半乳糖凝聚素—3在部分心血管疾病中的研究進(jìn)展

周興棟 陳建軍

[摘要]近幾年我國(guó)的心血管報(bào)告均表明，我國(guó)心血管疾病發(fā)病率和死亡率都呈逐年升高趨勢(shì)。研究表明，半乳糖凝集素-3在心血管疾病的發(fā)生和進(jìn)展中發(fā)揮了重要作用，對(duì)患者的預(yù)后也有很大影響。本文對(duì)半乳糖凝集素-3的結(jié)構(gòu)和特性，以及其在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、心力衰竭和心房顫動(dòng)等疾病中的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

[關(guān)鍵詞]半乳糖凝集素-3；冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟?。恍牧λソ?；心房顫動(dòng)

凝集素是一類(lèi)非免疫來(lái)源、無(wú)酶活性的多價(jià)糖類(lèi)結(jié)合蛋白，主要以非經(jīng)典分泌的方式由細(xì)胞液分泌到細(xì)胞間，擁有多種生物學(xué)作用。廣泛存在于自然界的凝集素，根據(jù)來(lái)源大致可分為三大類(lèi)：動(dòng)物類(lèi)、植物類(lèi)和微生物類(lèi)。多數(shù)動(dòng)物凝集素被分為明顯不同的四個(gè)家族：C型凝集素類(lèi)、P-型凝集素類(lèi)、半乳糖凝集素類(lèi)和正五聚蛋白凝集素類(lèi)，其中半乳糖凝聚素（galectins，Gal）在研究早期亦稱(chēng)作S.型/S-Lac選擇素、IgE結(jié)合蛋白等。本篇綜述主要是介紹半乳糖凝集素-3（galectin-3，Gal-3）在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟?。╟oronary heart disease，CHD）、心力衰竭（heart failure，HF）及心房顫動(dòng)（artial fibrillation，AF）等心血管疾病中的研究進(jìn)展。

1 Gal的屬性和結(jié)構(gòu)

各類(lèi)半乳糖凝集素主要由兩個(gè)固定屬性定義：一是具有共同特性的氨基酸序列，二是具有較強(qiáng)親和力的J3一半乳糖苷。國(guó)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，把編碼Gal的基因命名為L(zhǎng)GALS，一般情況下，基因編號(hào)能夠與其編碼的蛋白編號(hào)保持一致，所以LGALS1編碼Gal-1，LGALS2編碼Gal-2，LGAIS3編碼Gal-3，以此類(lèi)推至Gal-15。截止目前，研究發(fā)現(xiàn)的15個(gè)半乳糖凝集素主要存在于哺乳動(dòng)物中，哺乳動(dòng)物的Gal多達(dá)12個(gè)，以連續(xù)編號(hào)命名為Gal-1、-2、-3至-12。在人類(lèi)中，LGALS1和LGALS2已被映射到22號(hào)染色體的q12-q13區(qū)域，LGALS3即Gal-3已被映射到染色體ip13。

以分子結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)，目前已發(fā)現(xiàn)的半乳糖凝集素大致可分為三型：（1）原型半乳糖凝集素：含有單一的糖識(shí)別結(jié)構(gòu)域（carbohydrate recognition domain，CRD）；（2）嵌合型半乳糖凝集素：一個(gè)CRD與一個(gè)膠原蛋白樣重復(fù)結(jié)構(gòu)域融合；（3）串聯(lián)重復(fù)型半乳糖凝集素：兩個(gè)CRD串聯(lián)融合。Gal-3是動(dòng)物嵌合型凝集素的唯一代表，因而有著獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)：N端結(jié)構(gòu)域，由大量甘氨酸、酪氨酸和脯氨酸串聯(lián)組成的重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域，以及CRD；因能專(zhuān)一識(shí)別β-半乳糖苷而發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)作用，分子量約30kDa。

2 Gal-3的促炎作用

Gal-3被越來(lái)越多地作為一個(gè)生物調(diào)制器，擁有多種生物學(xué)功能，如氧化應(yīng)激、細(xì)胞增殖，巨噬細(xì)胞趨化、吞噬作用、中性粒細(xì)胞滲出、中性粒細(xì)胞遷移過(guò)程中靜脈血栓形成、細(xì)胞凋亡、纖維化和血管生成等?？偟膩?lái)說(shuō)，作為各種炎性刺激的應(yīng)答反應(yīng)之一，嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞等產(chǎn)生和分泌大量的Gal-3又可以作為促炎因子或/和炎癥因子而加強(qiáng)炎癥反應(yīng)。這也是它在心血管疾病中發(fā)揮作用的主要途徑。Gal-3可觸發(fā)或促進(jìn)中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的呼吸鏈爆發(fā)，誘導(dǎo)肥大細(xì)胞釋放促炎介質(zhì)；也可促進(jìn)入中性粒細(xì)胞與層粘連蛋白和內(nèi)皮細(xì)胞的粘附；還可作為單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的趨化因子。Gal-3的生物學(xué)作用，包括炎癥作用，需要通過(guò)與特定配體結(jié)合而產(chǎn)生。如：Gal-3通過(guò)加強(qiáng)IgE和IgE受體之間的蛋白親和力、觸發(fā)嗜堿性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞的活化和趨化，最終在炎癥中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3 Gal-3在部分心血管疾病中的研究進(jìn)展

炎癥反應(yīng)和組織纖維化之間的關(guān)系一慢性炎癥反應(yīng)導(dǎo)致器官實(shí)質(zhì)細(xì)胞發(fā)生壞死，組織內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)異常增多和過(guò)度沉積，進(jìn)而破壞組織結(jié)構(gòu)，最終使組織纖維化。Pineda等、Jagodzinski等諸多學(xué)者已經(jīng)證明，心肌組織的炎癥活動(dòng)和纖維化改變與Gal-3的生物學(xué)功能關(guān)系緊密。在整個(gè)心血管系統(tǒng)疾病中與慢性炎癥反應(yīng)和組織纖維化均有密切關(guān)系的主要是CHD、AF、和HF。但它們又各有側(cè)重：CHD主要與慢性炎癥相關(guān)、AF和HF主要與纖維化密切相關(guān)，而且HF是CHD、AF等諸多心血管疾病長(zhǎng)期發(fā)展的最終病理生理過(guò)程和階段。所以本文主要討論Gal-3在這三種心血管疾病中的研究進(jìn)展。

3.1 Gal-3與CHD：炎癥細(xì)胞釋放大量的細(xì)胞因子、蛋白酶及生長(zhǎng)因子等，從而持續(xù)損傷血管壁，這是動(dòng)脈粥樣硬化產(chǎn)生的關(guān)鍵，而動(dòng)脈粥樣硬化是產(chǎn)生CHD的基礎(chǔ)；炎癥反應(yīng)在CHD導(dǎo)致的各主要心血管事件中有明確而顯著的作用，所以炎癥反應(yīng)是CHD的發(fā)生和發(fā)展必不可少的因素。目前，人們認(rèn)為Gal-3在CHD的炎癥反應(yīng)中的機(jī)制，可能傾向于以下幾方面：（1）作為強(qiáng)大的炎癥信號(hào)因子，Gal-3可促進(jìn)炎癥因子的產(chǎn)生，加強(qiáng)炎癥因子的趨化和貼壁進(jìn)而持續(xù)損傷血管壁。Gal-3能提高機(jī)體內(nèi)單核細(xì)胞趨化因子和部分其他炎癥因子的表達(dá)水平，促使單核細(xì)胞優(yōu)先聚集于已有基礎(chǔ)病變的血管內(nèi)皮細(xì)胞，特別是動(dòng)脈粥樣斑塊病變的脂質(zhì)核心處。Gal-3不但能促進(jìn)單核細(xì)胞分化成巨噬細(xì)胞，同時(shí)Gal-3作為一個(gè)分泌蛋白，炎癥活動(dòng)時(shí)還能以自分泌的方式激活巨噬細(xì)胞分泌較高水平的趨化因子和促炎因子，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞與層粘連蛋白、纖維連接蛋白及Ⅳ型膠原等相結(jié)合。因此，在炎癥反應(yīng)的粘附和趨化作用下，炎癥細(xì)胞、炎癥因子及部分損傷血管的非炎癥因子與血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，使持續(xù)進(jìn)入血管壁的單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞能夠不斷損傷血管，并與低密度脂蛋白膽固醇相互作用后形成泡沫細(xì)胞，最終使動(dòng)脈發(fā)生粥樣硬化改變。（2）Gal-3可以促進(jìn)單核細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞，使機(jī)體釋放大量炎癥因子：IL-8、IL-6、腫瘤壞死因子a單核細(xì)胞趨化蛋白1等。（3）缺血再灌注時(shí)，Gal-3能誘導(dǎo)單核細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞產(chǎn)生超氧化物歧化酶，而且由活化巨噬細(xì)胞分泌的Gal-3激活的還原型輔酶Ⅱ加強(qiáng)了呼吸鏈電子傳遞反應(yīng)；同時(shí)，屬于促炎性細(xì)胞因子的Gal-3也能激活中性粒細(xì)胞，促使循環(huán)系統(tǒng)中活化的中性粒細(xì)胞的線粒體呼吸鏈爆發(fā)，產(chǎn)生大量氧自由基。最終，超氧化物歧化酶、還原型輔酶Ⅱ和氧自由基等共同作用，使機(jī)體氧化應(yīng)激增強(qiáng)，加重缺血組織損傷。（4）在病變的血管內(nèi)皮細(xì)胞處，Gal-3可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等對(duì)氧化修飾低密度脂蛋白的攝取能力，致血管壁中膜層的泡沫細(xì)胞增多，加快動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程。（5）Gal-3作為高級(jí)糖基化終末產(chǎn)物的受體，與血液中高級(jí)糖基化終末產(chǎn)物修飾的蛋白結(jié)合后會(huì)形成有較強(qiáng)氧化作用的自由基并損傷血管，同時(shí)這些自由基也可以通過(guò)信使作用改變細(xì)胞功能，特別是對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞；氧化作用和信使作用損傷血管內(nèi)皮，增加血管通透性，最終加快了血管粥樣硬化進(jìn)程。

在發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化時(shí)，Gal-3表達(dá)水平的增加主要表現(xiàn)在動(dòng)脈病變處的巨噬細(xì)胞和泡沫細(xì)胞中，而且其表達(dá)水平與斑塊病變程度呈正比。Mackinno等把高膽固醇喂養(yǎng)的APOE基因缺陷大鼠分為2組，一組敲除其Gal-3基因后，大鼠病變部位的斑塊體積較?。涣硪唤M未敲除Gal-3基因的大鼠，Gal-3抑制劑可以減小斑塊體積。Falcone等發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定型心絞痛患者血漿中Gal-3水平顯著高于穩(wěn)定型心絞痛患者（P<0.01），認(rèn)為Gal-3在CHD人群中可反映炎癥活動(dòng)狀態(tài)及動(dòng)脈斑塊的穩(wěn)定性。de Boer等通過(guò)10年跟蹤觀察7968位正常人，發(fā)現(xiàn)易患心血管疾病的人群有Gal-3基線水平偏高這一特征，并得出了Gal-3水平與外周動(dòng)脈血壓、體質(zhì)量指數(shù)、空腹血糖及血脂等心血管危險(xiǎn)因素正相關(guān)（P<0.01）。Tsai等發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，ST段抬高型心肌梗死患者血清中Gal-3水平明顯增高（P<0.01）；同時(shí)以7.67ng/ml為界限，發(fā)現(xiàn)Gal-3≥7.67ng/ml組的患者：不但冠狀動(dòng)脈多支病變率更高，而且年齡偏大、射血分?jǐn)?shù)偏低、心功能更差（P<0.05），表明Gal-3可用于CHD人群的危險(xiǎn)分層。Lisowska等對(duì)由233例心肌梗死患者和100例穩(wěn)定性冠心病患者組成的研究組和100例健康人組成的對(duì)照組進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)研究組的血清Gal-3水平中位數(shù)（心肌梗死患者：7.9ng/ml，P<0.01和冠心病患者：10.7ng/ml，P<0.01）顯著高于對(duì)照組（5.5ng/m1）；而且研究組中3支血管病變患者的血清Gal-3水平高于1或2支血管病變患者（9.2ng/ml和7.4ng/ml，P<0.01）。

3.2 Gal-3與HF和AF：心肌纖維化和心臟組織重構(gòu)是AF和HF的主要病理生理機(jī)制之一。HF主要是心室重構(gòu)，而AF主要是心房重構(gòu)。成年哺乳動(dòng)物的心臟含有豐富的血管周?chē)g質(zhì)成纖維細(xì)胞，這些細(xì)胞可分化為肌成纖維細(xì)胞，而可表達(dá)收縮蛋白（如a平滑肌肌動(dòng)蛋白）的肌成纖維細(xì)胞分泌的基質(zhì)蛋白是損傷心肌修復(fù)的關(guān)鍵。除心臟固有的成纖維細(xì)胞外，還有骨髓來(lái)源的成纖維細(xì)胞祖細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化的間質(zhì)細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞等都可能使損傷的心肌變?yōu)榇罅康募〕衫w維細(xì)胞。成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞需要幾個(gè)微環(huán)境因素的相互合作：激活的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β是間充質(zhì)細(xì)胞中誘導(dǎo)彈性蛋白的關(guān)鍵介質(zhì)；特殊基質(zhì)蛋白沉積的表達(dá)和沉積，如ED-A纖維連接蛋白和基質(zhì)細(xì)胞蛋白；機(jī)械應(yīng)力的增加由正常的基質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的毀壞而觸發(fā)；以及促炎性介質(zhì)（如白細(xì)胞介素1β）的遷移抑制肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)換。

Gal-3能介導(dǎo)巨噬細(xì)胞和肥大細(xì)胞浸潤(rùn)心肌，增加心臟血管周?chē)托募￠g質(zhì)的纖維化及膠原沉積，引起心肌肥厚和順應(yīng)性減弱而導(dǎo)致HF發(fā)生。目前，在AF的發(fā)病機(jī)制中，多數(shù)研究者比較認(rèn)可心房的電重構(gòu)和結(jié)構(gòu)重構(gòu)：早期是以離子通道和電生理改變?yōu)橹鞯碾娭貥?gòu)，晚期則是以心房纖維化、心肌細(xì)胞凋亡等組織改變?yōu)橹鞯慕Y(jié)構(gòu)重構(gòu)。在整個(gè)心房重構(gòu)的進(jìn)程中，心肌慢性炎癥和纖維化均較為重要。Gal-3能激活心肌成纖維細(xì)胞：促進(jìn)心臟巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)和刺激纖維母細(xì)胞活化，而這兩種細(xì)胞在心肌纖維化的過(guò)程中都具有重要作用。Gal-3可選擇性地促進(jìn)組織纖維化的始動(dòng)細(xì)胞一巨噬細(xì)胞的激活，這可能與由IL-4所誘導(dǎo)的多核巨細(xì)胞的形成有關(guān)。慢性炎癥時(shí)，被刺激的單核一巨噬細(xì)胞系統(tǒng)可使機(jī)體分泌大量Gal-3到細(xì)胞間，Gal-3能增強(qiáng)細(xì)胞周期蛋白D1的活性，靜止期成纖維細(xì)胞得以激活、分化，進(jìn)而使纖維母細(xì)胞活化，引起增殖細(xì)胞核抗原、以及由微絲、微管和中間絲組成的細(xì)胞骨架蛋白等高表達(dá)，心肌纖維細(xì)胞內(nèi)的工型膠原a-1鏈等合成增加；此時(shí)，在熱休克蛋白和脯氨酰4-羥化酶等作用下，細(xì)胞內(nèi)前膠原鏈的賴氨酸和脯氨酸的糖基化和羥基化反應(yīng)增強(qiáng)，前膠原發(fā)生折疊后被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞間；而折疊膠原的前肽N端和C端在賴氨酰氧化酶和工型前膠原氨基酸前肽等的共同作用下，發(fā)生斷裂，最終形成膠原。總之，慢性炎癥時(shí)，心肌纖維化是膠原持續(xù)產(chǎn)生、聚集和耦聯(lián)的結(jié)果。此外，Gal-3還能與組織金屬蛋白酶抑制劑和基質(zhì)金屬蛋白酶相互作用而減少細(xì)胞外基質(zhì)降解，進(jìn)而引起組織纖維化。

研究表明Gal-3不但參與了HF的產(chǎn)生和發(fā)展，而且還是評(píng)估HF預(yù)后的一個(gè)有效指標(biāo)。Than-davarayan等在左室功能障礙的動(dòng)物模型中，發(fā)現(xiàn)心肌組織中Gal-3的表達(dá)明顯增高。MacKinnon等向正常大鼠心包腔灌注一定量的Gal-3后，心臟射血分?jǐn)?shù)值降低，心包膜壁層和臟層增厚、粘連和融合，最終導(dǎo)致心臟組織結(jié)構(gòu)纖維化。Yu等發(fā)現(xiàn)在高血壓轉(zhuǎn)基因大鼠中，能減少工型和Ⅲ型膠原生成的Gal.3抑制劑N-乙酰乳糖胺，可減輕心肌纖維化，因而他們指出：心肌纖維化形成及消退的整個(gè)過(guò)程可能都有Gal-3參與。有研究發(fā)現(xiàn)，血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑的降解產(chǎn)物：N-乙酰-絲氨酸-天冬氨酸-賴氨酸一脯氨酸可通過(guò)降低Gal-3在心臟組織中的水平，最終減輕心肌纖維化程度，這也許是值得我們深入研究的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑抑制心肌重塑的又一機(jī)制。Svgitowicz等發(fā)現(xiàn)急性心力衰竭患者血清Gal-3水平的中位數(shù)17.8（10.3～27.8）ng/ml是對(duì)照組8.4（6.5～11.0）ng/ml的2倍（P<0.01）；而在這些急性心力衰竭患者中，血清Gal-3水平顯著升高者的生存時(shí)間更短[（55.6±37.6）ng/mL vs（15.0±7.04）ng/mL，P<0.01]。而Feola等通過(guò)聯(lián)合觀察慢性心力衰竭患者的血漿Gal-3和B型腦鈉肽，也得出了類(lèi)似的結(jié)論。

如前所述，Gal-3在AF可能發(fā)揮了重要的作用。Chen等研究陣發(fā)性和持續(xù)性AF患者131例，兩組Gal-3血清水平分別是：（9.4±3.3）ng/ml和（8±3.3）ng/ml（P<0.05），認(rèn)為AF的發(fā)病機(jī)制可能涉及激活的巨噬細(xì)胞啟動(dòng)了炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而釋放大量Gal-3到心肌細(xì)胞間，Gal-3激活成纖維細(xì)胞導(dǎo)致心房纖維化，最終發(fā)生AF。Takemoto等對(duì)29例陣發(fā)性AF和26例持續(xù)性AF進(jìn)行射頻消融后，測(cè)量心內(nèi)血清Gal-3濃度，發(fā)現(xiàn)持續(xù)性AF患者的心內(nèi)血清Gal-3濃度比陣發(fā)性AF患者更高；同時(shí)，Gal-3水平也是這兩型AF射頻消融術(shù)后復(fù)發(fā)的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。吳曉燕等以連續(xù)50例無(wú)結(jié)構(gòu)性心臟病、且接受首次射頻消融術(shù)的持續(xù)性AF患者和46例健康對(duì)照人群進(jìn)行對(duì)比，也得到了與Takemoto等相似的結(jié)果。發(fā)現(xiàn)：（1）與健康人群相比，持續(xù)性AF患者的血液Gal-3水平較高（P<0.01）；（2）持續(xù)性AF組，射頻消融術(shù)后復(fù)發(fā)者的血液Gal-3水平高于未復(fù)發(fā)者（P<0.01）；（3）血液Gal-3水平（Hazard Ratio：1.28，P<0.01）是持續(xù)性AF射頻消融術(shù)后復(fù)發(fā)的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。然而，有的研究也不完全支持Gal-3在AF風(fēng)險(xiǎn)中的預(yù)測(cè)作用，如：Ho等在3306名弗明漢隊(duì)列的后代中，通過(guò)10年以上的年齡和性別匹配分析，發(fā)現(xiàn)較高的血液Gal-3水平與AF發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)的增加有相關(guān)性；但是經(jīng)過(guò)校正那些先前已經(jīng)被證實(shí)可以預(yù)測(cè)AF風(fēng)險(xiǎn)的臨床因子后，這種相關(guān)性就不再那么明顯了。

大量研究提示，Gal-3在CHD、HF及AF的發(fā)生、進(jìn)展均有顯著的作用，Gal-3有望成為CHD、HF、AF病情判斷的生化標(biāo)志物。但我們更應(yīng)認(rèn)識(shí)到，CHD、HF及AF均包含炎癥反應(yīng)和心肌纖維化這兩個(gè)主要的病理生理機(jī)制，且CHD、HF及AF在一條件下可以共同存在、相互作用，這就需要我們從整個(gè)心血管系統(tǒng)的角度去進(jìn)一步認(rèn)識(shí)Gal-3在炎癥反應(yīng)和心肌纖維化方面的重要作用。