基于TGF-β1/Smads信號通路治療心肌梗死后心肌纖維化的研究進展

石斌豪，徐宗佩，樊官偉

(天津中醫(yī)藥大學 1. 天津市現(xiàn)代中藥重點實驗室—省部共建國家重點實驗室培育基地、2. 方劑學教育部重點實驗室，天津 300193)

心肌梗死(myocardial infarction，MI)后心肌纖維化(myocardial fibrosis, MF)是心室重構(gòu)、心臟功能障礙的主要原因之一，這是一個漸進式的過程。其表現(xiàn)是梗死區(qū)及邊緣區(qū)細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)過度沉積，心肌纖維膠原蛋白合成和降解失衡，使心肌僵硬，心臟順應性降低，影響心臟收縮和舒張功能，導致心功能下降甚至心衰。

轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)在生理(胚胎發(fā)育、分化、細胞生長)和病理過程(炎癥、纖維化、血管生成、腫瘤的發(fā)生發(fā)展)中發(fā)揮重要作用[1]。其中，與MF及心室重構(gòu)關(guān)系密切的是TGF-β1，TGF-β1可以經(jīng)TGF-β/Smads 信號通路參與調(diào)節(jié)心肌成纖維細胞的增殖、轉(zhuǎn)化、遷移和ECM的產(chǎn)生，TGF-β1是促MF的最主要因素。

1 TGF-β/Smads信號通路

TGF-β/Smads信號通路是一個經(jīng)典通路。TGF-β通過激活并磷酸化與其具有高親和力的Ⅰ型和Ⅱ型含絲氨酸/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域的受體，經(jīng)配體誘導后，形成異源復合物[即TGF-β先與TGF-βⅡ型受體(TβR2)結(jié)合,激活TGF-βⅠ型受體(TβR1)，與之形成受體復合物]，受體復合物再和下游效應分子Smads蛋白發(fā)生反應，但TGF-β Ⅲ型受體可抑制TGF-β介導的Smads通路[1]。TGF-β可分為TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三個亞型，其中TGF-β1在心肌肥厚及纖維化發(fā)展中起關(guān)鍵作用。

Smad蛋白存在于細胞質(zhì)內(nèi)，人體Smads蛋白家族主要分為3類：受體調(diào)節(jié)Smads蛋白(R-Smads:Smad1,2,3,5,8,9)、共同介質(zhì)Smad蛋白(Co- Smads:Smad4)、抑制型Smads蛋白(I-Smads:Smad 6/7)。TGF-β復合物與R-Smads及Co-Smads結(jié)合形成異聚體，經(jīng)R-Smad-Co-Smad模式轉(zhuǎn)位到細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)導特異性信號,來調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮生物學效應，如TGF-β1作用于 R-Smads蛋白 C端絲氨酸殘基，主要使Smad2和Smad3磷酸化，并與 Smad4 結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄復合體，進入細胞核內(nèi)，介導后續(xù)的信號通路傳導。 Smad2/3是MF最重要的影響因子[2]。I-Smads能夠負反饋阻斷R-Smads的激活，特別是Smad7在MF及心室重構(gòu)中具有保護作用，如下調(diào)IL-1、TNF-α等炎癥因子，抑制I型膠原和α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)[2-3]。

2 心肌梗死后TGF-β1/Smads與MF

MF誘因涉及腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin angiotension aldostenone system，RAAS )、細胞調(diào)控因子(如半乳糖凝集素)、氧化應激(如NADPH氧化酶)、炎性因子(可增加ECM蛋白的分泌)、細胞內(nèi)鈣離子等要素，這些因素經(jīng) AMPK信號通路、NF-κB信號通路、PI3K/Akt信號通路、Wnt/β-catenin信號通路或者調(diào)控Sirtuins(Sirt1/3/7)、BMPs(BMP2)、microRNAs(miR-26、miR-31、miR-34a、miR-122、miR-208a)、Rho相關(guān)蛋白激酶等，實現(xiàn)心肌成纖維細胞向肌成纖維細胞分化。它們獨立或相互影響，但最終環(huán)節(jié)或中心環(huán)節(jié)仍是連接TGF-β1及下游Smads信號發(fā)揮作用，說明TGF-β1/Smads是MF的關(guān)鍵[2,4]。

MI后受損心肌細胞激活免疫反應，誘導細胞因子和趨化因子的表達，炎性細胞浸潤梗死區(qū)，分泌促纖維化細胞因子TGF-β1，并激活TGF-β1/Smads信號通路。研究顯示，心肌瘢痕TGF-β1與Smad2/3/4表達明顯增加，同時膠原蛋白、纖維連接蛋白等ECM也升高，而具有抑制TGF-β1作用的Smad7減少，并且TGF-β1通過激活Smad2/3可促進心肌細胞凋亡，也可誘導自噬而減少心肌細胞。另一方面，TGF-β1誘導轉(zhuǎn)化的肌成纖維細胞，通過旁分泌釋放炎癥因子及血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)、血小板衍生生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)、MMP-2 、 MMP-9、結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor，CTGF)，刺激TGF-β1分泌，進一步提高心臟成纖維細胞分化為肌成纖維細胞，這是一個惡性循環(huán)，最終導致心肌細胞死亡和心功能的逐漸惡化[5-7]。

3 基于 TGF-β1/Smads抗心肌梗死后MF

3.1臨床研究臨床試驗早已證明，血管緊張素Ⅱ受體阻斷劑(angiotensin receptor blocker，ARB)對于MI后心肌重塑的有益效果，對其作用機制的研究不斷深入。例如最新研究提示，MI后Ang II釋放可以刺激TGF-β1和缺氧誘導因子-1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)分泌水平升高，從而共同促進ECM堆積，而纈沙坦可以抑制這種協(xié)同作用，降低MMP-2和MMP-9，從而減少膠原蛋白進一步的積累，防止MF的擴大[8]。他汀類(statins)藥物的調(diào)脂作用對于預防動脈粥樣硬化性疾病患者心肌梗死已被證實，新的研究成果顯示他汀類藥物具有防止MF的作用。Xiao等[9]研究發(fā)現(xiàn)，辛伐他汀對MI大鼠心室重構(gòu)具有改善作用，其通過下調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子β激活激酶1(TGF-activated kinase 1，TAK1)，減少TGF-β1及下游Smad3的表達，并且上調(diào)Smad7水平，抑制心肌細胞肥大和間質(zhì)纖維化，改善了心室壁順應性與心臟功能。

MI后MF的最終結(jié)果是心肌收縮功能下降，舒張功能障礙導致心力衰竭，如何增強心肌收縮力、緩解舒張障礙是臨床需要直接面對的問題。Zhang等[10]利用心肌收縮能力調(diào)節(jié)(cardiac contractility modulation，CCM)技術(shù)，通過電刺激心肌絕對不應期而增加心肌收縮力，實驗結(jié)果表明，CCM可以減少TGF-β1/Smad3表達，降低I、III型膠原、α-SMA、MMP-2和MMP-9水平，其機制之一可能是通過調(diào)控miRNA-133，抑制TGF-β1實現(xiàn)。

另外，在我國中醫(yī)藥治療心臟病占據(jù)重要地位，有許多行之有效的藥物，諸如芪藶強心膠囊、芪參益氣滴丸、丹紅注射液等藥物都是治療冠心病的常見藥。現(xiàn)代研究顯示，這類藥物能調(diào)控TGF-β1/Smads信號通路，減輕纖維化水平，緩解心室重構(gòu)，藥物中的黃芪甲苷、丹參酮、人參皂苷等可能發(fā)揮了抗纖維化作用[11-13]。這不僅豐富了中藥藥理學機制，也擴大了適應癥范圍。

3.2相關(guān)探索性研究因為當前的診療水平尚不能徹底逆轉(zhuǎn)病理性MF，特別是MI后MF，并且MI患病率仍處于心血管疾患高位水平，所以迫切需要進一步研究開發(fā)已有藥物或新藥。Tao等[14]對葛根素治療MI后MF進行研究，證實葛根素能降低心肌組織I/III型膠原、α-SMA的表達，另一方面，可減少單核細胞趨化蛋白(MCP-1)和巨噬細胞，減輕炎癥反應，抑制TGF-β1，降低下游Smad2/3磷酸化，減輕MI后MF。有研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素、蛇床子素能夠抑制TGF-β1誘導的MF，從而降低Smad2、Smad3、Smad4的磷酸化水平，并且增強Smad7的表達，減少膠原蛋白、α-SMA等ECM的沉積，起到抗纖維化作用[15-16]。中介素1-53(intermedin 1-53，IMD 1-53)屬于鈣基因相關(guān)肽，能夠松弛血管、降低血壓、增加冠脈血流量、改善心功能，在MI中可以抑制心肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞，減少心肌膠原形成，這種保護作用可能是通過抑制TGF-β的表達，從而阻斷TGF-β/Smads信號通路的生物學效應[17]。大蒜提取物已應用于抗菌領(lǐng)域，其提取物之一大蒜辣素在心血管疾病防治中能夠調(diào)血脂、抗氧化、抗炎，并且具有抗MI后MF的作用[18]，相關(guān)研究揭示了大蒜辣素的治療作用是通過下調(diào)TGF-β1和 Smad3 表達，增加Smad7 表達量，使MF得到抑制。這是存在于公眾身邊最近的藥食同源之物，且提取工藝并不復雜，具有臨床研究意義。

3.3具有臨床潛在應用前景的研究非編碼小分子RNA(miRNAs)在調(diào)節(jié)MF中起重要作用，正越來越被認為不僅可以作為診斷標志物，也可作為MF治療新靶點。 如miRNA-133[10]、miRNA-22[19]、miRNA-24[20]、miRNA-214[21]、miRNA-378[22]等可以調(diào)控TGF-β1/Smads信號通路，改善MI后MF。表明抑制或增強特異性的TGF-β1相關(guān)miRNAs表達對于緩解心室重構(gòu)是有益的，而且相關(guān)miRNAs模擬、拮抗、富集等技術(shù)及藥物載體研究(脂質(zhì)體、病毒、納米粒等)取得了進展，以miRNAs為治療靶點的藥物開發(fā)具有可能性[2,23]。基于干細胞具有迅速發(fā)育成結(jié)構(gòu)和功能成熟的靶細胞、 修復受損或死亡細胞的特點，心肌干細胞(cardiac stem cells，CSCs)療法已成為治療MI的新策略。Hou等[24]研究證實，CSCs移植能夠修復受損心肌，增加縫隙連接蛋白43(connexin43，Cx43 )水平，這是一類能調(diào)控心肌細胞電生理活動，維持心肌細胞的正常電偶聯(lián)的蛋白；并且CSCs能夠阻斷MI后Ang Ⅱ誘導的TGF-β1/Smads信號通路，降低Ang Ⅱ、TGF-β1、Smad2/3水平，升高Smad7含量。這些結(jié)果可對CSCs未來應用于治療MI后惡性心律失常和MF提供證據(jù)支持。

4 結(jié)語及展望

綜上，TGF-β1/Smads信號通路在MI后MF發(fā)揮重要作用，是MF的樞紐之一，因此，以TGF-β1/Smads為靶點治療MI后MF具有臨床應用前景。但因為TGF-β1在MI后不同階段具有不同的生物學特點，比如MI早期TGF-β1可促使炎癥期向瘢痕期轉(zhuǎn)化，表達趨化因子，促進成纖維細胞向傷口部位的募集和結(jié)構(gòu)基質(zhì)蛋白的合成，從而保護心臟結(jié)構(gòu)[25]；可是持續(xù)的纖維化反應，又會對心臟功能產(chǎn)生負面影響，并最終加劇心臟功能下降，持續(xù)的膠原組織積累會影響心臟收縮功能和舒張功能，最終導致心衰[5]。所以，探明TGF-β正反作用的規(guī)律對于治療MF新策略的發(fā)展具有重要意義。

以miRNAs、CSCs為代表的研究為我們提供了新的治療方向，但臨床應用仍需要解決一些問題。比如miRNA可以編碼多個靶基因，抑制或增強某個miRNA是否影響其他臟器組織的正常功能，能否全身性給藥，因此安全、靶向性給藥仍是miRNAs發(fā)揮作用的關(guān)鍵。而CSCs可能面臨著細胞移植量、干細胞生存能力、對機體不良的免疫反應、致畸性、致瘤性、載體的選擇、倫理等問題，仍需要在安全、有效、標準化方面進行深入研究。隨著這些問題的解決和具有臨床意義的大型試驗的開展，miRNAs、CSCs定能成為治療MI后MF的策略之一。

從近年文獻中，我們不難發(fā)現(xiàn)中醫(yī)藥治療MI后MF相關(guān)研究占據(jù)重要地位，通過拆方或單味提取物的機制研究，證明復方或中藥的作用機制，這些結(jié)果對于臨床指導用藥辨證論治和新藥開發(fā)具有實際意義。而從相關(guān)研究藥物種類我們也發(fā)現(xiàn)多以益氣活血藥物為主，說明益氣活血理論治療MI后MF有其獨特的優(yōu)勢。我們相關(guān)研究也證實了益氣活血藥物及制劑可以通過調(diào)控TGF-β1/Smads信號通路改善MI后MF[13]，但其他作用機制仍需進一步研究，在中醫(yī)整體觀和辨證論治的指導下實現(xiàn)精準醫(yī)學的突破。

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