瞬時受體電位通道在心臟纖維化中作用的研究進展

于芃，彭文藝，曹豐，李霜*

(1西部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院心血管內科，成都 610083; 2空軍軍醫(yī)大學西京醫(yī)院心血管內科，西安 710032；3解放軍總醫(yī)院國家老年疾病臨床醫(yī)學研究中心, 北京 100853; 4解放軍總醫(yī)院第二臨床醫(yī)學中心心血管內科，北京 100853)

心血管疾病(cardiovascular diseases，CVDs)是威脅人類健康的主要原因[1]。心臟纖維化是多種心血管疾病后期會出現(xiàn)的一種病理變化，通常表現(xiàn)為心臟成纖維細胞(cardiac fibroblasts，CFs)異常增殖及分化，細胞外基質沉積以及膠原蛋白比例失衡[2]。近年來，越來越多的研究表明心臟纖維化是心功能惡化及心臟衰竭的重要原因之一。因此，防治心臟纖維化對于改善心血管患者的預后具有重要意義。雖然目前已經有很多藥物用于臨床以減少心臟纖維化的發(fā)生發(fā)展，但其療效并不令人滿意，故探討心臟纖維化的發(fā)生發(fā)展機制，尋找治療新靶點是指導其防治的關鍵。

1 心臟纖維化的機制

正常心臟間質呈網狀結構，以CFs分泌的I型膠原蛋白為主的細胞外基質蛋白(extracellular matrix，ECM)最為豐富，其特點是具有較強的抗牽拉能力，在維持房室壁強度中發(fā)揮重要作用[3]。正常生理狀態(tài)下，CFs合成與分解膠原蛋白處于動態(tài)平衡狀態(tài)，心臟組織損傷后，CFs增殖并分化為心臟肌成纖維細胞(cardiac myofibroblasts, CMFs)，發(fā)生“修復性”纖維化以保護心臟組織[4]。當組織愈合后，此種促纖維化程序會被關閉。若病理刺激持續(xù)存在，CFs將持續(xù)地增殖并分化為CMFs，后者不僅可以分泌大量膠原蛋白等導致細胞外基質過度沉積，還可以分泌各種促纖維化的因子，最終導致心臟僵硬度增加，順應性降低，并發(fā)展為心力衰竭[5]。研究表明，心肌梗死后和長期心力衰竭導致的心臟間質纖維化主要是由CFs增殖以及向CMFs轉化的形成[6, 7]。

CMFs較CFs而言，其分泌膠原蛋白的能力更強，是心臟纖維化過程的主要參與細胞。而且，CMFs主要表達α-平滑肌肌動蛋白(alpha-smooth muscle actin, α-SMA)和收縮相關蛋白，具有膠原蛋白收縮能力，膠原蛋白收縮亦可影響CFs增殖和分化。CMFs也可分泌多種促進纖維化的體液因子，如轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)和結締組織生長因子(connective tissue growth factor, CTGF)。研究表明CMFs的收縮和ECM分泌可與其他促纖維化因子一起，維持并加重CFs活化和纖維化反應[8, 9]。

在各種心肌損傷過程中，CFs異常地增殖與轉化，可導致不可逆的心室重塑和心臟功能障礙[10]。因此，改善心臟纖維化對于改善心臟疾病預后十分重要。目前,抗纖維化治療大多數(shù)治療效果遠不如預期。因此，有必要尋找新的分子及通路來抑制CFs增殖和向CMFs的持續(xù)活化[11]。近年來研究表明，CFs細胞膜上的瞬時受體電位(transient receptor potential, TRP)通道及其介導的Ca2+內流可能在心臟纖維化疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的作用[12]。

2 TRP通道的結構和功能簡介

TRP由Cosens首次在果蠅的視覺系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)。在哺乳動物中，TRP家族由28個成員組成，分為7個亞家族：TRPA(TRPA1)，TRPC(TRPC1-TRPC7)，TRPM(TRPM1-TRPM8)，TRPML(TRPML1-TRPML3)，TRPN, TRPP(TRPP1-TRPP3)和TRPV(TRPV1-TRPV6)[13]。

TRP蛋白為四聚體結構，每個亞基由6個跨膜段(S1-S6)組成。來自每個亞基的S5-S6跨膜區(qū)段與來自另一個亞基的S1-S4跨膜區(qū)段(電壓傳感器束)形成的結構域可以相互作用。在胞質中，氨基末端和羧基末端可以參與通道門控制和亞基的組裝，并通過各種結合位點與其他蛋白質和分子相互作用[14]。

TRP通道主要對Ca2+和其他陽離子具有滲透性，但TRPM4和TRPM5除外，它們只對Na+具有滲透性(表1)。TRP通道受多種刺激的調節(jié)，如機械拉伸、氧化應激、磷脂及其代謝物、滲透壓變化、細胞內離子(Ca2+和Mg2+)以及神經激素因子等。TRP激活機制復雜，包括膜電壓依賴的激活機制、G 蛋白偶聯(lián)受體(G protein coupled receptor，GPCR) 相關的磷酸化激活機制、磷脂酰肌醇(phosphatidyl-inositol，PIP2) 活化機制以及配體活化機制[15]。

表1 生理與纖維化狀態(tài)時TRP通道在心臟成纖維細胞膜上的表達情況

3 心臟纖維化中TRP通道發(fā)揮的作用

3.1 TRPC通道

TRPC3主要介導Ca2+內流[16]。研究表明TRPC3介導的局部Ca2+內流可以誘導心臟重塑。Numaga-Tomita 等[17]發(fā)現(xiàn)TRPC3在壓力超負荷時上調，可與煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶2(NOX2)結合生成一種穩(wěn)定的膜結合ROS生成酶，誘導心肌細胞以及CFs內ROS信號的擴增，從而促進CFs的增殖、分化，加速心臟纖維化進程。Harada等[18]研究表明在房顫大鼠的心房成纖維細胞膜上TRPC3的表達上調，這可以導致鈣離子依賴性的細胞外信號調節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，Erk1/2)的激活, 從而促進成纖維細胞的增殖和分化。然而，當CFs分化為CMFs后，CMFs膜上TRPC3 表達反而下調，這種負反饋調節(jié)可能是為了防止 ECM 的過度沉積。

3.2 TRPV通道

TRPV3及TRPV4在病理性心臟纖維化中同樣發(fā)揮重要作用。在大鼠模型心臟壓力超負荷實驗中，Liu等[19]發(fā)現(xiàn)TRPV3表達上調與心肌間質纖維化增加、收縮功能下降有關。這些變化通過TRPV3激動劑carvacrol進一步增強，并通過非特異性的TRPV阻斷劑釕紅逆轉。體外實驗表明，CFs的TRPV3上調，可以激活TGF-β1信號通路，增強細胞周期蛋白E和細胞周期蛋白依賴激酶D的活性以加速G1/S細胞周期的進展，從而調節(jié)CFs的增殖。因此TRPV3可能是CFs增殖和分化的積極調節(jié)因子。

ECM過量沉積可對CFs施加機械負荷，促使CFs向CMFs分化，進一步增強纖維化[9]。進一步研究表明TRPV4通道可將ECM的僵硬與CMF的激活和分化聯(lián)系在一起[20]。除此之外，Adapala等[21]發(fā)現(xiàn)TGF-β1處理CFs后，TRPV4的表達明顯增強，其機制可能是經TGF-β/MAPK通路激活TRPV4基因轉錄。而機械應激和TGF-β1介導的信號轉導都促進CMFs表達α-SMA，提示機械應激和TGF-β1介導的信號轉導也許是經過TRPV4協(xié)同促進CFs的轉分化[21]。

3.3 TRPM 通道

TRPM7可傳導Ca2+和Mg2+，并在一定程度上傳導幾種必需的微量金屬離子[22]。房顫患者CFs膜上TRPM6的上調與心房組織間質纖維化程度增加促纖維細胞因子/生長激素(TGF-β1、CTGF、collagen Ⅰ、collagen Ⅲ)表達增強密切相關[23]。其機制可能是TRPM6表達的增加會破壞心房Mg2+穩(wěn)態(tài)，激活TRPM7，共同促進纖維化進程[23]。

在心臟組織中，心室和心房成纖維細胞均表達TRPM7通道[24]。Yu等[25]發(fā)現(xiàn)TRPM7的上調對于血管緊張素Ⅱ誘導心室成纖維細胞增殖和分化是必不可少的。用過氧化氫模擬氧化應激培養(yǎng)原代CFs發(fā)現(xiàn)，其誘導CMFs活化以及分泌collagen Ⅰ、CTGF等作用是依賴于TRPM7介導的細胞外Ca2+內流；同時，這種氧化應激反應介導纖維化信號的產生，伴隨著Erk1/2的激活，共同促進心臟纖維化[26]。

3.4 TRPA1 通道

TRPA1在心肌細胞和非心肌細胞(內皮細胞、CFs、巨噬細胞和血管平滑肌細胞等)中均有表達[27]。正常生理條件下，TRPA1通道雖然介導Ca2+內流，但似乎不參與心臟收縮活動[28]。近年來有研究提示TRPA1與心血管疾病的發(fā)生密切相關[29]。最新研究表明，在糖尿病心肌病患者心臟內甲基乙二醛的升高除導致糖基化終末產物增加外，還可上調TRPA1通道，引起CFs內Ca2+濃度的持續(xù)增加，并導致CFs的增殖與分化,使用選擇性TRPA1拮抗劑HC030031或沉默TRPA1基因可改善心臟纖維化程度，但具體機制有待進一步探索[30]。此外，TRPA1選擇性抑制劑可通過調節(jié)M2型巨噬細胞分化，抑制心肌肥大和心臟纖維化[31]。TRPA1不參與正常心臟收縮功能，但可通過調節(jié)Ca2+濃度直接或促進炎癥細胞浸潤間接地促進CFs增殖、分化，提示特異性拮抗TRPA1是值得探索的有效方法之一。

4 心臟纖維化治療展望

心臟纖維化發(fā)生發(fā)展是由多種生化介質和信號通路組成的復雜交錯網絡所調控，包括細胞因子/生長激素及其受體、蛋白水解酶、激酶、磷酸酶、轉錄因子和離子通道等。盡管如此，大量研究表明，心臟纖維化的核心變化在于CFs的增殖和分化為CMFs。因此，抑制CFs的異常增殖和CMFs的持續(xù)活化是潛在的有效治療心臟纖維化靶點。研究發(fā)現(xiàn)在各種心臟疾病發(fā)生心臟纖維化時，心臟細胞中多種TRP蛋白受TGF-β、血管生成素Ⅱ( angiogeninⅡ，Ang Ⅱ)及CTGF等因子，或者ECM張力的影響而表達上調，Ca2+和(或)Mg2+內流，通過激活各種Ca2+和(或)Mg2+依賴的信號途徑，如RhoA、蛋白激酶C、Erk1/2以及TGF-β信號通路等，調節(jié)這一過程(圖 1)。除此之外，TRP通道也可以通過促進炎癥細胞的浸潤、激活整合素等來促進纖維化。對于人體來說，上述多數(shù)信號通路不僅參與心臟纖維化的形成，也參與維持正常心臟功能。因此，臨床上難以將上述信號途徑中的重要組成部分作為防止心臟纖維化的靶點。然而，可調控細胞內外Ca2+濃度的TRP通道為控制纖維化進展提供了新的方向。

圖1 TRP通道在心臟成纖維細胞分化中的作用機制Figure 1 Mechanism of TRP channels in differentiation of cardiac fibroblastsTRP: transient receptor potential; TGF: transforming growth factor; CDK: cyclin-dependent kinases; Erk 1/2: extracellular signal-regulated kinase; Rho/Rock: Ras-homolog gene family, member A/Rho-associated kinase.