細(xì)胞因子在心肌組織結(jié)構(gòu)重構(gòu)中的作用研究進(jìn)展

陳 維 綜述，胡 蓉 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院心內(nèi)科，重慶 400010)

隨著我國人口老齡化進(jìn)程的加劇，心臟疾病已成為日漸增長的公共衛(wèi)生問題。心肌組織結(jié)構(gòu)重構(gòu)是許多心臟疾病的共同病理特征，與高血壓、心肌病、心臟瓣膜病和心肌梗死等密切相關(guān)。而心臟結(jié)構(gòu)的不良重塑將引起心肌僵硬度增加、收縮力下降、冠狀動(dòng)脈血流儲備降低等臨床表現(xiàn)，心臟結(jié)構(gòu)的不良重塑是導(dǎo)致心力衰竭的關(guān)鍵因素，也是導(dǎo)致患者死亡的主要原因之一。心肌組織結(jié)構(gòu)重構(gòu)的特性在病理上表現(xiàn)為心肌纖維化的形成，在細(xì)胞水平上表現(xiàn)出心肌細(xì)胞病理性肥大和心肌間質(zhì)成纖維細(xì)胞的增殖及細(xì)胞外基質(zhì)蛋白沉積。新近研究揭示炎癥信號和免疫細(xì)胞的活化在心肌組織結(jié)構(gòu)重構(gòu)中起重要調(diào)控作用，如轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)、神經(jīng)體液因子例如血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)、白細(xì)胞介素(IL)、結(jié)締組織生長因子(CTGF)、血小板衍生生長因子(PDGF)等均參與該病理生理過程。本文就這些細(xì)胞因子在心肌組織結(jié)構(gòu)重構(gòu)中的作用進(jìn)行綜述。

1TGF-β

TGF-β在肥厚和纖維化的心臟中高表達(dá)，被認(rèn)為是激活心臟纖維化形成機(jī)制的主要細(xì)胞因子和關(guān)鍵介質(zhì)之一。TGF-β有3種配體：TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3，在正常組織修復(fù)和病理性纖維化中TGF-β1的表達(dá)上調(diào)。TGFβ1可以調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄，在組織的修復(fù)和纖維化、炎癥中起到關(guān)鍵作用[1]。TGF-β1發(fā)揮作用有2種途徑即所謂的經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑，經(jīng)典和非經(jīng)典TGF-β信號通路對血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞的增殖、遷移和分化具有重要的調(diào)控作用。經(jīng)典途徑的TGF-β1以蛋白水解的形式被激活后與TGF-β Ⅰ型和Ⅱ型受體結(jié)合。對于成纖維細(xì)胞而言，TGF-β1受體是一種激活素連接激酶5(ALK-5)。ALK-5可以磷酸化Smad2/3，磷酸化后的Smad2/3與Smad4結(jié)合后轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核并激活基因轉(zhuǎn)錄從而引起細(xì)胞纖維化的表達(dá)[2]。非經(jīng)典途徑信號的TGF-β1激活MAPK信號級聯(lián)反應(yīng)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)錄程序，MAPK家族的信號級聯(lián)可以將細(xì)胞外信息通過與跨膜受體蛋白結(jié)合后傳遞至細(xì)胞核中，從而導(dǎo)致心肌細(xì)胞中炎性和纖維化基因的表達(dá)增加[3]。TGF-β通過上述途徑激活配體后可以上調(diào)基質(zhì)組織抑制劑金屬蛋白酶(TIMP)的表達(dá)，同時(shí)抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)的表達(dá)來促進(jìn)基質(zhì)的沉積。TGF-β信號通路的活化有助于心肌纖維化形成，在心肌梗死的愈合邊緣TGF-β/Smad3通路被明顯地誘導(dǎo)激活并且表現(xiàn)出對心肌梗死的保護(hù)作用[4]。在風(fēng)濕性心臟病患者心臟瓣膜中也發(fā)現(xiàn)TGF-β/MAPK的激活明顯增加[5]。一項(xiàng)研究表明，在小鼠心臟中抑制TGF-β對成纖維細(xì)胞的活化(無論是用中和抗體將TGF-β中和亦或是使用阻斷劑阻斷Smad 的磷酸化)，可以減少小鼠心肌細(xì)胞的纖維化[6]。但該研究也發(fā)現(xiàn)使用中和抗體全面阻斷TGF-β后也降低了小鼠心肌細(xì)胞對損傷性刺激的適應(yīng)能力，最終致使血管重塑不良并導(dǎo)致死亡率增加[6]。只有當(dāng)中和性抗體與病變心肌細(xì)胞靶向結(jié)合時(shí)，才能改善心臟功能、降低心肌肥厚而不增加死亡率。抑制TGF-β信號通路作為藥物的靶點(diǎn)已經(jīng)表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，但目前臨床上要想靶向地阻斷TGF-β仍有困難。TGF-β涉及的靶細(xì)胞種類多且生理效應(yīng)復(fù)雜，精準(zhǔn)地闡述TGF-β信號通路在心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)中的作用將有利于研發(fā)出更加特異性和更優(yōu)化的治療方案。

2 Ang Ⅱ

腎素-血管緊張素系統(tǒng)-醛固酮(RAAS)已被發(fā)現(xiàn)100多年，該系統(tǒng)中最活躍的成分——Ang Ⅱ除了與高血壓相關(guān)外，還參與其他眾多的病理生理作用，如細(xì)胞周期控制、代謝調(diào)節(jié)、凋亡和免疫，這些重要的生理病理作用往往與心血管結(jié)構(gòu)重塑、腎病進(jìn)展、糖尿病胰島素代謝異常等密切相關(guān)。在心臟成纖維細(xì)胞中，Ang Ⅱ激活Smad3和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶來誘導(dǎo)膠原蛋白的表達(dá)；Ang Ⅱ激活Smad3和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶的過程是需要依賴IL-6的介導(dǎo)下方可完成[7]。Ang Ⅱ?qū)е滦募±w維化的另一個(gè)機(jī)制可能與miR-29b有關(guān)。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)miR-29b的過表達(dá)可以抑制Ang Ⅱ誘導(dǎo)的纖維化，心臟miR-29b的過表達(dá)能夠通過阻斷TGF-β/ Smad3信號傳導(dǎo)來預(yù)防Ang Ⅱ誘導(dǎo)的心臟纖維化和心臟功能障礙[8]。這項(xiàng)研究確定了Ang Ⅱ通過TGF-β/ Smad3依賴性機(jī)制下調(diào)miR-29b介導(dǎo)高血壓性心肌纖維化，并提出無創(chuàng)超聲微泡介導(dǎo)的miR-29b是治療高血壓心臟病的一種新療法。此外，一項(xiàng)研究表明血管緊張素受體抑制劑可以減輕非梗阻性肥厚型心肌病患者的心肌肥大和纖維化進(jìn)程[9]。目前在臨床實(shí)踐中血管緊張素受體抑制劑具有逆轉(zhuǎn)心肌結(jié)構(gòu)重構(gòu)的臨床療效。與20世紀(jì)80年代相比，心力衰竭的病死率已經(jīng)降低了50%～80%，而這一驚人成就的取得得益于心力衰竭機(jī)制的闡明和RAAS的積極應(yīng)用。著名心臟病學(xué)專家BRAUNWALD將RAAS阻斷劑列為近百年心血管領(lǐng)域影響最大的幾種藥物之一，針對神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)為靶點(diǎn)的藥物已經(jīng)展現(xiàn)出光明的前景。

3IL

3.1IL-6 IL-6是一種多功能的炎癥細(xì)胞因子,參與多種心血管病變的發(fā)生發(fā)展過程。IL-6可以調(diào)節(jié)心肌肥大，IL-6家族的成員通過跨膜gp130蛋白亞基發(fā)出信號，進(jìn)而使下游第二信使磷酸化，從而又激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活[10]。IL-6對心肌細(xì)胞和非心肌細(xì)胞有多種作用，輸注IL-6可以誘導(dǎo)心肌肥大、纖維化和功能障礙。一項(xiàng)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)用高鹽飲食同時(shí)喂養(yǎng)正常小鼠(對照組)和IL-6基因敲除的小鼠(實(shí)驗(yàn)組)，結(jié)果表明雖然2組小鼠的血壓都有相似程度的升高；但與實(shí)驗(yàn)組相比，對照組小鼠的左心室射血分?jǐn)?shù)下降程度、心肌纖維化和巨噬細(xì)胞浸潤程度更為嚴(yán)重[11]。這表明IL-6的敲除并不會阻止高鹽誘導(dǎo)的高血壓和心臟肥大的發(fā)生，但可以防止心臟功能障礙、心肌炎癥和纖維化的發(fā)展。IL-6水平的升高與冠心病風(fēng)險(xiǎn)的逐步升高有關(guān)，有研究表明，IL-6是心血管死亡和全因死亡較強(qiáng)且獨(dú)立的預(yù)測因子[12]。一項(xiàng)薈萃分析也表明，具有IL-6基因多態(tài)性的亞洲人患冠心病的易感性增加[13]。托珠單抗是針對IL-6R的人源化抗單克隆抗體,有研究表明，托珠單抗可抑制非ST段抬高型心肌梗死患者的心肌炎性反應(yīng),并減少肌鈣蛋白T釋放[14]。IL-6參與眾多心臟疾病的病理過程，但是目前對IL-6信號通路了解并不十分完善，需要進(jìn)一步探索IL-6作為潛在治療靶標(biāo)的機(jī)制。

3.2IL-33 IL-33是Th2細(xì)胞的活化因子，能夠刺激肥大細(xì)胞產(chǎn)生炎癥因子。IL-33主要由心臟成纖維細(xì)胞表達(dá)，其表達(dá)受循環(huán)壓力的上調(diào)[15]。IL-33的受體ST2有跨膜ST2同工型和可溶性ST2同工型這2個(gè)主要的類型，IL-33與膜結(jié)合的ST2L受體結(jié)合，在心肌中起著抗心肌肥大和纖維化的作用[16]。IL-33對培養(yǎng)的靜止細(xì)胞幾乎沒有影響，但在腎上腺素或Ang Ⅱ等刺激下，IL-33發(fā)揮著劑量依賴性的抗肥大作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，敲除IL-33基因后會加劇心肌炎性反應(yīng)及心臟重塑事件[16]。IL-33的受體ST2已經(jīng)被證明是心肌纖維化和心力衰竭進(jìn)展的標(biāo)志物，并且可以作為預(yù)測心血管疾病患者預(yù)后的生物學(xué)指標(biāo)[17]。有關(guān)IL-33的很多研究尚停留在細(xì)胞水平或動(dòng)物模型中，隨著研究的不斷深入將更加精準(zhǔn)地評價(jià)IL-33對人類心臟疾病的作用機(jī)制，并將其應(yīng)用于預(yù)防或治療心臟疾病。

3.3IL-1 IL-1家族由2種激動(dòng)劑(IL-1α、IL-1β)和1種拮抗劑(IL-1RA)組成。IL-1β是一種促炎性細(xì)胞因子，在心力衰竭中會逐漸升高，可能起著負(fù)性肌力的作用。關(guān)于心肌細(xì)胞培養(yǎng)物和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，IL-1β調(diào)節(jié)著心肌的收縮和舒張[18]。IL-1β缺陷型小鼠可減輕壓力超負(fù)荷引起的心臟肥大和功能障礙，在小鼠中注射IL-1β可導(dǎo)致小鼠心臟功能障礙[19]。接受IL-1β受體阻滯劑的心力衰竭患者表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)能力和耗氧量增加，這表明IL-1β阻滯可能成為一種潛在的藥物治療新策略[18]。在一項(xiàng)臨床隨機(jī)對照研究中，使用IL-1阻斷劑anakinra治療HFpEF(射血分?jǐn)?shù)保留性心力衰竭)患者14 d可后顯著降低全身炎性反應(yīng)，并且改善了患者的有氧運(yùn)動(dòng)能力[20]。同樣，在針對HErEF(射血分?jǐn)?shù)下降心力衰竭)患者的隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)中，使用anakinra治療后同樣也能降低患者血漿C反應(yīng)蛋白水平并且能改善患者生活質(zhì)量[21]。因此，IL-1可能是治療心力衰竭的一個(gè)新靶點(diǎn)，針對IL-1為靶點(diǎn)的藥物有望為心力衰竭患者帶來新的曙光。

3.4IL-10 IL-10是由輔助性T淋巴細(xì)胞分泌的一種抗炎性細(xì)胞因子，可以抑制巨噬細(xì)胞向心臟浸潤。IL-10可以降低腫瘤壞死因子α(TNF-α)的mRNA穩(wěn)定性，對小鼠頸動(dòng)脈損傷后炎癥介導(dǎo)的內(nèi)膜增生有抑制作用[22]。小鼠的IL-10基因敲除后加劇了異丙腎上腺素和TAC(橫向主動(dòng)動(dòng)脈縮窄)引起的心臟肥大和病理性重塑；而補(bǔ)充IL-10則通過激活STAT3和核因子-κB(NF-κB)來抑制，甚至逆轉(zhuǎn)TAC誘導(dǎo)的心臟重塑[23]。另一項(xiàng)相關(guān)研究也表明，用Ang Ⅱ處理IL-10基因敲除的小鼠表現(xiàn)出心室擴(kuò)張繼而出現(xiàn)心功能惡化的表現(xiàn)，而在野生型小鼠中輸注Ang Ⅱ則心臟功能正常[24]。IL-10有著很強(qiáng)的抗炎作用，但是目前臨床試驗(yàn)尚未取得明顯的凈獲益[25]。從抗炎性細(xì)胞因子的角度設(shè)計(jì)心血管藥物可能是未來的一個(gè)藥物研發(fā)方向，但對于IL-10的作用機(jī)制及臨床應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。

4CTGF

CTGF也被稱為CCN2，是細(xì)胞外基質(zhì)分泌的CCN(Cyr61、CTGF和Nov)蛋白家族的成員，在包括心臟纖維化等的纖維化疾病中高表達(dá)[26]。CCN2具有多種生物學(xué)作用，參與細(xì)胞增殖、細(xì)胞黏附、細(xì)胞遷移和細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，特別是對心臟纖維化的致病過程至關(guān)重要。一項(xiàng)動(dòng)物研究表明，與生理鹽水對照組相比，暴露于Ang Ⅱ的動(dòng)物心肌中CCN2 mRNA在6 h達(dá)到高峰，而TGF-β在3 d才達(dá)到高峰[27]。該研究還表明響應(yīng)CCN2的作用，浸潤的纖維細(xì)胞能夠促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)沉積，從而促進(jìn)纖維化發(fā)展[27]。另一項(xiàng)動(dòng)物研究表明，使用CCN2抗體可改善小鼠胸主動(dòng)脈縮窄后超負(fù)荷的心臟出現(xiàn)不良的左心室重塑和左心室功能障礙[28]。同時(shí)有研究表明，葫蘆素Ⅰ可以通過靶向阻斷CTGF/TGF-β信號傳導(dǎo)從而起到改善心肌肥大的作用[29]。也有研究表明，中藥黃芪甲苷能夠改善慢性心力衰竭模型大鼠心臟功能,減輕心臟纖維化的程度，可能是與其抑制心肌組織CTGF的過度表達(dá)有關(guān)，并呈現(xiàn)劑量的依賴性[30]。CCN2可能是心肌纖維化的治療靶標(biāo)，可能是逆轉(zhuǎn)心臟組織不良重構(gòu)的新方向，但其臨床作用仍需大規(guī)模實(shí)驗(yàn)來證實(shí)。

5PDGF

PDGF由一個(gè)復(fù)雜的同二聚體或異二聚體生長因子家族組成，包括PDGF-AA、PDGF-AB、PDGF-BB、PDGF-CC和PDGF-DD，它們通過作用于PDGFRα和PDGFRβ受體發(fā)揮作用[31]。心肌梗死后，上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中的PDGF A、D顯著增加，其促血管生成及纖維化的作用短期內(nèi)對心臟損傷部位起著重要的修復(fù)作用，但其長期過度表達(dá)會最終導(dǎo)致心力衰竭[32]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，注射PDGF 的α受體阻斷劑可以減輕壓力超負(fù)荷引起的心房纖顫，而輸注PDGF-AA會刺激正常心臟發(fā)生心房纖顫[32]。有研究表明，伊馬替尼可以減少心肌成纖維細(xì)胞中PDGFRα活化從而降低心臟纖維化，該研究指出，伊馬替尼可能是心臟纖維化的潛在治療選擇[33]。PDGF信號通路與心血管疾病及其他纖維化疾病密切相關(guān)，但考慮PDGF信號途徑有關(guān)分子的復(fù)雜性，目前針對該途徑開發(fā)抗纖維化劑可能會十分困難。

綜上所述，細(xì)胞因子對心肌細(xì)胞及人體的影響既存在有利的方面也存在不利的方面，其中部分作用機(jī)制尚未研究清楚，如何利用細(xì)胞因子改善心臟不良重構(gòu)并降低不良反應(yīng)仍亟需進(jìn)一步研究。細(xì)胞因子是心臟結(jié)構(gòu)重塑中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，針對這些細(xì)胞因子開發(fā)激動(dòng)劑或拮抗劑有望為改善心力衰竭等患者的癥狀、降低心血管疾病死亡率、改善預(yù)后提供新的治療策略。