新 激 素 簡 介 ： 內 皮 素

(林興中醫師 )

(1992: 中華民國內分泌暨糖尿病學會美工圖 Logo『陳芳武先生優秀論文獎』美工圖 Logo)


<一> 前言：

內皮素為日本筑波大學博士候選人 Yanagisawa 先生在指導教授 Tomoh Masaki 先生帶領下，於1988年在豬大動脈血管內皮細胞培 養液中成功
分離並純化之 胜。它是由21個胺基酸所構成，共有三種 isoforms，分
別稱為 Endothelin-1（ET-1）， ET-2 及 ET-3，而這三種ET之基因也已
被確定。人類ET-1之前驅物為一含203個胺基酸之大分子物，經酵素分
解切斷作用而形成含38個胺基酸之big ET-1 ，再經轉換 (endothelin converting enzyme, ECE)轉換成ET-1。這種轉換目前認為最少在二種以上
，一種在酸性環境下作用較佳，另一種則在中性PH環境下才具活性，至
於分佈情形，則可在細胞膜上及細胞質中同時發現它們的存在，是否胞
膜上之 ECE主要轉換血流中或鄰近細胞所分泌出來之 big ET 而細胞質中
之 ECE 則主要轉換細胞本身所製造之 big ET ？ 這個問題相信在不久將
來必有解答。

<二> 內皮素來源：

目前已知道 ET 之來源除了血管內皮細胞外，尚包括上皮細胞、 神經元細胞、平滑肌細胞、腎間質細胞、網狀內皮細胞、單核球及 多形核白血球細胞、造骨細胞、glial cells ，及副甲狀腺細胞等。

<三> 內皮素之代謝：

目前仍未十分明白，不過經多項研究認為肺及腎臟為清除血流中 「內皮素」之主要器官，其他如肝、脾也有類似作用。內皮素之血 中半衰期約為 2至10分鐘。

<四> 內皮素之作用：

  1. 血管平滑肌收縮作用───內皮素為目前所知最強之血管收縮 劑，它收縮血管之能力較 angiotensin Ⅱ 還強10倍。有時內 皮素會先引起短暫之血管舒張作用，跟著是持續之血管收縮， 有時則只出現血管收縮作用，主要視實驗方法而異。
  2. 非血管平滑肌收縮作用───例如氣管、子宮、膀胱、腺體腺 管及胃腸道平滑肌等之收縮。
  3. 心臟方面───內皮素增加心臟之收縮力及速率，並可增加房 竇節之速率及冠狀動脈之收縮，此外，內皮素尚可刺激心房細 胞釋放「心房利納素」（ANP）。
  4. 腎臟方面───由於對腎血管之收縮作用，因而影響腎臟血流 量及降低腎小球之濾過速率（GFR）。
  5. 促進細胞之分裂及增生。
  6. 參與炎症反應及組織修復。
  7. 抑制破骨細胞之活性（未發表之觀察）。
  8. 影響內源性物質及激素之釋放作用───內皮素可刺激大白鼠 心房細胞釋出 ANP，腎臟間質細胞釋出 PDGF 腎上腺皮質細胞 釋放 aldosterone 及 cortisol，下視丘釋放 ADH ，下視丘 及腦垂體前葉釋放 substance P ，腦垂體前葉細胞釋放 LH、 GH 及抑制其釋放 prolactin, 肺部細胞釋出 thromboxane A2 及 prostacyclin ，血管內皮細胞釋出 PGI2 、t-PA 及 EDRF （現在證明是 nitric oxide ）， EDRF 是很強之血管鬆弛物 質，尤以 ET-3 釋出 EDRF 之能力較 ET-1 強。此外，劑量小 時，ET 可抑制神經末梢釋出 Nor-epinephrine 而劑量大時卻 刺激腎上腺髓質細胞釋放 NE 及 epinephrine，因此 ET 可調 節自主神經系統之功能。至於腎絲球旁細胞 renin 之釋放， 則報告不一，一說刺激，一說抑制。此外， ET 尚可刺激動物 卵巢細胞之分化成熟及分泌 estradiol, progesterone 及 testosterone。
  9. 內皮素可引致胃動脈血管之收縮，導致胃粘膜細胞缺血性 壞死而產生潰瘍。
  10. 內皮素可促使大白鼠肝細胞之肝醣分解作用。注射於人體 時除升高血壓外，尚能升高血鉀及降低血鈉。總括來說， 內皮素可調節身體多種功能。

    <五> 內皮素作用機轉：

    1. 對血管平滑肌之收縮作用：一般認為內皮素活化 phospholipase C 而使 phosphoinositide 轉變成 IP3 及 DAG。前者使細胞內鈣離子釋出於細胞質中，引致平滑 肌細胞作短暫性之收縮，另一方面鈣離子與 Calmodulin 相結合而引起一連串生理作用，包括與 DAG 一起活化 Protein Kinase C ，導致非選擇性 cationic channel 活化而使細胞外鈣離子進入細胞內，引起細胞膜之去極化 反應，並因此活化細胞膜上之 Voltage-dependent 鈣離 子之通道，導致細胞內鈣離子昇高而使平滑肌細胞持續收 縮。
    2. 對氣管平滑肌之收縮作用：似乎不經 Protein Kinase C 之活化機轉，多種證據顯示內皮素可能經活化 Cyclooxygenase 而使 arachidonic acid 代謝成 Prostanoids 從而引致氣管平滑肌之收縮。
    3. 對平滑肌舒張作用：直接經由活化細胞膜上 ATP-dependent 之鉀離子通道，使細胞內鉀離子流出細胞外，導致細胞內 負電性加強而產生舒張作用。此外內皮素亦可經由間接刺 激內皮細胞分泌 EDRF （內皮細胞衍生性舒張因子，現在 證明即是 nitric oxide）及 Prostaglandin Ⅰ2 而引致 平滑肌舒張作用。
    4. 對 DNA 及細胞分裂增生作用：也是經活化 Protein Kinase C 而促使 DNA 合成及細胞增生。

      <六> 影響內皮素（ET-1）合成及分泌之因素：

      AVP，Angiotensin Ⅱ，PDGF，oxidized LDL，TGF-β，TNF-α， IL-1，IFNg，Insulin，IGF-Ⅰ，IGF-Ⅱ，Thrombin，shear stress，Adrenalin，Hypoxia，ET-3，ANP，BNP，Endotoxin， ACTH，increase blood flow，Cyclosporin，Endogenous digitalis-like factor 等均可增加 ET-1 之合成及釋放，而 PGI2, EDRF，則可抑制 ET-1 之合成，至放高濃度之葡萄糖溶 液，一說增加，一說抑制 ET-1 之合成。

      <七> 組織及體液中內皮素之濃度：

      內皮素在大白鼠之組織中經放射免疫分析法發現以腎臟（特別 是髓質部份）含量最高，其次為肺部，再其次為心臟、腦部、 腸子、胰臟、脾臟, 含量最少者為肝臟。由於我們發現大白鼠 腸粘膜細胞含有內皮素及其 mRNA ，而腸子平滑肌存著相當數 目之內皮素接受器（receptor），加以內皮素能直接刺激胃腸 平滑肌之收縮，因此我們相信內皮素亦是一種腸激素而在動物 腸子生理功能上扮演著某種角色。此外，在人類之中樞神經系 統中，(包括大腦皮質、小腦、腦幹、基底核、下視丘及背髓） 我們亦發現了內皮素及其 mRNA 以及接受器之存在，經色層分 析法（FPLC）發現以 Endothelin-1 形式存在為主。腦垂腺 （Pituitary gland） 之內皮素含量最高，而且主要以 ET-3 之形式存在，這使我們相信內皮素也是一種神經 胜，神經傳 導物質及神經修飾物。我們發現在人類各種正常體液中，以乳 汁之內皮素濃度最高，達 6.8±1.6 pmol/l，其次為尿液之 2.1±0.3 PM，唾液之 2.0±0.2 PM及血漿之 0.54±0.05 PM 、此外，其他學者尚報告人類腦脊髓液中亦含有微量之內皮素。

      <八> 內皮素接受器：

      由於內皮素有三種 isoforms 且作用並非完全相同，因此學者 們均相信內皮素之接受器應有不同之亞型。1990年12月於日本 筑波大學舉行之「第二屆內皮素國際會議」中，即有日本筑波 大學及京都大學學者相繼報告他們成功 clone 出內皮素接受 器之胺基酸排列分佈，並經大會討論後，正式統一命名為 ETa ， ETb，及ETc。ETa是指主要存在於血管平滑肌細胞膜上之內 皮素接受器，其與 ET-1 及 ET-2 之親和力相等並大於 ET-3 ，主要作用為血管收縮。ETb 則主要存在於內皮細胞上，與 ET-1 、 ET-2 及 ET-3 三者之親和力相等，主要是釋放 EDRF ， PGI2 等。ETc 則主要存在於腦垂腺前葉細胞，與 ET-3之親和力強於ET-1 ，主要作用是抑制 prolactin 之釋 放，及刺激 LH 、GH 之釋放。

      <九> 內皮素與疾病之關係：

      多種疾病如糖尿病，急性及慢性腎衰竭，急性心肌梗塞、蜘 蛛膜下腔出血、心因性或敗血性休克、原發性高血壓、肺動脈 高血壓、狹心症，嚴重之動脈硬化症，一些膠原病（如類風濕 性關節炎、紅斑性狼瘡、進行性全身性硬化症、血管炎等）， 出現雷諾氏現象之病人以及子癇前兆之孕婦，接受外科手術及 接受肝臟移植之病患，以及正常懷孕超過29週後之孕婦或運動 及暴露於寒冷環境下皆會出現較高之血漿內皮素值。此外，氣 喘發作期間病人之氣管液中內皮素含量也較復原期中之量要高 許多，另外在肋膜積液、腹膜液、乳房囊腫液中亦可偵測出內 皮素之存在，動物實驗中以CCl4使大白鼠產生肝硬化及門脈高 血壓時，其血漿內皮素濃度也較正常大白鼠為高。一些人類惡 性腫瘤如肺癌及乳癌組織內，亦可見內皮素之顯著增加，此外 日本最近尚報告二例惡性血管內皮細胞瘤分泌過高內皮素導致 高血壓，經手術切除後血壓回復正常。相反，在憂鬱症病人之 腦脊髓液中，內皮素濃度卻比正常人為低，因此內皮素在以上 各種疾病中應扮演某種角色，至於內皮素究竟是以上諸疾病之 因或果，正是時下大家正努力研究之課題之一。

      <十> 展望：

      內皮素幾乎存在於各種細胞及組織液中，分別調控著各種細 胞之多種生理功能，如其分泌失調則將對生物體產生不良影響 ，希望有朝一日能發展出各種不同之內皮素作用劑（agonist） 及拮抗劑(antagonist)以及內皮素轉換 之抑制劑（ECE inhibitor），則可在臨床上大派用場。

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