LOXL2與心血管疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

孫陳琛， 邵晨， 杜榮增

(江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院心內(nèi)科，江蘇省鎮(zhèn)江市 212001)

心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)嚴(yán)重威脅人類的健康,是導(dǎo)致中國(guó)人口死亡的首要原因[1]。賴氨酰氧化酶樣蛋白2(lysyl oxidase-like 2，LOXL2)是賴氨酰氧化酶家族的一員，LOXL2功能失調(diào)與許多心血管疾病有關(guān)[2]，LOXL2或許可以成為治療CVD的新靶點(diǎn)。本文就LOXL2在心血管疾病中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為治療心血管疾病提供新的思路。

1 LOXL2的結(jié)構(gòu)和功能

LOXL2基因定位于人染色體8p21.3，編碼區(qū)由14個(gè)外顯子和13個(gè)內(nèi)含子組成[3]。LOXL2的C-末端保守性較高，包含銅結(jié)合位點(diǎn)、賴氨酸酪氨酰醌殘基(lysine tyrosylquinone，LTQ)和細(xì)胞因子受體結(jié)構(gòu)域(cytokine receptor-like domain，CRL)，而保守性較低的N-末端則含有4個(gè)富含半胱氨酸的清道夫受體結(jié)構(gòu)域(scavenger receptor cysteine-rich domains，SRCR)[4]。Zhang等[5]在2018年首次揭示了人賴氨酰氧化酶樣蛋白2(human lysyl oxidase-like 2，hLOXL2)前體狀態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)hLOXL2的整體結(jié)構(gòu)呈三角形，SRCR3、SRCR4和催化結(jié)構(gòu)域分別占據(jù)三角形的一角，銅結(jié)合序列和LTQ位于由3個(gè)α螺旋和14個(gè)β折疊結(jié)構(gòu)組成的催化結(jié)構(gòu)域中，當(dāng)銅結(jié)合位點(diǎn)被鋅占據(jù)后hLOXL2的酶活性明顯下降，而銅進(jìn)入后則能穩(wěn)定地激發(fā)hLOXL2的活性。

細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)由細(xì)胞表面或細(xì)胞之間的多糖和蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)構(gòu)成,在維持正常組織結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性方面起著重要作用。膠原蛋白和彈性蛋白是ECM的重要組成部分，LOXL2通過催化上述兩種蛋白上的賴氨酸殘基，將其交聯(lián)成韌性更強(qiáng)的膠原纖維和彈性纖維，從而維持ECM的結(jié)構(gòu)和功能[6]。Martin等[7]發(fā)現(xiàn)，敲除小鼠LOXL2基因后，約1/3小鼠在圍生期因嚴(yán)重的心臟缺陷而死亡。LOXL2的基礎(chǔ)表達(dá)水平對(duì)于心臟正常的ECM組成至關(guān)重要。LOXL2也廣泛分布于小動(dòng)脈和主動(dòng)脈的血管壁中，不僅能催化彈性蛋白交聯(lián)促進(jìn)血管發(fā)育[8]，還能直接調(diào)節(jié)IV型膠原和纖連蛋白的沉積，促進(jìn)血管生成[9]。Neumann等[10]通過沉默內(nèi)皮細(xì)胞中LOXL2基因的表達(dá)抑制血管的萌芽。然而當(dāng)LOXL2基因過表達(dá)后可能會(huì)使膠原等ECM成分過度沉積，造成心臟、血管等器官的纖維化，最終引起各種心血管疾病。研究發(fā)現(xiàn)，LOXL2參與腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、黏附、侵襲和轉(zhuǎn)移[11]。

2 LOXL2與心血管疾病

LOXL2與心力衰竭、心房顫動(dòng)、高血壓等心血管疾病之間存在復(fù)雜而密切的聯(lián)系(圖1)。

圖1 LOXL2與心血管疾病的關(guān)系

2.1 LOXL2與心力衰竭

主動(dòng)脈弓縮窄(transverse aortic constriction，TAC)常被用來誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生壓力負(fù)荷性心力衰竭。Nishimura等[12]在TAC和異丙腎上腺素刺激共同構(gòu)建的心力衰竭小鼠模型中觀察到了左心室心肌的纖維化，并且發(fā)現(xiàn)LOXL2基因表達(dá)上調(diào)。Yang等[13]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，心臟在應(yīng)激狀態(tài)下，間質(zhì)中的成纖維細(xì)胞會(huì)大量分泌LOXL2，產(chǎn)生轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β2(transforming growth factor，TGF-β2)，刺激成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化。同時(shí)，LOXL2也可作用于TGF-β2下游，刺激肌成纖維細(xì)胞遷移。給予LOXL2抑制性單克隆抗體和敲除LOXL2基因均可減輕心臟纖維化。

糖尿病是CVD發(fā)病的危險(xiǎn)因素，其通過氧化應(yīng)激、炎癥和免疫調(diào)節(jié)功能失調(diào)等途徑來誘導(dǎo)心肌間質(zhì)纖維化，使心臟收縮及舒張功能受限，誘發(fā)心力衰竭[14]。Johnson等[15]觀察到糖尿病小鼠血清和心臟組織中的LOXL2水平與左心室舒張功能之間存在明顯的負(fù)線性關(guān)系，LOXL2或許可以成為診斷糖尿病心肌病的潛在生物標(biāo)志物。

心肌梗死后，肌成纖維細(xì)胞會(huì)參與心肌的修復(fù)，防止梗死范圍擴(kuò)大，但同時(shí)心肌非損傷區(qū)域的成纖維細(xì)胞也會(huì)增殖，造成心室重構(gòu)和心力衰竭的發(fā)生[16]。Gonzalez-Santamaria等[17]發(fā)現(xiàn)，C57BL/6小鼠發(fā)生心肌梗死時(shí)，LOXL2的表達(dá)明顯上升，梗塞區(qū)域出現(xiàn)膠原纖維積聚，而使用阻斷抗體對(duì)LOX亞型進(jìn)行抑制后，心肌纖維化程度減輕，心臟重構(gòu)改善。Schilter等[18]發(fā)現(xiàn)，LOXL2/LOXL3抑制劑可減少膠原含量，降低心肌梗死小鼠的心肌纖維化面積，改善射血分?jǐn)?shù)，但不會(huì)對(duì)正常的膠原交聯(lián)產(chǎn)生影響。

綜上所述，心肌纖維化是心臟功能障礙的一個(gè)特征，纖維化會(huì)導(dǎo)致心室壁彈性下降，使心室收縮和舒張能力減弱，最終導(dǎo)致心力衰竭。當(dāng)壓力負(fù)荷、高血糖等因素長(zhǎng)期作用于心臟時(shí)，心臟成纖維細(xì)胞中的LOXL2基因表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，肌成纖維細(xì)胞合成的大量膠原在心臟間質(zhì)中沉積，心臟逐漸出現(xiàn)反應(yīng)性纖維化，最終引起心力衰竭。心肌梗死后，肌成纖維細(xì)胞通過瘢痕形成參與心肌的修復(fù)，心臟出現(xiàn)替代性纖維化，若纖維化面積較大則容易導(dǎo)致心功能下降。給予LOXL2抑制劑或敲除LOXL2基因也許可以減輕心臟纖維化程度，改善心功能。目前LOXL2抑制劑種類較少，有研究發(fā)現(xiàn)，LOXL2抑制劑PAT-1251可顯著降低小鼠肺纖維化，抑制劑已進(jìn)入健康志愿者I期試驗(yàn)，成為最先進(jìn)入臨床試驗(yàn)的LOXL2抑制劑之一[19]。但PAT-1251是否具有改善心肌纖維化的功能仍未明確，未來還需要大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和多中心大樣本的臨床試驗(yàn)來驗(yàn)證。

2.2 LOXL2與心房顫動(dòng)

心房顫動(dòng)(atrial fibrillation，AF)是一種常見的心律失常類型，其患病率隨著年齡的增加而增長(zhǎng)。心房纖維化與AF密切相關(guān)，極易造成心房?jī)?nèi)激動(dòng)傳導(dǎo)方向和速度的不均一，從而參與AF的發(fā)生與維持[20]。Zhao等[21]發(fā)現(xiàn)，陣發(fā)性、持續(xù)性心房顫動(dòng)患者血清中的LOXL2含量明顯升高，并且AF患者的平均左心房電壓與血清LOXL2含量呈負(fù)相關(guān)，而心房電壓標(biāo)測(cè)系統(tǒng)識(shí)別到的低電壓區(qū)即認(rèn)為是心房纖維化區(qū)域。Zhong等[22]發(fā)現(xiàn)，LOXL2在永久性心房顫動(dòng)患者的心房組織中的表達(dá)顯著上調(diào)，同時(shí)伴隨膠原(I型和III型)的增加。Wu等[23]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)LOXL2抑制劑可以抑制心房組織中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1和I型膠原的表達(dá)及Smad2/3的磷酸化，顯著減輕心房炎癥和纖維化，降低AF易感性。由此可見，LOXL2可能通過膠原沉積使心房產(chǎn)生大量纖維化區(qū)域，破壞心房正常的電傳導(dǎo)，最終促進(jìn)AF的發(fā)生和維持，而使用LOXL2特異性抑制劑或許可以減慢甚至逆轉(zhuǎn)這一過程。

心房纖維化的評(píng)估包括心肌活檢、心房多極電壓標(biāo)測(cè)、延遲增強(qiáng)磁共振成像(DE-MRI)等。心肌活檢是診斷心肌纖維化最可靠的方法，但因其對(duì)心臟有一定的損傷，臨床難于開展。心房電壓標(biāo)測(cè)需將標(biāo)測(cè)導(dǎo)管送入心腔，同樣屬于有創(chuàng)操作，實(shí)施較為困難。DE-MRI可操作性較高，但由于其高昂的費(fèi)用，普遍性不強(qiáng)，臨床上應(yīng)用較少。因此，尋找能夠快速、準(zhǔn)確反映心房纖維化的生物學(xué)指標(biāo)可能會(huì)成為未來的一項(xiàng)重大課題。

2.3 LOXL2與高血壓

高血壓的發(fā)生、發(fā)展與動(dòng)脈硬化有關(guān)[24]。ECM是血管壁的重要組成部分，其過度沉積會(huì)導(dǎo)致血管僵硬度增加。Craighead等[25]發(fā)現(xiàn)，與同齡血壓正常受試者相比，LOXL2在中年高血壓患者微血管內(nèi)皮細(xì)胞的外基質(zhì)中表達(dá)更高。Steppan等[26]觀察到老年小鼠主動(dòng)脈中的LOXL2含量較年輕小鼠升高，主動(dòng)脈血管硬化程度也更高。LOXL2通過促進(jìn)主動(dòng)脈纖維化，增加血管僵硬度，進(jìn)而引起血壓升高，而敲除LOXL2基因則可顯著延緩這一過程。

綜上所述，LOXL2可能通過ECM沉積促進(jìn)微血管和大血管纖維化，造成血壓升高。LOXL2的表達(dá)水平與年齡相關(guān)，年齡越大，血管硬化越嚴(yán)重，高血壓患病風(fēng)險(xiǎn)越高。目前關(guān)于LOXL2與高血壓關(guān)系的研究尚少，LOXL2在未來可能成為預(yù)測(cè)高血壓發(fā)生與進(jìn)展的一個(gè)潛在生物標(biāo)志物。

3 總 結(jié)

LOXL2在心血管系統(tǒng)發(fā)育過程中起了重要作用，但其過表達(dá)會(huì)增加細(xì)胞外基質(zhì)的過度沉積，引起心臟、血管纖維化，導(dǎo)致其功能障礙，進(jìn)而引發(fā)一系列心血管疾病。LOXL2引起心血管系統(tǒng)纖維化過程中的信號(hào)通路及其分子調(diào)控機(jī)制尚不明確。特異性LOXL2抑制劑可以顯著減輕心血管系統(tǒng)的纖維化進(jìn)程，但其具體療效仍需要大規(guī)模臨床試驗(yàn)來支持。目前尚無有效治療心肌纖維化及血管硬化的方法，LOXL2或許可以成為切入點(diǎn)來幫助開發(fā)新的治療方案。