P物質(zhì)在心臟纖維化中的作用機(jī)制研究

陶新宇，曲晨

(南京醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科，南京 210011)

心臟纖維化的突出特征是心肌成纖維細(xì)胞過(guò)度重塑和細(xì)胞外基質(zhì)積聚。在致病因素作用下，細(xì)胞外基質(zhì)代謝紊亂、膠原過(guò)度沉積等因素導(dǎo)致心肌代謝、傳導(dǎo)功能下降；心肌成纖維細(xì)胞異常增生導(dǎo)致心肌僵硬度和心肌重塑增加，破壞正常心肌的結(jié)構(gòu)和功能。心力衰竭、心肌梗死等心臟疾病均與心肌纖維化有關(guān)，且發(fā)病率和病死率均較高[1]。心臟衰老的重要特征之一是發(fā)生纖維化。心臟纖維化及其相關(guān)心血管疾病嚴(yán)重威脅人類健康，但目前仍缺乏有效的防治手段。研究顯示，免疫炎癥反應(yīng)是啟動(dòng)和促進(jìn)心肌纖維化形成及發(fā)展的關(guān)鍵步驟，而P物質(zhì)不僅是一種小分子神經(jīng)遞質(zhì)，也是一種重要的炎癥誘導(dǎo)因子[2]。有研究發(fā)現(xiàn)，P物質(zhì)可減輕缺氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的H9C2心肌細(xì)胞凋亡，但加入神經(jīng)激肽-1受體(neurokinin-1 receptor，NK-1R)抑制劑后，P物質(zhì)對(duì)蛋白激酶B信號(hào)通路的活化作用以及抗心臟凋亡作用均顯著減弱[3]。目前P物質(zhì)在心臟纖維化中的作用機(jī)制尚未完全明確，因此深入了解P物質(zhì)在心臟纖維化過(guò)程中的作用及相關(guān)信號(hào)通路，對(duì)于減輕心臟纖維化、降低纖維化相關(guān)心血管疾病的發(fā)生率和病死率均具有重要意義?，F(xiàn)就P物質(zhì)在心臟纖維化過(guò)程中的作用機(jī)制予以綜述。

1 P物質(zhì)

P物質(zhì)是一種由11個(gè)氨基酸殘基(十一肽)與氨基酸序列Arg-Pro-Lys-Pro-Gln-Gln-Phe-Phe-Gly-Leu-Met-NH2組成的小分子神經(jīng)遞質(zhì)，也是重要的炎癥誘導(dǎo)因子[3]，參與疼痛反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)和傷口愈合等過(guò)程。P物質(zhì)存在于正常心臟冠狀動(dòng)脈和小動(dòng)脈的感覺(jué)神經(jīng)中，少量存在于冠狀動(dòng)脈的內(nèi)皮細(xì)胞中[4]，可感受冠狀動(dòng)脈壓力、流量、穩(wěn)態(tài)的變化。P物質(zhì)水平升高在最初可能是有利的，但其表達(dá)長(zhǎng)期上調(diào)可導(dǎo)致心臟微環(huán)境紊亂，并產(chǎn)生心臟重構(gòu)不良及心力衰竭等不利影響[5]。NK-1R是一種具有407個(gè)氨基酸的G蛋白偶聯(lián)受體，廣泛存在于各種細(xì)胞組織中，包括血管內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、白細(xì)胞以及神經(jīng)元等[6]。

P物質(zhì)與NK-1R結(jié)合形成的復(fù)合物在心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)中廣泛存在，可啟動(dòng)信號(hào)級(jí)聯(lián)，通過(guò)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[如1，4，5-三磷酸肌醇(inositol triphosphate，IP3)、二酰甘油(diacylglycerol，DG)及環(huán)腺苷酸(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)等]參與體內(nèi)生理反應(yīng)，這些信號(hào)通路通過(guò)控制細(xì)胞因子的表達(dá)，調(diào)節(jié)離子通道的活動(dòng)[7]。Mehboob[8]研究發(fā)現(xiàn)，病毒感染后，普通小鼠心臟中的P物質(zhì)水平升高，而缺乏速激肽-1基因的小鼠可免受心臟炎癥的損害，因此P物質(zhì)可能是導(dǎo)致2019新型冠狀病毒肺炎(新冠肺炎)患者心力衰竭的一個(gè)重要介質(zhì)，而阿普雷帕霉素可阻止新冠肺炎患者心臟炎癥的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，但其具體作用機(jī)制及臨床效果目前尚不明確。

目前關(guān)于P物質(zhì)的研究主要集中于腫瘤及疼痛方面，NK-1R拮抗劑在臨床上主要用于抗炎、抗抑郁、鎮(zhèn)痛、抗病毒以及抗腫瘤等方面[9]。如張渝等[10]研究發(fā)現(xiàn)，P物質(zhì)/NK-1R可促進(jìn)鼻咽癌細(xì)胞增殖、侵襲等。但目前關(guān)于P物質(zhì)在心臟纖維化方面的體內(nèi)外研究較少，仍需未來(lái)進(jìn)一步研究探索。

2 P物質(zhì)在心臟纖維化中的作用通路

心臟成纖維細(xì)胞的異常增殖及細(xì)胞外基質(zhì)的過(guò)度合成和沉積是導(dǎo)致心臟纖維化形成的重要機(jī)制。隨著成纖維細(xì)胞生存微環(huán)境的改變，其生長(zhǎng)及代謝等活動(dòng)過(guò)程也會(huì)發(fā)生改變，而P物質(zhì)可通過(guò)影響心臟成纖維細(xì)胞生存環(huán)境的成分激活不同信號(hào)通路，從而調(diào)節(jié)或直接參與心臟纖維化的進(jìn)程。如P物質(zhì)可產(chǎn)生Ca2+，并經(jīng)磷脂酶C(phospholipases C，PLC)-IP3/DG-Ca2+通路參與成纖維細(xì)胞的有絲分裂過(guò)程，促進(jìn)已經(jīng)活化的成纖維細(xì)胞增殖和遷移[11]；而細(xì)胞間黏附分子-1 (intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)可通過(guò)激活促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)通路參與調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)的心臟纖維化[12]。此外，P物質(zhì)還可刺激肥大細(xì)胞脫顆粒釋放糜蛋白酶等物質(zhì)，通過(guò)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)/Smads通路促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的合成和沉積[13]?？傊?，P物質(zhì)可通過(guò)多種通路參與心臟纖維化的發(fā)生發(fā)展，但具體機(jī)制目前尚未完全闡明。

2.1通過(guò)PLC-IP3/DG-Ca2+通路參與心臟纖維化過(guò)程 細(xì)胞內(nèi)的Ca2+可誘導(dǎo)心臟成纖維細(xì)胞增殖，Ca2+通過(guò)參與某些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)心肌纖維化的發(fā)展。Kumaran和Shivakumar[14]研究顯示，P物質(zhì)可提高成年大鼠心臟成纖維細(xì)胞內(nèi)的Ca2+和超氧陰離子水平，引起增生性反應(yīng)，促進(jìn)心臟纖維化的發(fā)生發(fā)展。P物質(zhì)還可刺激心臟中性粒細(xì)胞中的磷脂酰肌醇二磷酸水解為DG和IP3，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平升高[15]。此外，P物質(zhì)及其相關(guān)的速激肽也可促進(jìn)細(xì)胞外Ca2+通過(guò)L型和N型Ca2+通道內(nèi)流，從而激活Ca2+信號(hào)通路，而該信號(hào)通路可被鈣通道阻滯劑阻斷[16]。胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)可促進(jìn)細(xì)胞有絲分裂，在細(xì)胞增殖和分化中發(fā)揮關(guān)鍵作用，減少ERK1/2磷酸化可顯著降低Ⅰ型、Ⅲ型膠原信使RNA和蛋白的表達(dá)[17]。而ERK1和ERK2激活是心臟成纖維細(xì)胞DNA合成所必需的[18]，也是啟動(dòng)和促進(jìn)心臟纖維化的關(guān)鍵步驟。P物質(zhì)可通過(guò)PLC-IP3-Ca2+通路升高胞質(zhì)內(nèi)Ca2+水平，從而激活ERK通路[19]。因此，P物質(zhì)可能通過(guò)PLC-IP3-Ca2+信號(hào)通路參與成纖維細(xì)胞有絲分裂，促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖。Tanabe等[20]研究證明，P物質(zhì)可通過(guò)激活NK-1R-PLC-DG-PKC通路產(chǎn)生Ca2+和氧自由基，而Ca2+作用于線粒體可促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生，活性氧又可作用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的Ca2+-ATP酶，促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放，導(dǎo)致胞質(zhì)內(nèi)Ca2+水平進(jìn)一步升高，兩者相互作用、互相促進(jìn)，形成惡性循環(huán)，進(jìn)一步促進(jìn)心臟纖維化進(jìn)程。綜上，P物質(zhì)可通過(guò)NK-1R-PLC-DG-PKC通路參與心臟纖維化的發(fā)生發(fā)展，早期阻斷該通路可能成為治療心臟急慢性損傷以及心臟纖維化的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

2.2通過(guò)cAMP-PKA通路參與心臟纖維化過(guò)程 cAMP是一種在人體內(nèi)普遍存在的第二信使，G蛋白的α亞基與興奮性G蛋白結(jié)合形成復(fù)合物，進(jìn)而激活腺苷酸環(huán)化酶，催化cAMP形成[21]。磷酸二酯酶可通過(guò)將cAMP水解為不活躍的5′腺苷-磷酸降低cAMP活性[22]。cAMP的效應(yīng)因子PKA是一種具有廣泛特異性的堿性絲氨酸/蘇氨酸激酶，其可激活心臟成纖維細(xì)胞中的一種可抑制RhoA活性的物質(zhì)，而該物質(zhì)可通過(guò)Ca2+循環(huán)以及肌纖維收縮直接調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)，從而控制細(xì)胞的形態(tài)、遷移和黏附[23]。

cAMP是纖維反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)因子，其調(diào)控的信號(hào)通路可很大程度上影響心臟成纖維細(xì)胞的功能，進(jìn)而影響心臟纖維化的發(fā)展。Zhang等[24]研究表明，在異丙腎上腺素誘導(dǎo)的新生大鼠心肌細(xì)胞肥大過(guò)程中，cAMP/PKA信號(hào)通路顯著增強(qiáng)。因此，增強(qiáng)抗纖維化cAMP效應(yīng)物的活性、抑制促纖維化cAMP復(fù)合物的信號(hào)傳遞，或可成為未來(lái)減輕或逆轉(zhuǎn)心臟纖維化的新策略。

2.3通過(guò)MAPK/PKC-ICAM-1通路參與心臟纖維化形成 哺乳動(dòng)物體內(nèi)的MAPK通路主要包括ERK、p38 MAPK和c-Jun氨基端激酶，ERK激活可促進(jìn)細(xì)胞有絲分裂，在細(xì)胞增殖和分化中發(fā)揮關(guān)鍵作用；而c-Jun氨基端激酶和p38 MAPK可被環(huán)境應(yīng)激(如紫外線照射)激活，在細(xì)胞凋亡和細(xì)胞因子表達(dá)中發(fā)揮重要作用[25]。

ICAM-1是一種重要的促炎分子，主要分為可溶型和膜型，經(jīng)蛋白酶裂解后，膜型ICAM-1細(xì)胞外成分脫落進(jìn)入血液，形成可溶型ICAM-1，可溶型ICAM-1水平升高，預(yù)示心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)增加[26]。MAPK和PKC是ICAM-1表達(dá)過(guò)程中的重要調(diào)節(jié)劑。Tsakadze等[27]研究表明，在心臟纖維化過(guò)程，MAPK和PKC參與調(diào)節(jié)可溶型ICAM-1的產(chǎn)生。使用p42/44 MAPK抑制劑和PKC抑制劑處理小鼠可完全消除P物質(zhì)對(duì)可溶型ICAM-1的影響，表明P物質(zhì)可通過(guò)MAPK/PKC信號(hào)通路介導(dǎo)可溶型ICAM-1的產(chǎn)生和釋放[28]。Lang等[29]研究發(fā)現(xiàn)，抑制ICAM-1可減少巨噬細(xì)胞的積聚和TGF-β的表達(dá)，從而減輕血管中層增厚以及由血管生成素Ⅱ誘導(dǎo)的纖維化。有研究發(fā)現(xiàn)，腎素-血管緊張素誘導(dǎo)的高血壓大鼠心肌中ICAM-1水平顯著升高，同時(shí)在大鼠循環(huán)的白細(xì)胞中也檢測(cè)到相應(yīng)配體，其心臟伴有慢性纖維化改變[30]。ICAM-1的細(xì)胞間特異性識(shí)別功能使其成為反映炎癥的可靠標(biāo)志物，可引導(dǎo)白細(xì)胞黏附和遷移至炎癥部位，從而介導(dǎo)炎癥過(guò)程，同時(shí)增加特異性單核細(xì)胞趨化蛋白-1的產(chǎn)生，從而趨化和激活單核細(xì)胞至炎癥部位，促進(jìn)其他炎癥因子的表達(dá)并調(diào)節(jié)機(jī)體免疫，在進(jìn)行性心臟纖維化過(guò)程中起重要作用[31]。Trial等[32]研究發(fā)現(xiàn)，C57BL/6J衰老小鼠心臟單核巨噬細(xì)胞在特異性單核細(xì)胞趨化蛋白-1誘導(dǎo)下向心臟遷移，并極化為M2型巨噬細(xì)胞，進(jìn)而促進(jìn)年齡相關(guān)的纖維化和心臟舒張功能障礙的發(fā)展。

總之，P物質(zhì)通過(guò)激活MAPK/PKC/ICAM-1通路不僅可增加心臟成纖維細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)合成，還可介導(dǎo)心臟成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖。而ICAM-1的增加可能涉及MAPK和PKC依賴機(jī)制的轉(zhuǎn)錄后和(或)翻譯后調(diào)節(jié)，但目前P物質(zhì)與ICAM-1基因的關(guān)系尚未明確，仍需未來(lái)進(jìn)一步研究闡明。

2.4通過(guò)肥大細(xì)胞激活TGF-β/Smads通路參與心臟纖維化的形成 心臟肥大細(xì)胞在驅(qū)動(dòng)不利的心肌重塑中具有重要作用，而P物質(zhì)是一種肥大細(xì)胞促分泌素，可促進(jìn)肥大細(xì)胞釋放大量介質(zhì)，打破心臟微環(huán)境的平衡，引起一系列病理反應(yīng)。Li等[33]報(bào)道顯示，人心臟移植后肥大細(xì)胞數(shù)量增加，且與纖維化呈正相關(guān)；肥大細(xì)胞在心臟移植后第1周即出現(xiàn)，第2周肥大細(xì)胞脫顆粒并釋放大量介質(zhì)，第3周檢測(cè)心臟纖維化程度發(fā)現(xiàn)具有較高數(shù)量肥大細(xì)胞的患者心臟纖維化增加17%，而具有較少數(shù)量肥大細(xì)胞的患者心臟纖維化僅增加3.5%。研究表明，P物質(zhì)可通過(guò)NK-1R激活心臟肥大細(xì)胞[2]，導(dǎo)致肥大細(xì)胞脫顆粒并釋放大量與纖維化有關(guān)的介質(zhì)，如糜蛋白酶、類胰蛋白酶、組胺以及細(xì)胞因子等[34]，這些物質(zhì)均由肥大細(xì)胞合成或儲(chǔ)存，共同參與心肌纖維化過(guò)程。胰蛋白酶主要儲(chǔ)存于心臟肥大細(xì)胞的顆粒中，主要通過(guò)MAPK或蛋白酶活化受體-2通路促進(jìn)心臟成纖維細(xì)胞增殖及膠原合成[35]。而根據(jù)既往研究，糜蛋白酶在心臟纖維化過(guò)程中的作用主要通過(guò)TGF-β/Smads通路實(shí)現(xiàn)[36]。

激活后的肥大細(xì)胞發(fā)生緩慢脫顆粒，使糜蛋白酶被釋放至細(xì)胞外，從而發(fā)揮作用[37]。糜蛋白酶是人、犬和小鼠體內(nèi)血管緊張素Ⅱ產(chǎn)生過(guò)程中的調(diào)節(jié)劑[38]，大鼠心臟血管緊張素Ⅱ的形成約25%歸因于糜蛋白酶，而血管緊張素Ⅱ是參與高血壓誘導(dǎo)心肌纖維化進(jìn)展的重要物質(zhì)之一[39]。研究表明，血管緊張素Ⅱ可顯著抑制心功能減弱相關(guān)的心肌纖維化過(guò)程[40]；同時(shí)，其還可激活成纖維細(xì)胞并使其轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞增殖和膠原沉積[41]。Stewart等[42]首次證實(shí)，抑制糜蛋白酶的表達(dá)可減少心臟纖維化、改善左心室舒張功能。研究發(fā)現(xiàn)，與未使用糜蛋白酶抑制劑大鼠相比，使用糜蛋白酶抑制劑NK3201心肌梗死大鼠心臟內(nèi)Ⅰ型和Ⅲ型膠原水平顯著降低[43]。Shimizu等[44]研究發(fā)現(xiàn)，雄性倉(cāng)鼠主動(dòng)脈縮窄可導(dǎo)致糜蛋白酶活性增加、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶活性降低，進(jìn)而導(dǎo)致倉(cāng)鼠心臟纖維化。心肌內(nèi)的糜蛋白酶可通過(guò)激活膠原酶產(chǎn)生血管緊張素等激活TGF-β/Smads通路，進(jìn)而參與細(xì)胞外基質(zhì)的形成和降解，增強(qiáng)心臟纖維化[45]。在細(xì)胞水平上，用糜蛋白酶處理離體心臟的成纖維細(xì)胞24 h，可導(dǎo)致成纖維細(xì)胞增殖，同時(shí)伴隨TGF-β1信使RNA和蛋白水平升高[46]。TGF-β1可通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的Smad2和Smad3激活成纖維細(xì)胞并產(chǎn)生膠原，在心肌肥厚和纖維化中發(fā)揮重要作用[40]。且Smad和非Smad途徑均可被TGF-β1激活，TGF-β1首先以非Smad依賴的方式引起c-Jun氨基端激酶的快速激活，隨后以Smad依賴的方式持續(xù)激活c-Jun氨基端激酶[25]。Wu等[47]給予心肌梗死致心肌纖維化模型大鼠纈沙坦后，大鼠心功能顯著改善，且該保護(hù)作用主要通過(guò)抑制TGF-β1/Smads通路實(shí)現(xiàn)。因此，糜蛋白酶可直接或通過(guò)血管緊張素Ⅱ間接調(diào)節(jié)心肌纖維化過(guò)程。

總之，外來(lái)因素長(zhǎng)期刺激可導(dǎo)致心臟內(nèi)的P物質(zhì)及其受體水平上調(diào)，并刺激心臟肥大細(xì)胞脫顆粒，釋放大量介質(zhì)，從而破壞心臟細(xì)胞微環(huán)境的平衡，且P物質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)生的介質(zhì)主要通過(guò)糜蛋白酶以及血管緊張素Ⅱ使TGF-β1/Smads等相關(guān)通路活化，促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)異常沉積，導(dǎo)致心臟纖維化進(jìn)程。因此，阻斷TGF-β1/Smads等相關(guān)通路可成為延緩或治療心肌纖維化的重要靶點(diǎn)。

3 小 結(jié)

P物質(zhì)長(zhǎng)期上調(diào)可導(dǎo)致心臟微環(huán)境成分異常，進(jìn)而通過(guò)各種信號(hào)通路直接或間接導(dǎo)致心臟的不良重構(gòu)，促進(jìn)心臟纖維化進(jìn)展。在缺血再灌注病變的急性期，P物質(zhì)及其受體對(duì)于心臟主要發(fā)揮保護(hù)作用[3]；在慢性心功能不全時(shí)，P物質(zhì)可通過(guò)各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)心室重構(gòu)，但具體作用機(jī)制目前尚未完全明確。目前關(guān)于P物質(zhì)上調(diào)在心臟纖維化過(guò)程中的作用機(jī)制研究仍較少，未來(lái)深入研究P物質(zhì)在心臟纖維化中的相關(guān)作用通路，有利于尋找心臟纖維化的治療靶點(diǎn)，對(duì)改善心血管相關(guān)疾病以及并發(fā)癥均具有重要意義。