TGF-β1和CTGF與慢性心力衰竭心肌纖維化的關(guān)系

謝亞芹，李秀華

（1.承德醫(yī)學(xué)院，河北承德 067000；2.承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院）

TGF-β1和CTGF與慢性心力衰竭心肌纖維化的關(guān)系

謝亞芹1，李秀華2△

（1.承德醫(yī)學(xué)院，河北承德 067000；2.承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院）

慢性心力衰竭；心肌纖維化；TGF-β1 ；CTGF

慢性心力衰竭為各種心臟疾病的終末期表現(xiàn)，是導(dǎo)致心臟病患者死亡的重要原因。近年來，盡管一些重要的心血管病發(fā)病率和死亡率有所下降，但由于人口老齡化、冠心病治療水平的提高延長(zhǎng)了病人存活時(shí)間，心力衰竭的發(fā)病率在上升，尤其是在65歲以上的老年人群中。心力衰竭是促使老年病人住院的常見病之一。心肌纖維化是心力衰竭的重要病理基礎(chǔ)，因此，防治心肌纖維化已成為近年來研究的熱點(diǎn)。在心肌纖維化的發(fā)生和發(fā)展過程中，一系列促炎因子發(fā)揮著重要的作用，其中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1）和結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(connectivetissue growthfactor,CTGF）近年來引起了人們的關(guān)注，下面將對(duì)這兩個(gè)細(xì)胞因子與心肌纖維化的關(guān)系作一綜述。

1 心肌纖維化與慢性心力衰竭

心肌梗死、高血壓病、心臟瓣膜病及心肌炎等均可發(fā)展為慢性心力衰竭，導(dǎo)致心肌收縮能力下降、心肌細(xì)胞凋亡和心室重構(gòu)等一系列病理生理改變。心肌纖維化是心室重構(gòu)的主要表現(xiàn)。大量研究表明，在心肌纖維化乃至所有器官纖維化的發(fā)生發(fā)展過程中，組織內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM）異常增多和過度沉積起了關(guān)鍵的作用[1]。ECM由纖維膠原、基底膜蛋白、蛋白聚糖和具有生物活性的信號(hào)分子等組成，對(duì)維持左心室形狀、心肌細(xì)胞的順序排列和協(xié)調(diào)心肌收縮性起著至關(guān)重要的作用。ECM的合成和化學(xué)組成是高度動(dòng)態(tài)的，在生理狀態(tài)下，膠原的合成和降解是平衡的，心肌纖維化時(shí)主要表現(xiàn)為ECM合成與降解之間的失衡[2]，各型膠原比例失調(diào)(主要為I/Ⅲ型膠原比率增加)、排列紊亂及心肌成纖維細(xì)胞(cardiac fibroblast，cFB)的大量增生。cFB是產(chǎn)生和維持ECM重要的細(xì)胞類型，有學(xué)者認(rèn)為，cFB活化是纖維化形成過程中的關(guān)鍵步驟[3]。在病理刺激下，cFB可發(fā)生增殖、遷移，合成和分泌膠原等ECM，以及一些促進(jìn)和抑制生長(zhǎng)的細(xì)胞活性物質(zhì)，并通過這些物質(zhì)調(diào)控cFB的結(jié)構(gòu)和功能[4]，從而促進(jìn)纖維化的形成。由于引起心肌纖維化的原始因素較多，其調(diào)控機(jī)制受多種因素的影響，總體來講，心肌纖維化是膠原合成代謝和降解代謝失衡的結(jié)果。其形成機(jī)制不盡相同。目前有研究表明，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)激活、血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)水平增高是導(dǎo)致心肌纖維化的主要原因。同時(shí)，多種細(xì)胞因子的激活均有致纖維化的作用，其中TGF-β1和CTGF是兩種重要的促成纖維分裂和膠原沉積的細(xì)胞因子，與多種器官的纖維化密切相關(guān)。

2 TGF-β1與心肌纖維化

2.1 TGF-β1概述 TGF-β1是由2條多肽鏈組成的相對(duì)分子量為25×103的二聚體，目前發(fā)現(xiàn)TGF-β1有5種亞型(TGF-β1-TGF-β5），哺乳動(dòng)物為β1、β2、β3三種亞型，TGF-β1在體細(xì)胞中所占比例最高、活性最強(qiáng)、分布廣泛，從而與疾病的關(guān)系也最為密切。TGF-β1以無活性形式存在于細(xì)胞表面和細(xì)胞基質(zhì)，非活性型的前體經(jīng)纖維蛋白溶解酶溶解，得到游離的C端活性二聚體，即活性型TGF-β1，其可與相應(yīng)的受體結(jié)合表現(xiàn)出生物活性，在細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、免疫調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)合成及損傷后的修復(fù)方面發(fā)揮著重要作用。

2.2 TGF-β1的生物學(xué)特性 TGF-β1是屬于一組調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的細(xì)胞因子，其能夠促成纖維分裂和膠原沉積，與多種器官的纖維化密切相關(guān)。Hein等[5]在壓力超負(fù)荷心肌代償性肥大發(fā)展為心力衰竭的研究證實(shí)，TGF-β1和心肌纖維化的程度密切相關(guān)。TGF-β1的主要生物學(xué)效應(yīng)有：①誘導(dǎo)cFB增生和轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，促進(jìn)Ⅰ、Ⅲ型膠原高表達(dá)[6]。②TGF-β1促進(jìn)ECM的沉積，抑制基質(zhì)降解酶，減少ECM降解，對(duì)ECM的形成具有組織修復(fù)作用，而過多則導(dǎo)致病理變化[7]。③TGF-β1能誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞表達(dá)成纖維細(xì)胞因子(bFGF）和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vEGF）。④引起心肌細(xì)胞肥大。大量研究證實(shí)，TGF-β1是組織纖維化病變中最重要的促發(fā)因子之一[8]。

2.3 TGF-β1與心肌纖維化 TGF-β1是重要的促纖維化生長(zhǎng)因子，是諸多因素導(dǎo)致心肌纖維化最后的共同中介物之一。研究表明，TGF-β1在各種原因引起的心肌纖維化中均有較高表達(dá)。在心肌梗死和壓力超負(fù)荷的動(dòng)物模型中，TGF-β1mRNA的表達(dá)亦升高。Deten等[9]在大鼠心肌梗死后觀察TGF-β1的變化，發(fā)現(xiàn)TGF-β1、TGF-β2的表達(dá)從梗死后第1日開始升高，特別是TGF-β3表達(dá)持續(xù)升高至梗死后82天，其與ECM代謝參數(shù)成正比。黃俊等[10]在超負(fù)荷心肌代償性肥大發(fā)展為心力衰竭的研究證實(shí)，TGF-β1和心肌纖維化的程度密切相關(guān)。在細(xì)胞學(xué)方面，TGF-β1可以誘導(dǎo)心肌成纖維細(xì)胞產(chǎn)生纖維膠原、纖維連接蛋白和蛋白聚糖等ECM成分，刺激cFB增生。以上研究表明，病理性TGF-β1增加在心肌纖維化的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵的作用。大量研究發(fā)現(xiàn)，在心肌纖維化時(shí)，TGF-β1表達(dá)增高與AngⅡ的作用密切相關(guān)，AngⅡ可通過刺激TGF-β1及其Smads信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而增加Ⅰ、Ⅲ型膠原和纖連蛋白的合成，并促進(jìn)心肌纖維化的發(fā)生。

3 CTGF與心肌纖維化

3.1 CTGF概述 CTGF是由349個(gè)氨基酸組成的相對(duì)分子量為36kD-38kD的多肽，富含半胱氨酸，是即刻早期反應(yīng)基因CCN家族成員之一。Bradham等(1991)首先從血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)液中發(fā)現(xiàn)了這種新的細(xì)胞生長(zhǎng)因子。CTGF可由成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞合成分泌，在多種組織器官中均有表達(dá)，如心臟、肺、肝、腎、胰腺及結(jié)締組織中。大量研究表明，CTGF是重要的促組織纖維化蛋白，可由多種類型的細(xì)胞產(chǎn)生。體液中的CTGF由基礎(chǔ)分泌和誘導(dǎo)分泌兩部分組成，經(jīng)由自分泌及旁分泌方式調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能，如細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、凋亡、粘附、遷移、ECM的產(chǎn)生及分化等[11]。

3.2 CTGF的生物學(xué)特性 CTGF是一種促成纖維細(xì)胞分裂和膠原沉積的細(xì)胞因子，與TGF-β1有許多相似的生物學(xué)特性，被認(rèn)為是TGF-β1的下游介質(zhì)，已經(jīng)被諸多研究證實(shí)與多種器官纖維化的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切。其生物學(xué)特性有：①促進(jìn)細(xì)胞增殖，合成膠原。研究表明，CTGF可以與TGF-β1一樣促進(jìn)結(jié)締組織增殖，誘導(dǎo)ECM沉積，并能抑制其降解，促進(jìn)諸如纖溶酶激活物抑制因子和金屬蛋白酶組織抑制因子等蛋白酶抑制因子的表達(dá)[12]。黃海長(zhǎng)等[13]研究發(fā)現(xiàn)，CTGF可依賴于細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signalregulated kinase1/2，ERK1/2)信號(hào)通路的活化誘導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞的增殖反應(yīng)。②誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Hishikawa等研究表明，CTGF在人動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中也可以作為生長(zhǎng)抑制因子起作用，而這種作用可能是通過激活caspase3實(shí)現(xiàn)的。③介導(dǎo)細(xì)胞粘附聚集。CTGF具有促進(jìn)成纖維細(xì)胞向纖維連接蛋白粘附的作用，從而使細(xì)胞易與基質(zhì)蛋白結(jié)合粘附[14]。④促進(jìn)血管形成。研究發(fā)現(xiàn)，將小鼠CTGF基因剔除后，其胚胎發(fā)生和發(fā)育中出現(xiàn)血管缺陷，提示不僅參與維持正常內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)，而且還在胚胎形成、纖維化和創(chuàng)傷愈合等過程中參與血管的發(fā)生[15]。

3.3 CTGF與心肌纖維化 在生理情況下，機(jī)體組織細(xì)胞可有基礎(chǔ)量CTGF分泌，病理情況下，它與皮膚瘢痕、動(dòng)脈粥樣硬化、器官纖維化、創(chuàng)傷修復(fù)等疾病密切相關(guān)。在慢性心力衰竭、舒張性心力衰竭、心肌梗死及心肌炎后的心肌纖維化進(jìn)展中，都觀察到CTGF的表達(dá)異常增多，且與心臟中纖維連接蛋白、Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原水平的升高呈顯著正相關(guān)。Koitabashi等[16]最近研究發(fā)現(xiàn)，心衰病人的心肌組織CTGF染色陽性的面積與心肌纖維化的程度有關(guān)。這提示CTGF用于慢性心力衰竭診斷方面的價(jià)值。Lang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，利用柯薩奇病毒B3(chronic coxsackievirus B3，CVB3)復(fù)制小鼠心肌炎模型，結(jié)果顯示CTGF和 TGF-β同時(shí)表達(dá)，然而當(dāng)使用siRNA抑制CVB的復(fù)制則出現(xiàn)CTGF的表達(dá)下降的趨勢(shì)，進(jìn)一步證實(shí)了CTGF在心肌纖維化中的作用。

4 TGF-β1與CTGF的關(guān)系

TGF-β1作為纖維化中重要的促誘發(fā)因子，其在心肌纖維化的作用機(jī)制已經(jīng)得到了深入的研究，體內(nèi)外的心肌纖維化模型均發(fā)現(xiàn)TGF-β1可以特異地誘導(dǎo)CTGF的表達(dá)。TGF-β1與CTGF關(guān)系密切，不僅表現(xiàn)在前者可調(diào)節(jié)細(xì)胞CTGF的表達(dá)，還表現(xiàn)在后者可協(xié)同增強(qiáng)前者的促纖維化作用。目前認(rèn)為，TGF-β1可能通過Smads或MAPK等信號(hào)通路刺激CTGF表達(dá)。近年，Dean等[18]在大鼠心肌梗死模型中，用免疫組化的方法分別測(cè)定造模后1、3、7、28和180d 時(shí)TGF-β1和CTGF的蛋白表達(dá)，發(fā)現(xiàn)不同時(shí)間及心臟不同部位表達(dá)具有差異，TGF-β1mRNA和蛋白表達(dá)在心肌梗死后1周時(shí)升高最明顯，主要表達(dá)在梗死灶的邊緣區(qū)域及瘢痕形成處，而CTGF mRNA和蛋白表達(dá)高峰則出現(xiàn)在心肌梗死后180d，表達(dá)部位在存活的心肌組織。Dean等認(rèn)為，TGF-β1主要參與心肌梗死初期炎性反應(yīng)和損傷修復(fù)的急性期，CTGF則與其后的心臟纖維化有關(guān)。Yun等[19]則發(fā)現(xiàn)，在柯薩奇病毒誘導(dǎo)的小鼠心肌炎模型中，TGF-β1、CTGF表達(dá)在病毒感染后平行升高，在7d時(shí)達(dá)到峰值。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，在慢性壓力負(fù)荷心肌纖維化模型中，二者表現(xiàn)為同步升高，說明在不同病因誘發(fā)的心肌纖維化中，TGF-β1和CTGF所發(fā)揮作用的地位并不一致。

5 結(jié)論

心肌纖維化是各種心臟疾病的重要病理改變，可引起心力衰竭、心律失常、心源性猝死等嚴(yán)重并發(fā)癥，因此，阻止心肌纖維化的發(fā)生，延緩其發(fā)展，對(duì)提高心臟疾病的生存率有著重要意義。TGF-β1和CTGF在心肌纖維化過程發(fā)揮著重要作用，從總體來講，其發(fā)病可概括為多種誘因引起的TGF-β1和CTGF為主的細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子網(wǎng)絡(luò)失衡，從而導(dǎo)致ECM的合成和降解失衡，產(chǎn)生大量膠原和ECM的其它成分，進(jìn)而出現(xiàn)病理性的心肌纖維化。因此，TGF-β1和CTGF可作為靶點(diǎn)，為心肌纖維化的診斷及治療提供新的途徑。

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