心力衰竭與細(xì)胞凋亡研究進(jìn)展

張 旭，金 娟，劉 莉

1972年Kerr最先提出細(xì)胞凋亡的概念，是細(xì)胞死亡形式之一，是指細(xì)胞在一定的生理或病理?xiàng)l件下，受內(nèi)在遺傳機(jī)制的控制自動結(jié)束生命的過程。在充血性心力衰竭（CHF）發(fā)生、發(fā)展過程中出現(xiàn)的許多病理因素（如氧化應(yīng)激、壓力或容量負(fù)荷過重、腎上腺素、血管緊張素Ⅱ、致炎細(xì)胞因子、缺血、缺氧等）均可誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡［1，2］。人心肌細(xì)胞的凋亡造成心肌細(xì)胞散在丟失，當(dāng)心肌細(xì)胞廣泛丟失時，就會損害心室功能導(dǎo)致心力衰竭。心肌細(xì)胞大量丟失引發(fā)維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的代償機(jī)制，例如左心室肥大、左心室擴(kuò)張，以及交感神經(jīng)系統(tǒng)和腎素－血管緊張素系統(tǒng)活性增強(qiáng)。這些代償機(jī)制反而成為加劇心力衰竭的因素。此外，心肌細(xì)胞凋亡參與心力衰竭的心肌重構(gòu)，心肌細(xì)胞、膠原網(wǎng)架和血管床發(fā)生了一些改變，即心室重構(gòu)。

1 心力衰竭過程中心肌凋亡的途徑

凋亡由心力衰竭過程中心肌凋亡的途徑外源性途徑（涉及細(xì)胞表面死亡受體）和內(nèi)源性途徑（涉及線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）兩條通路介導(dǎo)。死亡配體結(jié)合死亡受體時，外源性途徑被激活，隨后觸發(fā)形成死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合體（DISC）。半胱天冬酶8在DISC內(nèi)被激活，然后剪切并激活下游的半胱天冬酶原。半胱天冬酶8也能剪切只含BH3結(jié)構(gòu)域的蛋白Bid，后者的羧基部分轉(zhuǎn)位到線粒體，觸發(fā)線粒體凋亡事件。內(nèi)源性途徑則被多種生物、化學(xué)和物理刺激所激活。這些信號被促凋亡蛋白Bcl－2家族的Bax和只含BH3結(jié)構(gòu)域的蛋白傳遞到線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。死亡信號觸發(fā)線粒體向細(xì)胞質(zhì)中釋放促凋亡物質(zhì)，其中包括細(xì)胞色素C。胞質(zhì)細(xì)胞色素C觸發(fā)形成第二個多蛋白復(fù)合體——凋亡體。半胱天冬酶原9在凋亡體中被激活，隨后剪切并激活下游的半胱天冬酶原。下游的半胱天冬酶剪切數(shù)百種細(xì)胞蛋白，并致細(xì)胞凋亡。

2 心力衰竭過程中參與凋亡的重要蛋白因子

2.1 Fas／FasL Fas即CD59分子，屬于TNF／神經(jīng)生長因子受體家族，亦是一種跨膜蛋白。人Fas基因定位于第10號染色體（10q24）上，基因長度為2534bp，含8個內(nèi)含子和9個外顯子，編碼319個氨基酸［3］。Fas基因分子結(jié)構(gòu)由細(xì)胞外的N末端、中間的膜區(qū)及細(xì)胞內(nèi)區(qū)3個部分組成。其中跨膜區(qū)位于分子中部，具有細(xì)胞凋亡信號傳導(dǎo)作用，被稱為死亡結(jié)構(gòu)域。FasL是Fas的配體，是細(xì)胞表面的一種膜蛋白，抗Fas抗體、FasL或血漿sFasL均可與靶細(xì)胞表面的Fas結(jié)合，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，最終誘導(dǎo)凋亡。死亡受體Fas在心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中有著重要作用。Fas配體首先結(jié)合到同源受體上，誘導(dǎo)受體簇和死亡受體誘導(dǎo)信號復(fù)合物的形成，復(fù)合物通過接頭分子FADD被募集于多個caspase－8的前體上，激活caspase－8，再依次激活下游caspase執(zhí)行因子［4］。

2.2 半胱胺酸天冬氨酸酶（caspases）家族蛋白 眾多蛋白酶均參與凋亡的發(fā)生，其中caspases在凋亡的起始和執(zhí)行過程中起關(guān)鍵作用。在哺乳動物中，至少有14個caspase家族成員參與了凋亡的過程。它們大致被分為三大類凋亡啟動因子、凋亡執(zhí)行因子和炎癥介導(dǎo)因子，構(gòu)成了級聯(lián)放大效應(yīng)。凋亡啟動因子在級聯(lián)反應(yīng)的上游，包括caspase－2、－8、－9、10等，能在其他蛋白的輔助下發(fā)生自我活化并識別和激活下游的caspase。如caspase－8幾乎能激活所有凋亡級聯(lián)反應(yīng)下游的caspase而誘發(fā)凋亡，在起始者中處于核心地位［5］。凋亡執(zhí)行因子在級聯(lián)反應(yīng)的下游，包括caspase－3、－6、－7等，作用于其特異性底物并導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。如caspase－3，是caspase家族中最重要的凋亡執(zhí)行者之一，在caspases家族蛋白中，Caspase－3是凋亡級聯(lián)反應(yīng)下游最關(guān)鍵的凋亡蛋白酶［6］。炎癥介導(dǎo)因子包括caspase－1、－4、－5和－11，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)并在死亡受體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑中起輔助作用。具體過程是caspase在促凋亡因子刺激下被活化，繼而對底物進(jìn)行特異性的水解及剪切，通過切斷與周圍細(xì)胞的聯(lián)絡(luò)、重組細(xì)胞骨架、關(guān)閉DNA復(fù)制、修復(fù)和破壞DNA及核結(jié)構(gòu)等方式來參與凋亡的早期啟動，并將激活的信號傳遞下去形成一個caspase級聯(lián)反應(yīng)［7］。最終啟動凋亡相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄、促進(jìn)生物大分子的合成，使細(xì)胞發(fā)生凋亡所特有的形態(tài)以及生化變化。

2.3 Bcl－2蛋白家族Bcl－2家族蛋白主要由抗凋亡蛋白（如Bcl－2、Bcl－xL、Bcl－w等）和促凋亡蛋白（如Bax、Bad、Bak、Bid和Bcl－xs等）組成，且這兩者之間的相互作用是決定細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因素［8］。Bcl－2家族蛋白是細(xì)胞凋亡過程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，能夠調(diào)整線粒體膜的完整性，以及控制促凋亡的細(xì)胞內(nèi)膜蛋白的釋放。具有抗凋亡作用的Bcl－2蛋白具有抑制線粒體外膜的通透性和線粒體促凋亡物質(zhì)的釋放；相反，促凋亡的Bcl－2蛋白則促進(jìn)線粒體外膜的通透性和線粒體促凋亡物質(zhì)的釋放。研究表明Bcl－2和Bax的比例可能在心肌細(xì)胞凋亡率方面有重要作用，如在壓力負(fù)荷型大鼠模型中，左室肥厚的模型中心肌細(xì)胞凋亡率明顯高于心室功能衰竭的大鼠，其機(jī)制可能與Bax表達(dá)增加使Bcl－2／Bax比例降低有關(guān)。

2.4 抑癌基因p53蛋白 p53基因是位于17號染色體短臂上的一個單拷貝基因，包含11個外顯子和10個內(nèi)含子。其mRNA長2.5kb，編碼一個含有393個氨基酸的蛋白質(zhì)，分子量為53kD。p53是一個細(xì)胞內(nèi)壓力的感受器，內(nèi)源性凋亡途徑的關(guān)鍵激活因子。當(dāng)細(xì)胞受損時，p53可抑制細(xì)胞生長或誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，對細(xì)胞凋亡過程起著重要調(diào)控作用。P53通過轉(zhuǎn)錄激活Bcl－2家族中促凋亡的成員，抑制Bcl－2蛋白，從而啟動凋亡的發(fā)生。另外p53的靶標(biāo)還包括Bax、Noxa、Puma和Bid等。P53調(diào)控凋亡的一個主要影響因子，是名為Puma的BH3蛋白。Toth等［9］研究發(fā)現(xiàn)在缺血時PLJMA的表達(dá)上調(diào)，而且在PUMA缺失的小鼠中，心肌梗死面積減小50%。

2.5 細(xì)胞色素C（Cyt－c）線粒體是調(diào)控細(xì)胞凋亡的中心 細(xì)胞色素C是線粒體釋放的最重要的促凋亡因子之一，是線粒體凋亡途徑的標(biāo)志事件。在細(xì)胞凋亡過程中細(xì)胞色素C釋放進(jìn)入胞質(zhì)，參與哺乳動物細(xì)胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。缺氧可致心肌細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素C大量釋放胞質(zhì)中，caspase－9基因表達(dá)增高并進(jìn)一步導(dǎo)致caspase－3激活，引發(fā)凋亡。細(xì)胞凋亡時，線粒體的通透性發(fā)生改變，膜電位下降，與此同時，細(xì)胞色素C會從線粒體膜上被釋放到胞漿中。釋放到細(xì)胞質(zhì)的Cyt－c在脫氧腺苷三磷酸（dATP）存在的情況下，與凋亡蛋白酶活化因子（Apaf－1）結(jié)合，形成多聚體，促使caspase前體蛋白與其結(jié)合為凋亡小體，其中主要是與caspase－9前體蛋白結(jié)合，從而激活caspase－9，被激活的caspase－9又 能 激 活caspase－3，進(jìn) 而 導(dǎo) 致 細(xì) 胞 發(fā) 生 凋亡［10］。

2.6 凋亡抑制蛋白（ARC） ARC是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一個心臟特異表達(dá)的抗凋亡蛋白，可能是心臟發(fā)育過程中天然獲得的具有心臟保護(hù)作用的蛋白。此蛋白可抑制多種因素誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡，如缺氧、缺血／再灌注損傷、機(jī)械張力等。ARC發(fā)揮抗凋亡的作用是通過酪蛋白激酶CK2對其進(jìn)行磷酸化而實(shí)現(xiàn)的［11］。ARC是心肌細(xì)胞中帶有caspase富集功能域的凋亡抑制因子，ARC蛋白通過抑制心肌細(xì)胞的凋亡對心臟發(fā)揮保護(hù)作用，具有強(qiáng)大的抗凋亡作用，其不僅能夠抑制Fas／caspase－8及TNF－R1受體活化誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，并且通過與Bax的相互作用，抑制Bax活化的細(xì)胞凋亡線粒體通路，這表明ARC可同時抑制內(nèi)源及外源性細(xì)胞凋亡途徑。在ARC基因敲除小鼠缺血再灌注損傷實(shí)驗(yàn)中，ARC敲除小鼠心肌凋亡數(shù)量明顯增加了2.5倍，體內(nèi)Bax活性明顯增高，證實(shí)內(nèi)源性ARC是通過抑制Bax活性來發(fā)揮其心肌保護(hù)作用［12］。心力衰竭等心臟損傷過程中ARC蛋白的表達(dá)下調(diào)，促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡的發(fā)生，這可能是心力衰竭發(fā)生的機(jī)制之一。

2.7 β3腎上腺能受體（β3AR） β3AR是存在心血管系統(tǒng)一種受體亞型，與心力衰竭關(guān)系密切。研究顯示β3AR通過促進(jìn)氧化應(yīng)激，觸發(fā)炎性反應(yīng)，引發(fā)鈣超載等誘發(fā)細(xì)胞凋亡。研究表明，心肌缺血損傷后，心肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載，使得心肌收縮功能異常，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［13，14］，而β3AR在心衰過程中通過調(diào)節(jié)鈣離子流介導(dǎo)負(fù)性肌力作用。心力衰竭時β3AR上調(diào)激活心室肌細(xì)胞內(nèi) NO合成酶，β3AR、NO、eNOS、鈣通道通路是β3AR加重心力衰竭的主要途徑［15］。

3 結(jié) 語

目前從細(xì)胞凋亡角度主要基于死亡受體通路、線粒體通路、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路三條途徑研究心力衰竭的發(fā)病機(jī)制，目前發(fā)現(xiàn)了諸多凋亡相關(guān)因子，如Fas／FasL、Caspases家族蛋白、Bcl－2蛋白家族、抑癌基因p53蛋白、細(xì)胞色素C、凋亡抑制蛋白ARC、β3AR等。衰竭心臟中存在心肌細(xì)胞凋亡，心肌細(xì)胞凋亡是慢性心衰發(fā)病機(jī)制的重要部分。

研發(fā)抑制心肌細(xì)胞凋亡的新藥，阻斷、干預(yù)凋亡的各環(huán)節(jié)，為慢性心衰的預(yù)防和治療提供新的途徑和切入點(diǎn)。

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