半乳糖凝集素-3與高血壓左心室重構(gòu)的相關(guān)研究及進展

魏遠玲，趙強

(1.暨南大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬廣州紅十字會醫(yī)院心血管內(nèi)科，廣州 510000；2.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬順德醫(yī)院，廣東 順德 528300)

高血壓是心血管疾病最重要的危險因素，目前我國高血壓的總體患病率呈現(xiàn)上升趨勢[1]，2012—2015年我國18歲及以上居民高血壓患病標化率為23.2%[2]，且呈低齡化趨勢。在高血壓持續(xù)進展過程中，可造成多種靶器官損害。研究表明，診室高血壓與腦卒中、冠心病及心血管病風(fēng)險呈獨立正相關(guān)，且隨著舒張壓或收縮壓的升高，心、腦血管意外的發(fā)生風(fēng)險顯著上升[3-4]。長期高血壓可導(dǎo)致左心室重構(gòu)，高血壓左心室重構(gòu)的重要特征是心肌纖維化和左心室肥厚。因此，改善甚至逆轉(zhuǎn)患者心室重構(gòu)狀態(tài)，減少相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生十分必要。目前研究發(fā)現(xiàn)，高血壓左心室重構(gòu)與多種因素相關(guān)，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)的激活及炎癥因子在其中發(fā)揮了重要作用[5-6]。半乳糖凝集素-3(galectin-3，Gal-3)是一種β-半乳糖苷結(jié)合凝集素，具有促進炎癥反應(yīng)、纖維化及免疫調(diào)節(jié)的作用。近年研究認為，Gal-3是心力衰竭(心衰)及心肌纖維化的獨立危險因素，可作為心衰患者識別、預(yù)后評估的有效指標[7-9]。2017年美國心臟協(xié)會指南已將Gal-3用于急慢性心衰患者的危險分層和預(yù)后評估[10]。除心衰外，Gal-3在高血壓、急性心肌梗死、心房顫動等心血管疾病中也有重要作用?，F(xiàn)就Gal-3與高血壓左心室重構(gòu)的相關(guān)研究進展予以綜述。

1 Gal-3的結(jié)構(gòu)、分布及功能

1.1Gal-3的結(jié)構(gòu) Gal是在植物和動物中發(fā)現(xiàn)的碳水化合物結(jié)合蛋白，目前人類中可鑒定的Gal有15種，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為三大類，即原基型、嵌合體型和串聯(lián)重復(fù)型；Gal-3作為凝集素家族的重要成員，其分子量為29 000～35 000的嵌合型Gal，由位于第14號染色體q21～22位點上的LGALS3基因單一編碼，具有兩個不同的結(jié)構(gòu)域，即N端結(jié)構(gòu)域(N-terminal domain，ND)和C端糖基識別結(jié)構(gòu)域(C-terminal carbohydrate-recognition domain，CRD)，其中ND由110～130個氨基酸串聯(lián)重復(fù)組成，是充分發(fā)揮Gal-3生物活性的必要條件，可在配體和凝集素的結(jié)合中起協(xié)同作用，而CRD由130個氨基酸組成，是糖識別功能域，負責(zé)凝集素的活性[11]，調(diào)控整個糖結(jié)合位點。

1.2Gal-3的分布 Gal主要在細胞質(zhì)中合成，在細胞核中也有表達，通過非經(jīng)典機制分泌到細胞外，并存在于循環(huán)中。在人體中，Gal-3廣泛分布于心臟、肝臟、肺、胃、結(jié)腸、腎臟等器官組織中，主要由上皮細胞、內(nèi)皮細胞、骨細胞、炎癥細胞(如單核巨噬細胞、中性粒細胞、嗜酸粒細胞、肥大細胞)以及成纖維細胞分泌釋放[12]。不同組織的Gal-3表達具有差異性，同一組織不同細胞的Gal-3表達水平也不一致[13-14]，且Gal-3的表達可被誘導(dǎo)，在心臟中主要由成纖維細胞表達。

1.3Gal-3的功能 Gal-3能夠通過與細胞表面受體或細胞外受體等結(jié)合參與細胞的生長、增殖、炎癥反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)、纖維化、凋亡及腫瘤轉(zhuǎn)移等，具有多種生物學(xué)效應(yīng)。目前心血管疾病的研究主要側(cè)重于Gal-3在促進心肌纖維化及參與炎癥反應(yīng)方面的作用。

Gal-3能激活靜止的成纖維細胞，促使成纖維細胞分泌基質(zhì)蛋白(如膠原蛋白、纖維連接蛋白)，促進心肌纖維化[15]。Gal-3在正常心臟組織中表達非常低，但在心肌損傷時，其表達可以迅速上調(diào)，而Gal-3上調(diào)在組織修復(fù)的初始階段起著至關(guān)重要的作用，有研究表明，在心肌梗死的小鼠模型中，Gal-3基因剔除小鼠表現(xiàn)出病死率增加的趨勢，主要是由于心室破裂[16]，可見Gal-3對于正常的傷口愈合是必要的，尤其是在心肌梗死期間心臟修復(fù)的初始階段。雖然Gal-3是正常愈合所必需的纖維蛋白，但在心臟組織中Gal-3的持續(xù)表達和分泌會導(dǎo)致不良的心臟重構(gòu)，導(dǎo)致進行性心臟纖維化[15,17]。還有研究表明，在正常大鼠心包內(nèi)注入Gal-3可以使Ⅰ/Ⅲ型膠原增加，并導(dǎo)致心臟重構(gòu)和功能障礙[15,18]。而Gal-3基因破壞或用Gal-3抑制劑處理則可減少或消除小鼠心肌纖維化的發(fā)生[17-20]。

Gal-3可以作為炎癥因子促進炎癥細胞釋放多種炎癥介質(zhì)參與炎癥反應(yīng)，也可以通過調(diào)理素作用參與炎癥反應(yīng)。Wright等[21]的研究表明，在急性炎癥中，Gal-3在中性粒細胞中的表達顯著升高，在Gal-3基因剔除小鼠模型進行的急性炎癥反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞凋亡減少，而巨噬細胞也減少了中性粒細胞的清除，表明Gal-3可能是影響中性粒細胞參與炎癥反應(yīng)的一個重要因素。在體外研究中觀察到活化的巨噬細胞中Gal-3表達增加[22]，Gal-3可促進單核細胞向巨噬細胞分化，同時促進巨噬細胞分泌白細胞介素-6、單核細胞趨化蛋白1、腫瘤壞死因子-α等炎癥因子[23]，從而加重組織的炎癥反應(yīng)。

2 Gal-3與高血壓左心室重構(gòu)

2.1基礎(chǔ)研究 RAAS的激活是高血壓發(fā)生的重要機制，也是高血壓左心室重構(gòu)的重要機制。血管緊張素Ⅱ作為RAAS的重要活性物質(zhì)，可以與血管緊張素受體結(jié)合使動脈平滑肌收縮，也可以誘導(dǎo)心肌細胞肥大、血管炎癥、血管周圍和間質(zhì)纖維化以及微血管稀疏。有研究表明血管緊張素Ⅱ與Gal-3密切相關(guān)，例如，Snijder等[24]通過對血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的高血壓大鼠的研究發(fā)現(xiàn)，血管緊張素Ⅱ增加了心肌細胞中Gal-3的表達，刺激了Ⅰ型膠原的合成。在另一項研究中也得到類似的結(jié)果，該研究用雄性C57BL/6J和Gal-3基因剔除小鼠尾靜脈注射血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)建立高血壓模型，并分為C57BL/6J對照組和Gal-3基因剔除的實驗組，對照組小鼠表現(xiàn)出嚴重的心肌纖維化，而Gal-3基因剔除減輕了心肌纖維化及炎癥；這項研究進一步指出，血管緊張素Ⅱ在Gal-3剔除組及對照組中均誘導(dǎo)心肌肥厚，但僅在Gal-3基因剔除組減少心肌纖維化，Gal-3基因剔除組的左心室功能也得到了很好的保護，而對照組的左心室收縮功能下降[射血分數(shù)從(84±1)%下降到(61±3)%，收縮功能從(71±0.3)%下降到(57±2)%][20]。由此推測，血管緊張素Ⅱ的作用部分由Gal-3介導(dǎo)或觸發(fā)，最終導(dǎo)致心臟炎癥和纖維化。

醛固酮作為RAAS的重要效應(yīng)分子，在高血壓的發(fā)生、發(fā)展中也起重要作用，醛固酮的過度激活可以誘導(dǎo)高血壓心肌纖維化及炎癥反應(yīng)。Azibani等[25]在細胞水平指出，醛固酮增多癥合并高血壓時刺激了巨噬細胞在心臟的浸潤，并提高了Gal-3信使RNA的表達水平。另一項實驗表明，醛固酮可呈劑量依賴性地誘導(dǎo)成纖維細胞中Gal-3的合成[26]。同樣的，Martínez-Martínez等[19]的實驗表明，醛固酮在24 h內(nèi)可以使體外心臟成纖維細胞中Gal-3表達增加1.5倍，且促進了促炎及促纖維化介質(zhì)的產(chǎn)生和分泌。Calvier等[27]在動物實驗研究中發(fā)現(xiàn)，醛固酮誘導(dǎo)的高血壓大鼠出現(xiàn)了血管肥大、炎癥、纖維化和Gal-3表達增加，但應(yīng)用螺內(nèi)酯或Gal-3抑制劑后所有上述改變逆轉(zhuǎn)；用醛固酮處理后的野生型小鼠與Gal-3剔除小鼠的對照研究發(fā)現(xiàn)，野生型小鼠Gal-3的表達增加，其炎癥及纖維化程度加重，而Gal-3剔除的小鼠卻未發(fā)生改變。以上研究提示，Gal-3參與醛固酮誘導(dǎo)的高血壓心肌纖維化過程，而抑制Gal-3可能是通過阻斷醛固酮誘導(dǎo)的Ⅰ型膠原合成，從而抑制心肌纖維化的進一步發(fā)展。

Gal-3通過誘導(dǎo)成纖維細胞增殖、促進 Ⅰ 型膠原沉積導(dǎo)致心室功能不全，促進高血壓心肌纖維化，抑制Gal-3可減輕高血壓左心室重構(gòu)的纖維化程度[26-27]。Calvier等[28]的實驗指出，Gal-3抑制劑——改良柑橘果膠(modified citrus pectin，MCP)通過對Gal-3的阻斷作用，對醛固酮所致的心臟和腎的纖維化以及功能障礙具有保護作用，且該實驗進一步指出，單用MCP并不能改變血壓水平，但卻能抑制醛固酮誘發(fā)的高血壓。Martínez-Martínez等[19]的研究也表明，MCP可以抑制醛固酮誘導(dǎo)的自發(fā)性高血壓大鼠出現(xiàn)心臟炎癥反應(yīng)及纖維化，但Gal-3的阻斷并未改變血壓水平，表明Gal-3可能是一種新的分子機制，將高醛固酮水平(如高血壓)的心臟炎癥與纖維化聯(lián)系起來。從另一方面也說明Gal-3不僅是導(dǎo)致纖維化的蛋白，也是對抗不良心臟重構(gòu)的潛在治療靶點。抑制Gal-3可對高血壓靶器官損害起到保護作用。由于遺傳特性，REN2大鼠在早期就出現(xiàn)了嚴重的高血壓，另有研究指出，與對照組相比，應(yīng)用Gal-3抑制劑的REN2大鼠具有較好的射血分數(shù)，并且其左心室功能障礙和纖維化程度也減輕[17]，提示抑制Gal-3對高血壓大鼠具有保護作用。有研究表明，Gal-3抑制劑可以減輕REN2大鼠高血壓終末器官損害(如腎臟的結(jié)構(gòu)和功能的損害)，抑制Gal-3的治療幾乎完全阻止了REN2大鼠尿蛋白的形成，并減輕了腎損害的相關(guān)組織學(xué)標志[29]。對自發(fā)性高血壓大鼠的研究中也發(fā)現(xiàn)，抑制Gal-3可以通過減輕炎癥反應(yīng)、纖維化程度、上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、降低蛋白尿等，減輕自發(fā)性高血壓大鼠早期腎損害[30]。可見，Gal-3參與高血壓的發(fā)生、發(fā)展，并與心腎功能不全的發(fā)生、發(fā)展有著密切關(guān)系，抑制Gal-3可能是干預(yù)高血壓心肌纖維化、改善心腎功能的潛在治療靶點。

2.2臨床研究 通常情況下，動脈在收縮期擴張以容納心臟的射血，促進舒張期組織的灌注，當(dāng)動脈血管失去彈性或順應(yīng)性時會導(dǎo)致收縮壓升高，心臟后負荷增加，進而導(dǎo)致心肌肥厚和心血管事件。脈搏波速度可以評估動脈僵硬程度，有研究發(fā)現(xiàn)，脈搏波速度增高的患者具有更高的Gal-3水平[31]。對3 353例參與者的Gal-3水平進行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，Gal-3水平與高血壓呈正相關(guān)[32]。Pusuroglu等[33]分析184例患者(血壓正常43例，收縮期舒張期高血壓141例)，Gal-3水平發(fā)現(xiàn)，高血壓患者Gal-3水平高于正常血壓者。一項針對糖尿病和高血壓患者的研究表明，通過對參與者進行生物標志物(如Gal-3、N端腦鈉肽前體等)和超聲心動圖評估發(fā)現(xiàn)，高血壓患者的Gal-3水平高于正常血壓者，并與心肌纖維化相關(guān)[34]。葉莎等[35]選取79例高血壓左心室肥厚患者作為研究組，80例高血壓非左心室肥厚患者作為對照組，分別檢測兩組患者的血清Gal-3水平及微量白蛋白尿水平，結(jié)果顯示，高血壓病程≥5年、高血壓控制未達標、Gal-3≥16.27 ng/mL和微量白蛋白尿≥28.75 mg/g是高血壓左心室肥厚的獨立危險因素。Yao等[36]的研究也揭示了Gal-3與高血壓左心室重構(gòu)的關(guān)系，在排除了糖尿病、冠狀動脈疾病、心功能障礙、心房顫動、肺動脈高壓、肝腎衰竭、惡性腫瘤、肺纖維化、貧血或甲狀腺疾病病史后，選取了107例高血壓患者和108例對照者，通過對臨床血壓、N端腦鈉肽前體、Gal-3測定和標準超聲心動圖檢查，發(fā)現(xiàn)高血壓合并左心室重構(gòu)患者的Gal-3水平高于未合并左心室重構(gòu)的高血壓患者，經(jīng)多因素分析發(fā)現(xiàn)，Gal-3是高血壓左心室重構(gòu)的獨立預(yù)測因子，并指出Gal-3的最佳截斷值為9.43 ng/mL，且Gal-3在檢測左心室重構(gòu)方面的表現(xiàn)優(yōu)于N端腦鈉肽前體。以上研究表明，在左心室功能損害前確定纖維化可能為高血壓左心室重構(gòu)的早期防治性治療提供機會，Gal-3可能是治療高血壓心肌纖維化的一個潛在治療靶點。

3 Gal-3抑制劑——高血壓心室重構(gòu)可能的治療靶點

由于Gal-3的CRD負責(zé)該蛋白的多個病理效應(yīng)，所以Gal-3抑制劑主要是針對CRD來抑制蛋白的功能，可以使用競爭結(jié)合位點的碳水化合物來抑制CRD，或通過變構(gòu)調(diào)節(jié)來抑制CRD，從而阻止CRD與配體結(jié)合。目前在心血管疾病中研究的Gal-3抑制劑主要有3種，即N-乙酰絲-天冬-賴-脯氨酸、果膠和N-乙?；被樘?。N-乙酰絲-天冬-賴-脯氨酸作為一種天然的多肽，具有抗纖維化作用，是第一個抑制Gal-3纖維化效應(yīng)的復(fù)合物[18]。果膠是目前研究最多的Gal-3抑制劑，而MCP是基于PH和溫度的工藝，將果膠分解為更短、無分支、富含半乳糖的碳水化合物，也是目前研究最多的Gal-3抑制劑。在不同的細胞和動物模型中均有研究MCP對Gal-3的抑制作用[37-38]。在醛固酮誘導(dǎo)的高血壓大鼠中觀察到，MCP能夠減少Ⅰ型膠原的產(chǎn)生，減輕心肌纖維化程度[27,17]；MCP在高血壓腎病模型中也發(fā)揮了抗纖維化效應(yīng)，可減輕高血壓腎損害[29]。N-乙?；被樘且彩且环N抑制Gal-3的寡糖，其對Gal-3的藥理抑制可以防止易衰竭REN2大鼠的左心室功能障礙，并對REN2大鼠的高血壓腎病有保護作用[31]。這些研究表明，Gal-3可以成為抗心肌纖維化潛在的治療靶點。

4 小 結(jié)

Gal-3不僅在心衰、心房顫動、心肌梗死中扮演著重要角色，還通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、心肌纖維化等參與高血壓左心室重構(gòu)的發(fā)生、發(fā)展，而抑制Gal-3的表達可能延緩或逆轉(zhuǎn)高血壓左心室重構(gòu)的發(fā)生、進展，降低心血管風(fēng)險，改善患者預(yù)后。Gal-3不僅是評估心衰的一個新型的血漿生物學(xué)標志物，還可能是高血壓左心室重構(gòu)潛在的治療靶點，這將為臨床治療提供新的思路。但目前對自發(fā)性高血壓動物模型的研究及臨床大數(shù)據(jù)的研究較少，且對于Gal-3在高血壓左心室重構(gòu)中發(fā)揮重要作用的具體機制仍未明確，這些均有待于基礎(chǔ)及臨床的進一步探索及研究。