醛固酮致心肌纖維化作用及機(jī)制的研究進(jìn)展

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心肌纖維化(myocardial fibrosis，MF)是多種心血管疾病的終末期表現(xiàn)，其主要病理表現(xiàn)為心肌間質(zhì)中成纖維細(xì)胞(cardiac fibroblasts，CFs)增殖，并轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的過度沉積[1]。細(xì)胞外基質(zhì)主要是由Ⅰ型、Ⅲ型膠原組成，此外含有少量Ⅳ型、Ⅴ型、Ⅵ型膠原。心肌纖維化時，膠原沉積增多，各型膠原比例失調(diào)，尤其是Ⅰ型、Ⅲ型膠原比例升高、排列紊亂。MF可導(dǎo)致心力衰竭、心律失常、心臟擴(kuò)大、猝死等臨床心血管事件，其原因復(fù)雜，相關(guān)調(diào)控機(jī)制受多種因素影響，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)[2]是近年來國內(nèi)外研究的熱點，醛固酮作為RAAS的關(guān)鍵效應(yīng)分子，其在心肌纖維化發(fā)生、發(fā)展過程發(fā)揮重要作用。

1 醛固酮的來源和生物學(xué)效應(yīng)

醛固酮是體內(nèi)重要的鹽皮質(zhì)激素，其不僅來源于經(jīng)典RAAS，由腎上腺皮質(zhì)球狀帶合成和分泌，主要作用為調(diào)節(jié)血壓、電解質(zhì)和體液平衡，而且在腎上腺外的組織器官如心肌醛固酮合酶(aldosterone synthase，CYP11B2)表達(dá)[3]，存在完整的醛固酮自主合成體系，通過旁分泌或自分泌方式發(fā)揮重要作用；在心肌局部發(fā)揮獨立且加于血管緊張素Ⅱ的致纖維化作用[4-5]。最新研究發(fā)現(xiàn)，一個完整的胰腺RAAS，在糖尿病及心血管疾病具有多方面作用[6]。醛固酮信息通路包括基因組通路與非基因組通路，非基因組通路是指醛固酮經(jīng)細(xì)胞膜受體，在短時間內(nèi)激活胞內(nèi)磷脂酶C(PLC)，激活Na+-K+泵等發(fā)揮作用，螺內(nèi)酯不能阻斷此通路?；蚪M通路為醛固酮在靶細(xì)胞與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的特異性鹽皮質(zhì)激素受體(mineralocorticoid receptor，MR)相結(jié)合，促進(jìn)mRNA和rRNA轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)具有生物活性的蛋白質(zhì)合成，螺內(nèi)酯可阻斷此通路。有實驗表明，醛固酮對細(xì)胞DNA和膠原合成的影響通過基因組通路介導(dǎo)[7]。MR常分布于腎上皮細(xì)胞、胃腸道、膀胱、汗腺、唾液腺；非上皮MR分布在心[8]、血管[9]、腦[10]。

2 醛固酮致心肌纖維化的作用

已有文獻(xiàn)證實，進(jìn)食合醛固酮高鹽飲食的嚙齒類動物可引起心肌炎癥反應(yīng)[11]，長期進(jìn)食導(dǎo)致心肌組織纖維化[12]，且慢性醛固酮所致心肌纖維化被MR受體拮抗劑逆轉(zhuǎn)[13]。醛固酮在正常鈉鹽飲食情況下引起心肌肥厚和膠原沉積[14]。前期研究發(fā)現(xiàn)正常飲食醛固酮可致動脈纖維化[15]。體外研究顯示，單獨添加醛固酮可誘導(dǎo)大鼠心肌成纖維細(xì)胞增殖并向肌成纖維細(xì)胞分化，促進(jìn)Ⅰ型、Ⅲ型膠原纖維分泌，最終導(dǎo)致心肌纖維化[16]。提示鈉鹽負(fù)荷對醛固酮引起心臟和血管膠原沉積是重要的，但非必需的。臨床研究發(fā)現(xiàn)，原發(fā)性醛固酮增多病人相較于相同血壓水平的原發(fā)性高血壓病人，左心室肥厚及纖維化更明顯，心血管疾病發(fā)生概率更高[17]，提示醛固酮致心肌纖維化作用是獨立于高血壓存在的。

3 醛固酮致心肌纖維化的分子機(jī)制和信號通路

3.1 磷脂酸肌醇-3激酶(PI3K)/核因子-κB(NF-κB)信號通路 Liao等[18]從原發(fā)性醛固酮增多癥病人、人體外心肌細(xì)胞培養(yǎng)、醛固酮灌胃小鼠模型等多方面驗證醛固酮通過與糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptors，GR)結(jié)合，激活PI3K、NF-κB信號通路促進(jìn)金屬蛋白酶組織抑制因子-1(tissue inhibitors of MMPs，TIMP-1)的表達(dá)。TIMP-1是一類廣泛存在于體液和組織中的糖蛋白，幾乎可抑制所有基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)活性，主要抑制MMP-1、MMP-3、MMP-9活性。TIMP-1/MMP等在膠原降解系統(tǒng)起重要作用，兩者共同維系正常心肌結(jié)構(gòu)和功能，該系統(tǒng)比值變化導(dǎo)致膠原合成及降解失衡，導(dǎo)致心肌纖維化。

3.2 轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)/TGF-β受體下游的信號傳導(dǎo)分子(Smads)信號通路 TGF-β信號傳導(dǎo)通路是一個包含眾多成員的多功能細(xì)胞因子大家族，根據(jù)配體分子激活的不同下游特異性通路分為TGF-β/激活素(Activin)/TGF-β超家族成員之一(Nodal)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)/生長分化因子(GDF)/代謝性綜合征(MIS)兩個亞家族通路。TGF-βS配體分子與受體結(jié)合，使受體TβRS磷酸化，磷酸化的TβR-1直接作用于底物Smads蛋白，活化的Smads將配體與受體作用的信號從細(xì)胞膜、胞漿傳遞到細(xì)胞核內(nèi)，再與其他核內(nèi)因子協(xié)同激活或抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄。TGF-β信號通路在調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、增殖、分化、遷移和凋亡等過程起重要作用。Bunda等[19]實驗證實，醛固酮刺激體外心肌成纖維細(xì)胞TGF-β1表達(dá)。Fu等[16]在體外培養(yǎng)的大鼠心肌成纖維細(xì)胞發(fā)現(xiàn)醛固酮通過誘導(dǎo)Smad-2、Smad-3和Smad-4表達(dá)促進(jìn)心肌成纖維細(xì)胞增殖及向肌成纖維細(xì)胞分化，最終導(dǎo)致心肌纖維化。此外TGF-β可誘導(dǎo)內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化促進(jìn)心肌纖維化，而螺內(nèi)酯可逆轉(zhuǎn)這一過程[20]。

3.3 G-蛋白偶聯(lián)受體激酶(G-protein coupled receptor kinase，GRK) GRK屬于絲氨酸/酪氨酸蛋白激酶，是β-腎上腺素受體(β-Adrenergic receptor，β-AR)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及去敏化的關(guān)鍵調(diào)控因子。激動劑與受體結(jié)合后，其磷酸化β-AR，隨后膜轉(zhuǎn)位β-arrestin[21]與受體結(jié)合發(fā)揮位組作用，阻斷經(jīng)典的G蛋白/二信使信號，導(dǎo)致G蛋白介導(dǎo)的信號脫敏；同時激活多種下游信號從而引發(fā)相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)[22]。目前共發(fā)現(xiàn)7種GRK，其中GRK2、GRK3、GRK5和GRK6在哺乳動物心臟表達(dá)。有文獻(xiàn)表明，GRK2或GRK5過量表達(dá)嚴(yán)重?fù)p傷β-AR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和β-AR激動劑誘導(dǎo)的心肌收縮功能[23]。Cannavo等[24]研究發(fā)現(xiàn)，醛固酮刺激MR活化導(dǎo)致的壞死前心肌改變是由GRK2介導(dǎo)的，而心室肥厚前心肌改變是由GRK5介導(dǎo)的；動物模型心肌細(xì)胞GRK2敲除小鼠可完全逆轉(zhuǎn)高醛固酮血癥導(dǎo)致的心臟功能損害，GRK5敲除小鼠能部分抑制；GRK5可完全逆轉(zhuǎn)高醛固酮血癥導(dǎo)致的心肌細(xì)胞肥大，防止心肌纖維化。臨床數(shù)據(jù)表明，心力衰竭病人MR活化狀態(tài)與GRK2變化水平一致。

3.4 TRAF3相互作用蛋白2(TRAF3IP2) TRAF3IP2是一種氧化還原敏感胞漿受體分子和核因子，可上游調(diào)節(jié)NF-κB和激活蛋白-1(AP-1)，介導(dǎo)醛固酮誘導(dǎo)的心臟肥大和心肌纖維化。細(xì)胞水平，醛固酮誘導(dǎo)離體成年小鼠心肌細(xì)胞(cardiac muscle cell，CM)產(chǎn)生超氧化物和過氧化氫，上調(diào)TRAF3IP2表達(dá)的作用部分通過鹽皮質(zhì)激素受體與氧化應(yīng)激。TRAF3IP2沉默表達(dá)弱化醛固酮誘導(dǎo)的IKB激酶β(IKKβ)、P65、C-Jan氨基末端激酶(JNK)及即刻早期原癌期(c-Jun)活化，依賴的白介素-18(IL-18)、白介素-6(IL-6)、心臟營養(yǎng)素-1(cardiotrophin-1，CT-1)表達(dá)上調(diào)，心肌細(xì)胞肥大。離體成年小鼠心臟成纖維細(xì)胞，醛固酮誘導(dǎo)TRAF3IP2 IL-18、IL-6產(chǎn)生，結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor，CTGF)、Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白表達(dá)，基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2)激活，細(xì)胞增殖和遷移[25]。在動物水平上，給予醛固酮高鹽飲食4周的TRAF3IP2基因缺失轉(zhuǎn)基因小鼠與對照小鼠發(fā)現(xiàn)：對照小鼠TRAF3IP2表達(dá)升高；基因敲除小鼠TRAF3IP2缺失弱化醛固酮所致的p65和c-Jun的激活；心臟中細(xì)胞外基質(zhì)(膠原蛋白Ⅰα1和膠原蛋白Ⅲα1)、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)、賴氨酰氧化酶(LOX)、炎性細(xì)胞因子(IL-6、IL-18)、趨化因子(CXCL1、CXCL2)和細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)mRNA的表達(dá)；IL-6、IL-18、MMP-2、IL-6和IL-18蛋白水平表達(dá)；最終減少心肌肥厚和纖維化[26]。

3.5 半乳糖凝集素-3(Gal-3) Gal-3在人體主要由激活的巨噬細(xì)胞分泌，是一種可溶性β-半乳糖苷結(jié)合蛋白。Gal-3通過誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖，促進(jìn)Ⅰ型膠原沉積導(dǎo)致心室功能不全，是反映心肌纖維化和重塑的新型生物標(biāo)志物，直接參與心力衰竭的發(fā)病機(jī)制[27-28]。既往研究表明，Gal-3可參與醛固酮誘導(dǎo)的血管纖維化過程[29]，Martinez等[30]通過動物實驗證實，醛固酮通過與MR結(jié)合上調(diào)Gal-3的表達(dá)，抑制Gal-3完全逆轉(zhuǎn)醛固酮誘導(dǎo)的心肌炎癥反應(yīng)和心肌纖維化，但并不明顯降低血壓。臨床研究表明，心力衰竭及射血分?jǐn)?shù)保留病人Gal-3可作為預(yù)測心力衰竭及心肌纖維化的生物指標(biāo)[31-32]，Gal-3變化可強(qiáng)烈提示疾病預(yù)后[33]。

4 其 他

參與醛固酮誘導(dǎo)的心肌纖維化信號通路及分子較多，如醛固酮誘導(dǎo)內(nèi)皮素釋放進(jìn)而促進(jìn)心肌成纖維細(xì)胞增生[19]，醛固酮能激活還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化酶(NOX2和NOX4)增加反應(yīng)性活性氧，促進(jìn)細(xì)胞凋亡及纖維化[34-35]。絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)是多種細(xì)胞外信號引起細(xì)胞增殖，分化與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的共同通路與匯聚點[36]。醛固酮通過MR/AT1和MAPK信號通路的相互作用引發(fā)心房纖維化反應(yīng)[37]。外源性醛固酮可誘導(dǎo)CFS增殖和膠原合成同時呈濃度依賴性升高鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(CaN)mRNA蛋白水平，而CaN特異性抑制劑環(huán)孢素A(CsA)可抑制醛固酮誘導(dǎo)CFS增殖和膠原合成并降低CaN mRNA蛋白表達(dá)，提示CaN信號通路參與醛固酮致心肌纖維化的過程[38]。CT-1參與細(xì)胞生長、分化、增殖的調(diào)控及心肌細(xì)胞的保護(hù)等[39-40]方面具有重要作用。CT-1敲除小鼠可逆轉(zhuǎn)醛固酮引起的心肌纖維化且獨立于血壓變化[41]。

5 展 望

醛固酮致心肌纖維化作用已得到廣泛認(rèn)可，但其致心肌纖維化作用機(jī)制復(fù)雜。治療方面，隨機(jī)螺內(nèi)酯評價研究(RALES)試驗與依普利酮對急生心肌梗死后心力衰竭的療效及生存研究(EPHESUS)試驗均表明醛固酮受體拮抗劑在紐約心臟病協(xié)會(NYHA)分級Ⅲ級或Ⅳ級心力衰竭病人中的積極作用，輕度、中度心力衰竭病人研究結(jié)果不一，其能否改善輕中度心力衰竭病人的心室重構(gòu)仍不確定?？谷┕掏委熜杩紤]高鉀、腎功不全等副作用，隨著醛固酮致心肌纖維化信號機(jī)制不斷深入，新型信號分子及細(xì)胞因子不斷被發(fā)現(xiàn)，為心肌纖維化的防治、新的醛固酮拮抗劑研發(fā)提供新思路。