左室輔助裝置逆轉(zhuǎn)心肌重構(gòu)的分子學(xué)機(jī)制

鄔鵬宇 崔翔宇 葛慶豐 李占清 楊曉利

(河北聯(lián)合大學(xué)附屬醫(yī)院胸心外科，①心血管內(nèi)科 河北唐山 063000)

左室輔助裝置(LVAD)作為心臟移植的橋梁被應(yīng)用于等待供體心臟的終末期心臟患者，但也有一部分患者不適合心臟移植，LVAD便是最適合的最終治療手段。同時，也有一部分患者，在應(yīng)用LVAD后，心臟功能得到有效的恢復(fù)，成功撤除LVAD而不需要心臟移植。這個過程我們稱之為心肌重構(gòu)逆轉(zhuǎn)(reverse remodeling);眾所周知，LVAD通過降低左心室的前、后負(fù)荷，減輕心肌肥大，提高冠狀動脈灌注，減輕慢性心肌缺血，從而改善心功能。然而，這種心肌重構(gòu)逆轉(zhuǎn)的分子學(xué)機(jī)制不甚清楚。筆者就相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，以供同道商榷。

1 LVAD與細(xì)胞外基質(zhì)的改變

基質(zhì)金屬蛋白酶(metalloproteinases MMP)存在于細(xì)胞外可參與組織重構(gòu)、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、惡性腫瘤轉(zhuǎn)移、動脈粥樣硬化(AS)和急性冠脈綜合征(ACS)的病理進(jìn)程。Li等人研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用LVAD的患者M(jìn)MP－9和MMP－1顯著降低，MMP2裂解明膠酶的活性沒有改變。MMP3的表達(dá)在應(yīng)用LVAD前為低水平表達(dá)，應(yīng)用后沒有改變。LVAD后，基質(zhì)金屬蛋白酶抑制因子1(tissue inhibitor of MMP1 TIMP－1)和TIMP－3蛋白顯著上調(diào)，而TIMP－2、4沒有變化。MMP1、9的降低和 TIMP1、3的升高，可減少間質(zhì)結(jié)締組織的變化，進(jìn)一步減輕心室重構(gòu)[1]。Caruso R等研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用LVAD后MMP2和MMP9的活性和表達(dá)明顯減低，同時其研究顯示TIMP－1和TIMP－4并不能夠影響LVAD后MMP2和MMP9的濃度[2]。LVAD可以引起細(xì)胞外基質(zhì)的變化，但其機(jī)制尚不清楚。

2 LVAD與心肌細(xì)胞的生物學(xué)

2.1 β－腎上腺素能信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的改變 Ogletree－Hughes等人對比研究了應(yīng)用和不應(yīng)用LVAD心臟患者中游離肌小節(jié)基本收縮參數(shù)、β－腎上腺素能刺激的收縮反應(yīng)以及β－腎上腺素能受體密度，發(fā)現(xiàn)心臟減負(fù)荷后恢復(fù)了心肌細(xì)胞的β－腎上腺素能受體密度。應(yīng)用LVAD后的心肌對異丙腎上腺素的收縮反應(yīng)和非衰竭的心臟的心肌對異丙腎上腺素的收縮反應(yīng)相似，明顯優(yōu)于不輔助的心衰的心肌。應(yīng)用LVAD后，β－腎上腺素能受體密度增加，腎上腺素能反應(yīng)的提高與血漿的神經(jīng)激素水平的正?；把獫{和心臟的細(xì)胞因子水平的降低有關(guān)[3]。Wang J等人給予異位心肺或心臟移植建立的心衰大鼠模型部分應(yīng)用和完全應(yīng)用LVAD，研究發(fā)現(xiàn)部分應(yīng)用和完全應(yīng)用LVAD均能改善心衰大鼠腎上腺素反應(yīng)和腦利鈉肽正常釋放以及β1－和β2－腎上腺素能受體基因表達(dá)的[4]。

2.2 Ca2+穩(wěn)態(tài)的改變 Ca2+在心肌細(xì)胞的電生理過程中起著至關(guān)重要的作用，其在正常細(xì)胞的興奮收縮耦聯(lián)中的作用尤為突出，而心衰患者心肌收縮失功能與Ca2+改變同樣密切相關(guān)[5]。肌漿內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+ATP酶亞單位2a(SERCA2a)基因表達(dá)的下調(diào)，肌漿網(wǎng)蘭尼堿敏感Ca2+釋放通道(RyR)的下調(diào)及肌漿Na+/K+交換調(diào)節(jié)的改變均與心肌收縮失功能有關(guān)[6]。

Heerdt等人研究發(fā)現(xiàn)，通過確定游離的肌小節(jié)的壓力頻率的關(guān)系，應(yīng)用LVAD后，心肌壓力提高。這與SERCA2a基因表達(dá)增加和蛋白水平提高有關(guān)[7]。另外，LVAD后，RyR基因編碼表達(dá)的增加，而其蛋白水平改變不明顯。心衰患者RyR過度磷酸化擾亂了與正常受體的偶聯(lián)，導(dǎo)致了整體配對異常。心肌激活時，較少地等位 SRCa2+釋放，在心肌舒張時 Ca2+的漏出。LVAD后，逆轉(zhuǎn)了這些異常，可能與β－腎上腺素能信號通路的正常化有關(guān)[8]。

2.3 凋亡 凋亡加劇了心肌病患者心肌細(xì)胞的丟失和左室功能的進(jìn)行性減退。心衰患者有幾個不同的促凋亡機(jī)制。

外源性死亡受體通路包括:Fas/Fas配體通路，TNF受體通路。研究表明，應(yīng)用LVAD后，使心衰的心肌FasEx06Del表達(dá)正?；?，降低了對心肌細(xì)胞凋亡的敏感性[9]。同時也證明心肌細(xì)胞促凋亡細(xì)胞因子TNF－a表達(dá)下降[10]。內(nèi)源性線粒體途徑。線粒體通路在充血性心竭中發(fā)揮著重要作用。目前關(guān)于線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡至少有兩條通道:一條依賴于線粒體釋放出的AIF，可獨立作用于染色質(zhì)，導(dǎo)致DNA斷裂和初期外周染色體聚集[11];另一條依賴于CytC、凋亡蛋白酶激活因子－1(apoptotic protease activating factor，Apaf－1)、胱冬肽酶(caspase)的級聯(lián)反應(yīng)激活，最終激活細(xì)胞的“殺手”(caspase－3)啟動凋亡程序，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[12]。凋亡和LVAD。LVAD長期治療后，改變了心臟細(xì)胞凋亡調(diào)控基因表達(dá)。LVAD后，抗凋亡蛋白Bcl－xL的表達(dá)上調(diào)，表明心肌細(xì)胞對凋亡的敏感性是通過抗凋亡基因BclxL的釋放而減低的[9]。已有資料也證明應(yīng)用LVAD后心肌細(xì)胞凋亡明顯減少[13]。

3 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

3.1 轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 心臟肥大的三種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑包括:促細(xì)胞分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)，包括細(xì)胞外信號相關(guān)的蛋白激酶(Erks)，c－jun N－末端蛋白激酶(JNKs)，和 p38MAPK家族[14];鈣離子/鈣調(diào)素激活的蛋白激酶(CaM kinase)及磷酸激酶(鈣神經(jīng)素)[15];還有，蛋白激酶B/Akt和下游靶糖原合成激酶3β[16]。

人類充血性心衰患者，這三個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑均被激活。LVAD后，這些激酶的磷酸化狀態(tài)已被確定。west blot證實，磷酸化活性(Thr 202/Tyr204)ERK －1和ERK －2及ERK激活激酶(MEK－1/2)下降;Akt和GSK3β激酶的磷酸化顯著下降;Akt和GSK3β的變化顯著相關(guān)，提示Akt的失活和GSK3β的激活。然而，在已有研究中，應(yīng)用LVAD后，JNK或P38－介導(dǎo)的信號級聯(lián)不改變，提示體內(nèi)人類心臟的機(jī)械支持下有特殊的激酶信號調(diào)節(jié)。MEK活性的降低與Erks相關(guān)，而Akt活性的降低與GSK3β激活的增加相關(guān)。在LVAD支持下，MEK/Erks的失活和GSK3β的激活與這兩個心肌重構(gòu)逆轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的相反作用一致[17]。

3.2 轉(zhuǎn)錄因子NF－κB NF－κB在調(diào)控對細(xì)胞應(yīng)激刺激反應(yīng)基因的表達(dá)中起著關(guān)鍵作用[18]。在抗凋亡中，是關(guān)鍵的基因調(diào)節(jié)者[19]。在心衰患者中，心肌細(xì)胞中NF－κB被激活。NF－κB調(diào)節(jié)白細(xì)胞介素－6(IL－6)，腫瘤壞死因子α(TNF－α)，BclxL和血紅素氧合酶－1。Grabellus F等人對16名終末期心衰患者研究發(fā)現(xiàn)，有15名患者經(jīng)過LVAD后免疫組化結(jié)果提示:NF－κB 的表達(dá)顯著降低[20]。

4 細(xì)胞應(yīng)激相關(guān)因子

4.1 血紅蛋白加氧酶－1(HO－1) 血紅蛋白加氧酶屬于熱休克蛋白家族，它通過缺血、局部低氧、氧化應(yīng)激及其它的氧化應(yīng)激所誘導(dǎo)[21]。通過免疫組化法，對不同病因的終末期心衰患者組織標(biāo)本(特別是心肌細(xì)胞，心房壁平滑肌細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞)的HO－1的分布進(jìn)行研究，HO－1呈強(qiáng)陽性表達(dá)，LVAD后，其表達(dá)明顯減退[22]。HO－1的下調(diào)可能與減輕前負(fù)荷后提高氧的供應(yīng)、減少室壁應(yīng)力，改善心內(nèi)膜下低氧和心肌細(xì)胞的肥厚有關(guān)。

4.2 金屬硫蛋白(MT) MT由細(xì)胞應(yīng)激蛋白組成，它使活性氧族滅活。保護(hù)細(xì)胞對抗活性氧族的效應(yīng)[23]。LVAD已經(jīng)證實減少MT陽性的心肌細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞(時間依賴方式)。這些資料意味著左室血流動力學(xué)的減負(fù)荷后逆轉(zhuǎn)MT基因表達(dá)[24]。

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