半乳糖凝集素3在心肌梗死中的研究進展

顏晶　綜述　常靜　審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心內(nèi)科，重慶400016)

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半乳糖凝集素3在心肌梗死中的研究進展

顏晶綜述常靜審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心內(nèi)科，重慶400016)

【摘要】半乳糖凝集素3作為一種炎癥相關(guān)因子參與細(xì)胞的凋亡、增殖及再生。近年來，研究發(fā)現(xiàn)其在心肌梗死后心臟重塑方面亦發(fā)揮重要作用，兩者有著密切的聯(lián)系，現(xiàn)就半乳糖凝集素3作為一種心肌梗死后心肌纖維化的標(biāo)志物的研究進展做一綜述。

【關(guān)鍵詞】半乳糖凝集素3；心肌梗死；心臟重塑；心肌纖維化

半乳糖凝集素3(galectin-3)作為一種炎癥因子，主要通過介導(dǎo)纖維母細(xì)胞的激活及巨噬細(xì)胞的浸潤，參與心、腎、肺、肝臟等器官的炎癥和纖維化的病理生理過程。既往大量研究已證實，galectin-3與心力衰竭嚴(yán)重程度密切相關(guān)，對心力衰竭短期及長期的病死率均有很高的預(yù)測價值，因此臨床上已將其作為評估心力衰竭的新型生物標(biāo)志物。而近年來，galectin-3在心肌梗死后心臟重塑方面逐漸成為新的研究熱點，現(xiàn)就該方面的研究進展進行綜述。

1galectin-3的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生及作用

galectins屬于古老的凝集素家族，具有保守的氨基酸序列，能特異地識別β-糖苷[1]。galectins廣泛存在于海綿動物、真菌、昆蟲、脊椎動物甚至病毒中[2]。galectins均包含保守的C端糖識別結(jié)構(gòu)域(C-terminal carbohydrate-recognition domain，CRD)，根據(jù)CRD的數(shù)量和結(jié)構(gòu)組成，家族成員被分為3個亞型：原型(galectin-1、-2、-5、-7、-10、-11、-13和-14)、串聯(lián)重復(fù)型(galectin-4、-6、-8、-9和-12)和嵌合型(galectin-3)[1]。

galectin-3是家族中唯一的脊椎動物嵌合型半乳糖凝集素，分子量為29 000～35 000，由位于14號染色體上的LGALS3單基因編碼，其包含6個外顯子和5個內(nèi)含子[2]。galectin-3單一的多肽鏈形成了2個不同的結(jié)構(gòu)域：N端結(jié)構(gòu)域(N-terminal domain，ND)和CRD。ND包含110～130個氨基酸，由多個脯-甘-丙-酪-脯-甘氨基酸重復(fù)序列組成，緊隨其后的是3個額外的氨基酸。ND通過Tyr102和相鄰的殘基與CRD一起參與低聚糖的綁定，還介導(dǎo)多聚體的形成，在凝集素與配體集群的結(jié)合中起積極的協(xié)同作用。此外，galectin-3磷酸化的位點在ND的Ser6，磷酸化可以降低galectin-3與配體的結(jié)合能力，但在1型蛋白磷酸酶的脫磷酸化作用后其結(jié)合力可完全恢復(fù)。CRD是一個由大約130個氨基酸組成的球狀結(jié)構(gòu)，調(diào)控整個糖結(jié)合位點，在CRD中有一個NWGR序列(天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-精氨酸)，它與Bcl-2蛋白質(zhì)的BH1有高度同源性，能通過缺乏糖配體的CRD參與galectin-3的交聯(lián)。NWGR中的色氨酸被亮氨酸置換使galectin-3不能形成同源二聚體結(jié)構(gòu)[2]。galectin-3通過CRD參與細(xì)胞間、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的相互作用，受體聚集、信號轉(zhuǎn)化和糖蛋白-半乳糖凝集晶格的形成，從而發(fā)揮生物效應(yīng)[2]。

galectin-3主要是由巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，但許多在心肌梗死過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用的細(xì)胞如中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞以及成纖維細(xì)胞也被發(fā)現(xiàn)可以生產(chǎn)galectin-3[2-3]。galectin-3在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中合成后經(jīng)非經(jīng)典途徑分泌到細(xì)胞表面及細(xì)胞外間隙[1]。galectin-3表達的調(diào)控涉及到大量的轉(zhuǎn)錄因子和信號通路(如cAMP-反應(yīng)元件結(jié)合蛋白或NF-κB轉(zhuǎn)錄因子)，并取決于細(xì)胞類型、外部刺激和環(huán)境條件[2]。既往研究顯示galectin-3在多種生物進程及不同的病理生理過程中發(fā)揮著重要的作用，如細(xì)胞凋亡、免疫應(yīng)答，腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。近年來發(fā)現(xiàn)，galectin-3與心肌纖維化存在密切的聯(lián)系，可作為心肌纖維化的獨立預(yù)測因子[4-5]。

2galectin-3與纖維化

心肌損傷后，單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)激活，大量galectin-3被分泌到細(xì)胞外間隙，將細(xì)胞周期蛋白D1激活，誘導(dǎo)心臟成纖維細(xì)胞活化，使細(xì)胞骨架蛋白和細(xì)胞外Ⅰ型膠原蛋白α-1鏈的表達增加，在脯氨酰4-羥化酶和熱休克蛋白等作用下前膠原鏈的Pro 和Lys 羥基化及糖基化增強，引起前膠原折疊，并運輸至細(xì)胞間隙，在Ⅰ型前膠原氨基酸前肽和賴氨酰氧化酶等作用下，前肽N端和C端斷裂，膠原形成，并發(fā)生聚集、耦聯(lián)，持續(xù)的炎癥會促進這個過程不斷重復(fù)，從而加速心肌纖維化進程[1,3]。此外，galectin-3不僅影響小型元件如Ⅰ型膠原蛋白的合成，還能通過金屬蛋白酶組織抑制劑(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP) 和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs) 來減少ECM降解從而進一步促進纖維化[1]。在體外，Sharma等[4]用重組galectin-3處理小鼠纖維母細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)纖維母細(xì)胞被激活為成纖維細(xì)胞，后者可產(chǎn)生和分泌基質(zhì)蛋白，包括膠原蛋白、纖維連接蛋白和轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor，TGF-β)。在體內(nèi)，也有觀察研究證實了galectin-3在心臟纖維化和重構(gòu)中的重要作用。Sharma等[4]發(fā)現(xiàn)在高血壓大鼠中g(shù)alectin-3可促進心臟巨噬細(xì)胞浸潤，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞的增殖，從而促進心肌纖維化過程。此外，在該研究中還通過熒光免疫顯微鏡技術(shù)觀察到galectin-3的結(jié)合位點在ECM及心肌成纖維細(xì)胞。Yu等[3]對galectin-3基因敲除的大鼠和野生型大鼠注入血管緊張素Ⅱ或施以橫向主動脈縮窄術(shù)以引發(fā)心臟重塑，結(jié)果顯示，野生大鼠出現(xiàn)了左心室肥大、左室舒張末期壓力增加及纖維化等表現(xiàn)，而galectin-3基因敲除的大鼠雖也出現(xiàn)左室肥大但卻沒有發(fā)生左心室功能障礙和纖維化，這進一步證實了galectin-3在促纖維化及心室重塑中的作用。除了心肌纖維化，galectin-3在血管[6-7]、肝[8]、腎[9]和肺纖維化[10-11]中均發(fā)揮作用。

3galectin-3促進心肌梗死后的心臟重塑

3.1實驗室研究

Sanchez-Mas等[12]研究了大鼠心肌梗死后galectin-3在心肌組織中的表達，將大鼠的冠狀動脈左前降支持續(xù)地結(jié)扎，分別將它們在心肌梗死后第1、2、4、12和24周處死，隨后的觀察發(fā)現(xiàn)，galectin-3 mRNA的表達在梗死區(qū)域增加，并在心肌梗死后1周達高峰，在接下來的幾周逐步減少，其他纖維化標(biāo)志物如Ⅰ型膠原蛋白、Ⅲ型膠原蛋白和TIMP-1與galectin-3的變化類似，此外經(jīng)超聲心動圖評估發(fā)現(xiàn)心肌梗死后的大鼠左心室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)顯著下降，左心室舒張末期和收縮末期容量顯著增加。Hashmi等[13]在動物研究中發(fā)現(xiàn), 心肌梗死后60 min和24 h，galectin-3的mRNA水平和蛋白質(zhì)表達明顯升高，這個實驗首次表明了在缺血早期galectin-3在轉(zhuǎn)錄及翻譯水平均明顯升高，同時也顯示galectin-3在心肌梗死早期產(chǎn)生于心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，這些發(fā)現(xiàn)有助于理解急性心肌梗死后心肌的早期反應(yīng)機制，并對尋找挽救存活心肌的方法有很大的幫助。為了進一步研究galectin-3在心臟重塑的作用，Gonzalez等[14]將galectin-3基因敲除大鼠的冠狀動脈結(jié)扎，與對照組大鼠比較，galectin-3基因敲除大鼠顯示出病死率增加的趨勢，而且心肌梗死1周后心肌肥厚和肺淤血加重了，研究者認(rèn)為出現(xiàn)這些現(xiàn)象是因為galectin-3基因的缺失減弱了巨噬細(xì)胞的浸潤及纖維化，使梗死面積增大，從而加劇了心臟的不良重塑和心功能障礙，最終導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生。

這些研究提示：galectin-3在心肌梗死后的心臟重塑過程中發(fā)揮著活躍的作用，它會引起慢性纖維激活和組織纖維化增加從而導(dǎo)致心臟發(fā)生重塑。

3.2臨床研究

Mayr等[15]報道了心肌梗死后患者左心室功能與galectin-3水平之間的關(guān)系。研究中采用心臟磁共振成像(cardiac magnetic resonance，CMR)的增強技術(shù)對心肌功能做出了高分辨率描述。29例接受了再灌注治療的ST段抬高型心肌梗死(ST elevation myocardial infarction，STEMI)患者，4個月后對患者進行了galectin-3測量和CMR檢查。結(jié)果表明galectin-3水平與LVEF之間的關(guān)系沒有統(tǒng)計學(xué)意義，但仍然發(fā)現(xiàn)4個月后galectin-3水平高的患者LVEF明顯受損。由于這個研究樣本量有限，這些結(jié)論并沒有很強的說服力。在一個稍大樣本(100例)STEMI患者的研究中，在基線和24周時CMR檢查，結(jié)果顯示LVEF在基線和24周之間明顯增加，galectin-3的基線與24周時LVEF呈負(fù)相關(guān)[16]。也有不同的結(jié)論，一項包括145例心肌梗死患者的研究發(fā)現(xiàn)：急性心肌梗死后3～5 d時的galectin-3水平與LVEF并沒有明顯關(guān)系，研究者分析認(rèn)為：納入研究的患者均為左心室功能保留者，且均成功接受了經(jīng)皮冠狀動脈介入術(shù)(PCI)治療可能是得出陰性結(jié)果的原因[17]。

大量研究已顯示可以將galectin-3作為心力衰竭預(yù)后的獨立預(yù)測因子，而對于其在心肌梗死方面的研究也有報道。Tsai等[18]采集了196例接受PCI治療的STEMI患者的血樣本，發(fā)現(xiàn)PCI后6 h的galectin-3水平明顯升高，經(jīng)多變量分析得出結(jié)論：升高的galectin-3水平可作為30 d主要不良臨床事件(包括終末期的充血性心力衰竭或30 d的死亡)的獨立預(yù)測因子。在一項包括711例非ST段抬高型急性冠狀動脈綜合征與STEMI患者的觀察研究中，用COX比例風(fēng)險回歸模型分析后得出結(jié)論：升高的galectin-3與N端腦利鈉肽(N-terminal probrain natriuretic peptide，NT-proBNP)血漿水平是心力衰竭和死亡的獨立預(yù)測因子[19]。

Szadkowska等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在心肌梗死早期，galectin-3水平高于中位數(shù)的的患者再發(fā)心肌梗死的概率明顯增高(再梗死原因多為冠狀動脈病變發(fā)展或支架內(nèi)再狹窄)，且經(jīng)ROC曲線分析顯示最佳的再梗死預(yù)測界限值為18.1 ng/mL，而超敏C反應(yīng)蛋白對再梗死的預(yù)測與galectin-3相比敏感性相似但特異性稍低，在住院期間galectin-3水平升高的心肌梗死患者更容易出現(xiàn)新發(fā)心房顫動和心力衰竭。

此外，還有研究發(fā)現(xiàn)心肌梗死后galectin-3與某些生物標(biāo)志物之間也存在密切的關(guān)系，如在早期與NT-proBNP存在正相關(guān)，但隨著時間的推移，galectin-3的水平變化不明顯，而NT-proBNP 的水平卻明顯下降。除了利鈉肽，galectin-3與其他ECM標(biāo)志物，如MMPs-3、 TIMP-1、單細(xì)胞趨化蛋白-1和白介素-8也存在重要的聯(lián)系，它可能影響多種ECM標(biāo)志物的獨立路徑，并可能提供巨噬細(xì)胞活化與纖維化之間的聯(lián)系[16]。

以上研究由于樣本量小和受心肌梗死后測量時間的影響，這些結(jié)論是有限的，需要更大型的臨床研究來進一步驗證。

4galectin-3——一種治療的新靶點

4.1鹽皮質(zhì)激素受體拮抗劑

臨床上鹽皮質(zhì)激素受體拮抗劑(mineralcorticoid recept antagonist，MRAs)能夠改善心肌梗死后慢性心力衰竭患者的生存[20]，其中可能的機制與MRAs對galectin-3表達的逆轉(zhuǎn)有關(guān)。Calvier等[21]做的一項高血壓大鼠研究顯示，使用MRAs治療后，大鼠心臟和腎臟的galectin-3表達明顯減少，因此推測MRAs可能會改變galectin-3的生物活性和隨后的左心室重塑。Lax等[22]在一個心肌梗死大鼠模型中(永久性結(jié)扎冠狀動脈左前降支)對MRAa的治療效果進行了研究，大鼠被隨機分為4組(沒有接受治療組、依普利酮組、螺內(nèi)酯組和接受假手術(shù)組)，4周后死亡，測定梗死心肌中的galectin-3基因表達以及參與galectin-3分子信號通路的分子：TGF-β及其信號蛋白SMAD-3，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MRAs治療組galectin-3、TGF-β和SMAD-3的表達水平顯著降低。經(jīng)測量膠原容積百分比及Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白和TIMP-1的mRNA表達發(fā)現(xiàn)心肌纖維化減弱。該研究提示，心肌梗死后MRAs通過干預(yù)galectin-3的信號通路發(fā)揮了抗纖維化和抗炎的作用。

4.2galectin-3抑制劑

4.2.1N-乙酰絲-天冬-賴-脯氨酸

N-乙酰絲-天冬-賴-脯氨酸(Ac-SDKP)是一種天然的多肽，具有抗炎抗纖維化的作用。Liu等[23]在大鼠的心包中注入galectin-3后發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞浸潤增強，心肌間質(zhì)纖維化增加，心臟肥大明顯，而加入Ac-SDKP后這些改變即減輕，心臟纖維化減少。該試驗提示Ac-SDKP能阻止galectin-3介導(dǎo)的纖維化，從而抑制心臟重塑。

4.2.2果膠

已有研究表明，果膠與galectin-3的CRD結(jié)合可以降低galectin-3活性。目前主要用于研究的果膠是經(jīng)改良后的柑橘果膠(modified citrus pectin，MCP)，一種從柑橘果肉及果皮中提取出來的多糖。在心力衰竭、腎臟疾病[24]和肝臟疾病的研究中均發(fā)現(xiàn)了MCP對galectin-3的抑制效應(yīng)。Calvier等[6]在醛固酮誘導(dǎo)的大鼠心力衰竭模型的研究中發(fā)現(xiàn)MCP可以減少Ⅰ型膠原蛋白的生成。在急性腎損傷[24]和高血壓腎病模型[25]的研究中還發(fā)現(xiàn)MCP能有效地抗纖維化。

4.2.3N-乙酰氨基乳糖

N-乙酰氨基乳糖(N-Lac)也是galectin-3抑制劑和潛在的治療方法，Yu等[3]用高血壓轉(zhuǎn)基因Ren2大鼠做了一個高血壓心肌病的模型，在這個試驗中對N-Lac做了研究。結(jié)果顯示：接受N-Lac治療的Ren2大鼠保留了左室短軸縮短率，而未接受治療的大鼠的左心室舒張末壓力和肺重量均增加。未經(jīng)N-Lac治療的Ren2大鼠心臟重塑加快，生存率明顯降低，而接受N-Lac治療的大鼠生存率更高。在另一個接受橫向主動脈縮窄術(shù)的大鼠模型中，經(jīng)N-Lac治療的大鼠心臟重塑不明顯。

5結(jié)論

已有的動物研究及臨床實驗均提示galectin-3在心肌梗死中扮演重要角色，對其有效地進行抑制可以阻止心肌纖維化作用從而逆轉(zhuǎn)心臟重塑，改善患者預(yù)后，有望在不久的將來成為心肌梗死新的治療靶點。目前大量深入的研究亦正在進行，有望進一步闡明galectin-3 在心肌梗死中更多的生物學(xué)作用。

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Research Advances in the Role of Galectin-3 in Myocardial Infarction

YAN Jing, CHANG Jing

(DepartmentofCardiology,TheFirstAffiliatedHospitalofChongqingMedicalUniversity,Chongqing400016,China)

【Abstract】As an inflammatory factor，galectin-3 is involved in the process of cell apoptosis,proliferation and regeneration.Recent studies have found that galectin-3 plays an important role in cardiac remodeling after myocardial infarction and that both have a close relationship.We reviewed the research progress of galectin-3 as a marker of myocardial fibrosis after myocardial infarction in this article.

【Key words】Galectin-3; Myocardial infarction; Cardiac remodeling; Myocardial fibrosis

收稿日期：2015-10-27

【中圖分類號】R542.2

【文獻標(biāo)志碼】A【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2016.02.000

作者簡介：顏晶(1980—)，在讀碩士，主要從事心血管疾病臨床研究。Email: cgyanjing@126.com通信作者：常靜(1969—)，教授，博士，主要從事冠心病方面的臨床研究。Email: chang8753@aliyun.com