心肌纖維化發(fā)病機制的研究進展

楊曉利，瞿惠燕，戎靖楓，楊天舒，劉 茜，徐基杰，周 華，趙燕燕

21 世紀(jì)以來，心力衰竭已經(jīng)是心血管疾病中唯一發(fā)病率、住院率、病死率及醫(yī)療費用均明顯升高的病種。2016年流行病學(xué)研究表明，全球心力衰竭病人已達(dá)2 300萬人[1]，5年死亡率高達(dá)42%[2]。心力衰竭發(fā)生后，心肌細(xì)胞明顯受損，凋亡的心肌細(xì)胞不具備再生能力，心臟應(yīng)對損傷的響應(yīng)機制主要表現(xiàn)為心肌纖維化，心肌纖維化的病理過程的特征是心臟成纖維細(xì)胞(cardiac fibroblasts，CFs)異常增加，其次是心肌細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)沉積，膠原組成變化和瘢痕形成，從而繼續(xù)維持心臟結(jié)構(gòu)的病態(tài)完整性[3]。因此，心肌纖維化是心力衰竭的關(guān)鍵病理聯(lián)系，應(yīng)進行深入的機制研究以預(yù)防和治療心肌纖維化，從根本上阻斷或延遲心肌纖維化，保護心臟功能，尋找治療心力衰竭的新靶點至關(guān)重要。然而心肌纖維化的發(fā)病機制目前尚不十分明確，既往研究表明其發(fā)生發(fā)展受到多種因素調(diào)節(jié)和控制。

1 腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)

柯英杰等[4]認(rèn)為RAAS系統(tǒng)不僅是機體內(nèi)分泌的重要組成部分，而且是心肌細(xì)胞在壓力或容量負(fù)荷等因素影響下的主要應(yīng)答系統(tǒng)。心肌受損后，血流動力學(xué)發(fā)生改變、心肌纖維化重塑、心肌硬度增加和順應(yīng)性降低刺激心肌細(xì)胞內(nèi)源性的血管緊張素Ⅱ(angiotensin-Ⅱ，AngⅡ)分泌。王詠等[5]認(rèn)為心力衰竭病人心臟收縮力下降，腎血流量減少，從而激活RAAS，使血液和組織中如腎素、AngⅡ、醛固酮(ALD)、內(nèi)皮素、抗利尿激素及細(xì)胞因子等多種物質(zhì)水平上升，其中AngⅡ和醛固酮是導(dǎo)致心肌纖維化的主要效應(yīng)分子，可通過多種信號通路參與心肌纖維化的形成。姜秀春等[6]認(rèn)為 AngⅡ是以受體為介導(dǎo)發(fā)揮作用，經(jīng)酪氨酸激酶使細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)被激活，使成纖維細(xì)胞增殖，增強Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白基因表達(dá)，降低膠原酶活性，從而影響膠原清除。宋秉春等[7]主張醛固酮可合成心肌成纖維細(xì)胞、增加心肌間質(zhì)分泌及心?、裥汀ⅱ笮湍z原纖維含量等。大量臨床試驗證實，血管緊張素受體拮抗劑(ARB)和血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑(ACEI)可降低高血壓病人血壓，顯著減少巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞數(shù)量，減輕心肌纖維化。醛固酮是一種獨立于AngⅡ的心血管危險因素因子，其增加還原型輔酶Ⅱ氧化酶和超氧陰離子濃度，降低血管內(nèi)皮一氧化氮(NO)活性，調(diào)節(jié)冠狀動脈和周圍血管的炎癥，是影響心肌纖維化的重要因素之一[8-9]。除了循環(huán)中RAAS系統(tǒng)外，AngⅡ和醛固酮還以自分泌和旁分泌的方式在心臟組織局部發(fā)揮致纖維化的作用。

2 細(xì)胞因子

心肌纖維化發(fā)生與轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、AngⅡ、醛固酮、鈣離子、兒茶酚胺、堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)、胰島素樣生長因子-1(IGF-1)、整合素、細(xì)胞黏附分子、干擾素-γ、糖皮質(zhì)激素等細(xì)胞因子有關(guān)。

ECM在心肌中過多沉積導(dǎo)致心肌硬化、心臟收縮和舒張功能下降。其主要由心肌組織中的Ⅰ型和Ⅲ型纖維膠原組成。研究證實，TGF-β是導(dǎo)致心肌纖維化的一個重要細(xì)胞因子，與Ⅰ型、Ⅱ型膠原纖維上的轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)受體結(jié)合并激活TGF-β1/Smad通路，引起CFs分化為肌成纖維細(xì)胞，參與ECM蛋白的合成。AngⅡ被認(rèn)為是一種局部生長調(diào)控劑，可激活Ⅰ型受體，促使心臟成纖維細(xì)胞分化為肌成纖維細(xì)胞，大量合成ECM，導(dǎo)致心肌纖維化，還可使細(xì)胞膜上Ca2+通道被激活，使細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加，促進CFs的有絲分裂、增殖和Ⅰ型、Ⅲ型膠原基因高表達(dá)，引發(fā)纖維化。肖一佳等[10]主張血中兒茶酚胺可直接作用于心肌細(xì)胞，使其膜上的Ca2+通道被磷酸化，引起Ca2+內(nèi)流增加，間接作用于其β受體，激活G蛋白和腺苷酸環(huán)化酶，升高細(xì)胞內(nèi)環(huán)腺苷酸水平，引起心肌細(xì)胞壞死和凋亡。還能促進心肌蛋白合成膠原沉積，導(dǎo)致心肌纖維化。醛固酮能通過劑量依賴性方式刺激膠原合成，其與血流動力學(xué)因素?zé)o關(guān)，但這種作用可被其拮抗劑螺內(nèi)酯逆轉(zhuǎn)。醛固酮可與心肌成纖維細(xì)胞膜上高親合力的Ⅰ型受體結(jié)合，促進Ⅲ型膠原堆積。在此過程中對基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)無影響；長期輸注醛固酮可增加血管緊張素Ⅱ1型受體(AT1)、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)、內(nèi)皮素(ET)及其受體等的合成，提示醛固酮一定程度上是經(jīng)過以上因素的間接作用而引發(fā)纖維化。

3 血管內(nèi)皮功能障礙和心血管活性物質(zhì)

血管內(nèi)皮細(xì)胞是單層連續(xù)細(xì)胞，其覆蓋血管腔的表面并表達(dá)對特定組織的內(nèi)皮特異的細(xì)胞表面蛋白。冠狀動脈內(nèi)皮可調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞和心肌成纖維細(xì)胞的代謝，影響心肌纖維化的進程。內(nèi)皮及其所分泌的緩激肽、ET、NO、前列環(huán)素I2、結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor，CTGF)、血栓素A2、利鈉肽、脫氧皮質(zhì)酮及血小板衍生生長因子等血管活性物質(zhì)，在心肌纖維化的發(fā)生與轉(zhuǎn)歸中起關(guān)鍵作用。緩激肽產(chǎn)生于組織中的激肽酶Ⅱ降解過程中，其抑制膠原增生，而AngⅡ有激肽酶Ⅱ的活性，如果抑制AngⅡ，則可減少緩激肽降解，升高局部緩激肽濃度。ET是一種由心肌成纖維細(xì)胞和心肌細(xì)胞合成和分泌的生物肽活性物質(zhì)，具有收縮血管、促進心臟成纖維細(xì)胞增殖及膠原合成的作用。聶慧娟等[11]認(rèn)為ET通過自分泌、旁分泌途徑引起強烈的收縮血管作用，增加 AngⅡ合成，導(dǎo)致膠原積聚而引發(fā)心肌纖維化。NO可抑制腎素釋放、 影響AngⅡ生成和防止血漿中ET水平過高，其合成或分泌不足均可促使AngⅡ誘發(fā)心肌纖維化。NO還能夠經(jīng)過濃度依賴途徑抑制膠原蛋白合成而降低心肌纖維化，被認(rèn)為是一種有效的抗心肌纖維化因子。前列環(huán)素I2以濃度依賴方式使體外培養(yǎng)的心臟成纖維細(xì)胞合成膠原下降及基質(zhì)金屬蛋白酶-1(MMP-1)活性顯著增加，而在膠原降解過程中，MMPs主要發(fā)揮負(fù)責(zé)Ⅰ型和Ⅲ型膠原降解的關(guān)鍵作用。CTGF是TGF-β的下游介質(zhì)，往往作為其他始動因子的中間環(huán)節(jié)，經(jīng)過促進細(xì)胞的有絲分裂、CFs增殖和遷移、ECM沉積、形成肉芽組織、合成膠原及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的方式發(fā)揮促纖維化作用[12]。而直接誘導(dǎo)纖維化的作用不明顯。CTGF亦是一種CFs中膠原蛋白合成的有效調(diào)節(jié)因子，其可增加人缺血心肌組織表達(dá)，并和參與ECM重塑的基因有關(guān)。

4 MMPs/MMPs組織抑制因子(TIMPs)

心肌纖維化是指心肌中膠原纖維的過度沉積，尤其是由膠原纖維合成和降解不平衡所致。膠原纖維的降解受胞外MMPs及TIMPs共同調(diào)節(jié)。MMPs是鋅依賴性內(nèi)肽酶，是控制ECM平衡的主要酶和心肌梗死后心臟重塑的因素[13]。樊小容等[14]研究認(rèn)為MMPs組織抑制因子-1(TIMP-1)是一類廣泛存在于體液和組織中的糖蛋白，幾乎能夠抑制所有MMPs活性，主要抑制MMP-1、基質(zhì)金屬蛋白酶-3(MMP-3)、基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)活性。TIMP-1和MMPs等在膠原降解系統(tǒng)發(fā)揮共同維系正常心肌結(jié)構(gòu)和功能的作用，TIMP-1/MMPs比值變化引起膠原合成及降解失衡，導(dǎo)致心肌纖維化。Hung等[15]證實，醛固酮可誘導(dǎo)TIMP-1的表達(dá)，降低MMP-1活性，促進膠原蛋白聚集及心肌纖維化。

5 microRNA

microRNA是一類內(nèi)源性非編碼短鏈RNA。多種microRNA不僅在心肌梗死后心肌重構(gòu)與心肌纖維化的慢性過程中發(fā)揮作用，而且在腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病及衰老的病理過程中調(diào)節(jié)機體細(xì)胞增殖、分化、代謝與凋亡。microRNA的類型不同其作用也不同[16]，miR-24、miR-29、miR-208a、miR-590、miR-199b、miR-433、miR-146、miR-154等具有抗纖維化作用，而miR-21、miR-34a、miR-503、miR-133等可促進纖維化發(fā)生。

肖紅梅等[17]認(rèn)為，miR-24上調(diào)可減少心肌纖維化及心臟成纖維細(xì)胞的分化和遷移。而Thum[18]觀察發(fā)現(xiàn)，miR-29分泌減少能夠使膠原蛋白、彈性蛋白以及原纖維蛋白基因編碼的抑制得到解除，增加ECM，引發(fā)心肌纖維化。van Rooij等[19]首次發(fā)現(xiàn)miR-208有誘發(fā)心肌肥厚及纖維化的作用。高輝等[20]證實，miR-590能夠使AngⅡ誘導(dǎo)的TGF-βⅡ型受體、心肌成纖維細(xì)胞分化和膠原蛋白高表達(dá)受到抑制。Xiao等[21]研究證實，間歇性有氧運動可經(jīng)miR-29a和miR-101a的表達(dá)上調(diào)，抑制TGF-β1通路活化，降低心肌梗死后的纖維化和疤痕形成。亦有觀察發(fā)現(xiàn)，miR-21表達(dá)增強可使ERK-絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路抑制因子SPRY1被抑制，從而使心肌成纖維細(xì)胞該信號通路活性增強，促進成纖維細(xì)胞存活并分泌生長因子；也可抑制TGF-βⅢ型受體，增加膠原產(chǎn)生，導(dǎo)致心肌纖維化[22-23]。Br?nnum等[24]進一步證實了miR-21可在程序性死亡因子(PDCD)4和 SPRY1上起作用，參與內(nèi)皮-間質(zhì)細(xì)胞和上皮-間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，促進心臟重塑。Huang等[25]研究認(rèn)為，miR-34a能夠使TGF-β促心肌纖維化效應(yīng)增強，而TGF-β又能促進miR-34a表達(dá)。Matkovich等[26]觀察發(fā)現(xiàn)增強心肌細(xì)胞miR-133過表達(dá)可以減弱壓力負(fù)荷誘導(dǎo)的纖維化和減少心肌細(xì)胞凋亡。

6 脂肪因子和糜酶

脂肪因子既能通過MAPK GSG路徑特異性增加膠原纖維的合成， 也能經(jīng)P38 MAPK、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子(STAT)方式緩解心肌纖維化；并影響心肌纖維化進程。但目前研究發(fā)現(xiàn)，脂肪因子大多與高血脂、高血壓等致病因素共同發(fā)揮致心肌纖維化作用[27]，單一脂肪因子對心肌纖維化無明顯影響。脂肪因子是構(gòu)成促纖維化和抑制纖維化的復(fù)雜調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，參與心肌纖維化的發(fā)生和發(fā)展過程。有研究證實，糜酶對AngⅡ的生成和維持，尤其是心室AngⅡ的生成發(fā)揮著關(guān)鍵作用[28]。

7 氧化應(yīng)激反應(yīng)

大量研究表明，氧化應(yīng)激影響肝、肺、肺動脈、神經(jīng)系統(tǒng)和心臟的纖維化形成，尤其在形成心肌纖維化過程中發(fā)揮重要作用。一方面，心肌受損后活性氧增加能直接使心肌成纖維細(xì)胞被激活，誘導(dǎo)其分化和增殖，促進ECM合成，引發(fā)心肌纖維化；另一方面，可間接參與到如細(xì)胞因子、生長因子和AngⅡ?qū)τ诔衫w維細(xì)胞功能及 ECM代謝的影響，進而引起心肌纖維化[29]。

8 免疫炎癥反應(yīng)

在心肌纖維化發(fā)病中免疫炎癥反應(yīng)起著重要作用，產(chǎn)生的炎性因子[腫瘤壞死因子α(TNF-α)、干擾素-γ、白細(xì)胞介素-6(IL-6)、白細(xì)胞介素1β(IL-1β)、C反應(yīng)蛋白]可多途徑導(dǎo)致心肌纖維化，其機制復(fù)雜，目前并未有明確的信號通路。王禹川等[30]認(rèn)為炎性因子促進成纖維細(xì)胞的表達(dá)，改變心肌間質(zhì)成分，并促進成纖維細(xì)胞的遷移，且氧自由基能以多方式誘發(fā)心肌纖維化。研究表明急性心肌梗死早期炎性細(xì)胞因子包括TNF-α、IL-6、IL-1β合成和釋放增加；醛固酮治療4～5周，左、右心室壁中血管損傷與否，均出現(xiàn)巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞浸潤，單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP-1)、細(xì)胞間黏附分子1(ICAM-1)、TNF-α等炎性因子的高表達(dá)。炎性細(xì)胞和炎性因子表達(dá)量和活性增強，使靜止?fàn)顟B(tài)的成纖維細(xì)胞增殖并分化為肌成纖維細(xì)胞，增加膠原沉積，引發(fā)心肌纖維化。

9 其 他

一些研究表明，甲狀腺素[31]能直接興奮交感神經(jīng)系統(tǒng)和RAAS系統(tǒng)，間接誘發(fā)心肌纖維化；亦可使心率增快、心肌收縮力及外周血管阻力增強，間接使RAAS系統(tǒng)激活，導(dǎo)致心肌纖維化；宋文信等[32]通過注射左旋甲狀腺素給新西蘭白兔制造甲狀腺功能亢進模型，觀察發(fā)現(xiàn)左旋甲狀腺素可導(dǎo)致心肌增厚和心肌間質(zhì)纖維化，同時指出RAAS可能與甲亢性心肌病的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)。

10 結(jié) 語

心肌纖維化的發(fā)病機制相對復(fù)雜，其主要過程可分為CFs的激活與ECM的合成或異常沉積。其中涉及的影響因素包括：RASS系統(tǒng)、細(xì)胞因子、炎性因子的介導(dǎo)作用、內(nèi)皮功能障礙及心血管活性物質(zhì)、MMPs系統(tǒng)、microRNA、氧化應(yīng)激、免疫炎癥反應(yīng)、脂肪因子以及糜酶的異常等。以上因素的影響尚未十分明確，大部分研究只是在科研基礎(chǔ)層面停滯不前，有待結(jié)合臨床工作進一步研究。加強對心肌纖維化機制的理解，為心肌纖維化的治療提供新的有效靶點是目前心血管研究的熱點及難點。應(yīng)根據(jù)具體靶點開發(fā)相對應(yīng)的藥物，以阻斷或減緩心肌纖維化進程，保護心功能，并提供治療心力衰竭的新方法。