骨膜蛋白在心血管疾病中的研究進(jìn)展

方學(xué)升 ， 包明威

1.武漢大學(xué)人民醫(yī)院心血管內(nèi)科，武漢 430060；2.武漢大學(xué)心血管病研究所，武漢 430060；3.湖北省心血管病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430060

目前，我國心血管疾病患者多達(dá)3億，其中高血壓患者2.45億、下肢動脈疾病患者4530萬、冠心病患者1139萬、心力衰竭（heart failure，HF）患者890萬、肺源性心臟病患者500萬、心房顫動（atrial fibrillation，AF）患者487萬、風(fēng)濕性心臟病患者250萬。心血管疾病病因復(fù)雜且缺乏有效的治療方式，心血管疾病已成為威脅人類健康的首要因素［1］。近年來，研究發(fā)現(xiàn)在心血管系統(tǒng)的許多細(xì)胞，如內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cells，ECs）、心肌細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞（smooth muscle cells，SMCs）、上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中均可檢測到骨膜蛋白（periostin，POSTN）表達(dá)，且與心肌梗死（myocardial infarction，MI）、心臟重塑、血管病變等病理過程密切相關(guān)［2］。因此，POSTN有望成為心血管疾病防治的新靶點(diǎn)，本文就POSTN與心血管疾病的相關(guān)研究作綜述，以期為心血管疾病的早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷、早期治療及預(yù)后評估提供新思路。

1 POSTN結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能

POSTN是一種90 kD的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，其組成包括C末端9個外顯子組成的選擇性剪接區(qū)、中央部分4個連續(xù)的FAS結(jié)構(gòu)域、N-末端的Emily（EMI）結(jié)構(gòu)域［2］。EMI結(jié)構(gòu)域與蛋白質(zhì)的相互作用或多聚體化有關(guān)，F(xiàn)AS結(jié)構(gòu)域與細(xì)胞黏附相關(guān)。在正常情況下，在各個組織中僅能檢測到微量的POSTN，例如在結(jié)締組織中的膠原密集區(qū)域，包括牙周膜、骨膜、心臟瓣膜等［3］。而POSTN的表達(dá)和分泌在炎癥、梗死心肌、纖維化及癌變組織中明顯升高［2］。此外，POSTN被認(rèn)為與多種整合素受體相互作用，包括αVβ1、αVβ3、αVβ5、αMβ2和α6β4，以啟動細(xì)胞增殖、遷移、上皮細(xì)胞向間質(zhì)轉(zhuǎn)化、血管新生和鈣化，調(diào)節(jié)結(jié)締組織的生物力學(xué)性質(zhì)，以及損傷后心肌細(xì)胞的修復(fù)過程［4］。

2 POSTN與心血管系統(tǒng)疾病

2.1 POSTN與血管病變

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是最常見的心血管疾病之一，其主要表現(xiàn)為脂質(zhì)、炎性細(xì)胞、血管SMCs和壞死性細(xì)胞碎片在血管內(nèi)壁單層ECs下的內(nèi)膜空間長期積聚形成纖維帽而導(dǎo)致管腔狹窄，最終引發(fā)臨床并發(fā)癥，如MI和腦卒中［5］。ECs功能障礙是AS發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵事件，ECs的炎癥、氧化應(yīng)激、凋亡均會破壞內(nèi)皮結(jié)構(gòu)的完整性，促進(jìn)泡沫細(xì)胞的形成。Cao等［6］研究發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA，LncRNA）H19在AS患者和氧化的低密度脂蛋白（oxidized low-density lipoprotein，oxLDL）誘導(dǎo)的人臍靜脈ECs中表達(dá)上調(diào)，incRNAH19基因敲除會抑制ox-LDL誘導(dǎo)人臍靜脈EC的炎癥、凋亡和氧化應(yīng)激，這一過程可能與miR-let-7/POSTN信號軸有關(guān)。目前，大多數(shù)關(guān)于AS的研究都集中在內(nèi)膜和中膜上，外膜作為動脈的支持組織，外膜成纖維細(xì)胞作為外膜中含量最豐富的細(xì)胞類型，可以與動脈內(nèi)膜和中膜中的其他細(xì)胞類型相互作用，并通過分泌細(xì)胞因子和細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）來傳遞化學(xué)和機(jī)械信號，最終改變動脈的機(jī)械特性［7］。在AS小鼠模型中，促炎因子轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor）-β1上調(diào)外膜成纖維細(xì)胞POSTN的表達(dá)，上調(diào)的POSTN反過來促進(jìn)成纖維細(xì)胞分泌TGF-β1以及膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ和基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）等ECM相關(guān)蛋白的表達(dá)，并通過局部粘著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）和Src磷酸化激活整合素相關(guān)通路來促進(jìn)血管外膜的重塑［8］。在體外研究中，POSTN的表達(dá)和分泌在ox-LDL處理后的THP-1巨噬細(xì)胞中顯著增加，并且能促進(jìn)AS病變中巨噬細(xì)胞的募集、遷移，從而形成AS特征性的泡沫細(xì)胞；此外，敲除POSTN可阻斷oxLDL誘導(dǎo)的THP-1巨噬細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)堆積和膽固醇外流，減少泡沫細(xì)胞的形成，延緩AS的進(jìn)展［9］。綜上所述，POSTN參與了AS發(fā)生中ECs損傷、脂質(zhì)沉積、泡沫細(xì)胞形成等多個過程，有望成為一個有效的治療靶點(diǎn)。

血管鈣化是血管病變的另一種形式，主要表現(xiàn)為鈣磷酸鹽復(fù)合物沉積于血管壁，造成動脈硬化。雖然血管鈣化被認(rèn)為是正常衰老過程的一部分，但某些病理過程，如AS、高血壓、高脂血癥等心血管疾病與血管鈣化密切相關(guān)［10］。Alesutan等［11］研究發(fā)現(xiàn)POSTN誘導(dǎo)血管SMCs促鈣化標(biāo)志物mRNA的表達(dá)，Wnt/β-catenin通路抑制劑和整合素αvβ3阻斷抗體的聯(lián)合治療可改善POSTN的促鈣化作用，這些結(jié)果表明POSTN可以通過整合素αvβ3受體和Wnt/β-catenin通路促進(jìn)血管SMCs鈣化。此外，POSTN在糖尿病大鼠鈣化動脈和晚期糖基化終產(chǎn)物——牛血清白蛋白介導(dǎo)的血管SMCs鈣化中均大幅度上調(diào)，并且通過氧化應(yīng)激途徑阻斷自噬來加劇糖尿病血管鈣化［12］。Zhu等［13］研究表明POSTN促進(jìn)了血管SMCs中的糖酵解和線粒體功能障礙，并抑制過氧化物酶體增殖激活受體γ表達(dá)，從而引發(fā)動脈鈣化；此外，冠狀動脈鈣化患者的血漿POSTN水平與Agaston評分呈正相關(guān)。上述結(jié)果表明，POSTN促進(jìn)血管病變的發(fā)生發(fā)展，因此靶向抑制POSTN可以抑制AS和血管鈣化，緩解疾病進(jìn)展。

2.2 POSTN與血管新生

POSTN不僅與AS和血管鈣化有關(guān)，而且參與了血管新生。在異丙腎上腺素誘導(dǎo)的心肌損傷模型中，POSTN通過上調(diào)血小板反應(yīng)蛋白1、肝細(xì)胞生長因子和TGF-β2表達(dá)來促進(jìn)血管生成，從而減輕心肌細(xì)胞損傷［14］。研究表明，肌內(nèi)注射POSTN重組蛋白可增加缺血部位血流灌注，緩解小鼠缺血肢體的損傷［15］，其潛在的機(jī)制可能是POSTN促進(jìn)內(nèi)皮集落形成細(xì)胞（endothelial colony forming cells，ECFC）遷移和微管形成，ECFC具有克隆潛力，能夠在體內(nèi)外生成ECs，促進(jìn)血管生成。血管生成可以改善組織血供，增加供氧，一定程度上有利于組織損傷的修復(fù)。目前，大多數(shù)關(guān)于POSTN血管生成的研究集中于動物模型，未來還需大量的臨床研究來推動臨床轉(zhuǎn)化。

2.3 POSTN與肺動脈高壓

肺動脈高壓（pulmonary hypertension，PH）是一種威脅生命的難治性疾病，主要病理特點(diǎn)是肺小血管重塑，表現(xiàn)為中膜SMCs的過度增殖和血管管腔的持續(xù)狹窄，造成肺動脈壓力持續(xù)升高，最終導(dǎo)致右心衰竭和死亡［16］。PH的發(fā)病機(jī)制尚不清楚，目前認(rèn)為與基因突變、炎癥、肺動脈ECs功能失調(diào)、血管SMCs過度增殖等眾多因素相關(guān)［16-17］。

PH患者的血清及百合堿誘導(dǎo)的PH大鼠右心室POSTN表達(dá)水平明顯升高［18-19］。最近的研究指出，POSTN通過M2型巨噬細(xì)胞招募和成纖維細(xì)胞生長因子2參與多種實(shí)驗(yàn)性PH的發(fā)展，同時PH患者血清POSTN水平與他們的預(yù)后緊密相關(guān)［18］。Bruns等［20］研究表明心臟成纖維細(xì)胞（cardiac fibroblasts，CFs）分泌的POSTN驅(qū)動心肌細(xì)胞去分化，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)性PH的右心室功能障礙。Imoto等［19］研究可得出相同的結(jié)論，在百合堿誘導(dǎo)的PH大鼠模型中，POSTN通過誘導(dǎo)右心室CFs誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的表達(dá)來介導(dǎo)右心衰竭。在細(xì)胞水平上，肺動脈SMCs在暴露于香煙煙霧后產(chǎn)生大量活性氧，活性氧通過激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2（extracellular regulated protein kinases 1/2，ERK1/2）通路上調(diào)POSTN的表達(dá)，從而導(dǎo)致肺動脈SMCs的增殖和遷移［21］。在缺氧誘導(dǎo)的PH小鼠模型中，POSTN的過度表達(dá)會影響ECs的生存和血管生成能力［22］。有趣的是，在缺氧處理的人肺動脈ECs研究中發(fā)現(xiàn)POSTN主要表達(dá)在細(xì)胞核，導(dǎo)致ECs功能失調(diào)，然而細(xì)胞質(zhì)中的POSTN被分泌到細(xì)胞外區(qū)域促進(jìn)肺動脈SMCs增殖和遷移，這些結(jié)果表明POSTN對肺動脈ECs和SMCs均有調(diào)節(jié)作用；此外，該研究進(jìn)一步在分子水平上揭示了POSTN可下調(diào)骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體2（bone morphogenetic protein receptor 2，BMPR2）及其下游相關(guān)信號的表達(dá)，而BMPR2的突變是導(dǎo)致特發(fā)性PH的重要因素［22］。以上研究表明，POSTN促進(jìn)了PH動物及PH患者的疾病進(jìn)展，并且POSTN的表達(dá)水平與預(yù)后呈負(fù)相關(guān)，因此干預(yù)POSTN可有效地改善PH預(yù)后。

2.4 POSTN與心肌梗死后心臟重塑

心肌梗死（MI）是指在冠狀動脈粥樣硬化的基礎(chǔ)上冠脈管腔的急劇閉塞造成心肌缺血缺氧，導(dǎo)致心肌細(xì)胞急劇丟失的一種疾病，此過程伴有炎癥細(xì)胞浸潤、代謝失調(diào)以及嚴(yán)重纖維化疤痕形成，促進(jìn)心臟重塑［23］。心臟纖維化是心臟重塑的主要病理過程，以ECM蛋白在心肌間質(zhì)內(nèi)過度沉積為特征，可破壞心肌結(jié)構(gòu)，促進(jìn)心律失常和心功能障礙的進(jìn)展，最終導(dǎo)致HF［24］。在纖維化過程中，CFs在缺血性、機(jī)械性、炎性因子等病理因素刺激下，重新獲得活化的合成表型，導(dǎo)致ECM沉積和纖維化增加［25］。Kaur等［25］分析了健康和疾病條件下可能的CFs標(biāo)記基因在單細(xì)胞水平上的表達(dá)，并確定了POSTN是與激活的CFs表型相關(guān)性最好的標(biāo)記。POSTN參與ECM的發(fā)育和成熟，并且介導(dǎo)細(xì)胞基質(zhì)信號傳導(dǎo)、細(xì)胞存活和上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)換等過程［26］。POSTN在MI后心臟重塑的不同階段可能有不同的作用。在MI早期（1周內(nèi)），POSTN通過介導(dǎo)抗炎的M2型巨噬細(xì)胞極化，減輕MI后心肌的炎癥負(fù)擔(dān)，保護(hù)心功能；在增殖期和成熟期，POSTN促進(jìn)心臟纖維化和瘢痕形成，導(dǎo)致心臟病理性重構(gòu)［27］。Kaur等［25］研究還發(fā)現(xiàn)在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的小鼠心臟纖維化模型以及小鼠的MI模型中，消融活化的CFs可顯著減少心肌纖維化并改善心功能，而不會降低瘢痕的穩(wěn)定性［25］。同樣在大鼠MI模型中，MI區(qū)近端的POSTN表達(dá)水平明顯升高，促進(jìn)ECM合成，導(dǎo)致正常心肌被纖維組織替代，此過程被認(rèn)為可以預(yù)防心臟破裂的發(fā)生［28］。此外，POSTN已被報道用于MI危險分層，MI患者血清POSTN水平與左室射血分?jǐn)?shù)成負(fù)相關(guān)，這可能預(yù)示著短期疾病預(yù)后不良［29］。綜上，POSTN參與了心肌損傷的修復(fù)過程，對于保護(hù)心臟功能和防止心臟破裂至關(guān)重要。與此同時，POSTN也參與了病理條件下心臟的重塑過程，引起心肌僵硬、順應(yīng)性下降，最終導(dǎo)致HF。

2.5 POSTN與心臟瓣膜疾病

心臟的瓣膜對于確保血液從心臟向一個方向流動至關(guān)重要。心臟瓣膜的發(fā)育受到不同心臟細(xì)胞類型之間相互作用的調(diào)節(jié)，并受到血流驅(qū)動力的影響［30］。POSTN在促進(jìn)瓣膜的形成、成熟和重塑過程中起到了重要作用，可促進(jìn)瓣膜前體間質(zhì)細(xì)胞向瓣膜間質(zhì)細(xì)胞（valvular interstitial cells，VICs）分化［31］。VICs是瓣葉內(nèi)最豐富的細(xì)胞類型之一，VICs的激活是不同形式瓣膜病變的共同特征，在機(jī)械或者化學(xué)刺激下，靜止的VICs分化為表達(dá)α-平滑肌肌動蛋白的肌成纖維細(xì)胞，促進(jìn)ECM合成從而導(dǎo)致瓣膜重塑［31］。有研究指出，缺乏POSTN基因的小鼠主動脈瓣葉中段變得肥厚和異?？s短，組織學(xué)上顯示瓣葉的纖維基質(zhì)分布紊亂［32］。此外，在AS和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者心臟瓣膜中，POSTN通過促進(jìn)MMP2和MMP9的分泌導(dǎo)致瓣膜變性，而瓣膜變性促進(jìn)表達(dá)POSTN的炎癥細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞對瓣膜的浸潤，從而在心臟瓣膜中形成惡性循環(huán)，加劇瓣膜損傷；同時，該研究進(jìn)一步指出，高脂喂養(yǎng)的野生型小鼠瓣膜增厚退化，主動脈瓣明顯重塑，而在POSTN缺失小鼠中上述表現(xiàn)明顯改善［33］。綜上可知，POSTN是心臟瓣膜發(fā)育和成熟所必需的，但在各種心臟瓣膜疾病中POSTN表達(dá)顯著上調(diào)，導(dǎo)致瓣膜異常的重塑。

2.6 POSTN與心房顫動

心房顫動（atrial fibrillation，AF）是指心房中的電信號快速而紊亂，產(chǎn)生不規(guī)則的心律。AF最嚴(yán)重的后果可能是腦卒中和HF［34］。最新研究指出心房纖維化會導(dǎo)致心房重塑和心房電傳導(dǎo)的分離，從而導(dǎo)致AF的易感性和持續(xù)性增加［35］。POSTN在竇房結(jié)功能障礙兔的心房中表達(dá)增加，通過TGF-β通路介導(dǎo)的過度ECM沉積導(dǎo)致心房纖維化，從而促進(jìn)AF的發(fā)生［36］。此外，F(xiàn)ang等［37］研究了103例AF患者接受導(dǎo)管消融術(shù)，3個月后隨訪發(fā)現(xiàn)27例患者消融術(shù)后AF復(fù)發(fā)，并且在復(fù)發(fā)的人群中血清POSTN濃度明顯升高。因此，血清POSTN可能是預(yù)測導(dǎo)管消融術(shù)后AF早期復(fù)發(fā)的一個重要生物標(biāo)記物，為未來POSTN在AF中的進(jìn)一步研究指明了方向，但此研究樣本量較少，未來還需更多樣本、多中心的臨床研究來證實(shí)。POSTN可能是防治AF新的靶點(diǎn)，但POSTN導(dǎo)致AF的具體機(jī)制還需進(jìn)一步探索。

3 展望

綜上所述，POSTN是一種ECM相關(guān)蛋白，在多種組織中都有表達(dá)，在炎癥、受損組織中明顯升高，與組織的修復(fù)再生有關(guān)。最近研究表明POSTN作為一個重要生物標(biāo)記物，參與AS、血管鈣化、MI后心臟重塑、PH、心臟瓣膜疾病、AF等相關(guān)心血管疾病的發(fā)生發(fā)展，但POSTN在上述疾病的作用機(jī)制仍然不清楚，且POSTN在心血管領(lǐng)域的多個疾病中都扮演了重要角色，因此針對POSTN為靶點(diǎn)研究心血管疾病對疾病的早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷、早期治療及預(yù)后評估具有重要意義。