心力衰竭基因治療的研究進(jìn)展

李雪杰 綜述 陳暉 審校

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院心內(nèi)科，北京 100050)

心力衰竭是由多種臨床綜合征所組成的一種復(fù)雜且進(jìn)行性進(jìn)展的疾病，是世界范圍內(nèi)死亡和致殘的主要原因之一，其主要表現(xiàn)為心臟不能向生物體提供足夠量的血液以維持代謝需求。此外，心力衰竭可由多種病理改變所致，包括心肌梗死、壓力超負(fù)荷(主動(dòng)脈瓣狹窄和高血壓)、炎性心肌病(心肌炎)和容積過(guò)載(瓣膜反流)[1]。這些不同的病因?qū)е聭?yīng)激刺激的延長(zhǎng)，其中涉及到的細(xì)胞因子和細(xì)胞反應(yīng)會(huì)引起心室重構(gòu)，出現(xiàn)如心肌細(xì)胞肥大、纖維化、凋亡和內(nèi)皮功能障礙，隨后心臟結(jié)構(gòu)及舒縮功能受損[2]。

心力衰竭的治療主要采用藥物療法，雖然目前藥物治療可以一定程度上控制疾病，但其不能從根本上治療心力衰竭。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展及人類(lèi)基因?qū)W的研究進(jìn)展，現(xiàn)代認(rèn)為心力衰竭與心肌細(xì)胞某些基因表達(dá)、調(diào)控異常有關(guān)。采用基因治療心力衰竭已經(jīng)成為一個(gè)新的前景。迄今為止，基因治療心力衰竭在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭幸勋@得成功，并開(kāi)始應(yīng)用于人的心臟，其主要研究如下。

1 鈣循環(huán)相關(guān)基因治療

1.1 肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶

肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶(SERCA2a)在調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞中的胞內(nèi)Ca2+濃度起到關(guān)鍵作用。Ca2+在心臟舒張期通過(guò)SERCA2a從胞內(nèi)返回到肌質(zhì)網(wǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，心力衰竭的心肌細(xì)胞中，Ca2+在收縮期濃度降低，舒張期濃度增加，提示SERCA2a存在Ca2+重?cái)z取異常，并有研究證明SERCA2a在心力衰竭中的表達(dá)和活性降低[3]。Beeri等[4]證實(shí)了在二尖瓣反流和心肌梗死的羊模型中通過(guò)基因傳遞后SERCA2a表達(dá)增加，能夠改善心臟功能及重構(gòu)。在容量超負(fù)荷的豬模型中，Kawase等[5]應(yīng)用腺相關(guān)病毒(AAV)1進(jìn)行SERCA2a的基因傳遞后使SERCA2a表達(dá)正常化，結(jié)果表明心臟的變力性可以得到改善。心臟疾病經(jīng)皮給藥鈣上調(diào)基因治療(Calcium Up-Regulation by Percutaneous Administration of Gene Therapy in Cardiac Disease，CUPID)試驗(yàn)使用基因治療人類(lèi)心力衰竭，第一階段Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗(yàn)通過(guò)冠狀動(dòng)脈傳遞AAV1-SERCA2a，第一階段的結(jié)論通過(guò)癥狀表明了心臟功能和心臟重構(gòu)得到改善[6]。二期試驗(yàn)(CUPID2)雖未達(dá)到其終點(diǎn)[終末事件(全因死亡、心臟移植、左心室輔助裝置植入或動(dòng)態(tài)惡化心力衰竭)的心力衰竭相關(guān)住院]；但已報(bào)道治療組的6分鐘步行測(cè)試得到了改善[7]。作為CUPID項(xiàng)目的伴隨研究，AAV1-巨細(xì)胞病毒-SERCA2a基因治療心力衰竭試驗(yàn)(AAV1-CMV-Serca2a GENe Therapy Trial in Heart Failure，AGENT-HF)以專(zhuān)門(mén)確定SERCA2a基因傳遞對(duì)心臟重構(gòu)參數(shù)的影響，通過(guò)心臟CT測(cè)量左室收縮末期的容積作為評(píng)估指標(biāo)，AGENT-HF研究未能顯示AAV1-SERCA2a給藥后的心臟重構(gòu)參數(shù)存在改善趨勢(shì)[8]。目前原因考慮為盡管已經(jīng)證實(shí)SERCA2a在動(dòng)物模型中可持續(xù)轉(zhuǎn)基因表達(dá)，但T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答可能會(huì)限制人類(lèi)患者AAV1-SERCA2a的表達(dá)[9]。

1.2 S100 Ca2+-結(jié)合蛋白 A1

S100 Ca2+-結(jié)合蛋白 A1(S100A1)是一種Ca2+敏感蛋白，能增加心肌肌質(zhì)網(wǎng) Ca2+-ATP酶活性，減少舒張期肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+漏出，并在肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+循環(huán)中起重要作用，故其具有作為心臟疾病基因治療的潛力。S100A1可能還在心肌能量平衡[10]、維持肌原纖維完整性和再生中起作用[11]。心肌梗死大鼠模型中應(yīng)用S100A1可觀察到心臟功能及重構(gòu)得以改善，并且改善可長(zhǎng)期持續(xù)[12-13]。同樣，心肌梗死的豬模型應(yīng)用S100A1基因傳遞后，左心室收縮、舒張功能可有改善[14]。Brinks等[15]將S100A1基因傳遞至體外人類(lèi)心力衰竭的心室肌細(xì)胞(取自27個(gè)嚴(yán)重缺血性收縮性心力衰竭患者進(jìn)行心臟移植原心臟的心室心肌)，結(jié)論表明細(xì)胞收縮性和肌質(zhì)網(wǎng)功能可以得到改善。目前正在審查一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，其擬加入凋亡抑制相關(guān)酶募集結(jié)構(gòu)域(apoptosis repressor with caspase recruitment domain，ARC)的基因以治療心力衰竭，計(jì)劃在杜賓犬的擴(kuò)張型心肌病模型上使用AAV6-S100A1-ARC，以控制充血性心力衰竭[16]。

2 β腎上腺素能信號(hào)傳遞系統(tǒng)相關(guān)基因治療

心力衰竭患者交感神經(jīng)系統(tǒng)的激活與發(fā)病率和死亡率增加相關(guān)。有研究已經(jīng)證實(shí)通過(guò)β腎上腺素受體的靶向基因治療來(lái)改變鈣循環(huán)或其調(diào)節(jié)激酶[17]。G蛋白偶聯(lián)受體激酶2活性升高導(dǎo)致同源脫敏，從而降低激活的β受體與其G蛋白之間的相互作用，導(dǎo)致心力衰竭惡化[18]。G蛋白偶聯(lián)受體激酶2的肽抑制劑(βARKct)在體外遞送至人心力衰竭心肌細(xì)胞后，其收縮功能可改善[19]。βARKct基因傳遞至豬心肌梗死模型，可觀察到心臟收縮功能及心室重構(gòu)得到改善[19]。在綿羊心肌梗死模型中，βARKct基因傳遞的心肌圓周分?jǐn)?shù)縮短、心指數(shù)正?；痆20]。

3 腺苷酸環(huán)化酶6相關(guān)基因治療

腺苷酸環(huán)化酶是G蛋白信號(hào)級(jí)聯(lián)的一部分，其將ATP轉(zhuǎn)化成環(huán)磷酸腺苷和焦磷酸以響應(yīng)β腎上腺素能受體的刺激傳導(dǎo)[21]。盡管有研究顯示長(zhǎng)期β腎上腺素能受體刺激的增加會(huì)加重心力衰竭，但腺苷酸環(huán)化酶6(AC6)的作用似乎是有利的[22]。實(shí)驗(yàn)顯示，AC6異構(gòu)體的過(guò)表達(dá)可改善小鼠中的SERCA2a功能和心臟收縮功能[18]。在豬的心力衰竭模型(起搏器術(shù)后調(diào)節(jié)快速心率完成左室射血分?jǐn)?shù)減低的模型)中，冠狀動(dòng)脈內(nèi)應(yīng)用腺病毒傳遞AC6基因，結(jié)果提示左心室功能及重構(gòu)均得到改善[23]。最近有使用腺病毒基因傳遞AC6應(yīng)用于人類(lèi)心力衰竭(射血分?jǐn)?shù)<40%)臨床試驗(yàn)Ⅱ期的研究，AC6基因轉(zhuǎn)移組因心力衰竭入院的人數(shù)減少，治療組和安慰組之間的嚴(yán)重不良事件沒(méi)有差異，試驗(yàn)繼續(xù)在12個(gè)月的隨訪中[24]。此外，研究表明射血分?jǐn)?shù)的改善有劑量依賴(lài)性，與缺血組相比，非缺血性心力衰竭組獲益更大[24]。

4 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子B

血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子具有強(qiáng)烈的促血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和促進(jìn)新生血管生長(zhǎng)的功能，在心肌組織缺血后修復(fù)過(guò)程中起重要調(diào)節(jié)作用。人心臟病中心肌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子B(VEGF-B)的表達(dá)水平下降[25]。有研究者將pcDNA3.1/hVEGF-B質(zhì)粒DNA直接注射至Wistar大鼠心肌梗死模型的心肌中，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組心臟左室射血分?jǐn)?shù)、收縮期室壁增厚率、左心室舒張末期壓力及收縮末期壓力均有改善[26]。Huusko等[27]利用AAV9將 VEGF-B基因傳遞至 C57BL小鼠主動(dòng)脈縮窄術(shù)后心力衰竭模型，左室射血分?jǐn)?shù)及心室重構(gòu)均得到明顯改善。有研究發(fā)現(xiàn)心臟特異性轉(zhuǎn)基因小鼠過(guò)表達(dá)VEGF-B167異構(gòu)體會(huì)導(dǎo)致心力衰竭[28]。AAV介導(dǎo)VEGF-B167基因傳遞給心肌梗死大鼠心力衰竭模型，可保存其心肌收縮力并且阻止心肌細(xì)胞凋亡[29]。

盡管最初對(duì)大型動(dòng)物心臟進(jìn)行基因傳遞存在重重困難，但如今臨床前的大型動(dòng)物模型基因治療研究已經(jīng)顯示出鼓舞人心的結(jié)果。許多不同的分子靶點(diǎn)需要考慮，細(xì)胞凋亡基因如P53基因、半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-3基因、α-肌球蛋白肌原化等的基因治療近10年已鮮少報(bào)道，未來(lái)心力衰竭基因治療的研究將著重于發(fā)展安全性、可行性、靶向性的基因轉(zhuǎn)載體系，使目的基因能夠在靶細(xì)胞內(nèi)高效表達(dá)。最終，各種心臟疾病所致心力衰竭的最適候選基因可能會(huì)有所不同。

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