心肌營(yíng)養(yǎng)因子1的研究進(jìn)展

付 珊，張翠麗(綜述)，富 路(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心內(nèi)科，哈爾濱 150001)

心肌營(yíng)養(yǎng)因子1(cardiotrophin-1，CT-1)，又稱心肌營(yíng)養(yǎng)素1，是Pennica等[1]用小鼠心臟胚胎干細(xì)胞克隆獲得的，它是白細(xì)胞介素(interleukin，IL)6家族的成員，因最初人們發(fā)現(xiàn)其具有誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大的作用而得名。CT-1在體內(nèi)分布廣泛，心臟、肺臟、腎臟、胰腺、骨骼肌等組織中均有表達(dá)，其中心臟、卵巢等組織中表達(dá)水平較高，而腦、脾臟等處幾乎無表達(dá)。在病理狀態(tài)下(如高血壓、心力衰竭、糖尿病、缺血、缺氧等)體內(nèi)CT-1水平可顯著升高。

1 CT-1的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

CT-1的受體包括gp-130和LIFRβ亞基，在心肌細(xì)胞中CT-1與相應(yīng)的受體結(jié)合產(chǎn)生gp-130與LIFRβ亞基的異源二聚體或gp-130同源二聚體并激活Janus活化激酶(janus activating kinase,JAK)/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子及轉(zhuǎn)錄激活子(signal transducer and activator of transcription，STAT)、p42/p44絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)/AKT等信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，從而發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)作用。

CT-1可以通過激活不同信號(hào)途徑產(chǎn)生不同的作用。其中CT-1可以激活MAPK相關(guān)的抗凋亡信號(hào)途徑發(fā)揮心肌細(xì)胞保護(hù)作用[2-3]。Sheng等[3]證實(shí),CT-1促進(jìn)心肌細(xì)胞存活的同時(shí)，p42/p44MAPK信號(hào)途徑也被激活，加用p42/p44MAPK信號(hào)途徑抑制劑后上述作用受到抑制。這一結(jié)果表明，CT-1的心肌細(xì)胞保護(hù)作用是通過激活p42/p44MAPK途徑來實(shí)現(xiàn)的。另外，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)CT-1可通過激活JAK/STAT、MAPK/Jun氨基端激酶(Jun N terminal kinase，JNK)促使心肌細(xì)胞肥大。除此以外，人們還發(fā)現(xiàn)PI3K/AKT、MAP激酶的激酶(MAP kinase kinase,MEK)1/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular receptor kinase 1/2，ERK1/2)信號(hào)途徑也具有調(diào)控心肌細(xì)胞肥大的作用。MEK1/ERK1/2途徑具有負(fù)調(diào)控作用，CT-1通過激活該途徑抑制STAT3磷酸化，這一作用可能與防治心肌細(xì)胞過度肥大有關(guān)[4-6]。

在眾多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中，人們一度認(rèn)為JAK/STAT3、MEK1/ERK1/2是誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大最主要的兩條途徑，Takahashi等[7]的研究結(jié)果卻打破了這一觀點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)采用腺病毒轉(zhuǎn)染技術(shù)將STAT3顯性失活突變體、細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子(suppressor of cytokine signaling,SOCS)1、SOCS3、MEK5及MEK1顯性失活突變體分別轉(zhuǎn)染心肌細(xì)胞，結(jié)果顯示：①SOCS1、SOCS3過度表達(dá)可以使CT-1誘導(dǎo)的STAT3磷酸化及心肌細(xì)胞肥大作用均受到抑制。而STAT3顯性失活突變體過度表達(dá)則對(duì)心肌細(xì)胞肥大無抑制作用。②MEK1顯性失活突變體能夠抑制CT-1誘導(dǎo)的ERK1/2磷酸化而對(duì)ERK5無此作用。MEK5顯性失活突變體能夠抑制CT-1誘導(dǎo)的ERK5磷酸化而對(duì)ERK1/2無此作用。③在MEK5顯性失活突變體過度表達(dá)的心肌細(xì)胞中觀察到CT-1誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大受抑，而在MEK1顯性失活突變體過度表達(dá)的細(xì)胞中卻未發(fā)現(xiàn)這一抑制作用。上述結(jié)果表明,CT-1誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大的作用主要通過激活MEK5/ERK5信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的，而非通過JAK/STAT3、MEK1/ERK1/2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。雖然實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)STAT3顯性失活突變體過度表達(dá)的實(shí)驗(yàn)組中CT-1誘導(dǎo)的STAT3磷酸化受到了抑制，而CT-1所誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大無影響。但實(shí)驗(yàn)者認(rèn)為這種矛盾結(jié)果的發(fā)生可能與細(xì)胞培養(yǎng)過程中出現(xiàn)了某些偏差有關(guān)。

2 CT-1的生物學(xué)作用

2.1促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大 CT-1是IL-6家族中體外誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大最強(qiáng)的因子，研究表明僅0.1 nmol/L或更低濃度的CT-1即可誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大[1]。CT-1所導(dǎo)致的心肌細(xì)胞肥大與容量超負(fù)荷誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大相似，即CT-1可增加心肌細(xì)胞長(zhǎng)度而對(duì)寬度無顯著影響，這與其誘導(dǎo)肌小節(jié)形成有關(guān)。

CT-1誘導(dǎo)細(xì)胞肥大作用除與上述信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑有關(guān)外，還與其對(duì)熱激蛋白56、心鈉素等因素的調(diào)節(jié)有關(guān)。有文獻(xiàn)表明，CT-1可以顯著促進(jìn)熱激蛋白56信使RNA的合成，而過度表達(dá)的熱激蛋白56可增加心肌細(xì)胞的大小、蛋白含量及蛋白合成速率并最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大[8]。Fukuzawa等[9]研究顯示，CT-1誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大作用與其上調(diào)血管緊張素原基因表達(dá)水平、增加腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的中間代謝產(chǎn)物血管緊張素Ⅱ水平有關(guān)。

2.2細(xì)胞保護(hù)作用

2.2.1心肌細(xì)胞保護(hù)作用 多項(xiàng)研究已經(jīng)證實(shí)，缺血、缺氧環(huán)境下予以一定濃度的CT-1可以抑制細(xì)胞凋亡[10-11]。其細(xì)胞保護(hù)作用的機(jī)制可能如下：①促進(jìn)心肌細(xì)胞合成熱激蛋白70及熱激蛋白90，抵抗溫度、缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡；②升高抗凋亡基因Bal-2，降低促凋亡基因Bax、fas、p53的表達(dá)水平，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡。Pablo等[10]還發(fā)現(xiàn)缺氧條件下心肌細(xì)胞會(huì)做出生存反應(yīng)，即缺氧狀態(tài)下，低氧誘導(dǎo)因子通過調(diào)控CT-1基因表達(dá)而增加CT-1的水平從而拮抗缺氧造成的細(xì)胞凋亡。

2.2.2胰島β細(xì)胞保護(hù)作用 體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)均表明，CT-1不僅可以改善胰島β細(xì)胞功能，還可以促進(jìn)其存活，同時(shí)能夠?qū)规滊迕顾氐闹绿悄虿∽饔?。Jiménez等[12]研究發(fā)現(xiàn)，CT-1可以抑制血清剝奪誘導(dǎo)的胰島β細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)葡萄糖刺激所產(chǎn)生的促胰島素分泌作用。在用鏈脲霉素構(gòu)建糖尿病小鼠模型中，CT-1基因敲除的小鼠出現(xiàn)了糖耐量受損的現(xiàn)象,并且更容易患糖尿病。

2.3心肌細(xì)胞鈣通道 CT-1可以升高大鼠心肌細(xì)胞內(nèi)L型Ca2+通道電流密度，引發(fā)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+波動(dòng)，促進(jìn)細(xì)胞縮短。此外，CT-1還可以通過促進(jìn)286位蘇氨酸位點(diǎn)Ca2+/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶II(Ca2+/Calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ，CaMKⅡ)磷酸化導(dǎo)致舒張期心室肌細(xì)胞Ca2+產(chǎn)生自發(fā)性震蕩進(jìn)而增加心律失常的發(fā)生頻率。

Ruiz-Hartado等[13]發(fā)現(xiàn)，CT-1通過激活環(huán)磷酸腺苷/蛋白激酶A信號(hào)途徑而非MAPK/ERK或CaMKⅡ途徑來增加L型鈣通道電流密度，這有別于IL家族其他成員通過激活cAMP/PKA及MAPK/ERK兩條信號(hào)途徑增加L型鈣通道電流水平。

盡管在CT-1的作用下L型鈣通道電流密度有所增加、肌質(zhì)網(wǎng)鈣泵攝取了更多的Ca2+，但是肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的Ca2+濃度卻不會(huì)顯著增加，這與CT-1增加蘭尼堿受體數(shù)量及開放頻率從而提高舒張期Ca2+閃爍頻率進(jìn)而促進(jìn)Ca2+外漏有關(guān)。

2.4調(diào)控糖脂代謝 CT-1是糖、脂肪代謝的關(guān)鍵調(diào)控因素，缺乏CT-1可以導(dǎo)致能量消耗降低、肥胖、胰島細(xì)胞肥大、胰島素抵抗、血糖水平升高、血清總膽固醇及低密度脂蛋白膽固醇水平升高。CT-1基因敲除不僅可引起小鼠肥胖，還會(huì)導(dǎo)致食欲下降，但這種重量的增加發(fā)生在食欲下降之前，這可能是由于能量消耗降低所致。CT-1引起食欲下降的機(jī)制目前尚不清楚，研究者認(rèn)為，這可能是與抑制能量消耗所致過度肥胖有關(guān)[14]。

Moreno-Aliaga等[14]研究指出，CT-1可促進(jìn)脂肪酸磷酸化，短時(shí)間使用可降低胰島素依賴者的血糖水平，增強(qiáng)肌肉組織中胰島素誘導(dǎo)AKT磷酸化的作用。長(zhǎng)期使用不僅可以減少食物攝入、增加能量消耗，還可通過上調(diào)與脂肪分解、脂肪酸氧化、線粒體生物發(fā)生及棕脂肪相關(guān)基因的表達(dá)水平而誘導(dǎo)白脂肪重新分布。

CT-1不僅可以對(duì)糖、脂肪代謝產(chǎn)生影響，反之，能量物質(zhì)也可以調(diào)控CT-1的表達(dá)水平。研究顯示，禁食可增加白脂肪、肝臟、肌肉組織中的CT-1信使RNA含量；相反，攝食后則可使上述作用受到抑制[14]。近期Rendo-urteaga等[15]發(fā)現(xiàn)，超重/肥胖兒童在減肥之后代謝綜合征的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，血漿膽固醇及CT-1水平均下降?；谝陨涎芯拷Y(jié)果，研究者認(rèn)為CT-1可能是診斷超重/肥胖兒童患有代謝綜合征的間接指標(biāo)。而此前Begoa等[16]同樣發(fā)現(xiàn)體型肥胖的代謝綜合征患者體內(nèi)CT-1水平顯著高于非肥胖代謝綜合征患者，在動(dòng)物水平的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，從前脂肪細(xì)胞到成熟脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)變的過程中，小鼠體內(nèi)CT-1基因表達(dá)及蛋白水平日漸增多。由此推斷脂肪組織可能是CT-1的來源，這一結(jié)論可以很好地解釋了體型肥胖的代謝綜合征患者體內(nèi)CT-1水平高的原因。

3 小 結(jié)

一定水平的CT-1對(duì)保障心臟的正常發(fā)育發(fā)揮重要作用，過度表達(dá)即可誘發(fā)心肌細(xì)胞肥大，并且該作用呈劑量依賴性。此外，CT-1長(zhǎng)期刺激還可以造成心肌收縮功能異常[21]。因此，控制CT-1于正常水平對(duì)維持正常心臟的功能具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)，辛伐他汀可抑制CT-1激活JAK/STAT信號(hào)途徑的作用，從而拮抗CT-1誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大，進(jìn)而延緩心室重構(gòu)。目前多種藥物，如血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑/血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑、β受體阻滯劑等對(duì)JAK/STAT信號(hào)途徑均有調(diào)控作用，是否可以通過拮抗CT-1的作用進(jìn)而抑制心肌細(xì)胞肥大目前尚不清楚，有待進(jìn)一步研究。

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