心肌纖維化的發(fā)病及治療研究進(jìn)展*

周子默，周 馳，楊雅元，胡 玲，楊曉松**

(1.湖北科技學(xué)院醫(yī)學(xué)部藥學(xué)院,湖北 咸寧 437100；2.湖北科技學(xué)院醫(yī)學(xué)部糖尿病心腦血管病變湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.南華大學(xué)附屬長沙中心醫(yī)院藥學(xué)部)

纖維化是各種器官損傷的一種重要修復(fù)調(diào)節(jié)機(jī)制，胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)如膠原蛋白、纖連蛋白等的累積所致組織纖維化是器官輕微或非重復(fù)性損傷修復(fù)過程中正常而重要的過程。但是，嚴(yán)重或重復(fù)性損傷將誘導(dǎo)受損組織成纖維細(xì)胞的過度活化及ECM的過量累積，促使組織間質(zhì)病理性重塑而產(chǎn)生疤痕，導(dǎo)致器官功能障礙，甚至衰竭，這是許多重大慢性疾病的主要誘因，如間質(zhì)性肺病、肝硬化、進(jìn)行性系統(tǒng)性硬化和糖尿病腎病、糖尿病眼病和糖尿病心血管疾病等[1]。據(jù)流行病學(xué)調(diào)查，全世界每年超過八十多萬人死于纖維性疾病，尤以肺和心臟纖維化居多[2]。心臟間質(zhì) ECM的過度累積以及基底膜的增厚導(dǎo)致的心肌纖維化是各類心臟疾病的重要病理特征之一，也是心功能障礙的重要誘因。臨床數(shù)據(jù)顯示心力衰竭晚期的病人心臟間質(zhì)中，ECM高度聚集及心肌纖維化[3]。因此，心肌纖維化是心臟疾病臨床預(yù)防與治療的重要干預(yù)靶點(diǎn)，然而，目前臨床上還缺乏有效的抑制或逆轉(zhuǎn)心肌纖維化的治療方法。已有治療策略主要涉及心肌纖維化信號(hào)通路如腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)、TGFβ信號(hào)通路等，但療效有限且存在一定副作用。本綜述將從心肌纖維化機(jī)制的研究和治療前景展開敘述。

1 心肌纖維化的發(fā)生機(jī)制

過去幾十年有關(guān)心肌纖維化的機(jī)制研究已初步明確，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)、TGFβ經(jīng)典或非經(jīng)典信號(hào)通路，炎性細(xì)胞因子等發(fā)揮重要調(diào)控作用，針對(duì)以上細(xì)胞因子或信號(hào)通路的靶向治療藥物在心肌纖維化的治療中作用有限[3]。心臟ECM中不僅含有膠原蛋白、糖蛋白和各種蛋白酶等，還有許多類型細(xì)胞如內(nèi)皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞、血管壁細(xì)胞等[4]，這些不同類型細(xì)胞同樣也在心肌纖維化中發(fā)揮重要作用。因此，心肌纖維化發(fā)生和發(fā)展是復(fù)雜的細(xì)胞和細(xì)胞因子系統(tǒng)調(diào)控過程，然而，目前對(duì)這一過程的調(diào)控機(jī)制還不完全清楚，特別是非心肌細(xì)胞的作用。

1.1 心肌成纖維細(xì)胞在心肌纖維化中的作用

心肌成纖維細(xì)胞是心臟中最大的細(xì)胞群體之一，以束狀或片狀分布于正常心臟肌纖維之間，維持心臟結(jié)構(gòu)與功能穩(wěn)態(tài)。心肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為具有分泌及收縮功能的肌成纖維細(xì)胞這一過程在心臟損傷修復(fù)中發(fā)揮重要作用，同時(shí)也是心肌纖維化的重要應(yīng)答機(jī)制之一[5]。研究認(rèn)為[6]，心肌梗死、壓力或體積過載等情況下，心肌成纖維細(xì)胞受到自身分泌或旁分泌的促炎癥因子如TNF-α、IL-1β等或促纖維化因子如醛固酮(aldosterone)、血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ)、內(nèi)皮素-1(endothelin-1)、TGF-β等的刺激以及胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子WT1(wilms tumor 1)、T-box-18/20等的作用，促進(jìn)細(xì)胞的增殖及活化為肌成纖維細(xì)胞，增加ECM的合成與分泌，影響心臟瘢痕和重塑穩(wěn)態(tài)，最終導(dǎo)致心臟病理性重構(gòu)及功能障礙。也有報(bào)道發(fā)現(xiàn)[7]，細(xì)胞膜蛋白如caveolin-1、thrombospodins、SPARC、periostin、tenascin-C、extracellular matrix-associated proteins(CCN)等與ECM相互作用而調(diào)控心肌成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，促進(jìn)心肌纖維化的發(fā)生，但目前對(duì)于這一調(diào)控過程的分子機(jī)制還不清楚。近年，基于單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)心臟心肌成纖維細(xì)胞存在異質(zhì)性，但其在心肌纖維化調(diào)控中的作用目前還不清楚[8]。

1.2 心肌細(xì)胞在心肌纖維化中的作用

心肌細(xì)胞(cardiomyocytes,CM)是心臟中所占體積最大的細(xì)胞群體，也是心臟纖維化的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞之一。在心衰病理?xiàng)l件下，各種損傷刺激包括機(jī)械應(yīng)激、代謝功能障礙或炎癥等誘導(dǎo)心肌細(xì)胞促纖維化程序的活化，促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖及向肌成纖維細(xì)胞分化[9]。當(dāng)心肌缺氧時(shí)，心肌細(xì)胞會(huì)大量合成及分泌TGF-β，從而刺激心肌成纖維細(xì)胞SMAD信號(hào)的改變，影響膠原的生成和纖維化重塑[10]。此外，心肌細(xì)胞還可以募集白細(xì)胞，導(dǎo)致促纖維化反應(yīng)激活。在人的成纖維細(xì)胞中，纖維化標(biāo)志物Gal-3被CT1上調(diào)，而Gal-3和CT1有相關(guān)性，當(dāng)Gal-3被CT1上調(diào)時(shí)，心肌纖維化發(fā)生[11]。

1.3 血管內(nèi)皮細(xì)胞在心肌纖維化中的作用

在心臟疾病動(dòng)物模型和人心肌病患者中存在高度的血管周圍纖維化現(xiàn)象，這一結(jié)果暗示血管細(xì)胞可能在纖維細(xì)胞活化中發(fā)揮重要作用。血管內(nèi)皮細(xì)胞是血管組成的重要成員之一，它可能在以下幾方面影響心肌纖維化的發(fā)生。首先，在心?；驂毫^載條件下，內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子如ICAM-1等的合成與分泌有助于招募纖維源性巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞而產(chǎn)生炎性應(yīng)答，促進(jìn)心肌纖維化的發(fā)生[12]；其次，內(nèi)皮細(xì)胞自身能夠合成與分泌細(xì)胞因子TGF-β、FGFs、ET-1等直接刺激而促進(jìn)纖維化的發(fā)生[13]；再次，內(nèi)皮細(xì)胞釋放的促炎癥因子及趨化因子能夠招募炎性細(xì)胞并活化炎癥應(yīng)答，從而促進(jìn)纖維化的發(fā)生；最后，也有發(fā)現(xiàn)認(rèn)為，損傷誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelial to mesenchymal transition,EndMT)，引起心肌纖維化等多種心血管疾病。然而，也有文獻(xiàn)報(bào)道認(rèn)為EndMT在心肌纖維化應(yīng)答中的作用不明顯，詳細(xì)調(diào)控機(jī)制還不清楚[14]。

1.4 血管壁細(xì)胞在心肌纖維化中的作用

周細(xì)胞(pericyte)也稱為壁細(xì)胞，位于微血管的內(nèi)皮層，具有組織特異性，在心臟中大量存在，但目前對(duì)于壁細(xì)胞的研究還比較少。壁細(xì)胞功能失調(diào)在缺血性心梗、纖維化及血栓形成等心臟病理發(fā)生過程中至關(guān)重要。在病理?xiàng)l件下，功能失調(diào)的周細(xì)胞會(huì)脫離內(nèi)皮細(xì)胞，從而遷移及分化為肌成纖維細(xì)胞，這一過程受到入侵心臟的巨噬細(xì)胞分泌的Galectin-3的誘導(dǎo)[15]，體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，膠原蛋白I、CTGF/CCN2及ASO2的表達(dá)能夠促進(jìn)周細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化，促進(jìn)纖維化過程[16]。但是，目前關(guān)于周細(xì)胞對(duì)于心血管病理機(jī)制研究報(bào)道的比較少，其精確的作用機(jī)制還不清楚。

1.5 免疫細(xì)胞在心肌纖維化中的作用

心臟ECM中含有大量各種類型的細(xì)胞，包括免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞、粒細(xì)胞等。心肌損傷中的巨噬細(xì)胞具有高度異質(zhì)性，表現(xiàn)出功能和表型的多樣性，是促纖維化細(xì)胞因子和生長因子的主要來源，介導(dǎo)炎癥、基質(zhì)重塑和基質(zhì)細(xì)胞蛋白的產(chǎn)生來調(diào)控纖維化[17]。在病理性纖維化的心臟中，肥大細(xì)胞會(huì)大量擴(kuò)增，是促進(jìn)纖維化的重要推手。如在心臟壓力過載動(dòng)物模型中，肥大細(xì)胞的缺失能夠減輕心臟纖維化，研究認(rèn)為[18]，肥大細(xì)胞可能利于巨噬細(xì)胞入侵，也可能是肥大細(xì)胞釋放了促纖維化的細(xì)胞因子(如TNF-α、TGF-β、IL-4、PDGFs)所致，但具體調(diào)控機(jī)制目前還不明確。T淋巴細(xì)胞在心梗及非缺血性心衰中參與了纖維化的調(diào)控，然而T細(xì)胞的招募及活化機(jī)制還不清楚，可能與炎性應(yīng)答有關(guān)。Neverset等[19]研究人員發(fā)現(xiàn)，T細(xì)胞可能是心力衰竭的誘因，活化的T細(xì)胞與心室內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合，并浸潤左心室，誘發(fā)心肌纖維化，促進(jìn)心力衰竭的發(fā)生。除此之外，也有報(bào)道發(fā)現(xiàn)粒細(xì)胞、樹突細(xì)胞、血小板細(xì)胞等也參與心肌纖維化的調(diào)控[20]，它們都是促纖維化細(xì)胞因子的來源，但具體調(diào)控機(jī)制還有待進(jìn)一步探討。

2 心肌纖維化的治療策略

2.1 抑制劑藥物的治療

目前，臨床上針對(duì)心肌纖維化的治療藥物主要涉及RAAS及TGFβ信號(hào)通路靶點(diǎn)。Tousoulis等[21]研究發(fā)現(xiàn)HMG-COA還原酶抑制劑或者他汀類藥物除能降血脂外，還可以通過調(diào)控基質(zhì)金屬蛋白酶和膠原蛋白I的表達(dá)來影響心肌間質(zhì)纖維化和心肌舒張功能障礙。利尿藥托拉塞米通過改善充血性心力衰竭患者的左心室功能而減少心肌纖維化，與此同時(shí)，患者心臟膠原蛋白I的合成也減少[22]。此外，臨床組織學(xué)研究數(shù)據(jù)顯示，一些用于心力衰竭治療的方法對(duì)心肌纖維化的緩解也有較好效果。通常，肺動(dòng)脈高血壓情況下，心室肥厚患者往往也存在心肌纖維化現(xiàn)象，采用血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑賴諾普利治療后，心肌纖維化有明顯的消退跡象，并且左心室舒張功能也得到改善[23]。血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑氯沙坦也可以緩解心肌纖維化，可能是影響膠原蛋白1的代謝而發(fā)揮作用[24]。其它藥物如用于治療2型糖尿病的藥物達(dá)帕利嗪，可以減輕壓力過載引起的心肌纖維化[25]。雖然抑制劑藥物治療心肌纖維化有一定效果，但對(duì)于發(fā)展至心衰末期的病人，只能寄希望于心臟移植，另一方面，抑制劑藥物的長期服用也會(huì)帶來一定的毒副作用，如心臟或肝臟毒性等。

2.2 干細(xì)胞治療

心臟疾病的干細(xì)胞治療臨床研究，主要采用兩種細(xì)胞移植策略，即直接將CM移植到心臟損傷部位和內(nèi)源性修復(fù)[26]。前者將細(xì)胞移植到受損傷區(qū)域，移植細(xì)胞將與宿主心肌中的活細(xì)胞整合，從而改善心臟功能，目前已有多種細(xì)胞類型作為移植細(xì)胞展開研究，如自體骨骼肌纖維細(xì)胞，骨髓來源CD34+細(xì)胞，C-kit+細(xì)胞，ESC/iPSC源CM前細(xì)胞和ESC/iPSC源CM細(xì)胞等，目前，僅C-kit+心臟祖細(xì)胞展示了較好的治療潛能[27]。后者則利用細(xì)胞或其產(chǎn)物誘導(dǎo)內(nèi)源性祖細(xì)胞或CM增殖，并通過旁分泌介導(dǎo)的作用替代受損心肌的纖維化組織，然而至今也沒有發(fā)現(xiàn)成年人心臟祖細(xì)胞存在的證據(jù)，僅發(fā)現(xiàn)部分分泌物如外泌體等能夠刺激心肌細(xì)胞再生。也有研究采用成年人非分化的祖細(xì)胞如骨髓單核細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)肝細(xì)胞(MSCs)、常駐心臟祖細(xì)胞(CPCs)來刺激內(nèi)源性再生治療途徑，MSCs和CPCs能夠產(chǎn)生新的CMs，對(duì)左心室功能及瘢痕減少有顯著改善，為心肌纖維化治療提供新的希望，但至今它們的作用機(jī)制還不明確。

2.3 CAR-T療法

到目前為止，嵌合抗原受體T細(xì)胞(CAR-T)療法是通過對(duì)來源于患者的T細(xì)胞進(jìn)行體外重編程，以識(shí)別特定細(xì)胞類型的表面標(biāo)志物，然后再將體外改造后的T細(xì)胞進(jìn)行體外增殖，輸入患者體內(nèi)以攻擊特定的細(xì)胞類型。目前該方法已在臨床上用于循環(huán)系統(tǒng)腫瘤的治療，并取得較好效果。2019年美國賓夕法尼亞大學(xué)Aghajanian 及其同事們將標(biāo)準(zhǔn)的CAR-T方法應(yīng)用于攻擊過度活躍的小鼠心臟成纖維細(xì)胞，結(jié)果顯示該方法能夠顯著恢復(fù)心功能[28]。人體適當(dāng)?shù)睦w維化應(yīng)答也發(fā)揮重要的作用，如促進(jìn)傷口愈合。近期，Melenhorst 和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，十多年前采用CAR-T療法成功治愈的白血病患者體內(nèi)仍能檢測到改造后的T細(xì)胞[29]，這一結(jié)果預(yù)示，CAR-T治療心肌纖維化后存在于體內(nèi)的T細(xì)胞可能會(huì)削弱傷口愈合能力。

2.4 mRNA疫苗療法

自2019年底新冠肺炎爆發(fā)以來，基于類似氣泡的脂質(zhì)納米顆粒包裹的mRNA疫苗引起了極大關(guān)注，幾款mRNA新冠疫苗在抗擊新冠肺炎中發(fā)揮重要作用。有研究[30]采用mRNA疫苗的方法將自行設(shè)計(jì)的mRNA封裝在氣泡狀的微型脂質(zhì)納米顆粒中，并與CD5抗體偶聯(lián)，注射入小鼠體內(nèi)，該mRNA分子被T細(xì)胞捕獲并使得T細(xì)胞獲得特異性靶向攻擊心肌成纖維細(xì)胞的能力，顯著減少AngⅡ/PE誘導(dǎo)的心肌纖維化、改善心功能。由于mRNA并未整合到T細(xì)胞的DNA上，因此，捕獲mRNA的T細(xì)胞只會(huì)存在幾天，隨后T細(xì)胞恢復(fù)正常，不再保留對(duì)成纖維細(xì)胞的攻擊，在消除心肌纖維化，改善心功能的同時(shí)，最大化減少改造后的T細(xì)胞帶來的毒副作用。

與傳統(tǒng)的信號(hào)通路或細(xì)胞因子抑制劑藥物比較，細(xì)胞治療方法如干細(xì)胞療法、CAR-T細(xì)胞療法、mRNA疫苗療法等在心肌纖維化動(dòng)物模型研究中顯示了較好的臨床應(yīng)用前景，代表未來心肌纖維化基礎(chǔ)理論研究與臨床應(yīng)用的一個(gè)重要方向。

2.5 中醫(yī)藥治療

近年研究發(fā)現(xiàn)中醫(yī)藥治療心肌纖維化是一種具有較高應(yīng)用潛能的治療策略。中醫(yī)藥治療主要是針對(duì)心肌纖維化病因進(jìn)行辨證論治，包括祛痰化瘀解毒法、軟堅(jiān)散結(jié)法、通絡(luò)法等治療心肌纖維化[31]。也有報(bào)道天麻組成的方劑—天麻鉤藤膏可以改善高血壓引起的心肌纖維化[32]。姜黃素是從植物姜黃的根莖中提取的色素，可以減少心肌梗死面積，保護(hù)心臟正常功能不受損，并且通過作用于血管緊張素轉(zhuǎn)化酶或血管緊張素受體，達(dá)到抑制心肌纖維化作用。研究顯示[33]，姜黃素通過調(diào)控TGF-β/Smads信號(hào)通路而阻礙心肌纖維化進(jìn)程，改善心功能。

2.6 生物材料的治療

近些年，醫(yī)用生物材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用一直很熱門，尤其是納米材料的應(yīng)用。碳納米管是一種碳基導(dǎo)電納米材料，因?yàn)榕c心肌有相互作用，被研究人員用于研究與心肌關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著濃度的增加，碳納米管可以抑制心肌成纖維細(xì)胞激活，緩解心肌纖維化的進(jìn)展[34]。此外，還可以運(yùn)用納米材料在其上裝有帶膠原特異性結(jié)合蛋白(CNA35)的載血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2激動(dòng)劑三氮脒，便可對(duì)心肌纖維化具有了靶向性，抑制纖維化的進(jìn)展[35]。

3 展 望

持續(xù)損傷所致心臟瘢痕的產(chǎn)生是心肌纖維化的重要病理特征，也是心力衰竭患者不良預(yù)后的重要指標(biāo)。目前，部分信號(hào)通路在心肌纖維化發(fā)生和發(fā)展中的調(diào)控作用雖已明確，然而基于這些信號(hào)通路為靶點(diǎn)的藥物，治療效果有限。心肌纖維化是多因素、多細(xì)胞相互作用的結(jié)果，其精確調(diào)控機(jī)制還有待進(jìn)一步的深入研究與探討。非心肌細(xì)胞在心肌纖維化中的作用與調(diào)控機(jī)制代表了新的研究思路與方向，同時(shí)也是臨床治療的新思路、新策略、新靶點(diǎn)。