肌腱蛋白X在心血管疾病中的研究進(jìn)展

吳芬 馬占龍

(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，江蘇 南京 210029)

心血管疾病是全球死亡的主要原因，每年死亡人數(shù)超過1 730萬，因心血管疾病死亡占全球死亡人數(shù)的31%。臨床研究發(fā)現(xiàn)多種心血管疾病的進(jìn)展與預(yù)后與組織重塑具有密切聯(lián)系，如心血管及心肌的纖維化、動(dòng)脈瘤、動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)及高血壓性心臟病等[1-2]。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)心血管組織重塑的延緩乃至逆轉(zhuǎn)將是影響心血管疾病治療與預(yù)后的重大突破。組織重塑主要與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)合成與降解的穩(wěn)態(tài)失衡緊密相關(guān)，轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)信號(hào)通路被認(rèn)為是重要的調(diào)節(jié)機(jī)制之一，但是具體的調(diào)節(jié)機(jī)制尚未完全清楚。

肌腱蛋白家族(tenascins，TNs)是一個(gè)大型的ECM糖蛋白家族，目前在脊椎動(dòng)物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)四種亞型：肌腱蛋白C(tenascin-C，TNC)、肌腱蛋白X(tenascin-X，TNX)、肌腱蛋白R(shí)和肌腱蛋白W，每種亞型都由相同類型的結(jié)構(gòu)域組成，表現(xiàn)出時(shí)間和組織的表達(dá)特異性模式。TNX在主動(dòng)脈中高度表達(dá)，通過直接或間接作用于ECM，參與組織結(jié)構(gòu)的維持及細(xì)胞通訊的調(diào)節(jié)，在心血管疾病中起重要作用[3-5]。TNX基因完全缺乏可導(dǎo)致常染色體隱性Ehlers-Danlos綜合征，是一種可遺傳的異質(zhì)性結(jié)締組織疾病，主要臨床癥狀是皮膚過度伸展，全身關(guān)節(jié)過度活動(dòng)、易擦傷以及無萎縮性瘢痕等[6]。研究表明TNX可通過TGF-β/Smad信號(hào)通路調(diào)節(jié)ECM沉積與組織重塑，還可通過基質(zhì)-基質(zhì)和細(xì)胞-基質(zhì)作用被TGF-β調(diào)節(jié)，其他ECM分子在TGF-β激活中也起重要作用[7]。

目前TNX的研究主要在于Ehlers-Danlos綜合征，心血管方向相對(duì)較少，在AS中的研究更為罕見。因此，現(xiàn)主要從TNX的分子結(jié)構(gòu)與功能以及TNX在心血管疾病中的作用進(jìn)行綜述。

1 TNX的結(jié)構(gòu)與功能

TNs成員都由相同類型的結(jié)構(gòu)域組成，包括氨基末端、表皮生長因子重復(fù)序列、纖維連接蛋白Ⅲ型重復(fù)序列以及纖維蛋白原樣球體形成的羧基末端[8]。TNX由N-末端、18.5個(gè)表皮生長因子序列、32個(gè)纖維連接蛋白Ⅲ型序列以及C-末端組成，組裝成三聚體結(jié)構(gòu)。TNC由N-末端、14.5個(gè)表皮生長因子序列、8個(gè)穩(wěn)定纖維連接蛋白Ⅲ型序列及可變纖維連接蛋白Ⅲ型序列以及C-末端組成，組裝成六聚體結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)域類型相同，二者之間有可能存在互補(bǔ)作用，不同亞型之間結(jié)構(gòu)域數(shù)量不同，導(dǎo)致生物學(xué)行為存在差異[3，9-10]。

TNs屬于ECM的糖蛋白家族，ECM是一種多分子復(fù)合結(jié)構(gòu)，由膠原纖維、彈性纖維和糖蛋白組成，主要功能是維持組織結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)細(xì)胞通訊，ECM在細(xì)胞分化、增殖以及穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和組織重塑等過程中廣泛存在[10-11]。因此TNX的分子功能、基質(zhì)結(jié)構(gòu)與細(xì)胞通訊密切相關(guān)。

TNX是目前發(fā)現(xiàn)的唯一發(fā)揮重要結(jié)構(gòu)功能的TNs亞型。TNX分子本身具有內(nèi)在彈性，可作為ECM的架構(gòu)，為結(jié)締組織提供生物力學(xué)支撐。TNX通過直接或間接連接膠原纖維，調(diào)節(jié)膠原纖維間的間距和黏合力，從而調(diào)節(jié)膠原網(wǎng)絡(luò)[4，12]。然而，TNX不僅是一種結(jié)構(gòu)蛋白，在調(diào)節(jié)細(xì)胞通訊中也起著重要作用，TNX通過與ECM分子相互作用，參與細(xì)胞的黏附和擴(kuò)散[10]。此外，TNX參與膠原纖維的合成與沉積及彈性纖維的進(jìn)展和維持，通過調(diào)節(jié)膠原硬度，增強(qiáng)膠原組織的生物力學(xué)性質(zhì)[13]。因此，TNX可認(rèn)為是結(jié)締組織生物力學(xué)特性的調(diào)節(jié)器，與組織重塑具有重要相關(guān)性。

2 TNX與主動(dòng)脈瓣膜鈣化的相關(guān)性

主動(dòng)脈瓣膜鈣化(aortic valves calcification，AVC)是老年人最常見的瓣膜疾病，是僅次于冠狀動(dòng)脈疾病和系統(tǒng)性動(dòng)脈高血壓的第三大心血管疾病病因，目前尚未有治療藥物能夠阻止或延緩其進(jìn)展到晚期，主動(dòng)脈瓣置換術(shù)是改善臨床結(jié)果和增加生存率的唯一可用選擇。AVC早期一般不出現(xiàn)臨床癥狀，晚期可導(dǎo)致主動(dòng)脈瓣狹窄，嚴(yán)重者出現(xiàn)心力衰竭甚至死亡[14]。

AVC初始以主動(dòng)脈瓣增厚為主，隨后演變?yōu)槔w維化和鈣化，ECM過度沉積導(dǎo)致瓣膜過度生長、硬化和結(jié)疤，機(jī)制與TGF-β有關(guān)，細(xì)胞釋放TGF-β通過Smad信號(hào)通路刺激ECM的形成和沉積；AVC終末期以Ⅰ型與Ⅲ型膠原、彈性蛋白含量減少以及ECM重塑為主，機(jī)制與瓣膜間質(zhì)細(xì)胞的病理生理學(xué)改變相關(guān)[15]。Matsumoto等[16]發(fā)現(xiàn)在AVC晚期，控制膠原結(jié)構(gòu)和功能的蛋白相應(yīng)減少，其中TNX是表達(dá)量減少最多的蛋白。因此，TNX可能通過TGF-β/Smad信號(hào)通路調(diào)節(jié)瓣膜組織中膠原、彈性蛋白及其他ECM分子的表達(dá)，參與AVC的發(fā)生與發(fā)展。

3 TNX與主動(dòng)脈瘤的聯(lián)系

主動(dòng)脈瘤(aortic aneurysm，AA)是一種嚴(yán)重甚至可能威脅生命的血管疾病，表現(xiàn)為主動(dòng)脈管腔不可逆的病理性擴(kuò)張，以胸主動(dòng)脈及腹主動(dòng)脈常見，在65歲以上男性老年患者中發(fā)病率為1.7%～10%。AA常處于亞臨床階段，只有破裂時(shí)才出現(xiàn)癥狀，AA破裂可導(dǎo)致65%～85%的致命出血和死亡率，是65歲以上男性死亡的主要原因[17-18]。

目前被認(rèn)為是促進(jìn)AA的發(fā)展機(jī)制，主要包括ECM重塑、炎癥和免疫反應(yīng)、氧化應(yīng)激和血管平滑肌細(xì)胞(smooth muscle cell，SMC)的凋亡。動(dòng)脈管壁的結(jié)構(gòu)完整性很大程度上取決于ECM成分，主要包括彈性蛋白、膠原、糖蛋白和蛋白聚糖。ECM重塑的主要特征是彈性蛋白和膠原的降解，被認(rèn)為是AA發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素，而ECM合成和降解之間的失衡是由基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metallopoteinases,MMPs)及MMPs抑制劑介導(dǎo)的，TGF-β信號(hào)通路參與MMPs活性的調(diào)節(jié)。而ECM分布的變化與主動(dòng)脈壁強(qiáng)度降低及剛度增加有關(guān)，從而增寬主動(dòng)脈的直徑，破壞生理功能，促進(jìn)AA的形成[18-20]。

Satoh等[21]實(shí)驗(yàn)表明TNX在胸主動(dòng)脈瘤和腹主動(dòng)脈瘤組織中表達(dá)均顯著升高。Lareyre等[22]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TGF-β抑制劑可以誘導(dǎo)小鼠腹主動(dòng)脈瘤。Zhang等[23]發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸慢傳輸型便秘中TNX可能通過上調(diào)Smad 2/3信號(hào)蛋白激活TGF-β/Smad信號(hào)通路，誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化發(fā)生，促進(jìn)結(jié)腸慢傳輸型便秘的發(fā)生和發(fā)展。在AA中，TNX與TGF-β及ECM之間的具體的調(diào)節(jié)機(jī)制尚未有報(bào)道闡明，亟待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)論證。

4 TNX與血管及心肌的纖維化

纖維化以ECM過度合成與沉積為主，血管纖維化與許多臨床疾病有關(guān)，涉及血管SMC增殖、ECM積累和基質(zhì)降解抑制等病理機(jī)制。血管損傷時(shí)，合成型SMC分泌大量的ECM和MMPs，導(dǎo)致ECM的組成、結(jié)構(gòu)和組裝發(fā)生改變。血管壁內(nèi)ECM重塑可能導(dǎo)致動(dòng)脈硬化增加，導(dǎo)致收縮期高血壓，以及終末器官如腦、腎和心臟的血流動(dòng)力學(xué)改變[24-25]。

心肌纖維化中膠原組織緊繞心肌細(xì)胞，使心肌僵硬度增高，順應(yīng)性下降，細(xì)胞因慢性缺氧死亡或觸發(fā)細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致心臟電生理異常以及舒縮功能明顯減退，臨床表現(xiàn)為頑固性心力衰竭甚至猝死[26]。心臟中心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和血管細(xì)胞通過ECM(主要是膠原纖維)連接，有助于保持結(jié)構(gòu)完整性和可塑性。除以心肌細(xì)胞為中心的損傷外，ECM變化和心肌重塑在心力衰竭進(jìn)程中也起著重要作用，機(jī)制與肌成纖維細(xì)胞的演變與發(fā)展有關(guān)，肌成纖維細(xì)胞及其產(chǎn)生的纖維組織導(dǎo)致進(jìn)行性心肌負(fù)性重構(gòu)[27-28]。

TGF-β/Smad是參與纖維化最重要的通路之一，TGF-β是纖維化和炎癥發(fā)生的關(guān)鍵介質(zhì)[29]。心肌纖維化中，TGF-β/Smad3通路激活導(dǎo)致肌成纖維細(xì)胞增殖和Ⅰ型膠原的顯著上調(diào)，也可影響ECM基因轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致心肌肥大。肝纖維化中，TGF-β促進(jìn)肝星形細(xì)胞的活化同時(shí)抑制凋亡，誘導(dǎo)ECM過量合成，干擾基質(zhì)降解蛋白酶的產(chǎn)生，參與肝纖維化的調(diào)節(jié)[30-31]。Yamaguchi等[32]利用高脂高膽固醇飼料喂養(yǎng)TNX基因敲除小鼠，發(fā)現(xiàn)TNX可促進(jìn)小鼠的肝纖維化。因此，可以合理假設(shè)TNX可能通過影響TGF-β信號(hào)通路調(diào)節(jié)ECM的合成與沉積，從而促進(jìn)纖維化的發(fā)生與發(fā)展。

5 TNX與AS的關(guān)系

AS是個(gè)復(fù)雜的慢性炎癥過程，以進(jìn)行性脂質(zhì)沉積、炎性細(xì)胞浸潤及纖維組織增生為主要特征。SMC是AS所有階段的主要細(xì)胞類型，在AS中具有雙重作用，參與斑塊的形成發(fā)展、血管重塑及纖維化過程[33]。

血管受刺激后，SMC去分化為合成型SMC，合成型SMC大量增殖并產(chǎn)生ECM及MMPs，MMPs促進(jìn)ECM結(jié)構(gòu)降解，導(dǎo)致組織重塑及血管纖維化。TGF-β/Smad信號(hào)通路是AS中調(diào)節(jié)的重要通路，AS中多種細(xì)胞可合成分泌TGF-β分子，通過Smad通路參與炎癥反應(yīng)、ECM沉積與血管重塑等過程[34-35]。TNC主要由巨噬細(xì)胞及合成型SMC合成，可通過調(diào)節(jié)TGF-β表達(dá)上調(diào)巨噬細(xì)胞及SMC內(nèi)MMPs活性，TNC也可通過減弱結(jié)締組織間的黏附，促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞的募集，調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，在組織重塑中發(fā)揮重要作用[36-37]。Alcaraz等[38]發(fā)現(xiàn)α11β1整合素可介導(dǎo)TNX-TGF-β復(fù)合體形成，激活Smad信號(hào)通路，誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化發(fā)生，參與ECM的合成與沉積的調(diào)節(jié)。由于TNC與TNX的結(jié)構(gòu)相似性，TNX與TNC可能存在協(xié)同作用，通過TGF-β信號(hào)通路共同調(diào)節(jié)AS中炎癥反應(yīng)、斑塊形成、血管重塑及纖維化過程。

6 結(jié)語

在TNs中，TNC是迄今為止研究最多且最深入的亞型，關(guān)于TNX的報(bào)道仍主要在于Ehlers-Danlos綜合征，心血管方向相對(duì)少見。然而，TNX在某些心血管疾病中扮演著重要角色，如AVC、AA、纖維化及AS等，TNX與組織重塑及纖維化有著重要的關(guān)聯(lián)。

首先，TNX被認(rèn)為是結(jié)締組織生物力學(xué)特性的調(diào)節(jié)器，可以調(diào)控膠原網(wǎng)絡(luò)，直接或間接參與組織重塑，干擾心血管疾病的發(fā)展與預(yù)后。其次，TNX參與基質(zhì)細(xì)胞通訊的調(diào)節(jié)，機(jī)制可能與TGF-β/Smad信號(hào)通路相關(guān)，與ECM及MMPs等也有著密切聯(lián)系，參與心血管疾病中某些病理過程(如炎癥、組織重塑、纖維化和腫瘤侵襲過程等)的發(fā)生與發(fā)展。最后，TNX基因缺乏型Ehlers-Danlos綜合征中，TNX缺乏可減少動(dòng)脈僵硬度松弛引起的心血管不良事件的發(fā)生。然而，有關(guān)TNX的具體調(diào)節(jié)機(jī)制尚未詳細(xì)闡明，TNX在心血管疾病中的確切作用需要更詳細(xì)的解釋與證明，這將為心血管疾病的診療提供新的方向。

綜上所述，由于獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)特性，TNX有可能作為心血管疾病診斷和風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)中潛在的有效生物標(biāo)志物，進(jìn)一步提高心血管疾病的診療水平。