMVD机制研究的一个新方向。