心肌梗死后心肌再生相關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制的研究進(jìn)展

馬逸夫 劉婷婷 孫芳玲 田 欣 王宇峰 鄭瑞芳 邢建國 王 文,,4▲

1.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院實驗動物室，北京 100053；2.北京市老年病醫(yī)療研究中心，北京 100053；3.新疆維吾爾自治區(qū)藥物研究所，新疆烏魯木齊 830002；4.北京市腦重大疾病研究院，北京 100069

冠狀動脈急性、持續(xù)性缺血缺氧后，心肌細(xì)胞會死亡，成纖維細(xì)胞為補(bǔ)充死亡的心肌細(xì)胞，大量增殖，最終形成瘢痕組織，瘢痕組織收縮能力較差，最終導(dǎo)致心力衰竭。因此促進(jìn)心肌再生、減少瘢痕面積對于心肌梗死后心臟功能的改善具有重要意義。心臟作為一個細(xì)胞有絲分裂的終末分化器官[1]，一直以來被認(rèn)為不可再生。但Porrello 等[2-3]，在2011 年發(fā)現(xiàn)在切除新生小鼠心尖或誘導(dǎo)心肌梗死后，在約21 d 內(nèi)發(fā)生了心肌再生，并且結(jié)扎部位僅留有極小的殘留瘢痕。與發(fā)育階段比較，發(fā)育完成后的心肌在損傷后的再生過程更為復(fù)雜，包括清除受損或死亡組織、調(diào)節(jié)炎癥、抑制過度活躍的纖維化及重建和整合心肌細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)、血管和淋巴系統(tǒng)等一系列過程[4]。近些年來對于心肌細(xì)胞內(nèi)源性再生的研究越來越多，其中以研究誘導(dǎo)心肌細(xì)胞增殖來緩解心肌梗死的成果最為突出，同時也有一些研究涉及到通過促進(jìn)心臟祖細(xì)胞的分化來緩解心肌梗死[5]。本文對目前促進(jìn)調(diào)控心臟再生的microRNA、信號通路和細(xì)胞因子等幾個方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 microRNA 與心肌再生

microRNA 是由大約22 個核苷酸長的非編碼真核RNA 組成的小片段。研究表明，其具有使成體心肌細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞周期的潛力，可以通過表達(dá)與心肌細(xì)胞再生相關(guān)的microRNA，促進(jìn)通路中心與心肌細(xì)胞再生相關(guān)的基因表達(dá)，從而促進(jìn)心肌梗死區(qū)域心肌細(xì)胞的再生[6]。已有大量研究表明microRNA 可以作為調(diào)節(jié)因子，調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的有絲分裂與心肌細(xì)胞的增殖，減少瘢痕形成，改善心肌梗死后的心功能。值得注意的是，不同的microRNA 發(fā)揮作用的方式不同，有些microRNA 的表達(dá)會誘導(dǎo)成年小鼠心肌梗死后心肌細(xì)胞的增殖從而緩解心肌梗死；而有些microRNA 在哺乳動物心肌細(xì)胞增殖過程中則起到抑制作用[7]。

microRNA-210、microRNA-19a、microRNA-19b等均在心肌細(xì)胞增殖過程中發(fā)揮促進(jìn)作用。Arif 等[8]將microRNA-210 模擬物作用于成年大鼠心肌細(xì)胞，結(jié)果顯示，microRNA-210 模擬物可以上調(diào)β-catenin表達(dá)水平，從而激活Wnt 信號通路，促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖，減少瘢痕組織的生成，改善心功能。microRNA-19a 和microRNA-19b 同樣被證明可以調(diào)節(jié)心肌梗死后的心肌細(xì)胞增殖[9-10]，microRNA-19a/19b 可以作為一個治療心肌梗死的靶點[11]。Gao 等[12]發(fā)現(xiàn)，在心肌梗死后，microRNA-19a/19b 的表達(dá)可促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖，促進(jìn)心臟再生，同時，顯著減少心肌梗死面積。其作用機(jī)制與上調(diào)CCNB1、CCND1 和CDK1 等細(xì)胞周期相關(guān)基因表達(dá)水平有關(guān)[13]。此外，還有一些microRNA在心肌再生中發(fā)揮著促進(jìn)作用。例如，microRNA-590和microRNA-199a 在心肌梗死后會誘導(dǎo)成年小鼠心臟再生[4]。同樣，microRNA-302 的表達(dá)可以促進(jìn)心肌梗死后的心肌再生，其通過抑制Hippo 通路發(fā)揮作用[14-15]。microRNA-509、microRNA-17 和microRNA-204等的表達(dá)會誘導(dǎo)成年小鼠心肌梗死后心肌細(xì)胞的增殖，緩解心肌梗死[16]。

相反，一些microRNA 的表達(dá)會抑制成年小鼠心肌梗死后心肌細(xì)胞的增殖。研究表明，microRNA-195對于調(diào)節(jié)哺乳動物心肌梗死后的心臟再生起到重要作用[17]。Porrello 等[3]建立microRNA-195 過表達(dá)的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)microRNA-195 的過表達(dá)會損害1 日齡小鼠心臟的再生，導(dǎo)致心肌梗死后心肌纖維化的加重。同時證明1 日齡小鼠心肌梗死后新形成的心肌細(xì)胞大多數(shù)來源于預(yù)先存在的心肌細(xì)胞。而抑制microRNA-195 的過表達(dá)會誘導(dǎo)成人心肌細(xì)胞的增殖，促進(jìn)心肌再生，改善心肌梗死后的心功能。此外，Cai 等[18]發(fā)現(xiàn)microRNA-195 通過抑制心臟中許多與細(xì)胞周期相關(guān)基因的表達(dá)來調(diào)節(jié)新生鼠的心臟再生。有研究發(fā)現(xiàn)microRNA-21 是細(xì)胞生長、分化和細(xì)胞凋亡的重要調(diào)控因子[19]。Cheng 等[20]在心梗模型鼠中發(fā)現(xiàn)抑制microRNA-21 可以促進(jìn)心肌細(xì)胞的增殖，緩解心肌梗死造成的心肌損傷，其機(jī)制是microRNA-21 可以通過靶基因SPRY2，阻斷腎上腺素能受體刺激誘導(dǎo)心肌細(xì)胞生長[21]。此外，Wang 等[22]研究表明，microRNA-21通過PTEN/Akt 通路增強(qiáng)細(xì)胞存活率，同時會促進(jìn)心肌祖細(xì)胞的分化，使心肌再生。通過對microRNA-128表達(dá)小鼠模型的研究，發(fā)現(xiàn)microRNA-128 的表達(dá)會抑制心肌細(xì)胞增殖，阻礙心臟再生，同時心肌的收縮能力也會受到影響[23]。另一項研究表明，通過建立microRNA-128 基因敲除模型，發(fā)現(xiàn)在心肌梗死后microRNA-128 缺失的小鼠心肌細(xì)胞的數(shù)量會增加[24]。Zhou 等[25]發(fā)現(xiàn)microRNA-128 的缺失會導(dǎo)致心肌細(xì)胞的去分化和細(xì)胞周期重新進(jìn)入，進(jìn)一步增殖出新的心肌細(xì)胞[26]。此外，microRNA-304 的表達(dá)在哺乳動物心肌細(xì)胞增殖過程中同樣起到抑制作用[27]。

2 信號通路與心肌再生

信號通路是由一系列不同的蛋白組成，通過一種或幾種信號的不同組合產(chǎn)生不同的反應(yīng)實現(xiàn)細(xì)胞間信息傳遞，從而完成某一生物功能的調(diào)節(jié)。目前發(fā)現(xiàn)Hippo-YAP、Notch、Wnt/β-catenin 等信號通路可以參與調(diào)節(jié)心肌梗死后的心肌再生。

2.1 Hippo-YAP 信號通路

Hippo-YAP 是眾多參與調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞增殖的通路之一，該通路由一組保守的激酶構(gòu)成，在哺乳動物中，Hippo 信號通路上游的膜蛋白受體感受到胞外環(huán)境的生長抑制信號后，經(jīng)過一系列激酶的磷酸化反應(yīng)，最終作用于下游效應(yīng)因子YAP 和TAZ，發(fā)揮調(diào)控細(xì)胞增殖、發(fā)育的作用[25]。同時，YAP 可以通過激活PI3K-AKT 通路，刺激心肌細(xì)胞增殖[28]。在發(fā)生心肌梗死后的修復(fù)階段，YAP 通過胰島素樣生長因子和WNT 信號通路促進(jìn)細(xì)胞增殖[29]。有研究人員在Hippo通路下游效應(yīng)因子YAP 缺陷的心肌梗死小鼠心臟中觀察到了再生的心肌，而這些心肌主要來自于增殖的心肌細(xì)胞[30]。YAP 是ERBB2 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵介質(zhì)，ERBB2 作為一種表皮生長因子受體，Aharonov 等[31]證明在小鼠心肌梗死模型中，YAP 的磷酸化激活可以促進(jìn)ERBB2 的過表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)心肌細(xì)胞的增殖再生。

2.2 Notch 信號通路

Notch 信號通路主要由4 個受體與5 個配體組成[32]，影響著細(xì)胞分化，增殖、凋亡和再生[33]。Notch 信號通路被證明與調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞增殖有關(guān)[34]，實驗表明，Notch信號通路通過促進(jìn)BMP10 的表達(dá)，促進(jìn)成熟心肌細(xì)胞的增殖[35]。研究人員發(fā)現(xiàn)，斑馬魚心室損傷可以激活再生反應(yīng)中的Notch 通路[36]。但是也有研究表明，Notch 信號的過度激活也會抑制心肌細(xì)胞增殖[34]。

2.3 Wnt/β-catenin 信號通路

Wnt/β-catenin 信號通路是調(diào)控再生過程的主要信號通路之一。Wnt 信號通路在心臟損傷后被激活，促進(jìn)心臟再生[37]。GSK-3α 和GSK-3β 作為經(jīng)典的Wnt 通路的調(diào)節(jié)因子，通過調(diào)控對磷酸化介導(dǎo)的βcatenin 靶向蛋白酶體的降解，在心肌細(xì)胞的增殖與心肌梗死的修復(fù)中發(fā)揮重要作用[38]。GSK-3β 的化學(xué)抑制或基因敲除已被證明可以誘導(dǎo)心肌細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞周期，促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖[39]。此外，研究發(fā)現(xiàn)敲除GSK-3 等位基因中的3 個基因，可以促進(jìn)心肌細(xì)胞的增殖，減少瘢痕形成，改善心肌梗死后的心臟功能[40]。

2.4 其他信號通路

此外，還有一些信號通路在心肌再生中發(fā)揮著重要作用。Jak/Stat 信號通路是與心肌再生密切相關(guān)的信號通路。研究表明抑制斑馬魚中的該信號的傳導(dǎo)可減少心肌細(xì)胞增殖并增加心臟損傷后的瘢痕形成[41]。對心肌細(xì)胞的研究表明，PI3K-AKT 信號激活后，處于有絲分裂期和細(xì)胞動力學(xué)期的新生和成年心肌細(xì)胞數(shù)量增加[42]。此外，Wu 等[43]研究發(fā)現(xiàn)，低密度脂蛋白6 通過ING5/P21 途徑調(diào)節(jié)心肌梗死后心肌細(xì)胞的增殖，緩解瘢痕組織造成的心肌收縮能力下降的問題。

3 細(xì)胞因子與心肌再生

細(xì)胞因子是由免疫細(xì)胞和某些非免疫細(xì)胞經(jīng)刺激后合成、分泌的一類具有廣泛生物學(xué)活性的小分子蛋白質(zhì)，一般通過結(jié)合相應(yīng)受體來調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、增殖和分化。研究發(fā)現(xiàn)Pitx2、OSM、Gp130、GATA-4 等細(xì)胞因子在心肌再生中起到了重要的調(diào)節(jié)作用，其可以使心肌細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞周期，從而調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的增殖[44]。

Pitx2 的表達(dá)可以使發(fā)生梗死后的成年小鼠心肌細(xì)胞有效再生[45]。Tao 等[45]發(fā)現(xiàn)Pitx2 通過促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖，促進(jìn)心臟再生。此外，Pitx2 可以通過抑制活性氧促進(jìn)心肌再生。OSM 是一種多效分泌蛋白，是調(diào)控小鼠心臟細(xì)胞增殖的關(guān)鍵上游因子。Gp130 是一種OSM 的共受體，是改善心臟損傷后心臟再生的潛在治療靶點[46]。Gp130 的條件性激活可以促進(jìn)梗死后的心肌細(xì)胞增殖和心臟再生[47]，其促增殖作用是由Y357磷酸化介導(dǎo)的，并且不依賴于Hippo 途徑，而是STAT3、Erk/MAPK、mTORC1、Hippo 和Notch 這些通路共同參與了對Gp130 的調(diào)控，促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖和心臟再生。細(xì)胞因子E2F-2，在細(xì)胞周期中與口袋蛋白形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞增殖和分化[13]。E2F-2 的過表達(dá)可以刺激心肌細(xì)胞循環(huán)。小鼠靶向表達(dá)E2F-2后，心肌細(xì)胞數(shù)量明顯增加，同時磷酸化組蛋白-H3和Aurora-激酶陽性心肌細(xì)胞明顯增加[48]。GATA-4在心臟增殖過程中起關(guān)鍵作用，GATA-4 增加會促進(jìn)損傷后的心肌細(xì)胞增殖[49]。此外，Tbx20 和Meis等也可以調(diào)控梗死小鼠的心肌細(xì)胞促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖[50]。

4 結(jié)論與展望

綜上所述，microRNA、細(xì)胞因子等在心血管疾病中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，在心肌梗死中microRNA 的抑制與過表達(dá)對于促進(jìn)心肌細(xì)胞的增殖具有積極作用。Pitx2、Gp130、GATA-4 等細(xì)胞因子也通過一些特定的信號通路發(fā)揮作用?，F(xiàn)有研究表明的內(nèi)源性促進(jìn)心肌再生的策略，為心臟受損區(qū)域補(bǔ)充功能性心肌細(xì)胞、促進(jìn)心臟受損之后的組織修復(fù)提供了潛在的可能性。但大多數(shù)研究仍然處于初步階段，由于動物模型的限制，這些調(diào)節(jié)作用的認(rèn)識仍然比較局限，將其應(yīng)用于臨床仍亟需更深入、更完善的研究。相信在不斷的研究后，通過刺激一些內(nèi)源性因子的表達(dá)，促進(jìn)成熟心肌細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞周期，促進(jìn)心肌細(xì)胞的增殖來補(bǔ)充受損區(qū)域的治療方法，會安全有效地應(yīng)用于臨床治療當(dāng)中。