半乳凝素-3與心力衰竭

趙 穎 孫躍民

半乳凝素（Gal）-3是一種分子質(zhì)量為29~35 ku的可溶性的β-半乳糖苷結(jié)合蛋白，可與細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞內(nèi)糖蛋白和細(xì)胞表面分子相互作用，存在于多種細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核、細(xì)胞表面以及細(xì)胞外基質(zhì)，參與細(xì)胞黏附、增殖、活化、凋亡等，介導(dǎo)許多炎癥性疾病的免疫應(yīng)答狀態(tài)，并有可能成為炎癥性疾病的治療靶點。最近Gal-3在心力衰竭的發(fā)生發(fā)展中所起的作用日益受到關(guān)注，主要表現(xiàn)在肥大心肌細(xì)胞中的高表達(dá)、促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增生和調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)方面，筆者對此做一綜述。

1 Gal-3概況

1.1 Gal-3的結(jié)構(gòu) 半乳凝素家族是動物凝集素家族的一員,大約由14個成員組成，每一個成員對β-半乳糖均有親和力且含有約130個氨基酸組成的結(jié)構(gòu)保守的糖識別結(jié)構(gòu)域（CRD）。其中Gal-3是唯一的脊椎動物半乳凝素，與其他成員不同，它的氨基端有由富含脯氨酸和甘氨酸的9個氨基酸殘基組成的長N末端，CRD就連接在該末端上[1]，可以形成寡聚體[2]，與基質(zhì)糖蛋白、層黏連蛋白、纖維結(jié)合蛋白、巨噬細(xì)胞表面抗原-2等多種配體結(jié)合，參與很多生物學(xué)效應(yīng)[1]。

1.2 促進(jìn)炎癥反應(yīng) Gal-3是一種強(qiáng)大的炎癥信號，其促炎作用表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）促進(jìn)中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞活化。（2）誘導(dǎo)肥大細(xì)胞炎癥介質(zhì)釋放。（3）促進(jìn)中性粒細(xì)胞和層黏連蛋白及內(nèi)皮細(xì)胞的黏附。（4）趨化單核巨噬細(xì)胞，促進(jìn)巨噬細(xì)胞游走[1]。通過對Gal-3蛋白質(zhì)和mRNA的測定，可以證明巨噬細(xì)胞是Gal-3的主要來源。Gal-3可促進(jìn)巨噬細(xì)胞釋放介質(zhì)，增強(qiáng)單核細(xì)胞的趨化性，擴(kuò)大促炎因子的作用[3]，反過來又可引起巨噬細(xì)胞的活化，是巨噬細(xì)胞的正性調(diào)節(jié)劑[2]。Gal-3基因突變可導(dǎo)致巨噬細(xì)胞吞噬功能和炎癥反應(yīng)的減弱[4]。

Gal-3不僅可以以傳統(tǒng)的方式激活巨噬細(xì)胞，而且還可以通過其獨(dú)特表型白細(xì)胞介素（IL）-4/IL-13正性調(diào)節(jié)甘露糖受體基因，激活CD98引起磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）持續(xù)活化，來激活巨噬細(xì)胞[5-6]，這與傳統(tǒng)的由干擾素（IFN）-γ引起的巨噬細(xì)胞的活化不同[7]。巨噬細(xì)胞對與纖維化有關(guān)的基因有正調(diào)節(jié)作用[6]，可刺激纖連蛋白和其他基質(zhì)蛋白的產(chǎn)生[8]。當(dāng)組織急性受損時，Gal-3是組織抵御外來微生物的重要成分，而持續(xù)的刺激引起慢性炎癥時，Gal-3又可介導(dǎo)器官瘢痕形成、組織纖維化來修復(fù)受損的組織，Gal-3是活躍于炎癥反應(yīng)各個階段的分子調(diào)節(jié)劑，參與急性炎癥反應(yīng)、慢性炎癥反應(yīng)和組織修復(fù)的纖維化過程；慢性炎癥可以導(dǎo)致組織纖維化，導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)的損傷以至于器官的衰竭；組織成纖維細(xì)胞活化為肌成纖維細(xì)胞是纖維化過程的關(guān)鍵，但免疫系統(tǒng)也參與了這一過程，其中巨噬細(xì)胞就是很重要的免疫細(xì)胞[7]。已經(jīng)有研究顯示由巨噬細(xì)胞表達(dá)和分泌的Gal-3參與肝臟、腎臟與肺纖維化，是組織纖維化的重要機(jī)制[7]。

1.3 調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答 Gal-3主要參與先天性免疫,在多種免疫細(xì)胞中都有表達(dá)，包括樹突狀細(xì)胞、NK細(xì)胞、活化的T細(xì)胞和B細(xì)胞[9-10]。其中,在人類活化的原始T細(xì)胞中，Gal-3促進(jìn)1型輔助T細(xì)胞（Th1）生長，限制2型輔助T細(xì)胞（Th2）和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）的分化[10]，介導(dǎo)免疫應(yīng)答。

2 Gal-3與心力衰竭 心力衰竭1年病死率為20%，5年病死率為50%[11]。心肌纖維化在心力衰竭病理生理中的地位已得到公認(rèn)，Gal-3誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖、Ⅰ型膠原沉積和心室功能不全，是纖維化和心肌重塑的生物標(biāo)志物，反映炎癥和纖維化的激活[3，12]，加速了心力衰竭的發(fā)生與發(fā)展。研究證實，急、慢性心力衰竭患者血漿中Gal-3的水平明顯高于非心力衰竭者[13-14]，是心力衰竭預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測因子[15]。

2.1 心肌重塑 心肌重塑是由于一系列復(fù)雜的分子和細(xì)胞機(jī)制導(dǎo)致的心肌結(jié)構(gòu)、功能和表型的變化，是心力衰竭預(yù)后的決定因素,與疾病發(fā)展和不良預(yù)后有關(guān)[16]。有學(xué)者對182例心功能NYHA分級Ⅲ~Ⅳ級的心力衰竭患者進(jìn)行了3個月的超聲心動圖隨訪，結(jié)果顯示Gal-3的水平與左心室重塑程度呈正相關(guān)[17]。

2.1.1 心肌細(xì)胞 健康小鼠和人的心肌細(xì)胞中Gal-3水平很低，隨著心衰的發(fā)生與發(fā)展急劇增加；對代償性心衰的小鼠進(jìn)行心肌活檢，結(jié)果顯示預(yù)后不良小鼠的心肌細(xì)胞中Gal-3的水平高于對照組；對接受冠脈搭橋手術(shù)（CABG）并且伴有心肌肥大的患者進(jìn)行心肌活檢，與僅接受CABG術(shù)的患者相比Gal-3 mRNA的表達(dá)明顯增加[18]，可能與Gal-3刺激釋放腫瘤壞死因子（TNF）和晚期糖基化終產(chǎn)物（AGEs）有關(guān)。TNF是一種調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能和代謝過程的多功能因子，由單核吞噬細(xì)胞分泌。血清中TNF升高可導(dǎo)致中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的毒性損傷，引起心肌細(xì)胞變形和收縮，誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大；TNF還可刺激心肌細(xì)胞合成、釋放NO而直接促發(fā)心肌細(xì)胞凋亡[19]。AGEs在人體內(nèi)聚集可以增加心肌細(xì)胞的僵硬度[20]，Gal-3是AGEs的特異性結(jié)合的受體，二者可形成AGE-受體復(fù)合體（RAGE）來調(diào)節(jié)AGEs的降解[21]，從而影響心肌細(xì)胞的僵硬度。

2.1.2 成纖維細(xì)胞 在正常小鼠的心肌成纖維細(xì)胞中注入外源性合成的Gal-3可以促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增生，它活化細(xì)胞周期蛋白D1后，依賴該蛋白的激酶抑制劑1A、βA，纖維連接蛋白1，細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶和PI3K隨之被激活，引起細(xì)胞骨架蛋白（α-SMA）和細(xì)胞外1型膠原α-1鏈（COL1A1）的增生進(jìn)而激活成纖維細(xì)胞[12]，影響心肌重塑。

2.1.3 細(xì)胞外基質(zhì) 細(xì)胞外基質(zhì)是主要由膠原蛋白和纖維連接蛋白等形成的一個互相連接的復(fù)雜的三維網(wǎng)絡(luò)狀空間結(jié)構(gòu)，其主要成分是Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白，對于心臟正常結(jié)構(gòu)的維持、心肌間力的傳導(dǎo)以及心肌舒縮協(xié)調(diào)性的維持具有重要意義，其中Ⅲ型膠原蛋白是有彈性的蛋白,而Ⅰ型則是僵硬的纖維狀蛋白[22]。在健康小鼠心包中持續(xù)低劑量注入Gal-3可引起膠原蛋白的增生，且對Ⅰ型膠原的增生作用是Ⅲ型的3倍[18]，從而引起心肌組織僵硬度增加，導(dǎo)致左室功能不全。

Gal-3不僅可以影響膠原蛋白的增生,而且可以通過金屬蛋白酶組織抑制劑（TIMPs）和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）影響細(xì)胞外基質(zhì)的分解。如Gal-3可以通過磷酸張力蛋白原（PTEN）調(diào)節(jié)MMP14的分解，影響組織纖維化[12]。

Lin等[23]對Gal-3與細(xì)胞外基質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行了研究，納入了106例NYHA分級Ⅱ~Ⅲ級的慢性心力衰竭患者，檢測血漿中Gal-3、Ⅰ型前膠原肽（PINP）、Ⅲ型前膠原肽（PⅢNP）、MMP2和TIMPs的水平，結(jié)果顯示Gal-3與細(xì)胞外基質(zhì)的增生有關(guān)，與患者的年齡、性別和左室射血分?jǐn)?shù)無關(guān)。

2.2 臨床研究 Sharma等[18]分別對主動脈狹窄的射血分?jǐn)?shù)正常和下降的患者進(jìn)行心肌活檢，結(jié)果顯示Gal-3在射血分?jǐn)?shù)下降組的心肌細(xì)胞中高表達(dá)。Kimmenade等[13]在臨床研究中評價了Gal-3作為心力衰竭患者血漿標(biāo)志物的價值，該研究觀察了599例急性呼吸困難起病的患者，其中診斷為急性心衰的209例血漿中Gal-3高于非心衰患者；對于60 d病死率的預(yù)測,Gal-3的ROC曲線下面積大于B型鈉尿肽（BNP），經(jīng)多因素回歸分析，Gal-3與BNP對心衰患者病死率與再住院率的預(yù)測價值高于各自單獨(dú)預(yù)測的價值。Milting等[24]對55例需要機(jī)械循環(huán)支持的終末期心衰患者與40例健康者進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示心力衰竭組Gal-3血漿水平高于健康對照組，且在體外循環(huán)支持后并未下降，這與BNP不同，并且經(jīng)體外循環(huán)后死亡者血漿中Gal-3的水平高于存活者，提示Gal-3水平與心衰患者的病死率可能呈正相關(guān)。與此相似，COACH研究肯定了血漿Gal-3水平在心力衰竭發(fā)生發(fā)展中的地位，并指出與BNP不同，Gal-3不能監(jiān)測治療效果[25]。Liu等[21]將Gal-3的抑制劑N-乙酰-絲氨酰-天冬氨酰-賴氨酰-脯氨酸（Ac-SDKP）與Gal-3一同注入心包，結(jié)果顯示其不僅能阻止Gal-3引起的纖維化與炎癥，而且可以延緩心功能不全。DEAL-HF研究指出雖然Gal-3水平升高與年齡、腎功能不全以及心衰的嚴(yán)重性有關(guān)，但Gal-3仍然是慢性心力衰竭患者死亡的獨(dú)立預(yù)測因子[15]。最近一項研究觀察了592例心力衰竭患者，隨訪18個月，結(jié)果顯示Gal-3與患者的病死率呈正相關(guān)，而且相對于射血分?jǐn)?shù)下降心力衰竭患者而言，對于射血分?jǐn)?shù)正常心力衰竭患者的預(yù)后價值更大[26]。心臟結(jié)構(gòu)與功能的變化往往早于患者出現(xiàn)相應(yīng)的臨床癥狀[27],及時識別這些患者并評價預(yù)后有重要的臨床價值。

心力衰竭患者血漿中Gal-3增高，且與疾病的不良預(yù)后有關(guān)，其機(jī)制可能與其參與炎癥免疫應(yīng)答，促進(jìn)心肌重塑有關(guān)。Gal-3對心力衰竭的早期診斷和預(yù)后判斷有重要的參考價值，便于醫(yī)生對患者進(jìn)行個體化治療，可能成為心衰治療靶點，但仍需進(jìn)一步研究證實。

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