于芃，彭文藝，曹豐，李霜*

(1西部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院心血管內(nèi)科，成都 610083; 2空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院心血管內(nèi)科，西安 710032；3解放軍總醫(yī)院國(guó)家老年疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心, 北京 100853; 4解放軍總醫(yī)院第二臨床醫(yī)學(xué)中心心血管內(nèi)科，北京 100853)

心血管疾病(cardiovascular diseases，CVDs)是威脅人類健康的主要原因[1]。心臟纖維化是多種心血管疾病后期會(huì)出現(xiàn)的一種病理變化，通常表現(xiàn)為心臟成纖維細(xì)胞(cardiac fibroblasts，CFs)異常增殖及分化，細(xì)胞外基質(zhì)沉積以及膠原蛋白比例失衡[2]。近年來，越來越多的研究表明心臟纖維化是心功能惡化及心臟衰竭的重要原因之一。因此，防治心臟纖維化對(duì)于改善心血管患者的預(yù)后具有重要意義。雖然目前已經(jīng)有很多藥物用于臨床以減少心臟纖維化的發(fā)生發(fā)展，但其療效并不令人滿意，故探討心臟纖維化的發(fā)生發(fā)展機(jī)制，尋找治療新靶點(diǎn)是指導(dǎo)其防治的關(guān)鍵。

1 心臟纖維化的機(jī)制

正常心臟間質(zhì)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以CFs分泌的I型膠原蛋白為主的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白(extracellular matrix，ECM)最為豐富，其特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的抗?fàn)坷芰?，在維持房室壁強(qiáng)度中發(fā)揮重要作用[3]。正常生理狀態(tài)下，CFs合成與分解膠原蛋白處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，心臟組織損傷后，CFs增殖并分化為心臟肌成纖維細(xì)胞(cardiac myofibroblasts, CMFs)，發(fā)生“修復(fù)性”纖維化以保護(hù)心臟組織[4]。當(dāng)組織愈合后，此種促纖維化程序會(huì)被關(guān)閉。若病理刺激持續(xù)存在，CFs將持續(xù)地增殖并分化為CMFs，后者不僅可以分泌大量膠原蛋白等導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積，還可以分泌各種促纖維化的因子，最終導(dǎo)致心臟僵硬度增加，順應(yīng)性降低，并發(fā)展為心力衰竭[5]。研究表明，心肌梗死后和長(zhǎng)期心力衰竭導(dǎo)致的心臟間質(zhì)纖維化主要是由CFs增殖以及向CMFs轉(zhuǎn)化的形成[6, 7]。

CMFs較CFs而言，其分泌膠原蛋白的能力更強(qiáng)，是心臟纖維化過程的主要參與細(xì)胞。而且，CMFs主要表達(dá)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(alpha-smooth muscle actin, α-SMA)和收縮相關(guān)蛋白，具有膠原蛋白收縮能力，膠原蛋白收縮亦可影響CFs增殖和分化。CMFs也可分泌多種促進(jìn)纖維化的體液因子，如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)和結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(connective tissue growth factor, CTGF)。研究表明CMFs的收縮和ECM分泌可與其他促纖維化因子一起，維持并加重CFs活化和纖維化反應(yīng)[8, 9]。

在各種心肌損傷過程中，CFs異常地增殖與轉(zhuǎn)化，可導(dǎo)致不可逆的心室重塑和心臟功能障礙[10]。因此，改善心臟纖維化對(duì)于改善心臟疾病預(yù)后十分重要。目前,抗纖維化治療大多數(shù)治療效果遠(yuǎn)不如預(yù)期。因此，有必要尋找新的分子及通路來抑制CFs增殖和向CMFs的持續(xù)活化[11]。近年來研究表明，CFs細(xì)胞膜上的瞬時(shí)受體電位(transient receptor potential, TRP)通道及其介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流可能在心臟纖維化疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的作用[12]。

2 TRP通道的結(jié)構(gòu)和功能簡(jiǎn)介

TRP由Cosens首次在果蠅的視覺系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)。在哺乳動(dòng)物中，TRP家族由28個(gè)成員組成，分為7個(gè)亞家族：TRPA(TRPA1)，TRPC(TRPC1-TRPC7)，TRPM(TRPM1-TRPM8)，TRPML(TRPML1-TRPML3)，TRPN, TRPP(TRPP1-TRPP3)和TRPV(TRPV1-TRPV6)[13]。

TRP蛋白為四聚體結(jié)構(gòu)，每個(gè)亞基由6個(gè)跨膜段(S1-S6)組成。來自每個(gè)亞基的S5-S6跨膜區(qū)段與來自另一個(gè)亞基的S1-S4跨膜區(qū)段(電壓傳感器束)形成的結(jié)構(gòu)域可以相互作用。在胞質(zhì)中，氨基末端和羧基末端可以參與通道門控制和亞基的組裝，并通過各種結(jié)合位點(diǎn)與其他蛋白質(zhì)和分子相互作用[14]。

TRP通道主要對(duì)Ca2+和其他陽離子具有滲透性，但TRPM4和TRPM5除外，它們只對(duì)Na+具有滲透性(表1)。TRP通道受多種刺激的調(diào)節(jié)，如機(jī)械拉伸、氧化應(yīng)激、磷脂及其代謝物、滲透壓變化、細(xì)胞內(nèi)離子(Ca2+和Mg2+)以及神經(jīng)激素因子等。TRP激活機(jī)制復(fù)雜，包括膜電壓依賴的激活機(jī)制、G 蛋白偶聯(lián)受體(G protein coupled receptor，GPCR) 相關(guān)的磷酸化激活機(jī)制、磷脂酰肌醇(phosphatidyl-inositol，PIP2) 活化機(jī)制以及配體活化機(jī)制[15]。

表1 生理與纖維化狀態(tài)時(shí)TRP通道在心臟成纖維細(xì)胞膜上的表達(dá)情況

3 心臟纖維化中TRP通道發(fā)揮的作用

3.1 TRPC通道

TRPC3主要介導(dǎo)Ca2+內(nèi)流[16]。研究表明TRPC3介導(dǎo)的局部Ca2+內(nèi)流可以誘導(dǎo)心臟重塑。Numaga-Tomita 等[17]發(fā)現(xiàn)TRPC3在壓力超負(fù)荷時(shí)上調(diào)，可與煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶2(NOX2)結(jié)合生成一種穩(wěn)定的膜結(jié)合ROS生成酶，誘導(dǎo)心肌細(xì)胞以及CFs內(nèi)ROS信號(hào)的擴(kuò)增，從而促進(jìn)CFs的增殖、分化，加速心臟纖維化進(jìn)程。Harada等[18]研究表明在房顫大鼠的心房成纖維細(xì)胞膜上TRPC3的表達(dá)上調(diào)，這可以導(dǎo)致鈣離子依賴性的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，Erk1/2)的激活, 從而促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖和分化。然而，當(dāng)CFs分化為CMFs后，CMFs膜上TRPC3 表達(dá)反而下調(diào)，這種負(fù)反饋調(diào)節(jié)可能是為了防止 ECM 的過度沉積。

3.2 TRPV通道

TRPV3及TRPV4在病理性心臟纖維化中同樣發(fā)揮重要作用。在大鼠模型心臟壓力超負(fù)荷實(shí)驗(yàn)中，Liu等[19]發(fā)現(xiàn)TRPV3表達(dá)上調(diào)與心肌間質(zhì)纖維化增加、收縮功能下降有關(guān)。這些變化通過TRPV3激動(dòng)劑carvacrol進(jìn)一步增強(qiáng)，并通過非特異性的TRPV阻斷劑釕紅逆轉(zhuǎn)。體外實(shí)驗(yàn)表明，CFs的TRPV3上調(diào)，可以激活TGF-β1信號(hào)通路，增強(qiáng)細(xì)胞周期蛋白E和細(xì)胞周期蛋白依賴激酶D的活性以加速G1/S細(xì)胞周期的進(jìn)展，從而調(diào)節(jié)CFs的增殖。因此TRPV3可能是CFs增殖和分化的積極調(diào)節(jié)因子。

ECM過量沉積可對(duì)CFs施加機(jī)械負(fù)荷，促使CFs向CMFs分化，進(jìn)一步增強(qiáng)纖維化[9]。進(jìn)一步研究表明TRPV4通道可將ECM的僵硬與CMF的激活和分化聯(lián)系在一起[20]。除此之外，Adapala等[21]發(fā)現(xiàn)TGF-β1處理CFs后，TRPV4的表達(dá)明顯增強(qiáng)，其機(jī)制可能是經(jīng)TGF-β/MAPK通路激活TRPV4基因轉(zhuǎn)錄。而機(jī)械應(yīng)激和TGF-β1介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)都促進(jìn)CMFs表達(dá)α-SMA，提示機(jī)械應(yīng)激和TGF-β1介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)也許是經(jīng)過TRPV4協(xié)同促進(jìn)CFs的轉(zhuǎn)分化[21]。

3.3 TRPM 通道

TRPM7可傳導(dǎo)Ca2+和Mg2+，并在一定程度上傳導(dǎo)幾種必需的微量金屬離子[22]。房顫患者CFs膜上TRPM6的上調(diào)與心房組織間質(zhì)纖維化程度增加促纖維細(xì)胞因子/生長(zhǎng)激素(TGF-β1、CTGF、collagen Ⅰ、collagen Ⅲ)表達(dá)增強(qiáng)密切相關(guān)[23]。其機(jī)制可能是TRPM6表達(dá)的增加會(huì)破壞心房Mg2+穩(wěn)態(tài)，激活TRPM7，共同促進(jìn)纖維化進(jìn)程[23]。

在心臟組織中，心室和心房成纖維細(xì)胞均表達(dá)TRPM7通道[24]。Yu等[25]發(fā)現(xiàn)TRPM7的上調(diào)對(duì)于血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)心室成纖維細(xì)胞增殖和分化是必不可少的。用過氧化氫模擬氧化應(yīng)激培養(yǎng)原代CFs發(fā)現(xiàn)，其誘導(dǎo)CMFs活化以及分泌collagen Ⅰ、CTGF等作用是依賴于TRPM7介導(dǎo)的細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流；同時(shí)，這種氧化應(yīng)激反應(yīng)介導(dǎo)纖維化信號(hào)的產(chǎn)生，伴隨著Erk1/2的激活，共同促進(jìn)心臟纖維化[26]。

3.4 TRPA1 通道

TRPA1在心肌細(xì)胞和非心肌細(xì)胞(內(nèi)皮細(xì)胞、CFs、巨噬細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞等)中均有表達(dá)[27]。正常生理?xiàng)l件下，TRPA1通道雖然介導(dǎo)Ca2+內(nèi)流，但似乎不參與心臟收縮活動(dòng)[28]。近年來有研究提示TRPA1與心血管疾病的發(fā)生密切相關(guān)[29]。最新研究表明，在糖尿病心肌病患者心臟內(nèi)甲基乙二醛的升高除導(dǎo)致糖基化終末產(chǎn)物增加外，還可上調(diào)TRPA1通道，引起CFs內(nèi)Ca2+濃度的持續(xù)增加，并導(dǎo)致CFs的增殖與分化,使用選擇性TRPA1拮抗劑HC030031或沉默TRPA1基因可改善心臟纖維化程度，但具體機(jī)制有待進(jìn)一步探索[30]。此外，TRPA1選擇性抑制劑可通過調(diào)節(jié)M2型巨噬細(xì)胞分化，抑制心肌肥大和心臟纖維化[31]。TRPA1不參與正常心臟收縮功能，但可通過調(diào)節(jié)Ca2+濃度直接或促進(jìn)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)間接地促進(jìn)CFs增殖、分化，提示特異性拮抗TRPA1是值得探索的有效方法之一。

4 心臟纖維化治療展望

心臟纖維化發(fā)生發(fā)展是由多種生化介質(zhì)和信號(hào)通路組成的復(fù)雜交錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)所調(diào)控，包括細(xì)胞因子/生長(zhǎng)激素及其受體、蛋白水解酶、激酶、磷酸酶、轉(zhuǎn)錄因子和離子通道等。盡管如此，大量研究表明，心臟纖維化的核心變化在于CFs的增殖和分化為CMFs。因此，抑制CFs的異常增殖和CMFs的持續(xù)活化是潛在的有效治療心臟纖維化靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)在各種心臟疾病發(fā)生心臟纖維化時(shí)，心臟細(xì)胞中多種TRP蛋白受TGF-β、血管生成素Ⅱ( angiogeninⅡ，Ang Ⅱ)及CTGF等因子，或者ECM張力的影響而表達(dá)上調(diào)，Ca2+和(或)Mg2+內(nèi)流，通過激活各種Ca2+和(或)Mg2+依賴的信號(hào)途徑，如RhoA、蛋白激酶C、Erk1/2以及TGF-β信號(hào)通路等，調(diào)節(jié)這一過程(圖 1)。除此之外，TRP通道也可以通過促進(jìn)炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)、激活整合素等來促進(jìn)纖維化。對(duì)于人體來說，上述多數(shù)信號(hào)通路不僅參與心臟纖維化的形成，也參與維持正常心臟功能。因此，臨床上難以將上述信號(hào)途徑中的重要組成部分作為防止心臟纖維化的靶點(diǎn)。然而，可調(diào)控細(xì)胞內(nèi)外Ca2+濃度的TRP通道為控制纖維化進(jìn)展提供了新的方向。

圖1 TRP通道在心臟成纖維細(xì)胞分化中的作用機(jī)制Figure 1 Mechanism of TRP channels in differentiation of cardiac fibroblastsTRP: transient receptor potential; TGF: transforming growth factor; CDK: cyclin-dependent kinases; Erk 1/2: extracellular signal-regulated kinase; Rho/Rock: Ras-homolog gene family, member A/Rho-associated kinase.