白細胞介素與心肌纖維化關系研究進展△

刁 穎，王秋林

（成都醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科，成都 610500）

提要：心血管疾病已成為全球關注的健康問題，其發(fā)病率和病死率呈逐年上升趨勢，而心血管疾病導致的心力衰竭與心肌纖維化有著密切的聯(lián)系。因此，研究心肌纖維化的發(fā)病機制有助于預防心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展。心肌纖維化發(fā)病機制比較復雜，其中氧化應激和炎癥發(fā)揮重要作用，作為炎癥因子之一的白細胞介素可通過多方面影響心肌纖維化，本文將重點介紹白細胞介素與心肌纖維化關系的研究進展。

隨著社會的發(fā)展，心血管疾病已成為嚴重威脅人們健康的重大疾病之一，其在全球總死亡中居首位，已成為全球性健康問題。心肌纖維化（myocardial fibrosis，MF）是多種心血管疾病的病理基礎［1］，不僅可導致心臟舒縮功能障礙，還可導致心肌結構重構和電重構，導致惡性心律失常和心臟性猝死的發(fā)生。因此，預防和治療MF是防止以上疾病發(fā)生的關鍵。MF發(fā)病機制主要有心肌細胞承受的壓力/容量負荷的外在性因素和細胞因子的內(nèi)在性因素，細胞因子包括轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、整合素、白細胞介素因子（interleukin，IL）、腫瘤壞死因子、血管緊張素Ⅱ、內(nèi)皮素-1和醛固酮等［2］?，F(xiàn)結合國內(nèi)、外研究進展，重點介紹各類IL與MF關系，為研究MF預防治療提供新的思路。

1 白細胞介素概述

IL是由多種細胞產(chǎn)生并作用于多種細胞的一類細胞因子。目前至少發(fā)現(xiàn)了38種白細胞介素，分別命名為IL-1～IL-38，它們在免疫細胞的成熟、活化、增殖和免疫調(diào)節(jié)等一系列過程中均發(fā)揮重要作用，此外它們還參與機體的多種生理及病理反應。近年來，國內(nèi)、外有不少關于IL與MF關系的研究，下面將重點介紹其中幾種IL與MF的關系。

2 白細胞介素與心肌纖維化的關系

2.1 白細胞介素-1與心肌纖維化的關系

IL-1可從多方面影響MF，Szardien等［3］研究表明，IL-1β可以通過調(diào)節(jié)心肌成纖維細胞功能和細胞外基質(zhì)代謝參與心室重構，并且IL-1β的釋放伴隨著其他細胞因子如IL-6和腫瘤壞死因子-α的釋放，這種“細胞因子風暴”最終導致促纖維化介質(zhì)TGF-β的表達增加，從而促進間質(zhì)纖維化和膠原沉積。而MF的病理表現(xiàn)為心肌結構組織內(nèi)的膠原纖維異常積累，導致心肌內(nèi)膠原濃度明顯升高或是膠原容積分數(shù)增多，各型膠原排序混亂及比例失衡。Siwik等［4］實驗證明IL-1β可使基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloprotein，MMP）-2、MMP-3和MMP-13的表達增加，從而導致MMP與MMP組織抑制劑失衡，其失衡與MF密切相關。Gurantz等［5］研究證明IL-1β可使血管緊張素Ⅱ1型受體的密度增加，從而增強血管緊張素Ⅱ的促纖維化作用，同時證明了這一過程可能與核轉錄因子kappaB相關的信號轉導通路有關，使用其阻斷劑雖有望減輕MF，但此通路同時涉及機體正常的生理調(diào)節(jié)，全面阻斷可能產(chǎn)生不利影響，因此需進一步研究其選擇性阻斷藥。此外，Chen等［6］研究證明IL-1β可誘導急性心肌梗死后腫瘤發(fā)生抑制蛋白2（suppression of tumorigenicity2，ST2）的表達，加速心力衰竭的進展，而心力衰竭的病理基礎則為MF。綜上，IL-1通過多條途徑在MF中發(fā)揮重要作用，尤其是對ST2的誘導作用，因為當其表達增加后，可結合IL-33，進而拮抗IL-33對心臟的保護作用。研究IL-1對MF的作用及機制，積極尋找其相關通路拮抗劑，可以有效預防MF。

2.2 白細胞介素-4與心肌纖維化關系

IL-4由免疫細胞產(chǎn)生，包括CD4+T淋巴細胞和肥大細胞。有研究顯示，在動物實驗中，IL-4濃度與MF嚴重程度之間存在正相關，雖然這些研究結果表明，IL-4在心臟中具有促纖維化作用，但是缺乏IL-4與MF相關聯(lián)的直接證據(jù)。而Peng等［7］使用野生型小鼠和IL-4基因敲除小鼠來研究MF發(fā)展過程中IL-4濃度升高的意義，證明了高IL-4濃度可以誘導MF，并且其缺失顯著減弱了這種效應。同時發(fā)現(xiàn)IL-4有助于增加纖維化心臟中巨噬細胞的數(shù)量，可能是IL-4誘導的細胞聚集通過上調(diào)內(nèi)皮細胞中黏附分子和單核細胞趨化蛋白-1的表達和IL-4刺激聚集巨噬細胞的增殖來實現(xiàn)。在富含IL-4的環(huán)境中，巨噬細胞向M2表型極化，此過程已被證明可促進MF［8］。同時，作者還檢測了IL-4對心肌成纖維細胞的影響，并發(fā)現(xiàn)IL-4不僅增加原膠原mRNA的表達，還通過IL-4受體α（IL-4Rα）/信號轉導和轉錄激活因子6（signal transducers and activators of transcription 6，STAT6）促進膠原蛋白的產(chǎn)生。由此可見，IL-4具有促進MF的作用，并通過刺激聚集巨噬細胞的增殖和IL-4Rα/STAT6途徑實現(xiàn)，研究尋找此通路的阻斷劑，便有望預防MF，從而延緩心力衰竭的進展，延長心力衰竭患者的生存時間。此外，Cieslik等［9］研究表明，與3個月大的心臟相比，30個月大的心臟中IL-4的濃度增加了64%。因此，IL-4在年齡依賴性MF中也具有一定的調(diào)節(jié)作用，抑制IL-4表達還可預防老年性MF。

2.3 白細胞介素-6與心肌纖維化的關系

IL-6是由多種細胞類型產(chǎn)生的多功能細胞因子，是纖維化過程中的關鍵介質(zhì)。Chou等［10］研究發(fā)現(xiàn)體內(nèi)存在兩種IL-6信號通路：經(jīng)典信號傳導和反式信號傳導，MF主要涉及反式信號傳導，即IL-6和可溶性IL-6受體的結合形成復合物，然后通過與細胞上的信號轉導糖蛋白結合啟動細胞內(nèi)信號傳導，他們發(fā)現(xiàn)可溶性IL-6受體在醛固酮誘導的膠原合成中起重要作用。由此可見，阻斷IL-6和可溶性IL-6受體的結合便有望減輕MF。Wang等［11］研究表明，IL-6在缺氧條件下通過轉化生長因子-β1-MMP2/MMP9信號傳導在肌成纖維細胞的轉化中起重要作用，而肌成纖維細胞的轉化在MF中起關鍵作用。此外，已有研究證明STAT3途徑是IL-6的直接下游效應物［12］，而Fang等［13］研究已證明IL-6/ STAT3參與高血壓誘導的MF，并且Kumar等［14］研究發(fā)現(xiàn)IL-6與信號轉導糖蛋白結合后可激活STAT1，STAT3，并證明IL-6通過IL-6-Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶II-STAT3與IL-6-絲裂原活化蛋白激酶途徑影響MF。總之，IL-6與MF密切相關，STAT3是心肌細胞中STAT家族的主要同種型，因可介導細胞的惡性轉化而被確認為癌基因，與STAT3相關的幾條信號轉導通路特別是兩面神激酶（Janus Kinase，JAK）/STAT3信號轉導通路在多種腫瘤細胞中均有激活，而AG490是JAK2的特異性拮抗劑，可通過阻斷由IL-6介導的JAK2活化抑制骨髓瘤細胞增殖，誘導多發(fā)性骨髓瘤細胞凋亡，因此，AG490也可能對MF有一定作用，但需進一步研究明確。

2.4 白細胞介素-10與心肌纖維化關系

IL-10是一種多效應細胞因子，可調(diào)節(jié)單核細胞（或）巨噬細胞向受損部位的浸潤，并控制各種促炎細胞因子和趨化因子的合成。Krishnamurthy等［15］利用野生型和IL-10基因敲除小鼠證明了IL-10可能通過激活STAT3/血管內(nèi)皮生長因子信號通路增加內(nèi)皮祖細胞的存活和功能，從而改善心室重構。Suresh等［16］發(fā)現(xiàn)IL-10可通過抑制TGF-β-Smad2/3信號傳導和可改變心臟的微環(huán)境，從而潛在地抑制壓力超負荷心肌中骨髓成纖維細胞祖細胞介導的MF。此外，在分子水平上，IL-10可能通過TGF-β-Smad信號傳導調(diào)節(jié)微小RNA-21成熟過程，從而抑制壓力超負荷引起的MF。由此可見，IL-10也通過激活STAT3對心臟發(fā)揮作用，與IL-6不同的是，IL-10對心臟具有保護作用，通過增加IL-10的表達和減少IL-6的表達則可使心臟獲益。而Hulsmans等［17］研究表明，IL-10的產(chǎn)生間接誘導成纖維細胞活化和膠原沉積，這說明IL-10具有復雜的多效性，分別研究其機制，便可使其充分發(fā)揮有益作用。

2.5 白細胞介素-17與心肌纖維化關系

IL-17由Th17細胞產(chǎn)生，有研究表明，IL-17在心肌炎后的心室重構和擴張型心肌病的進展中起關鍵作用［18］?；诖搜芯?，Yanfang等［19］進一步探討了IL-17在MF中的作用，該研究表明IL-17在體外和體內(nèi)均誘導MF，并且證明蛋白激酶C β/細胞外信號調(diào)節(jié)酶/核轉錄因子途徑參與MF的發(fā)展。同時Wei等［20］研究表明IL-17/IL-17受體A信號通路在心肌膠原代謝中起重要作用。那么，通過阻止IL-17與其受體結合，就能阻斷其對心肌膠原代謝的作用，從而影響其對MF的作用。潘曉芬［21］等利用IL-17A基因敲除小鼠研究證明IL-17A可能通過調(diào)節(jié)TGF-β1的表達參與病毒性心肌炎的MF過程。近期，Zhang等［22］研究表明IL-17的缺失能夠減輕MF并改善糖尿病小鼠的心臟功能，IL-17通過直接刺激心臟成纖維細胞的增殖和膠原蛋白生成來促進MF，同時發(fā)現(xiàn)IL-17增加了培養(yǎng)的成纖維細胞中TGF-β1的表達，而TGF-β1是纖維化相關信號通路的關鍵調(diào)節(jié)因子。研究表明了IL-17抑制對與纖維化相關的糖尿病性心肌病的治療潛力。

2.6 白細胞介素-22與心肌纖維化關系

IL-22是由Th22細胞分泌的，它通過IL-22R發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn)，Th22細胞與心血管疾病有關，Guo等［23］研究表明，Th 22細胞產(chǎn)生的IL-22可抑制擴張型心肌病的發(fā)生發(fā)展，可被認為是擴張型心肌病的潛在治療靶標，而擴張型心肌病的主要特征是由于心肌細胞死亡和細胞外基質(zhì)過度沉積引起的MF［24］。值得注意的是，在IL-17A缺陷小鼠中，IL-22加劇了柯薩奇病毒3（CVB3）誘導的急性病毒性心肌炎。然而，Rattik等［25］發(fā)現(xiàn)敲除IL-22減少了小鼠動脈粥樣硬化中主動脈根部的膠原面積，提示其可能對MF有促進作用，而Ye等［26］研究進一步闡明此關系。該研究發(fā)現(xiàn)纖維連接蛋白，結締組織生長因子，膠原蛋白Iα，膠原蛋白IIIα和轉化生長因子-β，均在血管緊張素Ⅱ輸注時顯著增加，但抗IL-22可減輕這種促纖維化作用，可能是因為血管緊張素Ⅱ和柯薩奇病毒3介導不同的MF模型。由此可見，IL-22在不同條件下，發(fā)揮不同的作用，因此需進一步探索IL-22與MF的關系，明確其發(fā)揮有利作用的條件。

2.7 白細胞介素-33與心肌纖維化關系

IL-33通過致癌性抑制基因2（suppression of tumorigenicity 2，ST2）信號傳導發(fā)揮心臟保護作用［27］。ST2是IL-1受體家族成員，并且是IL-1受體樣-1基因的轉錄產(chǎn)物［28］，是纖維化反應的調(diào)節(jié)劑［29］，也被認為是MF的生物標志物［30］。ST2具有2種主要同種型：跨膜性和可溶性形式。2007年，Sanada等［31］首先證明IL-33通過在大鼠缺血再灌注后誘導抗凋亡蛋白來預防纖維化和細胞凋亡，此后相關研究表明，IL33-/-小鼠與對照組相比表現(xiàn)出MF增加［32］。而Tseng等［33］檢測了接受左心室輔助裝置植入的38例患者的心肌組織中ST2和IL-33的mRNA表達，結果表明可溶性ST2和IL-33 mRNA表達與纖維化之間存在顯著相關性，并且IL-33 mRNA表達與TGF-β1和結締組織生長因子顯著相關，這意味著存在活躍的促纖維化重構過程。由此可見，當可溶性ST2結合IL-33時具有促纖維化作用，可拮抗IL-33/跨膜性ST2對心臟的保護作用［34］。因此，IL-33是通過跨膜型ST2信號轉導對心肌細胞發(fā)揮心臟保護，抗肥大和抗纖維化作用，并且受可溶性ST2干擾。并且Garbern等［35］研究發(fā)現(xiàn)IL-33隨著年齡的增長而增加，而總ST2表達隨著年齡的增長而降低，但可溶性ST2可能會增加。因此，IL-33是否抗炎和抗纖維化取決于IL-33和ST2之間的平衡，而探索小鼠中的這些發(fā)現(xiàn)是否適用于人類將是下一步研究的目標。

3 其 他

Xiao等［36］發(fā)現(xiàn)IL-18缺失顯著減弱了異丙腎上腺素誘導的趨化因子表達和巨噬細胞浸潤，并且在給小鼠注射異丙腎上腺素后，早期阻斷IL-18可有效減輕心臟炎癥和纖維化。Cieslik等［9］研究發(fā)現(xiàn)，小鼠心臟中IL-13 mRNA隨年齡依賴性增加，說明IL-13在年齡依賴性MF中具有潛在的調(diào)節(jié)作用。Tamaki等［37］表明IL-16是MF和射血分數(shù)保留的心力衰竭發(fā)生、發(fā)展的重要的介質(zhì)，IL-16的阻斷可能是射血分數(shù)保留的心力衰竭的潛在治療方法。Xiao等［38］研究發(fā)現(xiàn)IL-2/抗IL-2復合物（IL-2C）是一種很有前景的心肌缺血/再灌注損傷治療靶點。近期，有研究報道IL-11對MF有雙向作用，通過調(diào)整IL-11的表達使其發(fā)揮抑制效應將有望治療MF［39］。

心肌纖維化作為心血管疾病的病理基礎，多年以來，關于心肌纖維化的預防治療一直是醫(yī)學難題，因此研究其發(fā)生機制有助于發(fā)現(xiàn)新的干預措施。IL作為炎癥因子之一，它與心肌纖維化有著密不可分的關系，其中IL-1、IL-4、IL-6、IL-8、IL-16、IL-17、IL-18促進心肌纖維化，IL-10、IL-22、IL-33抑制心肌纖維化，并且需要在合適的條件下，因此探究其發(fā)揮有利作用的條件顯得尤為重要。此外，IL-1與IL-6均可通過調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶表達發(fā)揮作用，IL-6與IL-10都能通過激活STAT3發(fā)揮作用，IL-1通過誘導可溶性ST2的表達可以拮抗IL-33/跨膜性ST2對心臟的保護作用?？傊芯縄L促進或抑制心肌纖維化的機制及信號途徑，找到相應的阻斷或者激動劑，為預防和治療心肌纖維化提供新的思路，為心血管疾病發(fā)生發(fā)展提供新的干預靶點，目前還有很多IL與心肌纖維化的關系未被發(fā)現(xiàn)，希望今后能找到更多相關因素和機制，為心血管疾病的防治提供更多思路。