病毒性心肌炎心肌纖維化機制的研究進(jìn)展

李　樂　張彩玲

（1.浙江工業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院；2.杭州人才專修學(xué)院，浙江 杭州310014）お

關(guān)鍵詞：病毒性心肌炎；心肌纖維化；作用機制

中圖分類號：R725.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-2197（2009）01-0137-03

病毒性心肌炎（Viral Myocarditis，VMC）是感染病毒引起心肌細(xì)胞的變性、壞死、間質(zhì)炎癥細(xì)胞浸潤及纖維滲出為主的疾病。能夠引起VMC的主要是柯薩奇B組病毒（Coxsackievirus group B₃，CVB₃）感染，有50%以上的VMC和25%的擴張型心肌?。╠ilated cardiomyopathy，DCM）與之密切相關(guān)。

1 心肌纖維化的分類

心肌纖維化（myocardial fibrosis，MF） 是指在心肌細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM） 中膠原纖維過量積聚、膠原含量顯著升高或膠原成分發(fā)生改變。根據(jù)組織學(xué)特征可將MF分為2類：反應(yīng)性纖維化，包括間質(zhì)纖維化和血管周圍纖維化，是對心肌負(fù)荷或炎癥的反應(yīng)；修復(fù)性纖維化是對心肌細(xì)胞壞死的反應(yīng)，常發(fā)生于心肌間質(zhì)，病毒性心肌炎各期心臟間質(zhì)皆可見到膠原纖維增生。急性期有少量修復(fù)性纖維化，恢復(fù)期為修復(fù)性大量纖維化和反應(yīng)性纖維化，慢性期大量單純反應(yīng)性纖維化。

2 心肌纖維化的發(fā)病機制

目前趨向性的觀點認(rèn)為，MF 的發(fā)生主要是心肌膠原合成與降解失衡的結(jié)果。膠原的過度合成見于肥厚型心肌病等，主要影響左室的舒張功能。膠原的過度降解見于擴張型心肌病等，常伴有基質(zhì)金屬蛋白酶（Matrix Metalloprot-einases，MMPs） 家系活性增加，主要影響左室的收縮功能。近年來在這方面進(jìn)行了很多研究，取得了系列進(jìn)展。

2.1 病毒直接損傷

CVB₃重復(fù)感染可導(dǎo)致MF 和心室重構(gòu)，使室壁僵硬而影響心臟的收縮和舒張功能，是心力衰竭發(fā)生的重要原因之一^[1]。病毒性炎癥及其它原因引起的心肌細(xì)胞損傷、炎性壞死，可激活相應(yīng)的巨噬細(xì)胞，釋放多種細(xì)胞因子和生長因子等，誘導(dǎo)心肌成纖維細(xì)胞表型發(fā)生轉(zhuǎn)變，如心肌成纖維細(xì)胞合成組織內(nèi)ECM 的能力增強，最終將導(dǎo)致MF^[2]。

2.2 膠原酶

膠原酶是基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs，含鋅離子的內(nèi)肽酶）家族的一部分，MMPs 是一組由成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等合成分泌，參與細(xì)胞外基質(zhì)降解的一類鋅、鈣離子依賴的內(nèi)源性蛋白水解酶家族，是細(xì)胞外基質(zhì)降解的生理調(diào)節(jié)因子。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)23 種MMPs 成員，按MMPs 底物分類，為膠原酶（MMP-1、MMP-8 和MMP-13）、明膠酶（MMP-2 和MMP-9）、基質(zhì)溶解素（MMP-3） 和膜型（MT-MMPs）^[3]。MMP-1 作用底物為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅹ型膠原及明膠；MMP-13 的主要作用底物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原；MMP-2 的主要作用底物為明膠和層粘連蛋白，以及Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ型膠原和纖維連接蛋白、彈性蛋白；MMP-9 的主要作用底物為明膠和蛋白聚糖，以及Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ型膠原和纖維連接蛋白、彈性蛋白；MMP-3 的主要作用底物為蛋白聚糖、纖維連接蛋白、明膠以及Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ型膠原。MMPs 可以基礎(chǔ)表達(dá)，也可以由多種因素誘導(dǎo)表達(dá)，其生物合成及活性調(diào)節(jié)發(fā)生在以下多個水平：基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，酶原的活化，MMPs 的特異性抑制物^[4]。其中以MMP-1更為重要，以酶原方式分泌，降解成活性形式后可清除多種膠原；MMP-13，研究發(fā)現(xiàn)其對I、Ⅱ型膠原的降解作用較MMP-1、MMP-8均要強；而MMP-14是膜型基質(zhì)金屬蛋白酶（MTl—MMP），活化的MMP-14可以促使MMP-2和MMP-13前體轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚缘腗MP-2和MMP-13，同時可以直接降解ECM蛋白如I型膠原和纖維連接素（Fibroneetin，fn）。組織金屬蛋白酶抑制因子（Tissue inhibitor of matrix metalloproteinase，TIMP） 是近年來發(fā)現(xiàn)的抑制MMPs 活性的一組多功能因子家族，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)4 種，分別命名為TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4。MMP 與TIMP 以1∶1的比例形成MMP-TIMP 復(fù)合體，從而阻斷MMP 與底物結(jié)合，抑制MMP 的活性，降低膠原的降解^[3]。MMPs的異常參與了許多心血管疾病的發(fā)病過程，MMPs 的表達(dá)和活性過度增強或MMPs/ TIMPs 比例失調(diào)，可導(dǎo)致正常的心肌膠原蛋白過度降解，被缺乏連接結(jié)構(gòu)的纖維取代，使心臟組織重構(gòu)，引起心腔擴大、室壁變薄，導(dǎo)致腦功能惡化及心肌纖維化^[3]。在VMC 慢性期，由于細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫、心臟組織內(nèi)病毒RNA 的持續(xù)存在和細(xì)胞凋亡促使心肌纖維生成持續(xù)增多，膠原降解系統(tǒng)中的MMP-1、MMP-3 等MMPs 的表達(dá)仍持續(xù)下調(diào)，而TIMP 的高表達(dá)從恢復(fù)期一直持續(xù)到慢性期，MMPs/TIMPs 比值持續(xù)升高，心臟結(jié)構(gòu)蛋白的降解也隨之減弱或停止，而TIMP-1 還可以促進(jìn)成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞的增殖，愈加使得心肌間的膠原含量增加，發(fā)生過度沉積，膠原含量持續(xù)增高，膠原合成活動占主導(dǎo)地位^[5]。

2.3 腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（RAAS）

血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）和醛固酮（ALD） 對于MF 則起到了核心作用^[6]。在心肌成纖維細(xì)胞，AngⅡ 通過血管緊張素Ⅱ1型受體（ AT1R） 激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ ERK），使成纖維細(xì)胞增殖；AngⅡ增加冠狀動脈的通透性，刺激成纖維細(xì)胞合成和膠原分泌，通過抑制MMPs，減少膠原的降解；AngⅡ能誘導(dǎo)腎上腺髓質(zhì)分泌兒茶酚胺，使成纖維細(xì)胞迅速分裂增生，導(dǎo)致左室肥大和MF；AngⅡ刺激ALD 的分泌，ALD通過與心肌成纖維細(xì)胞膜上高親合力的Ⅰ型受體結(jié)合使Ⅲ型膠原堆積，促使MF 的形成。循環(huán)中AngⅡ和ALD 均可致MF，但前者既促進(jìn)膠原纖維沉積又抑制膠原降解，后者也能刺激成纖維細(xì)胞合成膠原但對膠原酶活性沒有影響。

2.4 心肌纖維化的調(diào)控性細(xì)胞因子

比較清楚的有AngII-BK系統(tǒng)、ET-NO系統(tǒng)、血小板衍生的生長因子（PDGF）和血栓素（TXA₂）-PGI2系統(tǒng)等?，F(xiàn)己證實，AngII、ET和PDGF為致MF的因子，而BK、NO和PGI2為抑制MF的因子。近年來的研究表明，轉(zhuǎn)移生長因子β、結(jié)締組織生長因子以及腫瘤壞死因子參與調(diào)控NF，尤其轉(zhuǎn)移生長因子β在上述各系統(tǒng)與膠原代謝之間起到橋梁作用。

2.4.1 腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-a，TNF-a）

通過調(diào)節(jié)MMPs而調(diào)節(jié)ECM重構(gòu)，而ECM不良重構(gòu)是MF的原因。TNF-a的過度表達(dá)可引起進(jìn)行性心室肥厚和擴張，伴有MMP-2和MMP-9活性明顯增高，膠原合成、沉積和變性增強而未變性的膠原則減少；而抗TNF-a治療則使MMP-2和MMP-9的活性減弱，可防止后續(xù)的膠原合成、沉積和變性^[7]。膠原合成增加時，尚可發(fā)現(xiàn)TGF-β1和TGF-β2蛋白水平增高。TNF-a可誘導(dǎo)膠原含量增加并影響上述酶活性，同時TNF-a也是細(xì)胞凋亡蛋白家族重要成員。

2.4.2 轉(zhuǎn)移生長因子β（transforming growth factorβ，TGFβ）

活化的TGF-β1 抑制ECM降解、增加ECM mRNA 表達(dá)和蛋白質(zhì)合成。 RAAS激活、Ang Ⅱ增高引起MF 均由TGF-β1 增加所致，TGF-β1 增加成了諸多因素所致MF 的共同通路^[6]。Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白合成增加，可被激活的TGF-β1 自分泌/旁分泌調(diào)節(jié)，參與MF。研究表明，TGF-β1 促進(jìn)Ⅰ型膠原蛋白合成和mRNA 表達(dá)，阻斷Smad3 表達(dá)，可消除TGF-β1 的上述作用。MMPs 參與MF 的發(fā)病也與TGF-β1 有關(guān)^[7]。因此，抑制TGFβ的表達(dá)勢必會減輕心肌纖維化病變。研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用抗TGFβ抗體可以明顯減輕細(xì)胞外基質(zhì)的合成，所以抗 TGFβ抗體是目前抗纖維化治療中最提倡的方法之一。但由于TGFβ過度表達(dá)時有致纖維化作用，而在正常表達(dá)時能控制免疫反應(yīng)和炎癥，抑制細(xì)胞增殖，并有抑制腫瘤的作用。阻斷TGFβ可能對機體產(chǎn)生多種難以預(yù)料影響，由于其正面效應(yīng)的存在限制TGFβ抗體的使用，所以尋找纖維化過程中TGFβ的下游轉(zhuǎn)導(dǎo)因子作為抗纖維化靶點，可能比直接阻斷TGFβ的作用更理想。

TGFβ通過與其受體結(jié)合發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，目前研究比較清楚的是TGFβ-Smad通路和TGF-β活化激酶途徑。TGFβ-Smads 通路^[8]Smad 的命名源于首先發(fā)現(xiàn)的兩種蛋白，即果蠅的Mad 蛋白以及線蟲的Smad 蛋白。根據(jù)Smads分子結(jié)構(gòu)和功能相似性分為3組：①R-Smads （受體Smads），包括Smad1、2、3、5、8。Smad 1、5、8 主要由骨形成蛋白激活，Smad2、3 則由TGFβ、激活素激活；②Co-Smad 就是Smad4，是和R-Smads結(jié)合的轉(zhuǎn)導(dǎo)分子；③I-Smads （抑制Smads），包括Smad6、7，作為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，可牢固結(jié)合TGF RⅠ，抑制RSmads 被TGF RⅠ磷酸化。TGF RⅠ激活后，其絲氨酸和蘇氨酸蛋白激酶將磷酸化受體調(diào)節(jié)Smad-P3 蛋白，磷酸化的Smad-P3 蛋白，進(jìn)而與Smad4蛋白形成復(fù)合物?；罨膹?fù)合物轉(zhuǎn)移到核內(nèi)與其他同時合成的核轉(zhuǎn)錄因子（如激活蛋白1） 相互作用，激活含有Smad 結(jié)合元件的靶基因轉(zhuǎn)錄。TGF-β活化激酶途徑^[9]，該途徑與TGFβ-Smads 途徑存在著協(xié)同作用。在TGFβ刺激下，TGFβ活化激酶結(jié)合蛋白被活化，導(dǎo)致其與TGFβ活化激酶途徑絲P蘇氨酸蛋白激酶結(jié)構(gòu)域結(jié)合。TGFβ活化激酶途徑再激活p38MAPK激酶家族中的絲裂原活化蛋白激酶激酶（Mitogen-activated protein Kinase Kinase，MKK） 6/PMKK3/PMKK4，經(jīng)由MKK6/PMKK3 或MKK4 激活p38MAPK，p38 MAPK直接使活化轉(zhuǎn)錄因子2 磷酸化，增強活化轉(zhuǎn)錄因子2 的轉(zhuǎn)錄活性，與TGFβ-Smads 通路協(xié)同刺激TGFβ誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄。

2.4.3 一氧化氮（NO） 和內(nèi)皮素（ ET）

NO是由內(nèi)皮型一氧化氮合酶（Nitric oxide synthase，eNOS） 合成和釋放。在血管平滑肌內(nèi)的NO，可激活鳥苷酸環(huán)化酶，使細(xì)胞內(nèi)cGMP 升高，后者可抑制腎素的釋放，繼而明顯減少心肌局部AngⅠ的轉(zhuǎn)化，降低AngⅡ，減少MF^[10]。 ET由心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞合成和分泌，既可促進(jìn)心肌細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞等合成和釋放AngⅡ，又是ALD 合成和釋放的強效調(diào)節(jié)劑；ET-1也是一種成纖維細(xì)胞的有絲分裂原，ET 受體拮抗劑可抑制成纖維細(xì)胞的增殖和MF；心衰時，在血管緊張素轉(zhuǎn)化酶慢性抑制下能提高NO 的產(chǎn)生，此時緩激肽可部分通過抑制局部內(nèi)皮系統(tǒng)而阻止MF^[11]。

2.4.4 結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）

CTGF 是一種富含半胱氨酸的分泌肽，屬于即刻早期基因、高度保守的CCN（cyr61，CGTF，nov）多肽家族，廣泛存在于人類的組織器官中，與動脈粥樣硬化、器官纖維化等疾病密切相關(guān)。它與TGF-β1 有許多相似的生物學(xué)功能，被認(rèn)為是TGF-β的下游介質(zhì)，其異常表達(dá)在MF 過程中起重要作用^[12]。有研究^[13]發(fā)現(xiàn)在“兩腎一夾”的高血壓大鼠模型中，在左心室心肌纖維化中可觀察到CTGF的表達(dá)明顯增加。在培養(yǎng)的人心臟的成纖維細(xì)胞中Ang Ⅱ通過激活A(yù)ng Ⅱ受體1，可誘導(dǎo)CTGF mRNA 的迅速表達(dá)^[6]。因此，阻斷CTGF 表達(dá)或減弱其活性，可能是一種更特異、更有效的預(yù)防心肌纖維化的手段。

2.5 細(xì)胞凋亡與心肌纖維化細(xì)胞

有人認(rèn)為多種病毒可以觸發(fā)細(xì)胞凋亡從而加快了MF進(jìn)程，細(xì)胞凋亡是引起VMC向心肌病轉(zhuǎn)變的重要機制^[14]；有人用免疫組化方法和掃描電鏡研究擴張型心肌病心肌標(biāo)本時發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞減少與炎癥和細(xì)胞壞死無關(guān)，認(rèn)為心肌細(xì)胞以及心肌間質(zhì)細(xì)胞的凋亡可能是主要原因^[15]；以超氧化物刺激心肌細(xì)胞可見與構(gòu)成DNA有關(guān)的組蛋白增多和原位雜交缺口末端標(biāo)記陽性，提示細(xì)胞凋亡；同時超氧化物可以刺激心臟成纖維細(xì)胞增生和TGFβ表達(dá)增多，通過這兩方面作用超氧化物可致MF。

2.6 其它因素

研究發(fā)現(xiàn)^[6]，非膠原性ECM成分如纖維連接蛋白（Fn）、玻粘連接蛋白（Vitronectin，Vn）、層粘連蛋白（Laminin，LM）、整合素（Integrin）以及透明質(zhì)酸等，除了與膠原共同構(gòu)成細(xì)胞外骨架外，尚直接或間接介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)外的雙向信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，在細(xì)胞的遷移、增殖和分化等方面發(fā)揮重要作用，在MF過程中，亦發(fā)揮重要作用；肥大細(xì)胞參與了MF 的發(fā)病過程，機制可能與其合成、分泌多種細(xì)胞因子、黏附分子（ 如TGF-β、bFGF 和TNF-α） 等相關(guān)^[16]。在CVB₃誘導(dǎo)鼠纖維化模型中用雷帕霉素抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamyein，mTOR），可降低ECM的沉積，減少ECM 的產(chǎn)生，提示mTOR 也可通過影響基質(zhì)的形成而參與膠原的調(diào)控，在MF 中也起一定的作用^[17]。Ang Ⅱ和ALD 刺激心肌成纖維細(xì)胞增生和膠原合成均涉及細(xì)胞內(nèi)Ca₂+ 增加。新近研究提示^[18]，ADAMTS-1（一種新的金屬蛋白酶）也參與急慢性病毒性心肌炎心肌纖維化的形成。

3 結(jié)語

綜上所述，心肌纖維化是一個復(fù)雜的病理過程，涉及病毒直接損傷、膠原酶系統(tǒng)、循環(huán)和心臟局部腎素—血管緊張素—醛固酮系統(tǒng)（RAAS）、致纖維化細(xì)胞因子、非膠原性ECM成分的變化、細(xì)胞凋亡，免疫系統(tǒng)，細(xì)胞信號調(diào)節(jié)等諸多因素，針對上述調(diào)控因素來研制新藥和治療措施以預(yù)防和治療心肌纖維化，具有重要的現(xiàn)實意義。目前現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對其確切的發(fā)病機制尚未完全闡明，應(yīng)該加大力度進(jìn)一步深入研究。

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（責(zé)任編輯：姜付平）