TGF-β/Smads信號通路對心肌纖維化進(jìn)展的臨床意義

張秀娟，李菊紅，李 亮，李應(yīng)東*

（蘭州大學(xué)甘肅中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，甘肅 蘭州 730030）

高血壓病、心臟瓣膜病、風(fēng)濕性心臟病、心肌梗死、心肌炎等均可致心肌收縮能力下降、心室重構(gòu)、心肌細(xì)胞凋亡等病理生理改變，進(jìn)而發(fā)展為慢性心力衰竭。心肌纖維化是心力衰竭的病理基礎(chǔ)。大量研究表明，心肌纖維化是多種致病因子長期作用于心臟，引起細(xì)胞外基質(zhì)（extracellu-lar matrix，ECM）異常增多及過度沉積，導(dǎo)致ECM合成和降解失衡、各類膠原比例失調(diào)、排列紊亂及心肌成纖維細(xì)胞大量增生，導(dǎo)致心室順應(yīng)性下降，影響心臟的正常舒縮功能，是一種慢性炎癥逐漸病變的過程[1]。Komamura K等提出，根據(jù)有無細(xì)胞缺失和壞死，心肌纖維化可分為反應(yīng)性纖維化（reactive interstitial fibrosis）和修復(fù)性纖維化（reparative fibrosis）[2]。反應(yīng)性心肌纖維化發(fā)生在炎癥的反應(yīng)過程，是指心肌膠原纖維過度沉積在細(xì)胞間和心內(nèi)血管周圍，沒有明顯的心肌細(xì)胞缺失和壞死，并且通過一定的干預(yù)手段，反應(yīng)性心肌纖維化可以得到有效改善甚至消除，是可逆的。而修復(fù)性心肌纖維化一般由于心肌組織損傷而引發(fā)，是指心肌細(xì)胞死亡后，分泌的膠原纖維填充在其空腔內(nèi)，替代心肌細(xì)胞的位置，這一病理過程是無法逆轉(zhuǎn)的。

MF是膠原合成和降解代謝失衡的結(jié)果，是多種心臟疾病的終末期表現(xiàn)，它是心血管領(lǐng)域研究的重點、難點之一，是決定心血管疾病預(yù)后的關(guān)鍵性因素。Tian J等研究證實[3]，充血性心力衰竭發(fā)生時，腎素－血管緊張素－醛固酮系統(tǒng)（renin angiotensin aldo-sterone system，RAAS）被激活，心肌收縮力加強(qiáng)，以維持心、腦等重要器官的血液供應(yīng)。同時，RAAS系統(tǒng)激活后產(chǎn)生的血管緊張素Ⅱ及醛固酮在心衰進(jìn)程中無法完全代償，促進(jìn)心肌重塑，最終導(dǎo)致心肌纖維化的發(fā)生。Kwak HB等研究證實[4]，在調(diào)節(jié)ECM代謝的細(xì)胞因子中，轉(zhuǎn)化生長因子-β可有效改善主動脈弓縮窄術(shù)所致的間質(zhì)纖維化、膠原蛋白的沉積等病理變化，轉(zhuǎn)化生長因子-β是目前公認(rèn)的促成纖維分裂和膠原沉積的細(xì)胞因子，是調(diào)控心肌纖維化的有效靶點。

1 心肌纖維化與慢性心力衰竭

隨著我國老齡化形勢的逐步加劇，慢性心力衰竭已成為嚴(yán)重威脅人類健康的慢性、難治性疾病之一[5]。高血壓病、心臟瓣膜病、風(fēng)濕性心臟病、心肌梗死、心肌炎等均可發(fā)展為慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF），是導(dǎo)致心臟病患者死亡的重要原因。

CHF是指因心臟前負(fù)荷過重（如瓣膜關(guān)閉不全、動脈導(dǎo)管未閉、房間隔缺損等）、后負(fù)荷過重（如主動脈瓣狹窄、高血壓、肺動脈高壓等）、心肌收縮力減弱（如冠脈硬化所致的心肌缺血或壞死、甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)性心臟病等）、心室收縮不協(xié)調(diào)（如室壁瘤等）、心室順應(yīng)性減低（如室壁瘤等）使心臟舒縮功能減弱，即心泵功能減弱，導(dǎo)致心輸出量下降不能維持正常心排血量，無法滿足機(jī)體代謝需要的病理生理過程。其典型癥狀是呼吸困難、疲乏無力、體液潴留。這一病理過程通過一系列心血管系統(tǒng)代償反應(yīng)發(fā)生，如交感神經(jīng)興奮、腎素－血管緊張素－醛固酮系統(tǒng)（RAAS）活性增加、血管緊張素原增加等，包括增加心肌收縮力、增加回心血量、心肌肥厚等，以維持器官的血流量。這些初期代償進(jìn)程會導(dǎo)致心室重構(gòu)、心臟舒縮功能異常、心肌細(xì)胞凋亡[6]。心室重構(gòu)即心肌細(xì)胞重構(gòu)和間質(zhì)重構(gòu)。心肌細(xì)胞重構(gòu)主要表現(xiàn)為心肌蛋白質(zhì)合成增加及心肌細(xì)胞的體積較前增大；間質(zhì)重構(gòu)主要表現(xiàn)為心肌成纖維細(xì)胞數(shù)目增多，心肌間質(zhì)中膠原蛋白的積聚增多，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)平衡紊亂，使心肌組織的僵硬度增加、心室壁的順應(yīng)性減低，其結(jié)果是引發(fā)MF[7]。

2 TGF-β/Smads信號通路

2.1 轉(zhuǎn)化生長因子-β

TGF-β屬于調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和分化的超家族分子，最初從血小板中提出，廣泛地參與調(diào)控胚胎發(fā)育、創(chuàng)傷愈合、細(xì)胞增殖和分化等重要的生物學(xué)行為調(diào)控過程，在慢性心力衰竭、腫瘤發(fā)生、高血壓病、糖尿病、支氣管哮喘等疾病發(fā)展進(jìn)程中起著重要的作用。TGF-β超家族成員包括：轉(zhuǎn)化生長因子-β、米勒抑制因子（mullerian inhibiting factor，MIF）、激活素（activin）、抑制素（inhibins）、骨形成蛋白（BMP）等組成。其中TGF-β1是細(xì)胞內(nèi)蛋白TGF-β中含量最豐富的蛋白家族成員，是由兩條多肽鏈組合的相對分子量為25×103的二聚體，是與器官纖維化發(fā)生發(fā)展最密切相關(guān)的細(xì)胞因子[8]。其受體主要有五種同分異構(gòu)體，哺乳動物為TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三種亞單體。三種亞單體中，TGF-β1是與心室重構(gòu)發(fā)生發(fā)展最密切的亞型，其在哺乳動物體細(xì)胞中所占比例最高，也是分布最廣泛、活性最強(qiáng)的細(xì)胞因子。自上世紀(jì)九十年代它的一些生物學(xué)效應(yīng)才逐漸被發(fā)現(xiàn)，主要有：①增加膠原合成：誘導(dǎo)心肌成纖維細(xì)胞增生，促進(jìn)Ⅰ、Ⅲ型膠原的mRNA和蛋白表達(dá)水平高表達(dá)，促使心肌間質(zhì)纖維化。②調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)合成：如促進(jìn)金屬蛋白酶等的表達(dá)升高并抑制基質(zhì)降解酶表達(dá)，對ECM的合成具有組織修復(fù)作用，而過多則使血管內(nèi)皮對低密度脂蛋白的結(jié)合能力增強(qiáng)，導(dǎo)致ECM在血管內(nèi)皮下沉積，促進(jìn)冠狀動脈狹窄的發(fā)生。③引起心肌細(xì)胞肥大：在心臟肥大過程中TGF-β1可誘導(dǎo)纖維蛋白過度表達(dá)，使Ⅰ、Ⅲ型膠原增加[9]。

2.2 Smads蛋白

Smads蛋白最早在果蠅（Mad）和秀麗隱桿線蟲（Sma）中發(fā)現(xiàn)。Smads蛋白作為TGF-β信號通路中下游的主要效應(yīng)分子，介導(dǎo)著TGF-β的信號在細(xì)胞膜受體至核內(nèi)的傳遞，是TGF-β/Smads信號傳導(dǎo)途徑中的重要調(diào)控因子，且TGF-β家族成員的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)由不同的Smad蛋白介導(dǎo)。TGF-β及其受體將Smads蛋白磷酸化，以調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)。目前發(fā)現(xiàn)的Smads蛋白有9種，從其結(jié)構(gòu)和功能的不同，可分為3個亞型[10]：①受體調(diào)節(jié)型Smads（R-Smads）：包括5種，即Smad1、2、3、5、8，作為TGF-β1激酶的底物，調(diào)節(jié)特異基因的表達(dá)。其中Smad1、5、8介導(dǎo)骨形成蛋白和孤兒受體ALK的信號，Smad2、3介導(dǎo)TGF-β1和activin的信號。②共同介質(zhì)型Smads（Co-Smads）：脊椎動物中唯有Smad4，其結(jié)構(gòu)與R-Smads相似，協(xié)同R-Smads信號傳導(dǎo)，形成異聚體，是TGF-β家族各類信號傳導(dǎo)過程中共同需要的介質(zhì)[11]。③抑制型Smads（I-Smads），主要有Smad6、7。I-Smads與R-Smads競爭性的結(jié)合受體，阻礙活化的R-Smads與Co-Smads的異聚體形成，對TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路起負(fù)調(diào)控作用，抑制纖維化的發(fā)生[12]。

3 TGF-β/Smad信號通路在心肌纖維化中的作用

近年來，較多與心血管系統(tǒng)疾病相關(guān)的細(xì)胞因子被發(fā)現(xiàn)并研究，TGF-β就是其中之一。TGF-β/Smads信號通路被認(rèn)為與多種組織和器官纖維化這一病理過程密切相關(guān)。如果能夠控制心肌纖維化的發(fā)展，就能夠阻止或延緩心血管疾病的進(jìn)程。Yuan Y等的研究表明[13]，心肌纖維化的主要原因是心肌梗死、壓力負(fù)荷等刺激使TGF-β高表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致膠原蛋白、纖維連接素持續(xù)性高表達(dá)，最終導(dǎo)致心肌纖維化的發(fā)生。Deten A等的研究發(fā)現(xiàn)[14]：在大鼠心肌梗死后TGF-β1、TGF-β2 、TGF-β3 表達(dá)持續(xù)升高，其與ECM代謝參數(shù)成正比。石斌豪等的研究證實[15]，在超負(fù)荷心肌代償性肥大發(fā)展為心力衰竭的病理進(jìn)程中，TGF-β1和心肌纖維化的程度密切相關(guān)。Li PF等的研究證實[16]，在心肌細(xì)胞的生長和纖維化的整個病理進(jìn)程中，均可見到心肌細(xì)胞和心肌成纖維細(xì)胞中TGF-β1高表達(dá)。沈育芬等的研究證實[17]，血管緊張素Ⅱ、內(nèi)皮素、異丙腎上腺素等引起MF均可導(dǎo)致TGF-β1增加，血管緊張素Ⅱ可通過刺激TGF-β/Smad信號通路，以增加Ⅰ、Ⅲ型膠原和纖連蛋白的合成，從而促進(jìn)心肌纖維化的發(fā)生。Zhao W等的研究證實[18]，血管緊張素Ⅱ通過刺激內(nèi)皮細(xì)胞和心肌成纖維細(xì)胞TGF-β1的合成，促進(jìn)心肌纖維化的發(fā)生。

近年來，諸多科學(xué)家的藥物臨床試驗研究表明部分藥物有調(diào)節(jié)TGF-β/Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的作用。Seth B等的臨床研究發(fā)現(xiàn)[19]，曲尼司特和吡非尼酮等TGF-β1抑制劑藥物能下調(diào)TGF-β1表達(dá)、阻止Smad3的磷酸化并抑制其它病理生長因子，減輕膠原積聚和左室肥大。Liu J等的臨床研究表明[20]，白藜蘆醇可通過降低TGF-β1水平減少心肌纖維化的發(fā)生；纖溶酶活性抑制劑甲璜酸卡莫司他可阻止TGF-β1的激活而起到抗心肌纖維化作用。雖然這些研究表明，使用TGF-β1抑制劑可有效控制心肌纖維化的進(jìn)展，但這些策略在諸多病理條件下存在一定的挑戰(zhàn)性。

動物實驗表明，抑制TGF-β1的作用可有效抑制心肌纖維化的發(fā)展進(jìn)程，但用于臨床扔存在爭議。Ellmers LJ等的動物實驗發(fā)現(xiàn)[21]，在心肌梗死24 h后抑制TGF-β1信號通路，可有效改善心功能并可抑制心肌重塑進(jìn)程。Frazier K等的臨床研究發(fā)現(xiàn)[22]，長期使用人TGF-β1抗體抑制TGF-β1受體時，會導(dǎo)致骨畸形的發(fā)生。

4 展 望

心肌纖維化是導(dǎo)致慢性心力衰竭發(fā)生的重要機(jī)制。其中，TGF-β1/Smad是導(dǎo)致心肌纖維化的關(guān)鍵因子。由于轉(zhuǎn)化生長因子-β具有高度分化、多效性和網(wǎng)絡(luò)性特點，同時Smads蛋白具有不同的結(jié)構(gòu)和功能特點，二者決定了TGF-β/Smads信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)的多樣性。TGF-β與AngⅡ形成的工作網(wǎng)在心肌重塑、纖維化形成中有著至關(guān)重要的作用，同時其它信號通路相互影響。TGF-β/Smads信號通路在心肌纖維化中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，以TGF-β/Smads信號通路作為靶目標(biāo)緩解慢性心力衰竭及其并發(fā)癥的發(fā)展進(jìn)程，將會為心臟疾病的治療提供一個新的治療策略。綜上所述，TGF-β/Smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可作為靶點，為阻止和延緩慢性心力心力衰竭的治療提供新的思路和策略。

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