半乳糖凝集素-3在心力衰竭中作用的研究進(jìn)展

王若琳, 顧 寧

(1. 南京中醫(yī)藥大學(xué), 江蘇 南京, 210046; 2. 南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬南京中醫(yī)院, 江蘇 南京, 210022)

隨著人口老齡化的進(jìn)展以及心血管疾病的日益增多，心力衰竭(HF)的患病率也在不斷攀升，全球約有2 300萬(wàn)人患有HF, 嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量?！?020中國(guó)心血管健康與疾病報(bào)告》指出[1]，中國(guó)心衰患者住院病死率約為4.1%。隨著醫(yī)療水平的提高，病死率總體已呈下降趨勢(shì)。臨床HF患者管理的關(guān)鍵在于及時(shí)識(shí)別心衰病情的嚴(yán)重程度和預(yù)后評(píng)判。半乳糖凝集素-3(Gal-3)作為新型生物標(biāo)志物越來(lái)越得到大家的關(guān)注。近年來(lái)，Gal-3被普遍認(rèn)為與HF在內(nèi)的多種心血管疾病的發(fā)生發(fā)展、診斷、治療以及預(yù)后相關(guān)。本文就Gal-3在HF中的作用機(jī)制、診斷價(jià)值、預(yù)后評(píng)估、靶點(diǎn)治療以及中醫(yī)藥干預(yù)等研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 Gal-3概述

糖蛋白Galectins家族是一組獨(dú)特的蛋白質(zhì)，通過(guò)糖識(shí)別結(jié)構(gòu)識(shí)別并結(jié)合細(xì)胞表面聚糖，在細(xì)胞生長(zhǎng)、免疫、代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等多方面發(fā)揮重要作用。迄今為止，已經(jīng)鑒定出15種哺乳動(dòng)物半乳糖凝集素，其都含有一個(gè)或多個(gè)保守的碳水化合物識(shí)別結(jié)構(gòu)域(CRD), 包含約130個(gè)氨基酸。根據(jù)CRD的數(shù)量和組織結(jié)構(gòu)，可將Galectin家族劃分為3個(gè)亞型: 原型組、嵌合體組和串聯(lián)重復(fù)組。

1.1 Gal-3的結(jié)構(gòu)

Gal-3是唯一的嵌合型半乳糖凝集素，其由一個(gè)富含脯氨酸和甘氨酸的非典型N端結(jié)構(gòu)域與一個(gè)碳水化合物識(shí)別結(jié)構(gòu)域組成[2], 而這2個(gè)結(jié)構(gòu)域分別發(fā)揮了不同的生物學(xué)功能。N端結(jié)構(gòu)域可協(xié)同參與CRD與配體結(jié)合，保持完整的生物活性。C端結(jié)構(gòu)域是發(fā)揮生物功能的主要結(jié)構(gòu)，包含碳水化合物結(jié)合基序和NWGR抗凋亡基序[3]。

Gal-3主要由炎癥細(xì)胞(巨噬細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞和中性粒細(xì)胞)、上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等分泌及釋放。Gal-3廣泛分布于人體多種器官，如肺臟、脾臟、腸道等組織器官，正常狀態(tài)下，在心臟的表達(dá)較低。Gal-3也在多種腫瘤中表達(dá)，其表達(dá)強(qiáng)度取決于腫瘤進(jìn)展、侵襲性和轉(zhuǎn)移潛能[4]。

1.2 Gal-3的生物學(xué)特性

Gal-3是Galectin家族中唯一的嵌合型單價(jià)結(jié)構(gòu)半乳糖凝集素，通過(guò)其特定的結(jié)構(gòu)與多種分子相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)不同的生物學(xué)功能。

Gal-3存在位置不同，其表現(xiàn)形式不同，而發(fā)揮的功能也不盡相同。在細(xì)胞內(nèi), Gal-3主要定位于細(xì)胞質(zhì)，少量位于細(xì)胞核及線粒體內(nèi)。研究[5]發(fā)現(xiàn)，磷酸化的Gal-3存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，而未磷酸化的Gal-3僅存在于細(xì)胞質(zhì)中。這些發(fā)現(xiàn)表明Gal-3進(jìn)入細(xì)胞核時(shí)會(huì)發(fā)生磷酸化。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的Gal-3可與多種細(xì)胞凋亡因子結(jié)合，參與調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、存活及死亡。線粒體作為Gal-3的富集位點(diǎn)，可通過(guò)調(diào)節(jié)聯(lián)鏈蛋白的表達(dá)來(lái)防止細(xì)胞色素C的釋放以及線粒體氧化損傷[6]。細(xì)胞核內(nèi)的Gal-3, 可調(diào)控基因表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞的生長(zhǎng)、黏附、轉(zhuǎn)移、侵襲等，從而發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能; 細(xì)胞外的Gal-3有較強(qiáng)的自分泌和旁分泌作用[3], 被證實(shí)可介導(dǎo)細(xì)胞黏附、信號(hào)傳導(dǎo)及細(xì)胞激活。通過(guò)這種方式, Gal-3可影響各種生物過(guò)程，如維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、免疫反應(yīng)、血管生成、炎癥、纖維形成、腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移等。Gal-3的表達(dá)調(diào)控是一個(gè)復(fù)雜、精細(xì)的機(jī)制，涉及眾多轉(zhuǎn)錄因子和信號(hào)通路，取決于細(xì)胞類型、外部刺激和環(huán)境條件。

2 Gal-3與HF

2.1 Gal-3影響HF的主要機(jī)制

既往對(duì)Gal-3的研究主要集中在腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移和侵襲方面。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)Gal-3也是眾多器官如腎臟、肺臟等纖維化形成的共同因素。Gal-3在正常心臟組織中表達(dá)很低，但當(dāng)心肌損傷時(shí)，炎癥信號(hào)釋放，巨噬細(xì)胞活化并遷徙到心臟組織, Gal-3表達(dá)增加，誘導(dǎo)心臟成纖維細(xì)胞增殖，膠原沉積，最終導(dǎo)致心室功能障礙。

當(dāng)Gal-3分泌增加時(shí)，作用于成纖維細(xì)胞并啟動(dòng)一個(gè)促纖維化程序。體外實(shí)驗(yàn)[2]表明, Gal-3將靜止的成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榧〕衫w維細(xì)胞，生成和分泌基質(zhì)蛋白，包括膠原蛋白、纖維連接蛋白和TGF-β。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，多項(xiàng)觀察表明Gal-3在心臟纖維化和重塑中發(fā)揮重要作用。

SHARMA U C等[7]首先在高血壓大鼠中發(fā)現(xiàn)Gal-3與巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞共同存在于纖維化區(qū)域。FU H等[8]利用心臟核磁共振進(jìn)行晚期釓增強(qiáng)(LGE)成像，量化LGE總體積，表示心肌纖維化(MF)的定量指標(biāo)，以此評(píng)估射血分?jǐn)?shù)降低(HFrEF)的急性失代償期心衰患者心肌纖維化程度。結(jié)果顯示HF患者血漿Gal-3水平越高，心肌纖維化越嚴(yán)重，且在1年隨訪中，重大不良心血管事件(MAE)的發(fā)生率顯著升高。

Gal-3可以作為心臟纖維化的可能標(biāo)志物，但其具體機(jī)制復(fù)雜, Gal-3不僅可以直接介導(dǎo)纖維化過(guò)程，還可作為上游或下游物質(zhì)參與多個(gè)途徑介導(dǎo)的纖維化。CALVIER L等[9]發(fā)現(xiàn)Gal-3在醛固酮誘導(dǎo)的心肌纖維化中被激活。醛固酮和Gal-3在心血管重塑中的相互作用已經(jīng)得到了實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持。特別是醛固酮已被證實(shí)通過(guò)PI3K-Akt途徑和核因子κB轉(zhuǎn)錄信號(hào)通路，及通過(guò)鹽皮質(zhì)激素受體誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分泌Gal-3[10]。在既往研究中也已證實(shí)，蛋白激酶B(Akt)活化有抗心肌纖維化和抗細(xì)胞凋亡作用。SUN Z等[11]在對(duì)糖脂代謝異常(GLD)的小鼠研究中發(fā)現(xiàn)，GLD作為心室重構(gòu)的誘導(dǎo)因素，通過(guò)上調(diào)Gal-3，抑制PI3K-Akt和AMPK-mTORC2-Akt信號(hào)途徑，導(dǎo)致心肌纖維化、細(xì)胞凋亡及心肌肥厚。SHIRAKAWA K等[12]提出IL-10-STAT3-gal-3軸的概念，其研究發(fā)現(xiàn)，該軸是心肌梗死后產(chǎn)生骨橋蛋白(OPN)的巨噬細(xì)胞極化的關(guān)鍵，這些巨噬細(xì)胞可通過(guò)誘導(dǎo)纖維化和清除凋亡細(xì)胞來(lái)促進(jìn)組織修復(fù)，Gal-3可能通過(guò)控制OPN水平而參與梗死心肌的修復(fù)性纖維化過(guò)程。

IBARROLA J等[13]研究表明, Gal-3可以促進(jìn)人類心臟成纖維細(xì)胞以及動(dòng)物和人類心臟病模型中的氧化應(yīng)激，這是Gal-3誘導(dǎo)心臟損傷的一種新機(jī)制。氧化應(yīng)激是活性氧產(chǎn)生和抗氧化解毒之間平衡的紊亂。在心臟纖維化過(guò)程中, Gal-3可增加心臟細(xì)胞中煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nox4)的表達(dá)，并調(diào)節(jié)Nox4來(lái)源的活性氧水平[14]。在HF患者中，氧化應(yīng)激發(fā)生在心肌，并與左心室功能障礙相關(guān)。因此，通過(guò)抑制Gal-3來(lái)降低氧化應(yīng)激和提高抗氧化防御能力，可能是一種減少HF患者心肌損傷的很有前景的方法。

2.2 Gal-3靶向治療

目前針對(duì)Gal-3靶點(diǎn)治療的思路主要分為Gal-3抑制劑的應(yīng)用以及上游通路途徑的抑制。大多數(shù)關(guān)于抑制Gal-3的藥理學(xué)方法的知識(shí)來(lái)自于治療癌癥的經(jīng)驗(yàn)[15]?？估w維化四肽(Ac-SDKP)是第一個(gè)被證明可以阻止Gal-3纖維化作用的化合物[16]。腹腔注射Gal-3可導(dǎo)致小鼠心包炎癥、纖維化和心衰。而同時(shí)使用Gal-3抑制劑Ac-SDKP可以防止Gal-3的有害作用。改性柑橘果膠(MCP)是Gal-3抑制劑中研究最深入的一種[17], 其通過(guò)與CRD的結(jié)合來(lái)降低Gal-3的活性。VERGARO G等[18]利用異丙腎上腺素誘導(dǎo)的大鼠HF模型，探索Gal-3和醛固酮的作用機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)抑制Gal-3(應(yīng)用MCP)和醛固酮可以逆轉(zhuǎn)異丙腎上腺素誘導(dǎo)的左心室功能不全，減少心肌炎癥和纖維生成。這是第一次證明Gal-3的藥理抑制可以逆轉(zhuǎn)既定的收縮功能障礙和左心室重構(gòu)，并進(jìn)一步支持了靶向Gal-3在HF治療中的潛在臨床應(yīng)用價(jià)值。XU G R等[19]在MCP對(duì)MF的影響和機(jī)制的研究中也有相似的結(jié)果。該研究還指出MCP是通過(guò)下調(diào)Gal-3、TLR4和MyD88的表達(dá)，從而抑制NF-κB-p65的激活。MCP降低了(白細(xì)胞介素)IL-1β、IL-18和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的表達(dá)，這也側(cè)面應(yīng)證了Gal-3與炎癥反應(yīng)的激活相關(guān)。N-乙酰乳胺也是Gal-3的抑制劑，在一項(xiàng)對(duì)心衰易發(fā)傾向大鼠研究[20]中，N-乙酰乳胺與Gal-3的CRD區(qū)結(jié)合，可降低大鼠的心臟纖維化，降低左室舒張末期壓力，提高大鼠的存活率。綜上，Gal-3抑制劑的應(yīng)用對(duì)于減少心肌纖維化、改善HF有積極作用，提示Gal-3的靶向治療可能是HF診療的新前景。

2.3 Gal-3對(duì)診斷及預(yù)后評(píng)估的價(jià)值

由于Gal-3在介導(dǎo)心臟病方面的重要作用，其在2010年被美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)為預(yù)測(cè)心血管不良事件和與臨床評(píng)價(jià)結(jié)合使用的新型生物標(biāo)志物。

張記收等[21]對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)Gal-3診斷方面的研究進(jìn)行Meta分析，系統(tǒng)評(píng)估與薈萃分析結(jié)果顯示Gal-3對(duì)慢性心力衰竭(CHF)有中等偏高程度的診斷價(jià)值。一項(xiàng)觀察性Diast-CHF研究[22], 對(duì)先前懷疑心衰或包含有≥1個(gè)危險(xiǎn)因素的1 386例HF患者進(jìn)行了10年的隨訪觀察，結(jié)果顯示Gal-3水平與射血分?jǐn)?shù)保留心衰(HFpEF)的發(fā)生、死亡或因心血管事件而住院及死亡的風(fēng)險(xiǎn)較高相關(guān)，且Gal-3對(duì)于HFpEF檢測(cè)的靈敏度為0.63, 特異性為0.73, 提示檢測(cè)HFpEF的診斷能力優(yōu)于N-末端腦鈉肽前體(NT-proBNP) (P<0.001)。因此將Gal-3聯(lián)合NT-proBNP或腦鈉肽(BNP)檢測(cè)或許能提高HF診斷的準(zhǔn)確率，有助于HF患者早期診斷，更全面反映患者心臟的狀態(tài)，并為臨床決策提供有力的支持。

Gal-3在早期識(shí)別HFpEF方面也有較高的價(jià)值，一項(xiàng)納入592例HF患者的研究[23]中，其中114例為HFpEF患者，隨訪約1.5年，結(jié)果顯示Gal-3在HFpEF患者中對(duì)再住院和死亡的預(yù)測(cè)價(jià)值高于HFrEF患者。

在一項(xiàng)涉及8 000多名參與者的大型社區(qū)隊(duì)列研究[24]中, DE BOER R A等發(fā)現(xiàn)Gal-3水平升高與心血管疾病和全因死亡率密切相關(guān)。WU C X等[25]將Gal-3作為CHF和急性心力衰竭(AHF)預(yù)后標(biāo)志物的能力進(jìn)行了薈萃分析，得出Gal-3的上升會(huì)增加HF發(fā)病率及心血管死亡風(fēng)險(xiǎn)。IMRAN T F[26]對(duì)32 350例受試者進(jìn)行的Meta分析結(jié)果與上述研究相似。提示Gal-3在心衰的風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)后方面的評(píng)估價(jià)值較好。目前Gal-3已被ACC/AHA作為Ⅱ級(jí)推薦用于確定CHF患者的預(yù)后[27]。

雖然Gal-3水平在AHF患者中通常升高，但其在診斷AHF中作用有限[28]。因?yàn)镚al-3是一個(gè)緩慢的標(biāo)記物，反映纖維化過(guò)程，其可能在識(shí)別AHF患者預(yù)測(cè)未來(lái)事件發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)以及隨訪中較為有效。此外，心肌Gal-3可以被認(rèn)為是心臟炎癥和纖維化的可能標(biāo)志物。但循環(huán)中Gal3的濃度可能不能反映心肌內(nèi)Gal-3水平或心肌纖維化[29], 或許與Gal-3也影響其他臟器纖維化有關(guān)，該方面還有待進(jìn)一步研究來(lái)明確循環(huán)Gal-3的作用。

3 心力衰竭中醫(yī)藥研究

詹文鳳[30]進(jìn)行了一項(xiàng)對(duì)HF患者中醫(yī)證型與Gal-3之間關(guān)系的研究，結(jié)果顯示，各中醫(yī)證型HF患者Gal-3水平高于健康對(duì)照組(P<0.05)，且隨著氣虛血瘀證、氣陰兩血瘀證、陽(yáng)氣虧虛血瘀證的演變, Gal-3的水平呈升高趨勢(shì)，各中醫(yī)證型間血清 Gal-3水平比較，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。推測(cè)Gal-3水平與CHF中醫(yī)證型的演變規(guī)律有一定聯(lián)系，可能反映出CHF不同中醫(yī)證型患者的Gal-3具有不同的表達(dá)水平。史菲[31]等研究亦證實(shí)Gal-3對(duì)CHF中醫(yī)證型的演變規(guī)律有一定的參考價(jià)值。聶錦坤等[32]用溫陽(yáng)活血利水法治療CHF急性加重患者，觀察臨床癥狀，測(cè)定血清Gal-3等指標(biāo)，對(duì)照組予常規(guī)西醫(yī)治療，治療組在對(duì)照組治療基礎(chǔ)上予溫陽(yáng)活血利水法治療。該研究結(jié)果顯示，治療組患者治療后與對(duì)照組比較，血清Gal-3、BNP均下降，癥狀改善，心功能有所恢復(fù)，提示中醫(yī)溫陽(yáng)活血利水法能有效降低HF患者Gal-3的水平，并且監(jiān)測(cè)血清Gal-3水平可作為臨床療效評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)之一。

4 未來(lái)展望

在過(guò)去的幾十年里, Gal-3得到了深入研究，并確立了其在細(xì)胞內(nèi)外的各種生物學(xué)功能。近幾年, Gal-3在心血管疾病中的作用得到廣泛關(guān)注并加以研究。目前, Gal-3已被證實(shí)作為一種生物標(biāo)志物，對(duì)HF死亡率和再住院率有獨(dú)立的預(yù)后價(jià)值。但Gal-3介導(dǎo)炎癥反應(yīng)、心肌纖維化的具體機(jī)制及途徑尚未完全明確。今后的研究重點(diǎn)應(yīng)是在機(jī)制探討、全面詮釋的基礎(chǔ)上，研究Gal-3作為治療靶點(diǎn)在HF及眾多疾病方面的臨床應(yīng)用價(jià)值與意義。