王 欣,任衛(wèi)東

(中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院超聲科,沈陽 110004)

心肌纖維化主要表現(xiàn)為細(xì)胞外基質(zhì)合成增多和降解減少，多種病理因素均可導(dǎo)致其發(fā)生[1]。一方面心肌纖維化保證了切口愈合過程中心肌組織的完整性，另一方面過度纖維化導(dǎo)致的瘢痕形成會(huì)極大地影響心臟的收縮和舒張功能[2]。心肌纖維化不僅會(huì)導(dǎo)致心室僵硬度增加造成心律失常，還會(huì)分泌生長因子及細(xì)胞因子促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大，最終導(dǎo)致心肌順應(yīng)性下降、心力衰竭、猝死的發(fā)生[3-4]。各種心血管疾病(心肌缺血、炎癥、衰老等)不但促進(jìn)心肌成纖維細(xì)胞增殖，向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，且導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡，從而促進(jìn)心肌纖維化的發(fā)生發(fā)展。研究證實(shí)，心肌纖維化的嚴(yán)重程度與心臟病患者，特別是心力衰竭患者的預(yù)后及死亡密切相關(guān)[5]。因此，早期預(yù)防和逆轉(zhuǎn)心肌纖維化是臨床治療各種心臟疾病的關(guān)鍵。然而，心肌纖維化的形成機(jī)制非常復(fù)雜，涉及多種細(xì)胞因子及生長因子。因此，深入探討心肌纖維化發(fā)生的分子機(jī)制，可為臨床預(yù)防及治療心肌纖維化提供依據(jù)?，F(xiàn)就與心肌纖維化相關(guān)的細(xì)胞因子和生長因子予以綜述。

1 心肌成纖維細(xì)胞

心臟是人類賴以生存的最重要的器官之一，人類對(duì)其探索從未停止。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人類對(duì)心臟細(xì)胞組成的認(rèn)識(shí)也在不斷改變。研究發(fā)現(xiàn)，心臟主要由心肌細(xì)胞和非心肌細(xì)胞構(gòu)成，其中心肌細(xì)胞為25%～35%，非心肌細(xì)胞為65%～75%[6]。非心肌細(xì)胞主要由內(nèi)皮細(xì)胞(64%)、白細(xì)胞(9%)和潛在間質(zhì)細(xì)胞(27%)組成，潛在間質(zhì)細(xì)胞則包括成纖維細(xì)胞(15%)和其他細(xì)胞(12%)。雖然成纖維細(xì)胞數(shù)量只占心臟細(xì)胞的極少一部分，但是其功能和作用卻不容忽視。成纖維細(xì)胞主要起源于胚胎心外膜內(nèi)皮，是目前公認(rèn)的參與心臟各種形式損傷反應(yīng)的細(xì)胞之一。其來源包括潛在成纖維細(xì)胞、循環(huán)纖維細(xì)胞、骨髓干細(xì)胞、心外膜和心內(nèi)膜等[7]。急性心肌損傷后，成纖維細(xì)胞在各種炎癥細(xì)胞因子和促纖維化因子的作用下轉(zhuǎn)化為其活性形式肌成纖維細(xì)胞，肌成纖維細(xì)胞分泌細(xì)胞外基質(zhì)，參與心肌纖維化。雖然目前沒有心肌成纖維細(xì)胞的特異性分子標(biāo)志物，但公認(rèn)的應(yīng)用波形蛋白標(biāo)記成纖維細(xì)胞，α-平滑肌肌動(dòng)蛋白作為成纖維細(xì)胞活化的標(biāo)志物[8]。

2 心肌纖維化

急性心肌損傷后，各種炎癥細(xì)胞因子和促纖維化因子表達(dá)增加，從而促進(jìn)心肌成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，表達(dá)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白，產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶、金屬蛋白酶組織抑制劑。其中，在正常心臟中主要表達(dá)基質(zhì)金屬蛋白酶2、基質(zhì)金屬蛋白酶9、基質(zhì)金屬蛋白酶13及金屬蛋白酶組織抑制劑2、金屬蛋白酶組織抑制劑3、金屬蛋白酶組織抑制劑4?；|(zhì)金屬蛋白酶的主要作用是降解膠原，而金屬蛋白酶組織抑制劑通過抑制基質(zhì)金屬蛋白酶減少膠原降解，兩者相互作用調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡。心肌細(xì)胞外基質(zhì)主要由Ⅰ型(85%)和Ⅲ型(11%)纖維膠原，以及少量的Ⅳ型、Ⅴ型和Ⅵ型膠原組成[9]。其中，Ⅰ型膠原的主要作用是維持室壁的強(qiáng)度，而Ⅲ型膠原與室壁的彈性相關(guān)。在炎癥、缺血等刺激下，成纖維細(xì)胞異常增殖并分泌大量Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白及其他細(xì)胞外基質(zhì)，膠原和多種細(xì)胞外基質(zhì)成分比例失調(diào)引起心肌纖維化。而成纖維細(xì)胞或其他細(xì)胞(心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和炎性細(xì)胞)分泌的細(xì)胞因子和生長因子反過來作用于成纖維細(xì)胞或心肌細(xì)胞，形成正反饋并最終擴(kuò)大纖維化反應(yīng)[10-11]。纖維化有助于心肌重構(gòu)，如心肌梗死后瘢痕修復(fù)，而過度的纖維化被認(rèn)為是一種病理過程，會(huì)引起心腔擴(kuò)大，心肌細(xì)胞肥大、凋亡，最終導(dǎo)致充血性心力衰竭。此外，過量的成纖維細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)還會(huì)破壞心肌細(xì)胞的肌電耦合，從而降低心臟的收縮能力，增加心律失常的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)和死亡率[12]。因此，各種心肌損傷后減輕心肌纖維化程度是恢復(fù)心臟功能的關(guān)鍵。

3 心肌纖維化后影響成纖維細(xì)胞功能的細(xì)胞因子和生長因子

3.1轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β) TGF-β是目前公認(rèn)的與組織纖維化關(guān)系最密切的細(xì)胞因子之一，其在哺乳動(dòng)物中存在3種亞型(TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3)，由3種不同的基因編碼，其中TGF-β1是主要形式[13]。TGF-β1在許多器官的纖維化過程中起調(diào)節(jié)作用，且血清TGF-β1水平與慢性肝、腎疾病嚴(yán)重程度相關(guān)[14]。應(yīng)用TGF-β1信號(hào)通路抑制劑托拉塞米可減輕慢性心力衰竭患者的心肌纖維化程度[15]。同時(shí)，TGF-β可刺激誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，并增加細(xì)胞外基質(zhì)蛋白合成，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)沉積。且其也可通過抑制基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá)、誘導(dǎo)金屬蛋白酶組織抑制劑合成，進(jìn)而抑制細(xì)胞外基質(zhì)蛋白降解。此外，TGF-β還參與了合成和分泌其他促纖維化細(xì)胞因子。TGF-β1的經(jīng)典信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路涉及Smad2/3的磷酸化，隨后與Smad4相結(jié)合轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核，TGF-β1-Smad復(fù)合物作為一種轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)了大量纖維化基因激活，從而在心肌纖維化中發(fā)揮重要作用[16-17]。Liu等[18]研究發(fā)現(xiàn)，抑制大鼠成纖維細(xì)胞表達(dá)TGF-β1后，其分泌的細(xì)胞外基質(zhì)減少，從而抑制纖維化。TGF-β受體抑制劑激活素受體樣激酶5作為潛在的抗纖維化因子目前正處于研究中，它可以降低TGF-β活性，阻止心肌纖維化，改善心肌梗死后出現(xiàn)的心肌重構(gòu)[19]。除上述經(jīng)典信號(hào)通路外，TGF-β也可以誘導(dǎo)非經(jīng)典通路，如絲裂原激活蛋白激酶(c-Jun氨基端激酶和p38)通路，參與病理性心肌重構(gòu)[20-21]。其中，c-Jun氨基端激酶信號(hào)通路通過激活TGF-β活化激酶1誘導(dǎo)心肌肥厚和心力衰竭。p38信號(hào)通路通過激活TGF-β誘導(dǎo)心肌成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化，促進(jìn)膠原纖維和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白的表達(dá)[22]?？梢?，TGF-β非經(jīng)典通路對(duì)心肌纖維化的治療和心力衰竭的預(yù)防同樣具有重要意義。

3.2腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng) 腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的激活是導(dǎo)致心肌纖維化的主要原因，其中血管緊張素(angiotensin，Ang)Ⅱ起主要的生物學(xué)效應(yīng)，其參與了心肌纖維化的發(fā)生發(fā)展。作為一種局部生長因子，AngⅡ不僅可誘導(dǎo)心臟成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化，還可以激活心肌成纖維細(xì)胞合成大量的膠原、纖維連接蛋白、層粘連蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)成分[23]。其通過兩種特異性受體起作用：AngⅡ1型受體和AngⅡ2型受體。其中，1型受體促進(jìn)促纖維化下游效應(yīng)的激活，而2型受體的激活則抵消1型受體的促纖維化作用。心肌損傷后，AngⅡ及1型和2型受體的水平均升高，AngⅡ刺激誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞的增殖和膠原的表達(dá)[24]。同時(shí)，AngⅡ還具有誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大，增強(qiáng)心肌細(xì)胞分泌促纖維化生長因子等作用[25]。其主要通過TGF-β/Smad和絲裂原激活蛋白激酶途徑誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)膠原蛋白合成，引起心肌纖維化[26]。有研究顯示，AngⅡ與TGF-β并不是彼此獨(dú)立，而是協(xié)同參與心肌纖維化。AngⅡ無法在TGF-β1缺陷小鼠體內(nèi)誘導(dǎo)心臟纖維化，這表明AngⅡ可能不會(huì)在體內(nèi)直接誘導(dǎo)心臟纖維化，而是以自分泌或旁分泌依賴方式對(duì)心肌成纖維細(xì)胞起作用[27]。且TGF-β1可以通過TGF-β受體抑制劑激活素受體樣激酶-5和Smad2/3/4直接刺激AngⅡ1型受體的表達(dá)，這進(jìn)一步表明TGF-β與AngⅡ具有協(xié)同作用。此外，應(yīng)用Ang抑制劑(血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑和Ang受體拮抗劑)可以顯著減輕心力衰竭患者的心肌纖維化程度。其中，氯沙坦作為Ang受體拮抗劑，不僅可以抑制AngⅡ誘導(dǎo)的Ⅰ型膠原合成和成纖維細(xì)胞激活，還可以減少炎癥標(biāo)志物(腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-6等)的表達(dá)[28-29]。

3.3結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor，CTGF) CTGF是由349個(gè)氨基酸組成的富含半胱氨酸的分泌肽，分子量為34 000～38 000，屬于CCN家族，也稱為CCN2。CCN家族共有3個(gè)成員，分別為富半胱氨酸61(CCN1)、CTGF(CCN2)和腎母細(xì)胞瘤過表達(dá)基因(CCN3)。雖然CTGF在胎兒心肌中大量表達(dá)，但成人心臟只在心房和大血管中表達(dá)[30]。CTGF與包括血管、皮膚、心臟、腎臟、胰腺、肺及肝臟等在內(nèi)的許多組織器官的纖維化發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[31]。其功能類似于細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，主要調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞。研究表明，CTGF的表達(dá)增加與心肌損傷、心肌收縮功能降低、心肌纖維化有關(guān)[32-33]。CTGF在創(chuàng)傷愈合和纖維化中是極好的活性成纖維細(xì)胞的替代標(biāo)志物，如在心臟重構(gòu)中，心肌細(xì)胞高表達(dá)CTGF。此外，TGF-β1、AngⅡ也可誘導(dǎo)CTGF表達(dá)參與纖維化過程。研究發(fā)現(xiàn)，CTGF是TGF-β必要的輔助因子，可增強(qiáng)TGF-β的活性，其可作為TGF-β的輔助因子誘導(dǎo)纖維化[34]。雖然上述證據(jù)表明，CTGF可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖，促進(jìn)其向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，并增加細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生。但是，CTGF誘導(dǎo)心臟纖維化的能力有限。有研究發(fā)現(xiàn)，CTGF全敲除或者過表達(dá)后，并不會(huì)影響慢性壓力負(fù)荷引起的心肌肥厚和纖維化[35-36]?？梢姡珻TGF在不同原因造成的心肌纖維化中發(fā)揮的作用不同，其在心肌纖維化中的作用機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

3.4內(nèi)皮素(endothelin，ET)1 ET由內(nèi)皮細(xì)胞分泌，其家族主要包括4種無活性形式的內(nèi)源肽(ET-1、ET-2、ET-3、ET-4)，它們在轉(zhuǎn)化酶的參與下被激活。ET家族具有多種生物活性，其不僅參與了細(xì)胞增殖、遷移、血管生成和細(xì)胞凋亡等過程的調(diào)節(jié)，還參與了許多疾病的纖維化過程[37]。其中，人類心血管系統(tǒng)中最豐富的ET家族成員為ET-1，其主要由內(nèi)皮細(xì)胞釋放，能引起強(qiáng)效且異常持久的血管收縮，作用可持續(xù)數(shù)小時(shí)。ET-1是調(diào)節(jié)大多數(shù)器官系統(tǒng)中血管功能的關(guān)鍵介質(zhì)，內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙會(huì)導(dǎo)致血管收縮、纖維化和炎癥出現(xiàn)[38]。據(jù)報(bào)道，ET-1作為自分泌和旁分泌介質(zhì)，在心肌中具有促進(jìn)有絲分裂、增強(qiáng)心肌收縮力和致心律失常的作用，其可通過促進(jìn)心臟肥大、擴(kuò)張和纖維化促進(jìn)心房重構(gòu)，在心房顫動(dòng)患者血漿中ET-1水平明顯升高[39-40]。ET-1能誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)生成及成纖維細(xì)胞分化成肌成纖維細(xì)胞。TGF-β通過c-Jun氨基端激酶誘導(dǎo)ET-1，ET-1是TGF-β纖維化反應(yīng)下游的中介。有研究表明，TGF-β可與ET-1共同促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞分化[41]。同時(shí)，ET-1也是Ang Ⅱ反應(yīng)下游的中介。Adiarto等[42]研究發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，ET-1缺失小鼠中AngⅡ誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大、間質(zhì)和血管周圍纖維化不明顯。目前，內(nèi)皮素拮抗劑主要用于治療肺動(dòng)脈高壓，但許多人認(rèn)為它在心臟病理纖維化的治療中更加有效。

3.5血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF) PDGF家族是目前研究較多的生長因子之一，其由經(jīng)典的PDGF-A和PDGF-B，以及相對(duì)新發(fā)現(xiàn)的PDGF-C和PDGF-D 4名成員組成，該家族有兩種不同的受體(α和β受體)，通常認(rèn)為PDGF-A、PDGF-C與α受體相結(jié)合，PDGF-B、PDGF-D和β受體相結(jié)合[43]。PDGF及其受體在正常心肌中表達(dá)，心肌損傷后PDGF可引起中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞，平滑肌細(xì)胞增殖并遷移到切口部位，同時(shí)刺激肉芽組織形成。同時(shí)，PDGF也參與了心肌梗死后的心臟重構(gòu)和心臟修復(fù)。Zhao等[44]發(fā)現(xiàn)，PDGF-D可刺激心肌成纖維細(xì)胞增殖，促進(jìn)心肌成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化，誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)中的膠原蛋白分泌增加，從而使基質(zhì)金屬蛋白酶/金屬蛋白酶組織抑制劑比例失衡，TGF-β增加。Fan等[45]通過研究脫氧皮質(zhì)酮誘導(dǎo)的高血壓、鹽敏感大鼠中PDGF信號(hào)途徑對(duì)心肌纖維化的作用發(fā)現(xiàn)，高血壓大鼠心肌組織中的PDGF及TGF-β表達(dá)增加，使用抗炎藥物法舒地爾抑制心肌炎癥后,PDGF及其受體的表達(dá)減少，膠原蛋白表達(dá)減少。PDGF及其受體伴隨炎癥反應(yīng)和纖維化出現(xiàn)高表達(dá)，提示其在心臟修復(fù)的調(diào)控中發(fā)揮潛在作用[44-45]。

3.6炎癥因子 炎癥是具有血管系統(tǒng)的活體組織對(duì)損傷因子所發(fā)生的防御反應(yīng)，是最常見的一種病理過程，與許多疾病相關(guān)。急性心肌損傷后炎癥信號(hào)分子立即增加，各種炎性細(xì)胞(中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)在損傷部位浸潤，促進(jìn)各種促炎癥細(xì)胞因子的釋放；此外，成纖維細(xì)胞甚至心肌細(xì)胞也可釋放炎癥因子[25]。炎癥因子(腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-6等)在誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖和肌成纖維細(xì)胞活化中起重要作用，除了直接釋放細(xì)胞外基質(zhì)成分外，激活的成纖維細(xì)胞也表達(dá)多種細(xì)胞因子和生長因子，通過自分泌和旁分泌機(jī)制影響切口愈合。急性心肌損傷后通過成纖維細(xì)胞表達(dá)的細(xì)胞因子明顯上調(diào)，包括促炎癥細(xì)胞因子(白細(xì)胞介素-1β和白細(xì)胞介素-6)的表達(dá)，其中白細(xì)胞介素-6是眾所周知的促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和心肌纖維化的因子之一[46]。Zhao等[47]研究發(fā)現(xiàn)，白細(xì)胞介素-6基因敲除小鼠在實(shí)施主動(dòng)脈縮窄術(shù)后，大鼠的左心室肥厚和左心室心肌功能不全明顯減輕，表明白細(xì)胞介素-6在壓力負(fù)荷誘導(dǎo)的左心室肥厚中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其可減輕心肌纖維化程度。Ma等[48]研究發(fā)現(xiàn)，白細(xì)胞介素-6主要由AngⅡ刺激心臟成纖維細(xì)胞產(chǎn)生，它能促進(jìn)心臟成纖維細(xì)胞膠原合成和成纖維細(xì)胞活化，在AngⅡ誘導(dǎo)的心肌纖維化中白細(xì)胞介素-6的表達(dá)增加，相反白細(xì)胞介素-6缺乏可減輕心肌纖維化程度。

4 小 結(jié)

心肌纖維化是一個(gè)復(fù)雜的過程，由多種介質(zhì)、細(xì)胞因子、信號(hào)通路相互作用、相互調(diào)控，在不同類型的心臟疾病中，其作用機(jī)制也各不相同。多種生長因子與細(xì)胞因子與成纖維細(xì)胞的早期活化及損傷后持續(xù)的病理性重構(gòu)有關(guān)，這些均可作為治療心肌纖維化的潛在新靶點(diǎn)。因此，對(duì)心肌纖維化更深入的了解將有利于對(duì)疾病的認(rèn)識(shí)，從而更好地預(yù)防、治療心肌纖維化。雖然目前對(duì)其認(rèn)識(shí)仍十分有限，但隨著研究的深入，未來可能會(huì)發(fā)現(xiàn)新的與纖維化相關(guān)的因子，從而為臨床治療提供新思路。