心肌纖維化機制研究進展

殷云杰，陳燕春，楊松

(宜興市人民醫(yī)院心血管內(nèi)科，宜興 214200)

心肌纖維化(myocardial fibrosis,MF)是心室重構(gòu)的主要病理表現(xiàn)，臨床上主要引起心肌僵硬度增加、收縮力下降、冠狀動脈血流儲備降低等，與多種心臟疾病有密切關(guān)系，如心力衰竭、高血壓、冠心病、心律失常等。MF的發(fā)生機制較復(fù)雜，目前尚未闡明。研究人員普遍認為MF是由于心肌損傷后，導(dǎo)致正常心肌細胞壞死、心肌成纖維細胞(cardiac fibroblasts，CFs)被激活而大量增殖，持續(xù)不斷釋放促纖維化因子，最終導(dǎo)致MF[1]。近年MF發(fā)病機制研究取得了一些進展，主要包括以下方面。(1)轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)通路；(2)腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)；(3)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)/基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP)失衡；(4)多種免疫細胞；(5)微小RNA 分子(micro RNA,miRNA)；(6)自噬；(7)腫瘤壞死因子超家族(tumor necrosis factor superfamily，TNFSF)。本文從上述方面綜述了MF的形成機制。

1 TGF-β通路與MF

TGF-β是一種多效細胞因子，其功能包括調(diào)控炎癥反應(yīng)，促進細胞增殖、生長及分化，在腫瘤、血管新生和纖維化等疾病中發(fā)揮重要作用。目前已在哺乳動物中分離鑒定出3種結(jié)構(gòu)相似的TGF-β，即TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，TGF-β1廣泛存在于各種細胞中。盡管3種TGF-β分子結(jié)構(gòu)類似，但作用效應(yīng)卻不同[2]。

研究表明心力衰竭動物模型中，TGF-β表達水平顯著升高，其表達可能與心臟肥大、MF有關(guān)[3]。心肌壓力負荷實驗表明隨著心肌細胞肥大，TGF-β1表達水平明顯升高[4]。過表達TGF-β1的轉(zhuǎn)基因小鼠心臟明顯肥大并伴間質(zhì)纖維化，而TGF-β受體拮抗劑能減弱小鼠MF程度，其主要通過抑制腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)過表達所致的炎癥反應(yīng)發(fā)揮作用[5]。然而，也有研究表明阻斷TGF-β通路可能對壓力負荷心肌細胞有害[6]。心肌梗死中TGF-β通過炎癥反應(yīng)在心臟重塑中發(fā)揮重要作用，TGF-β可能是介導(dǎo)心肌梗死后炎癥向疤痕轉(zhuǎn)化的主要分子[7]。研究報道心肌梗死區(qū)TGF-β和Smad3表達上調(diào)，TGF-β可誘導(dǎo)CFs增殖，并促進Ⅰ型和Ⅲ型膠原合成和沉積，導(dǎo)致MF形成[8]。

TGF-β通路與Smads蛋白家族密切相關(guān)，TGF-β1與細胞膜表面的TGF-β受體Ⅱ結(jié)合，形成二聚體復(fù)合物，同時TGF-β受體Ⅰ被激活，以二聚體形式加入受體復(fù)合物，與TGF-β1結(jié)合，形成受體復(fù)合物，然后作用于Smad蛋白C端絲氨酸殘基，使其磷酸化，Smad2/3磷酸化增加后與Smad4結(jié)合，形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，進入細胞核內(nèi)，調(diào)控下游效應(yīng)基因的激活[9]。TGF-β/Smads通路可促進白細胞介素-6(interleukin-6，IL-6)、TNF-α和結(jié)締組織生長因子等表達[10]。TGF-β的纖維化作用通過Smad3分子介導(dǎo)[11]，靶向破壞小鼠Smad3分子后MF減弱。Smad3與CFs分化有關(guān)，并且介導(dǎo)TGF-β誘導(dǎo)的細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)合成，上調(diào)TIMP表達。Smad3缺失的CFs過度增殖，但合成能力下降，收縮功能受損[11]。

2 RAAS與MF

RAAS的激活參與MF形成，其效應(yīng)分子包括血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)和醛固酮(aldosterone，ALD)。研究顯示AngⅡ和ALD通過不同途徑參與MF的發(fā)生和發(fā)展。AngⅡ誘導(dǎo)MF的機制主要是CFs增殖、膠原蛋白代謝紊亂以及心肌細胞肥大[12]。AngⅡ通過絲裂原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase，MAPK)途徑，激活細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)促使CFs增殖，增強Ⅰ、Ⅲ型膠原蛋白的合成引起MF。研究表明ALD在體內(nèi)外可刺激膠原蛋白合成，促進腎小管重吸收鈉。其次ALD還能引起血壓升高，增強血管對兒茶酚胺的敏感性。此外，ALD通過Ⅰ型甾體類激素受體介導(dǎo)，刺激CFs合成膠原蛋白。

在心功能不全早期，RAAS有一定的代償作用，但RAAS長期激活則使全身小動脈強烈收縮，促進腎上腺皮質(zhì)釋放ALD，導(dǎo)致水鈉潴留和低鉀，從而加重慢性心力衰竭(chronic heart failure，CHF)[13]。RAAS激活還具有促進生長因子產(chǎn)生、促原癌基因表達及增加ECM合成等作用，都可引起心肌肥厚和心室重構(gòu)[14]。目前臨床針對RAAS治療CHF的藥物包括血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑Ⅰ(angiotensin converting enzyme inhibitor Ⅰ,ACEI)、血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑 (angiotensin Ⅱ receptor blocker，ARB)及ALD受體拮抗劑。并且越來越多的循證研究表明抑制RAAS激活可改善CHF長期預(yù)后[15]。

3 MMP/TIMP與MF

心臟ECM的動態(tài)平衡主要由MMP家族來維持。TIMP通過抑制MMP的活性，阻礙炎癥細胞遷移，使ECM含量增加。已有4種TIMP被發(fā)現(xiàn)，目前研究主要集中在TIMP-l和TIMP-2。TIMP-l主要抑制MMP-1和MMP-9，TIMP-2主要抑制MMP-2[16]。

膠原代謝主要受MMP、TIMP和TGF-β調(diào)控。MMP可降解膠原蛋白酶，心肌表達多種MMP，其中MMP-l主要降解Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白。TIMP-1是MMP-l的內(nèi)源性抑制物，與MMP-1結(jié)合后使其失活。MMP-1和TIMP-l呈動態(tài)平衡，調(diào)節(jié)膠原蛋白的合成和代謝。研究發(fā)現(xiàn)TGF-β是TIMP-1上游的信號分子，通過上調(diào)TIMP-1表達參與心臟重塑[17]。心力衰竭時TGF-β和TIMP-1表達都上調(diào)，但關(guān)于心臟重塑時MMP表達的變化尚有爭議[18]：有學(xué)者認為MMP表達下調(diào)導(dǎo)致膠原蛋白堆積，心肌發(fā)生纖維化；但也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)心力衰竭時心肌細胞MMP-1表達明顯增加。也有研究證實缺血-再灌注損傷時MMP-2表達上調(diào)，參與心室重構(gòu)過程[19]。MMP尤其是MMP-2有望成為治療心肌缺血再灌注損傷進展為心室重構(gòu)的靶點。

4 多種免疫細胞與MF

免疫細胞在MF中發(fā)揮重要作用，包括單核-巨噬細胞、肥大細胞以及淋巴細胞等。在損傷的心臟中，巨噬細胞呈高度異質(zhì)性，具有多種表型及功能，參與炎癥調(diào)節(jié)、纖維化、基質(zhì)重塑、血管新生等多種進程?；罨木奘杉毎麃喨嚎赏ㄟ^分泌參與基質(zhì)重塑的蛋白酶和一些細胞因子等進一步調(diào)節(jié)MF的發(fā)生[20]。肥大細胞可分泌各種與纖維化相關(guān)的物質(zhì)，類胰蛋白酶是肥大細胞的特異性產(chǎn)物，其含量增加可激活蛋白酶激活受體，從而選擇性誘導(dǎo)絲裂原活化蛋白激酶家族，促進CFs合成和分泌膠原蛋白[21]。此外，一些研究發(fā)現(xiàn)T淋巴細胞、粒細胞等也可能參與MF進程[22]。

5 microRNA與MF

miRNA是一類內(nèi)源性非編碼的長度約為22 bp的單鏈RNA，其主要作用是通過與mRNA互補配對，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因。miRNAs在MF形成過程中有重要的調(diào)節(jié)作用。文獻報道m(xù)iR-21、miR-34a、miR-208a、miR-433和miR-503等具有促進MF作用,而抑制MF的mRNAs主要有miR-1、miR-24、miR-29、miR-30、miR-133和miR-590等[23，24]。由于miRNA種類繁多且作用機制復(fù)雜，故闡明miRNAs調(diào)控MF的機制需進一步完善及證實。

6 自噬與MF

自噬是一種由溶酶體介導(dǎo)的高度保守的細胞機制，通過降解細胞內(nèi)一些生物大分子為細胞重建、再生及修復(fù)提供原料，實現(xiàn)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)和細胞器的再循環(huán)?；A(chǔ)水平的細胞自噬可降解并清除受損的蛋白質(zhì)及細胞器，維持細胞的代謝和功能。研究表明MF與心肌細胞自噬存在關(guān)聯(lián)，通過自噬干預(yù)MF有望成為改善MF及心功能的新治療策略[25]。CHF的心肌存在自噬性細胞死亡[26]。心力衰竭中壓力超負荷的心肌細胞線粒體自噬明顯，通過自噬抑制劑可增加線粒體數(shù)量，改善心肌收縮功能，逆轉(zhuǎn)心室重構(gòu)。然而小鼠糖尿病動物模型研究表明自噬對心肌細胞間質(zhì)增生及纖維化有一定抑制作用[27]。鑒于自噬在MF中作用的兩面性，未來需進一步研究。

7 TNFSF/TNFRSF與MF

研究發(fā)現(xiàn)，心力衰竭患者血漿中Fas/FasL、TNFSF14、TNFSF10、CD40L、骨保護素(osteoprotegerin,OPG)和CD27水平升高，表明這些因子可能直接參與心力衰竭的進展[28]。OPG/核因子-κβ受體活化因子(recetptor activator of NK-κb,RANK)/核因子-κβ受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)軸可能在MF中發(fā)揮重要作用。心力衰竭動物模型中OPG、RANKL和RANK水平明顯升高[28]。還有一些研究發(fā)現(xiàn)TNFSF配體可作為心力衰竭患者不良預(yù)后的預(yù)測因子[29]。

綜上所述，MF的機制尚未完全明確，多數(shù)研究尚停留于動物實驗，有待結(jié)合臨床進行更深入研究。明確MF機制、尋找有效靶點是未來研究方向。除藥物和手術(shù)外，根據(jù)相關(guān)靶點開發(fā)對應(yīng)藥物以阻斷或減緩MF進程、保護心功能、提高患者生存質(zhì)量(尤其是終末期心臟疾病患者)，可能是心臟疾病的新治療途徑。