鄔鵬宇 崔翔宇 葛慶豐 李占清 楊曉利

(河北聯合大學附屬醫(yī)院胸心外科，①心血管內科 河北唐山 063000)

左室輔助裝置(LVAD)作為心臟移植的橋梁被應用于等待供體心臟的終末期心臟患者，但也有一部分患者不適合心臟移植，LVAD便是最適合的最終治療手段。同時，也有一部分患者，在應用LVAD后，心臟功能得到有效的恢復，成功撤除LVAD而不需要心臟移植。這個過程我們稱之為心肌重構逆轉(reverse remodeling);眾所周知，LVAD通過降低左心室的前、后負荷，減輕心肌肥大，提高冠狀動脈灌注，減輕慢性心肌缺血，從而改善心功能。然而，這種心肌重構逆轉的分子學機制不甚清楚。筆者就相關文獻進行綜述，以供同道商榷。

1 LVAD與細胞外基質的改變

基質金屬蛋白酶(metalloproteinases MMP)存在于細胞外可參與組織重構、風濕性關節(jié)炎、惡性腫瘤轉移、動脈粥樣硬化(AS)和急性冠脈綜合征(ACS)的病理進程。Li等人研究發(fā)現，應用LVAD的患者MMP－9和MMP－1顯著降低，MMP2裂解明膠酶的活性沒有改變。MMP3的表達在應用LVAD前為低水平表達，應用后沒有改變。LVAD后，基質金屬蛋白酶抑制因子1(tissue inhibitor of MMP1 TIMP－1)和TIMP－3蛋白顯著上調，而TIMP－2、4沒有變化。MMP1、9的降低和 TIMP1、3的升高，可減少間質結締組織的變化，進一步減輕心室重構[1]。Caruso R等研究發(fā)現，在應用LVAD后MMP2和MMP9的活性和表達明顯減低，同時其研究顯示TIMP－1和TIMP－4并不能夠影響LVAD后MMP2和MMP9的濃度[2]。LVAD可以引起細胞外基質的變化，但其機制尚不清楚。

2 LVAD與心肌細胞的生物學

2.1 β－腎上腺素能信號轉導的改變 Ogletree－Hughes等人對比研究了應用和不應用LVAD心臟患者中游離肌小節(jié)基本收縮參數、β－腎上腺素能刺激的收縮反應以及β－腎上腺素能受體密度，發(fā)現心臟減負荷后恢復了心肌細胞的β－腎上腺素能受體密度。應用LVAD后的心肌對異丙腎上腺素的收縮反應和非衰竭的心臟的心肌對異丙腎上腺素的收縮反應相似，明顯優(yōu)于不輔助的心衰的心肌。應用LVAD后，β－腎上腺素能受體密度增加，腎上腺素能反應的提高與血漿的神經激素水平的正?；把獫{和心臟的細胞因子水平的降低有關[3]。Wang J等人給予異位心肺或心臟移植建立的心衰大鼠模型部分應用和完全應用LVAD，研究發(fā)現部分應用和完全應用LVAD均能改善心衰大鼠腎上腺素反應和腦利鈉肽正常釋放以及β1－和β2－腎上腺素能受體基因表達的[4]。

2.2 Ca2+穩(wěn)態(tài)的改變 Ca2+在心肌細胞的電生理過程中起著至關重要的作用，其在正常細胞的興奮收縮耦聯中的作用尤為突出，而心衰患者心肌收縮失功能與Ca2+改變同樣密切相關[5]。肌漿內質網Ca2+ATP酶亞單位2a(SERCA2a)基因表達的下調，肌漿網蘭尼堿敏感Ca2+釋放通道(RyR)的下調及肌漿Na+/K+交換調節(jié)的改變均與心肌收縮失功能有關[6]。

Heerdt等人研究發(fā)現，通過確定游離的肌小節(jié)的壓力頻率的關系，應用LVAD后，心肌壓力提高。這與SERCA2a基因表達增加和蛋白水平提高有關[7]。另外，LVAD后，RyR基因編碼表達的增加，而其蛋白水平改變不明顯。心衰患者RyR過度磷酸化擾亂了與正常受體的偶聯，導致了整體配對異常。心肌激活時，較少地等位 SRCa2+釋放，在心肌舒張時 Ca2+的漏出。LVAD后，逆轉了這些異常，可能與β－腎上腺素能信號通路的正?；嘘P[8]。

2.3 凋亡 凋亡加劇了心肌病患者心肌細胞的丟失和左室功能的進行性減退。心衰患者有幾個不同的促凋亡機制。

外源性死亡受體通路包括:Fas/Fas配體通路，TNF受體通路。研究表明，應用LVAD后，使心衰的心肌FasEx06Del表達正常化，降低了對心肌細胞凋亡的敏感性[9]。同時也證明心肌細胞促凋亡細胞因子TNF－a表達下降[10]。內源性線粒體途徑。線粒體通路在充血性心竭中發(fā)揮著重要作用。目前關于線粒體介導的細胞凋亡至少有兩條通道:一條依賴于線粒體釋放出的AIF，可獨立作用于染色質，導致DNA斷裂和初期外周染色體聚集[11];另一條依賴于CytC、凋亡蛋白酶激活因子－1(apoptotic protease activating factor，Apaf－1)、胱冬肽酶(caspase)的級聯反應激活，最終激活細胞的“殺手”(caspase－3)啟動凋亡程序，導致細胞凋亡[12]。凋亡和LVAD。LVAD長期治療后，改變了心臟細胞凋亡調控基因表達。LVAD后，抗凋亡蛋白Bcl－xL的表達上調，表明心肌細胞對凋亡的敏感性是通過抗凋亡基因BclxL的釋放而減低的[9]。已有資料也證明應用LVAD后心肌細胞凋亡明顯減少[13]。

3 信號轉導

3.1 轉導途徑 心臟肥大的三種信號轉導途徑包括:促細胞分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)，包括細胞外信號相關的蛋白激酶(Erks)，c－jun N－末端蛋白激酶(JNKs)，和 p38MAPK家族[14];鈣離子/鈣調素激活的蛋白激酶(CaM kinase)及磷酸激酶(鈣神經素)[15];還有，蛋白激酶B/Akt和下游靶糖原合成激酶3β[16]。

人類充血性心衰患者，這三個信號轉導途徑均被激活。LVAD后，這些激酶的磷酸化狀態(tài)已被確定。west blot證實，磷酸化活性(Thr 202/Tyr204)ERK －1和ERK －2及ERK激活激酶(MEK－1/2)下降;Akt和GSK3β激酶的磷酸化顯著下降;Akt和GSK3β的變化顯著相關，提示Akt的失活和GSK3β的激活。然而，在已有研究中，應用LVAD后，JNK或P38－介導的信號級聯不改變，提示體內人類心臟的機械支持下有特殊的激酶信號調節(jié)。MEK活性的降低與Erks相關，而Akt活性的降低與GSK3β激活的增加相關。在LVAD支持下，MEK/Erks的失活和GSK3β的激活與這兩個心肌重構逆轉信號轉導通路的相反作用一致[17]。

3.2 轉錄因子NF－κB NF－κB在調控對細胞應激刺激反應基因的表達中起著關鍵作用[18]。在抗凋亡中，是關鍵的基因調節(jié)者[19]。在心衰患者中，心肌細胞中NF－κB被激活。NF－κB調節(jié)白細胞介素－6(IL－6)，腫瘤壞死因子α(TNF－α)，BclxL和血紅素氧合酶－1。Grabellus F等人對16名終末期心衰患者研究發(fā)現，有15名患者經過LVAD后免疫組化結果提示:NF－κB 的表達顯著降低[20]。

4 細胞應激相關因子

4.1 血紅蛋白加氧酶－1(HO－1) 血紅蛋白加氧酶屬于熱休克蛋白家族，它通過缺血、局部低氧、氧化應激及其它的氧化應激所誘導[21]。通過免疫組化法，對不同病因的終末期心衰患者組織標本(特別是心肌細胞，心房壁平滑肌細胞，內皮細胞)的HO－1的分布進行研究，HO－1呈強陽性表達，LVAD后，其表達明顯減退[22]。HO－1的下調可能與減輕前負荷后提高氧的供應、減少室壁應力，改善心內膜下低氧和心肌細胞的肥厚有關。

4.2 金屬硫蛋白(MT) MT由細胞應激蛋白組成，它使活性氧族滅活。保護細胞對抗活性氧族的效應[23]。LVAD已經證實減少MT陽性的心肌細胞、血管內皮細胞及平滑肌細胞(時間依賴方式)。這些資料意味著左室血流動力學的減負荷后逆轉MT基因表達[24]。

[1] Li YY，Feng Y，McTiernan CF，et al.Downregulation of matrix metalloproteinases and reduc－tion in collagen damage in the failing human heart after support with left ventricular assist devices[J].Circulation，2001，104(10):1147

[2] Caruso R，Caselli C，Boroni C，et al.Relationship between myocardial redox state and matrix m etal oproteinase activity in patients on left ventricular assist device support[J].Circ J，2011，75(10):2387

[3] Ogletree－Hughes ML，Stull LB，Sweet WE，et al.Mechanical unloading restores betaadrenergic responsiveness and reverses receptor downregulation in the failing human heart[J].Circulation，2001，104(8):881

[4] Wang J，Tsukashita M，Nishina T，et al.Chronic partial unloading restores beta－adrenergic responsiveness and reverses receptor downregulation in failing rat hearts[J].J Thorac Cardio － vasc Surg.，2009，137(2):465

[5] Swaminathan PD，Purohit A，Hund TJ，et al.Calmodulin －dependent protein kinase II:linking heart failure and arrhythmias[J].Circ Res，2012，110(12):1661

[6] Bers DM.Altered cardiac myocyte Ca regulation in heart failure[J].Physiology(Bethesda)，2006，21:380

[7] Heerdt PM，Holmes JW，Cai B，et al.Chronic unloading by left ventricular assist device reverse contractile dysfunction and alters gene expression in end － stage hear failure[J].Circulation，2000，102(22):2713

[8] Dipla K，Mattiello JA，Jeevanandam V，et.al.Myocyte recovery after mechanical circulatory support in humans with end－stage heart failure[J].Circulation，1998，97(23):2316

[9] Bartling B，Milting H，Schumann H，et al.Myocardial gene expression of regulators of myocyte apoptosis and myocyte calcium homeostasis during hemodynamic unloadingby ventricular assist devices in patients with end － stage heart failure[J].Circulation，1999，100(19 Suppl):II216

[10] Orrego CM，Nasir N，Oliveira GH，et al.Cellular evidence of reverse cardiac remodeling induc－ed by cardiac resynchronization therapy[J].Congest Heart Fail，2011，17(3):140

[11] Norberg E，Orrenius S，Zhivotovsky B.Mitochondrial regulation of cell death:processing of poptosis－inducing factor(AIF)[J].Biochem Biophys Res Commun，2010，396(1):95

[12] Chu WW，Nie L，He XY，et al.Change of cytochrome c in postconditioning attenuating ischemia－reperfusion－induced mucosal apoptosis in rat intestine[J].ShengLi Xue Bao，2010，62(2):143

[13] Wohlschlaeger J，Meier B，Schmitz KJ，et al.Cardiomyocyte survivin protein expression is asso－ciated with cell size and DNA content in the failing human heart and is reversibly regulated after ventricular unloading[J].J Heart Lung Transplant，2010，29(11):1286

[14] Michel MC，Li Y，Heusch G.Mitogen－activated protein kinases in the heart[J].Naunyn Schmiedeberg＇s Arch Pharmacol，2001，363(3):245

[15] Frey N，McKinsey TA，Olson EN.Decoding calcium signals involved in cardiac growth and function[J].Nat Med，2000，6(11):1221

[16] Shioi T，McMullen JR，Kang PM，et al.Akt/protein kinase B promotes organ growth in transgenic mice[J].Mol Cell Biol，2002，22(8):2799

[17] BabaHA，StypmannJ，GrabellusF，et al.Dynamic regulation of MEK/Erks and Akt/GSK－3beta in human end－stage heart failure after left ventricular mechanical support:myocardial mechanotransduction－sensitivity as a possible molecular mechanism[J].Cardiovasc Res，2003，59(2):390

[18] Tilstra JS，Clauson CL，Niedernhofer LJ，et al.NF － κB in Aging and Disease[J].Aging Dis，2011，2(6):449

[19] Moretti M，Bennett J，Tornatore L，et al.Cancer:NF － κB regulates energy metabolism[J].Int J Biochem Cell Biol，2012，44(12):2238

[20] Grabellus F，Levkau B，Sokoll A，et al.Reversible activation of nuclear factor－kappaB in hu－ man end－stage heart failure after left ventricular mechanical support[J].Cardiovasc Res，2002，53(1):124

[21] Araujo JA，Zhang M，Yin F.Heme oxygenase－1，oxidation，inflammation，and atherosclero － sis[J].Front Pharmacol，2012，3:119

[22] Grabellus F，Schmid C，Levkau B，et al.Reduction of hypoxia － inducible heme oxygenase－1 in the myocardium after left ventricular mechanical support[J].J Pathol，2002，197(2):230

[23] Devaux S，Maupoil V，Berthelot A.Effects of cadmium on cardiac metallothionein induction and ischemia － reperfusion injury in rats[J].Can J Physiol Pharmacol，2009，87(8):617

[24] Wohlschlaeger J，Kawaguchi N，Levkau B，et al.Left ventricular assist devices(LVAD):option altreatment alternative to cardiac transplantation[J].Verh Dtsch Ges Pathol，2004，88:113