轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β/Smads信號(hào)通路激活致心房顫動(dòng)相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展

梁宇明，何燕

心房顫動(dòng)是臨床常見的心律失常類型之一，其可導(dǎo)致缺血性腦卒中發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)升高5倍，且致殘率及致死率均較高［1-2］。目前，全球范圍內(nèi)約有3 350萬例心房顫動(dòng)患者，預(yù)計(jì)到2060年將再增加兩倍［3-4］。近年來隨著全球人口老齡化進(jìn)程加劇及心肌梗死、心力衰竭等心血管疾病患者數(shù)量增加，心房顫動(dòng)發(fā)病率呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，已成為潛在的全球性健康問題。心肌纖維化是心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)的特征性改變，其可導(dǎo)致心臟傳導(dǎo)障礙，進(jìn)而誘發(fā)心房顫動(dòng)［5-6］。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGF-β）是公認(rèn)的心肌纖維化治療靶標(biāo)［7］，其導(dǎo)致心肌纖維化的機(jī)制主要是TGF-β/Smads信號(hào)通路激活。筆者通過檢索國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，綜述了TGF-β/Smads信號(hào)通路激活致心房顫動(dòng)的相關(guān)機(jī)制，旨在為尋找新的心房顫動(dòng)治療靶點(diǎn)提供參考。

1 TGF-β/Smads信號(hào)通路

1.1 TGF-β TGF-β是由一類結(jié)構(gòu)及功能相關(guān)的多肽生長(zhǎng)因子組成，是TGF-β超家族成員之一，其主要有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β4 及 TGF-β5 5 種亞型［8］。目前在哺乳動(dòng)物中僅發(fā)現(xiàn)TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 3種亞型，其中TGF-β1在體細(xì)胞系中所占比例最高、分布最廣、生物活性最強(qiáng)［9-10］。既往研究表明，TGF-β可調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、凋亡、遷移及免疫反應(yīng)等多種生物學(xué)進(jìn)程［11］，此外其還與腫瘤、組織纖維化及結(jié)締組織疾病等的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)［12］。因此，TGF-β在生物生長(zhǎng)發(fā)育及疾病發(fā)生發(fā)展過程中具有不可忽視的作用。

1.2 TGF-β受體 TGF-β受體是廣泛分布于細(xì)胞表面的跨膜糖蛋白，主要作用是在細(xì)胞外與TGF-β結(jié)合。目前，與TGF-β/Smads信號(hào)通路有關(guān)的TGF-β受體有3種，分別為轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子βⅠ型受體（TGF-βRⅠ）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子βⅡ型受體（TGF-βRⅡ）及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子βⅢ型受體（TGF-βRⅢ）。

1.3 Smads蛋白 Smads蛋白亞家族Smad是Mad和Sma蛋白及其類似物的統(tǒng)稱，也是TGF-β/Smads信號(hào)通路中TGF-β的重要底物，其主要作用是將TGF-β信號(hào)由細(xì)胞外傳送到細(xì)胞內(nèi)。目前發(fā)現(xiàn)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的Smads蛋白至少有8種，根據(jù)其功能和結(jié)構(gòu)主要分為以下3類：（1）共同介質(zhì)型Smad（co-Smad），包括Smad4，主要作用是輔助TGF-β/Smads信號(hào)通路的胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)；（2）受體激活型Smad（R-Smad），包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5及Smad8，主要作用是活化TGF-β/Smads信號(hào)通路的胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)；（3）抑制型Smad（I-Smad），包括Smad6、Smad7，主要作用是抑制TGF-β/Smads信號(hào)通路的胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)。TGF-β/Smads信號(hào)通路中各種類型Smads分子通過精密協(xié)調(diào)及相互配合共同發(fā)揮TGF-β的生物學(xué)效應(yīng)。

1.4 TGF-β/Smads信號(hào)通路激活 TGF-β活化后首先與細(xì)胞膜上的TGF-βRⅡ結(jié)合形成二聚體，二聚體再與TGF-βRⅠ結(jié)合形成三聚體，三聚體形成后若激活R-Smad則促進(jìn)TGF-β/Smads信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，若激活I(lǐng)-Smad則抑制TGF-β/Smads信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)［13］。

2 TGF-β/Smads信號(hào)通路致器官纖維化機(jī)制

TGF-β/Smads信號(hào)通路激活后的生物學(xué)效應(yīng)與信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中激活的Smad蛋白種類密切相關(guān)。目前研究證實(shí)，Smad2、Smad3、Smad4可促進(jìn)器官纖維化［14］，而Smad7則可抑制器官纖維化［15］，因此TGF-β/Smads信號(hào)通路主要激活R-Smad則可促進(jìn)TGF-β/Smads信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，TGF-β表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而促進(jìn)器官纖維化；若主要激活I(lǐng)-Smad則抑制TGF-β/Smads信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，TGF-β表達(dá)下調(diào)，進(jìn)而抑制器官纖維化。YU等［16］研究證實(shí)，利用微小RNA（miRNA）轉(zhuǎn)染技術(shù)可引起心肌細(xì)胞TGF-β表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致Ⅰ型膠原（Col-Ⅰ）、Ⅲ型膠原（Col-Ⅲ）過度表達(dá)，細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積，進(jìn)而引發(fā)心肌纖維化。另有研究表明，TGF-β/Smads信號(hào)通路可刺激心肌成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化，促使具有較強(qiáng)致心肌纖維化能力的膠原蛋白分泌，進(jìn)而導(dǎo)致心肌纖維化［17-18］。

3 TGF-β/Smads信號(hào)通路與心房顫動(dòng)的關(guān)系

SCRIDON等［19］研究表明，心房纖維化可增強(qiáng)心肌組織電興奮離散度，促使折返形成，心房結(jié)構(gòu)重塑及電重塑共同促進(jìn)心房顫動(dòng)的發(fā)生及維持。POLEJAEVA等［20］在山羊心房顫動(dòng)模型中發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞過度表達(dá)TGF-β1時(shí)心房纖維化明顯、P波延長(zhǎng)，心房顫動(dòng)易感性增加。CHEN等［21］通過研究心房顫動(dòng)小鼠模型證實(shí)，TGF-β/Smads信號(hào)通路參與心房顫動(dòng)的心肌纖維化。TIAN等［22］研究結(jié)果顯示，TGF-β1是心房顫動(dòng)復(fù)發(fā)的主要危險(xiǎn)因素，提示TGF-β/Smads信號(hào)通路激活導(dǎo)致TGF-β1表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而增加心房顫動(dòng)復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。上述研究表明，TGF-β/Smads信號(hào)通路激活可促進(jìn)TGF-β過度表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積，引起心肌纖維化，促使心臟傳導(dǎo)障礙，進(jìn)而參與心房顫動(dòng)的發(fā)生發(fā)展。

4 TGF-β/Smads信號(hào)通路激活致心房顫動(dòng)相關(guān)機(jī)制

TGF-β/Smads信號(hào)通路激活致心房顫動(dòng)的主要機(jī)制為TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ和R-Smad、I-Smad蛋白調(diào)控及激活TGF-β/Smads信號(hào)通路，進(jìn)而參與心房顫動(dòng)的發(fā)生及維持。

4.1 TGF-βRⅠ、TGF-βRⅡ調(diào)控

4.1.1 腎素血管緊張素Ⅱ（AngⅡ） AngⅡ與心血管疾病密切相關(guān)。WANG等［23］研究表明，AngⅡ可通過下調(diào)miRNA-27b表達(dá)而促使TGF-βRⅠ中ALK5活性增加，導(dǎo)致TGF-β/Smads信號(hào)通路激活，TGF-β過度表達(dá)引起心肌纖維化，進(jìn)而導(dǎo)致心房顫動(dòng)的發(fā)生及維持。另有研究指出，AngⅡ可通過TGF-β/Smads信號(hào)通路而下調(diào)心肌縫隙連接蛋白43（Cx43）的表達(dá)［24］，而Cx43表達(dá)下調(diào)可縮短心房有效不應(yīng)期，進(jìn)而促進(jìn)心房顫動(dòng)的發(fā)生及維持［25］。

4.1.2 miRNA miRNA在心血管疾病中具有不可忽視的作用。既往研究證實(shí)，miRNA-590通過調(diào)控TGF-βRⅡ表達(dá)而對(duì)TGF-β/Smads信號(hào)通路進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而發(fā)揮抗纖維化作用［26］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，尼古丁通過降低犬心房miRNA-590含量而促使TGF-βRⅡ表達(dá)增加，進(jìn)而激活TGF-β/Smads信號(hào)通路并導(dǎo)致犬心房顫動(dòng)易感性增加［27］。

4.2 R-Smad蛋白調(diào)控

4.2.1 TGF-βRⅢ TGF-βRⅢ是一種膜錨定蛋白多糖，同時(shí)其作為TGF-β/Smads信號(hào)通路的輔助受體而廣泛表達(dá)于多種細(xì)胞，因此TGF-βRⅢ對(duì)TGF-β/Smads信號(hào)通路的調(diào)節(jié)至關(guān)重要。研究表明，在自發(fā)性高血壓大鼠中，TGF-βRⅢ可通過自身的短合成肽P114而抑制TGF-β引起的磷酸化Smad2、Col-ⅠmRNA表達(dá)［28］。方曙等［29］研究表明，心房顫動(dòng)患者心房組織TGF-βRⅢ mRNA及蛋白表達(dá)下調(diào)，提示TGF-βRⅢ可能參與心房顫動(dòng)的發(fā)生及維持機(jī)制。上述研究表明，TGF-βRⅢ可能通過調(diào)控Smad2蛋白而調(diào)節(jié)TGF-β/Smads信號(hào)通路，進(jìn)而參與心房顫動(dòng)的發(fā)生及維持。

4.2.2 NLRP3炎性小體 NLRP3炎性小體是機(jī)體固有免疫的重要組成部分，其被細(xì)胞相關(guān)信號(hào)激活后可通過調(diào)控下游關(guān)鍵效應(yīng)分子而引發(fā)炎性反應(yīng)，最終導(dǎo)致局部或全身炎癥反應(yīng)。既往研究表明，TGF-β是NLRP3炎性小體的下游因子［30］；NLRP3炎性小體與Smad2/3磷酸化有關(guān)，其介導(dǎo)的炎性反應(yīng)與心房顫動(dòng)密切相關(guān)［31-32］。上述研究表明，NLRP3炎性小體可能通過調(diào)控Smad2/3而激活TGF-β/Smads信號(hào)通路，上調(diào)TGF-β的表達(dá)，進(jìn)而參與心房顫動(dòng)的發(fā)生，但具體機(jī)制仍有待進(jìn)一步深入研究。

4.2.3 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（NOX4） NOX4是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶的主要形式，與心血管疾病的發(fā)生密切相關(guān)。YEH等［33］研究發(fā)現(xiàn)，NOX4可通過調(diào)節(jié)Smad3而激活TGF-β/Smads通路，并增強(qiáng)心肌成纖維細(xì)胞對(duì)TGF-β的敏感性，促進(jìn)心房纖維化形成，進(jìn)而引發(fā)心房顫動(dòng)。

4.2.4 α-輔 基 蛋 白-2（α-Actinin-2） α-Actinin-2表達(dá)上調(diào)與心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)有關(guān)。ZHANG等［34］研究表明，繼發(fā)于風(fēng)濕性心臟病的心房顫動(dòng)患者心房組織中α-Actinin-2、Smad2表達(dá)增加，心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)，且TGF-β/Smads信號(hào)通路介導(dǎo)的心房纖維化也與心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)有關(guān)，提示α-Actinin-2可能參與TGF-β/Smads信號(hào)通路誘導(dǎo)的心房纖維化機(jī)制。

4.3 I-Smad蛋白調(diào)控 尿羥基脯氨酸（HYP）是膠原蛋白的組成部分，可準(zhǔn)確反映心肌膠原代謝情況。有研究表明，HYP含量越高則心房顫動(dòng)兔心肌纖維化程度越重，Smad7表達(dá)越低［35］，因此HYP可能通過參與調(diào)控Smad7的表達(dá)而促進(jìn)心肌纖維化及心房顫動(dòng)的發(fā)生。

5 TGF-β干預(yù)效果

近年來隨著臨床對(duì)TGF-β研究深入，TGF-β已成為公認(rèn)的器官纖維化治療靶標(biāo)［7］，且關(guān)于干預(yù)TGF-β表達(dá)而減輕器官纖維化的研究報(bào)道逐漸增多。GIANNETTA等［36］采用西地那非治療糖尿病心肌病患者，結(jié)果顯示，西地那非可有效降低糖尿病心肌病患者TGF-β水平，并改善患者左心室收縮功能，提示下調(diào)TGF-β的表達(dá)可減輕心肌纖維化；但BIERIE等［37］研究表明，下調(diào)或阻斷TGF-β的表達(dá)可能與乳腺癌患者預(yù)后不良有關(guān)。由于TGF-β主要通過TGF-β/Smads信號(hào)通路發(fā)揮生物學(xué)調(diào)節(jié)作用，因此研究TGF-β/Smads信號(hào)通路中每個(gè)因子的作用有助于精準(zhǔn)調(diào)控TGF-β的表達(dá)，為有效治療器官纖維化奠定理論基礎(chǔ)。

6 小結(jié)與展望

TGF-β/Smads信號(hào)通路激活可促進(jìn)心肌纖維化，引起心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)及電重構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致心房顫動(dòng)，而AngⅡ、miRNA、TGF-βRⅢ、NLRP3炎 性 小 體、α-Actinin-2、NOX4及HYP的表達(dá)均與TGF-β/Smads信號(hào)通路激活密切相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，未來可能通過調(diào)節(jié)心臟組織中AngⅡ、miRNA、TGF-βRⅢ、NLRP3炎性小體、α-Actinin-2、NOX4及HYP的表達(dá)而精確調(diào)控TGF-β的表達(dá)，進(jìn)而緩解心肌纖維化，降低心房顫動(dòng)發(fā)病率，為防治心房顫動(dòng)提供新的治療靶點(diǎn)。