Апелин - пептид, повышающий устойчивость органов и клеток к ишемии и реперфузии. Молекулярный механизм (обзор)

Апелин - пептид, повышающий устойчивость органов и клеток к ишемии и реперфузии. Молекулярный механизм (обзор)

Автор: Попов С. B., Нарыжная Н. В., Сиротина М. А., Маслов Л. Н., Мухомедзянов А. В., Курбатов Б. К., Горбунов А. С., Килин М., Крылатов А. В., Подоксенов Ю. К., Азев В. Н., Суфианова Г. З., Хлесткина М. С.

Журнал: Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины @cardiotomsk

Рубрика: Обзоры и лекции

Статья в выпуске: 4 т.38, 2023 года.

Бесплатный доступ

Ишемические-реперфузионные повреждения органов лежат в основе таких распространенных патологий, как ишемический инсульт и инфаркт миокарда и являются причиной смертности и инвалидизации населения. Кроме того, ишемическое повреждение легких наблюдается при тромбоэмболии легочной артерии. Успехи трансплантологии, как и широкое применение аортокоронарного шунтирования, ставят проблему ишемии и реперфузии органов при этих манипуляциях. Прогресс, достигнутый в прошедшие три десятилетия в отношении лечения инсульта и острого инфаркта миокарда (ОИМ), в последние годы замедлился. Поскольку пациенты с инсультом, ОИМ, ишемическим повреждением почки или легкого поступают в стационар после развития патологии, воздействовать на его формирование уже невозможно. Однако возможно повлиять на реперфузионное повреждение органов. Значительный прогресс в повышении эффективности трансплантации почек, в лечении инсульта, эмболии легочных артерий и ОИМ может быть достигнут за счет разработки новых препаратов, способных с высокой эффективностью предотвращать реперфузионное повреждение органов. Прототипами препаратов подобного действия могут стать синтетические аналоги апелина с длительным периодом полувыведения. Было обнаружено, что апелины могут повышать толерантность сердца, головного мозга, почек и легких к ишемии/реперфузии (И/Р). Апелины ингибируют апоптоз и активируют аутофагию кардиомиоцитов. Нейропротекторное, кардиопротекторное, ренопротекторное и пульмонопротекторное действие апелинов реализуется через внутриклеточный сигналлинг, включающий протеинкиназы, митохондриальную пору переменной проницаемости и АТФ-чувствительные К+-каналы. Устойчивые к воздействию ферментов аналоги апелина являются перспективными пептидами для лечения ОИМ, инсульта и И/Р повреждений легких и почек.

Еще

Апелины, ишемия/реперфузия, головной мозг, сердце, почки, легкие

Короткий адрес: https://sciup.org/149144439

IDR: 149144439   |   DOI: 10.29001/2073-8552-2023-38-4-29-39

Список литературы Апелин - пептид, повышающий устойчивость органов и клеток к ишемии и реперфузии. Молекулярный механизм (обзор)

  • Hage A., Stevens L.M., Ouzounian M., Chung J., El-Hamamsy I., Chauvette V. et al. Impact of brain protection strategies on mortality and stroke in patients undergoing aortic arch repair with hypothermic circulatory arrest: evidence from the Canadian Thoracic Aortic Collaborative. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2020;58(1):95-103. https://doi.org/10.1093/ ejcts/ezaa023.
  • Ya’qoub L., Gad M., Saad A.M., Elgendy I.Y., Mahmoud A.N. National trends of utilization and readmission rates with intravascular ultrasound use for ST-elevation myocardial infarction. Catheter Cardiovasc. Interv. 2021;98(1):1-9. https://doi.org/10.1002/ccd.29524.
  • Lio K.U., O’Corragain O., Bashir R., Brosnahan S., Cohen G., Lakhter V. et al. Clinical outcomes and factors associated with pulmonary infarction following acute pulmonary embolism: a retrospective observational study at a US academic centre. BMJ Open. 2022;12(12):e067579. https://doi.org/10.1136/bmjopen-2022-067579.
  • Swinarska J.T., Stratta R.J., Rogers J., Chang A., Farney A.C., Orlando G. et al. Early graft loss after deceased-donor kidney transplantation: What are the consequences? J. Am. Coll. Surg. 2021;232(4):493-502. https://doi.org/10.1016/j.jamcollsurg.2020.12.005.
  • O’Dowd B.F., Heiber M., Chan A., Heng H.H., Tsui L.C., Kennedy J.L. et al. A human gene that shows identity with the gene encoding the angiotensin receptor is located on chromosome 11. Gene. 1993;136(1- 2):355-360. https://doi.org/10.1016/0378-1119(93)90495-o.
  • Tatemoto K., Hosoya M., Habata Y., Fujii R., Kakegawa T., Zou M.X. et al. Isolation and characterization of a novel endogenous peptide ligand for the human APJ receptor. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1998;251(2):471-476. https://doi.org/10.1006/bbrc.1998.9489.
  • Hu G., Wang Z., Zhang R., Sun W., Chen X. The role of apelin/apelin receptor in energy metabolism and water homeostasis: A comprehensive narrative review. Front. Physiol. 2021;12:632886. https://doi.org/10.3389/ fphys.2021.632886.
  • Chng S.C., Ho L., Tian J., Reversade B. ELABELA: a hormone essential for heart development signals via the apelin receptor. Dev. Cell. 2013;27(6):672-680. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2013.11.002.
  • Perjés Á., Skoumal R., Tenhunen O., Kónyi A., Simon M., Horváth I.G. et al. Apelin increases cardiac contractility via protein kinase Cεand extracellular signal-regulated kinase-dependent mechanisms. PLoS One. 2014;9(4):e93473. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093473.
  • Kawamata Y., Habata Y., Fukusumi S., Hosoya M., Fujii R., Hinuma S. et al. Molecular properties of apelin: tissue distribution and receptor binding. Biochim. Biophys. Acta. 2001;1538(2-3):162-171. https://doi.org/10.1016/ s0167-4889(00)00143-9.
  • Than A., He H.L., Chua S.H., Xu D., Sun L., Leow M.K. et al. Apelin enhances brown adipogenesis and browning of white adipocytes. J. Biol. Chem. 2015;290(23):14679-14691. https://doi.org/10.1074/jbc.M115. 643817.
  • Sekerci R., Acar N., Tepekoy F., Ustunel I., Keles-Celik N. Apelin/APJ expression in the heart and kidneys of hypertensive rats. Acta. Histochem. 2018;120(3):196-204. https://doi.org/10.1016/j.acthis.2018.01.007.
  • Chen M.M., Ashley E.A., Deng D.X., Tsalenko A., Deng A., Tabibiazar R. et al. Novel role for the potent endogenous inotrope apelin in human cardiac dysfunction. Circulation. 2003;108(12):1432-1439. https://doi.org/10.1161/01.CIR.0000091235.94914.75.
  • Bircan B., Çakır M., Kırbağ S., Gül H.F. Effect of apelin hormone on renal ischemia/reperfusion induced oxidative damage in rats. Ren. Fail. 2016;38(7):1122-1128. https://doi.org/10.1080/0886022X.2016.1184957.
  • Gholampour F., Bagheri A., Barati A., Masoudi R., Owji S.M. Remote ischemic perconditioning modulates apelin expression after renal ischemia-reperfusion injury. J. Surg. Res. 2020;247:429-437. https://doi.org/10.1016/j.jss.2019.09.063.
  • Zhang X., Zhu Y., Zhou Y., Fei B. Activation of Nrf2 signaling by apelin attenuates renal ischemia reperfusion injury in diabetic rats. Diabetes Metab. Syndr. Obes. 2020;13:2169-2177. https://doi.org/10.2147/DMSO. S246743.
  • Xu F., Wu M., Lu X., Zhang H., Shi L., Xi Y. et al. Effect of Fc-Elabela-21 on renal ischemia/reperfusion injury in mice: Mediation of anti-apoptotic effect via Akt phosphorylation. Peptides. 2022;147:170682. https://doi.org/10.1016/j.peptides.2021.170682.
  • Fan X.F., Xue F., Zhang Y.Q., Xing X.P., Liu H., Mao S.Z. et al. The Apelin-APJ axis is an endogenous counterinjury mechanism in experimental acute lung injury. Chest. 2015;147(4):969-978. https://doi.org/10.1378/chest.14-1426.
  • Xia F., Chen H., Jin Z., Fu Z. Apelin-13 protects the lungs from ischemia-reperfusion injury by attenuating inflammatory and oxidative stress. Hum. Exp. Toxicol. 2021;40(4):685-694. https://doi.org/10.1177/0960327120961436.
  • Wu F., Qiu J., Fan Y., Zhang Q., Cheng B., Wu Y. et al. Apelin-13 attenuates ER stress-mediated neuronal apoptosis by activating Gα /Gαtions during twitches in isolated rat cardiac myocytes. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2008;294(6):H2540-H2546. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00046.2008.
  • Xin Q., Cheng B., Pan Y., Liu H., Yang C., Chen J. et al. Neuroprotective effects of apelin-13 on experimental ischemic stroke through suppression of inflammation. Peptides. 2015;63:55-62. https://doi.org/10.1016/j. peptides.2014.09.016.
  • Duan J., Cui J., Yang Z., Guo C., Cao J., Xi M. et al. Neuroprotective effect of Apelin 13 on ischemic stroke by activating AMPK/GSK-3β/Nrf2 signaling. J. Neuroinflammation. 2019;16(1):24. https://doi.org/10.1186/s12974019-1406-7.
  • Liu D.R., Hu W., Chen G.Z. Apelin-12 exerts neuroprotective effect against ischemia-reperfusion injury by inhibiting JNK and P38MAPK signaling pathway in mouse. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2018;22(12):3888-3895. https://doi.org/10.26355/eurrev_201806_15273.
  • Chu H., Yang X., Huang C., Gao Z., Tang Y., Dong Q. Apelin-13 protects against ischemic blood-brain barrier damage through the effects of Aquaporin-4. Cerebrovasc. Dis. 2017;44(1-2):10-25. https://doi.org/10.1159/000460261.
  • Zhang R., Wu F., Cheng B., Wang C., Bai B., Chen J. Apelin-13 prevents the effects of oxygen-glucose deprivation/reperfusion on bEnd.3 cells by inhibiting AKT-mTOR signaling. Exp. Biol. Med. (Maywood). 2023;248(2):146-156. https://doi.org/10.1177/15353702221139186
  • Mughal A., Sun C., O’Rourke S.T. Activation of large conductance, calcium-activated potassium channels by nitric oxide mediates apelin-induced relaxation of isolated rat coronary arteries. J. Pharmacol. Exp. Ther. 2018;366(2):265-273. https://doi.org/10.1124/jpet.118.248682.
  • Dönmez Y., Acele A. Increased Elabela levels in the acute ST segment elevation myocardial infarction patients. Medicine (Baltimore). 2019;98(43):e17645. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000017645.
  • Sans-Roselló J., Casals G., Rossello X., González de la Presa B., Vila M., Duran-Cambra A. et al. Prognostic value of plasma apelin concentrations at admission in patients with ST-segment elevation acute myocardial infarction. Clin. Biochem. 2017;50(6):279-284. https://doi.org/10.1016/j.clinbiochem.2016.11.018.
  • Wang C., Du J.F., Wu F., Wang H.C. Apelin decreases the SR Ca2+ content but enhances the amplitude of [Ca2+] transient and contrac contractions during twitches in isolated rat cardiac myocytes. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2008;294(6):H2540-H2546. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00046.2008.
  • Wang C., Liu N., Luan R., Li Y., Wang D., Zou W. et al. Apelin protects sarcoplasmic reticulum function and cardiac performance in ischaemia-reperfusion by attenuating oxidation of sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase and ryanodine receptor. Cardiovasc. Res. 2013;100(1):114-124. https://doi.org/10.1093/cvr/cvt160.
  • Rostamzadeh F., Najafipour H., Yeganeh-Hajahmadi M., Esmaeili-Mahani S., Joukar S., Iranpour M. Heterodimerization of apelin and opioid receptors and cardiac inotropic and lusitropic effects of apelin in 2K1C hypertension: Role of pERK1/2 and PKC. Life Sci. 2017;191:24-33. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2017.09.044.
  • Simpkin J.C., Yellon D.M., Davidson S.M., Lim S.Y., Wynne A.M., Smith C.C. Apelin-13 and apelin-36 exhibit direct cardioprotective activity against ischemia-reperfusion injury. Basic Res. Cardiol. 2007;102(6):518-528. https://doi.org/10.1007/s00395-007-0671-2.
  • Писаренко О.И., Шульженко В.С., Пелогейкина Ю.А., Студнева И.М., Кхатри Д.Н., Беспалова Ж.Д. и др. Влияние экзогенного апелина-12 на функциональное и метаболическое восстановление изолированного сердца крысы после ишемии. Кардиология. 2010;50(10):44-49.
  • Писаренко О.И., Серебрякова Л.И., Пелогейкина Ю.А., Студнева И.М., Кхатри Д.Н., Цкитишвили О.В. и др. Уменьшение реперфузионного повреждения сердца in vivo с помощью пептида апелина-12 у крыс. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2011;152(7):79-82.
  • Писаренко О.И., Серебрякова Л.И., Пелогейкина Ю.А., Студнева И.М., Кхатри Д.Н., Цкитишвили О.В. и др. Участие NO-зависимых механизмов действия апелина в защите миокарда от ишемического/реперфузионного повреждения. Кардиология. 2012;52(2):52-58. Pisarenko O.I., Serebriakova L.I., Pelogeĭkina Iu.A., Studneva I.M., Kkhatri D.N., Tskitishvili O.V. et al. Involvement of NO-dependent mechanisms of apelin action in myocardial protection against ischemia/reperfusion damage. Kardiologiia. 2012;52(2):52-58. (In Russ.).
  • Abbasloo E., Najafipour H., Vakili A. Chronic treatment with apelin, losartan and their combination reduces myocardial infarct size and improves cardiac mechanical function. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 2020;47(3):393-402. https://doi.org/10.1111/1440-1681.13195.
  • Pisarenko O.I., Shulzhenko V.S., Pelogeykina Y.A., Studneva I.V. Enhancement of crystalloid cardioplegic protection by structural analogs of apelin-12. J. Surg. Res. 2015;194(1):18-24. https://doi.org/10.1016/j. jss.2014.11.007.
  • Писаренко О.И., Беспалова О.И., Ланкин В.З., Тимошин А.А., Серебрякова Л.И., Шульженко В.С. и др. Антиоксидантные свойства апелина-12 и его структурного аналога при экспериментальной ишемии и реперфузии. Кардиология. 2013;53(5):61-67.
  • Pisarenko O., Shulzhenko V., Studneva I., Pelogeykina Y., Timoshin A., Anesia R. et al. Structural apelin analogues: mitochondrial ROS inhibition and cardiometabolic protection in myocardial ischaemia reperfusion injury. Br. J. Pharmacol. 2015;172(12):2933-2945. https://doi.org/10.1111/ bph.13038.
  • Tao J., Zhu W., Li Y., Xin P., Li J., Liu M. et al. Apelin-13 protects the heart against ischemia-reperfusion injury through inhibition of ER-dependent apoptotic pathways in a time-dependent fashion. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2011;301(4):H1471-H1486. https://doi.org/10.1152/ ajpheart.00097.2011.
  • Yu P., Ma S., Dai X., Cao F. Elabela alleviates myocardial ischemia reperfusion-induced apoptosis, fibrosis and mitochondrial dysfunction through PI3K/AKT signaling. Am. J. Transl. Res. 2020;12(8):4467-4477.
  • Chen Y., Qiao X., Zhang L., Li X., Liu Q. Apelin-13 regulates angiotensin ii-induced Cx43 downregulation and autophagy via the AMPK/mTOR signaling pathway in HL-1 cells. Physiol. Res. 2020;69(5):813-822. https://doi.org/10.33549/physiolres.934488.
  • Hou X., Zeng H., Tuo Q.H., Liao D.F., Chen J.X. Apelin gene therapy increases autophagy via activation of sirtuin 3 in diabetic heart. Diabetes Res. (Fairfax). 2015;1(4):84-91. https://doi.org/10.17140/DROJ-1-115.
  • Wang W., McKinnie S.M., Patel V.B., Haddad G., Wang Z., Zhabyeyev P. et al. Loss of apelin exacerbates myocardial infarction adverse remodeling and ischemia-reperfusion injury: therapeutic potential of synthetic apelin analogues. J. Am. Heart Assoc. 2013;2(4):e000249. https://doi.org/10.1161/JAHA.113.000249.
  • Masri B., Morin N., Pedebernade L., Knibiehler B., Audigier Y. The apelin receptor is coupled to Gi1 or Gi2 protein and is differentially desensitized by apelin fragments. J. Biol. Chem. 2006;281(27):18317-18326. https://doi.org/10.1074/jbc.M600606200.
  • Bai B., Cai X., Jiang Y., Karteris E., Chen J. Heterodimerization of apelin receptor and neurotensin receptor 1 induces phosphorylation of ERK(1/2) and cell proliferation via Gαq-mediated mechanism. J. Cell. Mol. Med. 2014;18(10):2071-2081. https://doi.org/10.1111/jcmm.12404.
  • Chapman N.A., Dupré D.J., Rainey J.K. The apelin receptor: physiology, pathology, cell signalling, and ligand modulation of a peptide-activated class A GPCR. Biochem. Cell. Biol. 2014;92(6):431-440. https://doi.org/10.1139/bcb-2014-0072.
  • Moon M.J., Oh D.Y., Moon J.S., Kim D.K., Hwang J.I., Lee J.Y. et al. Cloning and activation of the bullfrog apelin receptor: Gi/o coupling and high affinity for [Pro1]apelin-13. Mol. Cell. Endocrinol. 2007;277(1-2):51- 60. https://doi.org/10.1016/j.mce.2007.07.008.
  • Folino A., Accomasso L., Giachino C., Montarolo P.G., Losano G., Pagliaro P. et al. Apelin-induced cardioprotection against ischaemia/ reperfusion injury: roles of epidermal growth factor and Src. Acta Physiol. (Oxf.). 2018;222(2):e12924. https://doi.org/10.1111/apha.12924.
  • Yang S., Li H., Tang L., Ge G., Ma J., Qiao Z. et al. Apelin-13 protects the heart against ischemia-reperfusion injury through the RISK-GSK-3βmPTP pathway. Arch. Med. Sci. 2015;11(5):1065-1073. https://doi.org/10.5114/ aoms.2015.54863.
  • Pisarenko O.I., Shulzhenko V.S., Studneva I.M., Serebryakova L.I., Pelogeykina Y.A., Veselova O.M. Signaling pathways of a structural analogue of apelin-12 involved in myocardial protection against ischemia/reperfusion injury. Peptides. 2015;73:67-76. https://doi.org/10.1016/j.peptides.2015.09.001.
  • Писаренко О.И., Пелогейкина Ю.А., Шульженко В.С., Студнева И.М., Беспалова З.Д., Азмуко А.А. и др. Влияние ингибирования новообразования на метаболическое восстановление ишемизи рованного сердца крысы апелином-12. Биомедицинская химия.2012;58(6):702-711
  • Rastaldo R., Cappello S., Folino A., Berta G.N., Sprio A.E., Losano G. et al. Apelin-13 limits infarct size and improves cardiac postischemic mechanical recovery only if given after ischemia. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2011;300(6):H2308-H2315. https://doi.org/10.1152/ ajpheart.01177.2010.
  • Pisarenko O.I., Lankin V.Z., Konovalova G.G., Serebryakova L.I., Shulzhenko V.S., Timoshin A.A. et al. Apelin-12 and its structural analog enhance antioxidant defense in experimental myocardial ischemia and reperfusion. Mol. Cell. Biochem. 2014;391(1-2):241-250. https://doi.org/10.1007/ s11010-014-2008-4.
  • Reed A.B., Lanman B.A., Holder J.R., Yang B.H., Ma J., Humphreys S.C. et al. Half-life extension of peptidic APJ agonists by N-terminal lipid conjugation. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2020;30(21):127499. https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2020.127499.
  • Trân K., Murza A., Sainsily X., Coquerel D., Côté J., Belleville K. et al. A systematic exploration of macrocyclization in apelin-13: impact on binding, signaling, stability, and cardiovascular effects. J. Med. Chem. 2018;61(6):2266-2277. https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.7b01353.
  • Li L., Zeng H., Chen J.X. Apelin-13 increases myocardial progenitor cells and improves repair postmyocardial infarction. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2012;303(5):H605-H618. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00366.2012.
  • Azizi Y., Faghihi M., Imani A., Roghani M., Zekri A., Mobasheri M.B. et al. Post-infarct treatment with [Pyr1]apelin-13 improves myocardial function by increasing neovascularization and overexpression of angiogenic growth factors in rats. Eur. J. Pharmacol. 2015;761:101-108. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2015.04.034.
  • O’Harte F.P.M., Parthsarathy V., Hogg C., Flatt P.R. Long-term treatment with acylated analogues of apelin-13 amide ameliorates diabetes and improves lipid profile of high-fat fed mice. PLoS One. 2018;13(8):e0202350. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0202350.
  • Tran K., Sainsily X., Côté J., Coquerel D., Couvineau P., Saibi S. et al. Size-Reduced Macrocyclic Analogues of [Pyr1]-apelin-13 Showing Neg Negative Gα12 Bias Still Produce Prolonged Cardiac Effects. J. Med. Chem. 2022;65(1):531-551.
Еще
Статья обзорная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp