轉化生長因子－β對心肌纖維化作用的研究進展＊

許淑文 戴 雯綜述 李 艷審校

慢性心力衰竭（Chronic Heart Failure，CHF）已成為日益嚴重的公共衛(wèi)生問題，目前全球約有3800萬CHF患者，發(fā)病率以每年50%的速率增加［1－2］。心臟重塑是導致CHF發(fā)生的關鍵過程。研究證據(jù)表明，轉化生長因子－β（Transforming Growth Factor－β，TGF－β）作為多功能細胞因子，可參與組織修復和心肌纖維化（Myocardial Fibrosis，MF）的發(fā)生發(fā)展進程［3］，因而可能直接參與CHF的漸進性重構。TGF－β在心臟重塑和CHF的發(fā)病機制中的作用已在動物實驗中進行了廣泛研究［4］，但其對人類心臟的作用研究至今較少［3］。本文綜述TGF－β在 MF中作用的研究進展，為臨床研究TGF－β作為CHF治療靶點提供資料。

1 CHF和MF

1.1 CHF的臨床病理表現(xiàn)

CHF是在各種致病因素作用下，心臟收縮和（或）舒張功能發(fā)生障礙，即心泵功能減弱，使心輸出量絕對或相對下降，以至不能滿足機體代謝需要的病理生理過程或綜合征。其典型癥狀是呼吸困難、氣短乏力和體液潴留。心臟的急性（心肌梗死）或慢性損傷（長期高血壓）導致心室功能降低和室壁應力增加，使HF呈進展性發(fā)展。這種進展通過一系列心血管系統(tǒng)代償反應而發(fā)生，主要有血管神經(jīng)收縮系統(tǒng)，如腎素－血管緊張素－醛固酮系統(tǒng)（RAAS）及腎上腺素能神經(jīng)系統(tǒng)，以維持重要器官的血流量，包括增加心室前負荷、心室擴張、外周血管收縮、心肌肥厚。這些初期代償過程進行性發(fā)展會導致心室功能逐漸喪失，引起收縮和（或）舒張功能異常和心室重構［5］，包括心肌細胞重構和間質(zhì)重構。心肌細胞重構多表現(xiàn)為心肌細胞肥大及心肌細胞凋亡、壞死增加；間質(zhì)重構與成纖維細胞（Cadiacfibloblast，CFs）增生及細胞外基質(zhì)（Extra Cellular Matrix，ECM）平衡紊亂密切相關，其結果是引發(fā) MF［6］。

1.2 MF在CHF中的作用

MF是指由各種原因導致的心肌CFs增殖和ECM沉積、細胞死亡以及血管再生，是多種心血管疾病發(fā)展到一定階段的共同病理過程，是心肌重構的主要表現(xiàn)。MF可分為反應性纖維化和修復性纖維化兩種類型［6］，前者發(fā)生在對炎癥的反應過程，后者一般由于心肌組織損傷而引發(fā)。CFs通過增殖、分泌ECM蛋白等引起膠原纖維積聚、膠原成分改變和心臟空間結構排列紊亂，形成MF，導致心室壁僵硬、順應性降低和心臟舒縮功能不全。MF還可以在心肌中形成特有的一道屏障，削弱心肌電藕聯(lián)，從而破壞收縮期和舒張期的興奮－收縮偶聯(lián)，使心臟收縮和舒張功能異常。此外，纖維化心臟中膠原網(wǎng)的紊亂可通過各種不同的機制導致收縮功能障礙，如膠原網(wǎng)的層粘連蛋白α4缺失小鼠即表現(xiàn)出心室收縮功能障礙［7］。MF還會造成心室肌層細胞數(shù)量減少，不僅影響心肌代謝，還可導致心室重構，最終造成 HF［8］。研究表明，多種心血管疾病發(fā)展到一定階段均可出現(xiàn)MF，其中包括高血壓病、冠心病、HF以及各種心肌病。

心臟ECM中的膠原蛋白的過量沉積不僅會影響心肌收縮功能，而且會阻斷電傳導而引起細胞結構，特別是心肌細胞間連接的改變，從而導致心律失常。膠原蛋白通過動態(tài)的細胞－細胞和細胞－ECM相互作用，調(diào)節(jié)CFs對ECM的合成和降解，保持心臟結構的完整性。炎癥反應、缺血、機械拉伸、高血糖、激素和多肽等多種刺激可以激發(fā)CFs的活化，從而使ECM積聚和纖維化加劇，進而使心室順應性受損和充盈受限。炎癥反應可引起 TGF－β、核因子－κB（NF－κB）、腫瘤壞死因子（TNF－α）、白介素－6（ⅠL－6）和促炎因子（如血管緊張素Ⅱ）等的水平升高［7，9］，誘導CFs轉變?yōu)榧〕衫w維細胞，后者通過破壞基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）及其抑制因子（TⅠMPs）的平衡而促進 MF［10］，導致心臟重塑和CHF。

2 TGF－β對 MF的作用

2.1 TGF－β的生物學活性

基于結構和生物學的相似性，TGF－β大家族可以分為四個主要部分：苗勒管抑制物質(zhì)（MⅠS）家族，抑制素／活化家族，骨形成蛋白（BMP）家族和TGF－β家族。MⅠS可以誘導男性胚胎中副中腎管的形成［11］，抑制素／活化物可調(diào)節(jié)垂體細胞的激素分泌能力［12］，BMP純化后可以誘導骨形成，調(diào)節(jié)無脊椎動物和脊椎動物的各種早期發(fā)育過程［13］。TGF－β以三種異構體形式存在于哺乳動物體內(nèi)，包括TGF－β1、TGF－β2和 TGF－β3，而編碼 TGF－β1、β2和β3的基因存在于染色體的不同位置，分別為19q13.1－q13.3 19、1q41和14q23 24。TGF－β是一個典型的多功能多肽，最初從血小板中提出，它的一些主要特性自上世紀九十年代才被逐漸發(fā)現(xiàn)：不僅能抑制上皮細胞和造血細胞生長，調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細胞ECM的產(chǎn)生，還參與多種基本生物過程，如細胞生長、分化、發(fā)育、組織修復和細胞凋亡等［14］。

TGF－β廣泛存在于人體多種細胞中，如上皮細胞、內(nèi)皮細胞、造血細胞、神經(jīng)細胞、結締組織細胞，這些細胞不僅能產(chǎn)生TGF－β，而且具有相應的受體。TGF－β1mRNA主要在內(nèi)皮細胞、造血細胞和結締組織細胞中表達。TGF－β1蛋白對CFs及其它間葉組織來源細胞有明顯刺激作用，以增加膠原蛋白、糖蛋白的表達，增加細胞黏附蛋白分泌，增強有關受體的轉錄、翻譯和處理過程，并減少MMPs的合成，從而對細胞的增殖和分化過程起重要作用，有利于胚胎發(fā)育和組織修復［15］。TGF－β是最重要的促 MF細胞因子之一，可以刺激CFs的增生、膠原合成，使心肌間質(zhì)纖維化［16］。

2.2 TGF－β的活化與調(diào)節(jié)

雖然TGF－β三種亞型通過相同的細胞表面受體傳導信號，且作用于相同的靶細胞，但是三者的表達卻截然不同。TGF－β1是心血管系統(tǒng)中最主要的亞型，其它亞型只在其它細胞中少量表達。三種亞型可能在人體內(nèi)的功能不同，目前對于MF的研究主要針對TGF－β1亞型。TGF－β1在正常心臟中以復合物前體形式存在，不能與受體結合。心肌損傷后，細胞外TGF－β1將由前體轉化為活性形式，極少量的TGF－β1活化已經(jīng)足夠誘導最大程度的細胞反應［17］。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大量“TGF－β激活劑”，它們在TGF－β的激活過程中發(fā)揮著不同的作用。蛋白酶（MMP－2和 MMP－9）能夠激活 TGF－β1，將基質(zhì)降解與分子的活化聯(lián)系起來，使基質(zhì)保持完整性和穩(wěn)定性［18］。此外，ECM 和 活 性 氧 也 是 TGF－β1激 活 物。TGF－β1活化信號的傳導還與心臟損傷的類型和強度有關。

炎癥反應和心肌細胞凋亡與 MF密不可分。Westermann等［19］發(fā)現(xiàn)心肌炎癥反應是心衰患者促 MF的刺激因素，對心衰患者心內(nèi)膜活檢發(fā)現(xiàn)，其炎性細胞增多，TGF－β1 mRNA水平升高。在心肌梗死模型中，繼纖維組織沉積和梗死愈合后機體出現(xiàn)了一個明顯的炎性階段。研究顯示，TGF－β1可促進組織纖維化和CFs轉化，同時使巨噬細胞失活并抑制炎性趨化因子的表達。而壓力負荷增加的心衰動物學模型表明，在胸主動脈縮窄后進行TGF－β1抑制可減少纖維化，且可以在不造成心肌肥厚的情況下改善心臟收縮功能［20］。還有研究發(fā)現(xiàn)，TGF－β1可促進大鼠心肌細胞凋亡，且一氧化氮等的釋放在其促凋亡過程中起到重要作用［21］。表明炎癥反應、凋亡和MF緊密相關，它們都參與心臟重塑，而TGF－β1在其中起重要作用。

而負調(diào)控TGF－β1表達可能對抑制 MF發(fā)揮重要的作用。近年研究發(fā)現(xiàn)，心肌梗死或HF中存在兩種可以抑制MF的潛在機制：裂解和釋放可溶性內(nèi)分泌激素將會抑制TGF－β信號在HF中的傳導［22］。壓力超負荷情況下，BMPs／腦鈉肽（BNP）和激活素（BAMBⅠ）表達可下調(diào) TGF－β表達，從而減弱促纖維化效應［20］。因此，防止TGF－β在心肌中的失控表達對維持心肌結構和功能至關重要。

2.3 TGF－β對 MF的細胞效應

TGF－β1可刺激CFs增生、膠原合成、心肌細胞肥大，在心室重構中起著極其重要的作用［23］。雜合子TGF－β1基因缺失小鼠與野生型小鼠相比，表現(xiàn)出與年齡有關的纖維化和左心室順應性降低［24］。在血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）2型受體刺激下，通過對 MMP－1、MMP－9和大鼠 TGF－β1的調(diào)節(jié)作用，能改善左心室纖維化和功能障礙［25］。圖1顯示［26］，TGF－β可誘導成纖維細胞分化，促進細胞外基質(zhì)的合成［17］。TGF－β介導的結締組織生長因子（CCN2）誘導也可能有助于纖維化的形成，且TGF－β1和CCN2的共同作用可能導致持續(xù)的纖維化反應［25］。TGF－β介導的其它類型細胞（如巨噬細胞，淋巴細胞和心肌細胞）的作用也可能通過旁分泌方式促進纖維化反應。此外，TGF－β的基質(zhì)保護效應是受蛋白酶抑制劑，如纖溶酶原激活物抑制物（PAⅠ）－1和基質(zhì)蛋白酶等的誘導而產(chǎn)生［27］。

圖1 TGF－β對心肌纖維化的細胞效應［26］

心肌細胞壞死往往是MF被激活的初始事件，傷害性刺激（如壓力超負荷或心肌炎癥反應）也可以激活MF通路。CFs轉化為具有分泌和收縮作用的肌纖維母細胞是關鍵的驅動纖維化反應的細胞事件。

TGF－β1一旦被激活和釋放后，先與細胞表面活性ⅠⅠ型受體（TβRⅠⅠ）結合，再與Ⅰ型受體（TβRⅠ）結合，形成復合物，該復合物作用于R－Smads蛋白C’端絲氨酸殘基，Smad2、Smad3增加且磷酸化，并與Smad4結合，形成Smad2－Smad3－Smad4轉錄復合體，進入細胞核內(nèi)，即所謂TGF－β／Smads信號傳導通路。已有研究表明，Smad3信號對心肌梗死心室重塑中有至關重要的作用［28］。Smad3缺乏不會干擾肌纖維母細胞分化，Smad3基因敲除的動物模型的成纖維母細胞數(shù)量明顯增加，說明因為TGF－β可以不依賴Smad3途徑發(fā)揮抗CFs增殖作用。但也有研究發(fā)現(xiàn)，Smad3基因敲除心肌梗死模型中MF重塑減少，原因可能由于TGF－β／Smads抗纖維化效應的降低所致［29］。因此，Smad蛋白依賴的信號通路在MF心臟重塑中的作用尚需系統(tǒng)研究。

3 TGF－β1是臨床CHF治療的重要靶標

3.1 針對 TGF－β1靶向治療CHF

目前已有一些研究致力于探究TGF－β1在慢性腎臟疾病以及由心肌梗死、糖尿病導致的HF中的作用［30－33］。動物實驗表明，抑制TGF－β1的作用可以有效抑制MF，但用于臨床仍存在爭議。動物實驗發(fā)現(xiàn)，在心肌梗死前或發(fā)生心肌梗死即刻抑制TGF－β1信號通路，反而會增加死亡率并加重心功能障礙［34］，而在心肌梗死24h后抑制TGF－β信號通路，則會減少重塑并使心功能得到改善［35，36］。還有研究者使用抗TGF－β1中和抗體防止了心臟損傷后發(fā)生的結構和功能變化，有效減少壓力超負荷模型中大鼠MF和心臟舒張功能障礙［37］。但在臨床上長期使用人TGF－β1抗體的可行性并不強，因為臨床研究發(fā)現(xiàn)，使用一些小分子物質(zhì)抑制TGF－β1受體時，會導致骨畸形的發(fā)生［38］。大量 TGF－β1抑制劑藥物，包括曲尼司特和吡非尼酮等化合物，雖然其作用機制還未完全清楚，但可以肯定的是，它們能夠抑制TGF－β1以及其它病理生長因子［39，40］。

3.2 針對MF的治療策略

因為MF、心臟重塑與心臟收縮和舒張功能障礙密切相關，預防和逆轉MF是心血管診治基礎研究和臨床應用研究的一個重要目標。通過抑制TGF－β1信號通路，可以有效防止MF的發(fā)生，但對如何把握抑制時機，以及如何避免抑制通路所帶來的副作用，仍需要進一步研究。絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）系統(tǒng)是一個高度保守的絲氨酸／蘇氨酸激酶家族，對細胞生長和增殖起重要作用，細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK1和ERK2或 p42／44MAPK）、c－Jun氨基末端激酶（JNK1和JNK2）和p38激酶三個MAPK通路在心臟的病理重塑中起著重要作用，都參與細胞肥大和細胞因子的激活［41］，這 三 條 通 路 都 可 由 活 性 TGF－β1 激 活［41，42］，并 發(fā) 揮MF的細胞效應，JNK和p38活化后能促進心肌細胞凋亡，而p42／44MAPK則抑制凋亡。但TGF－β1激活和下游信號通路JNK、p38和ERK1／ERK2的具體機制及其導致MF的病理生理過程還需進一步研究。吡非尼酮（FT011）等一些最新研發(fā)的用于減輕MF的藥物，是直接抑制TGF－β1信號通路還是抑制下游JNK、ERK1／ERK2和p38MAPK激酶，還需要進一步論證。

4 小結與展望

MF是心臟重構的最主要表現(xiàn)之一，是導致CHF發(fā)生的重要機制。TGF－β1作為最重要的促 MF細胞因子，可作為CHF的治療靶點。TGF－β1不僅可以促進MF的發(fā)生，同時還可以調(diào)節(jié)細胞凋亡、炎癥反應等復雜過程，故其作用機制仍待深入研究。此外，正確把握抑制TGF－β1信號通路的時機，避免抑制通路所帶來的副作用，可為防治MF的發(fā)生，延緩心臟的進展性重構及CHF提供新的思路和策略。