病理性心肌肥厚分子機(jī)制的研究進(jìn)展△

雷 楊，梁 慶，陳紅宇，李玥懋，黃興福，陳艷佳

（1.南方醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，廣州 510515；2.南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，廣州 510515；3.南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院心內(nèi)科，廣州 510515；4.南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院麻醉科，廣州 510515）

提要：病理性心肌肥厚是心臟為抵抗一系列病理性刺激（如高血壓或缺血）時(shí)發(fā)生的一種適應(yīng)性改變，表現(xiàn)為心肌細(xì)胞體積的增大和細(xì)胞間質(zhì)增加，并伴有心肌細(xì)胞凋亡和壞死，是心力衰竭的主要危險(xiǎn)因素。時(shí)至今日，有關(guān)病理性心肌肥厚的具體發(fā)病機(jī)制仍未完全明確。過(guò)去十年中，越來(lái)越多的研究表明，非編碼RNA、細(xì)胞代謝、翻譯調(diào)控和表觀遺傳修飾等機(jī)制參與病理性心肌肥厚的發(fā)生和發(fā)展，本文將對(duì)相關(guān)研究進(jìn)行綜述。

中國(guó)的多中心臨床研究數(shù)據(jù)提示，我國(guó)每年有超過(guò)400 萬(wàn)心力衰竭（心衰）患者，其中新增病例每年約50 萬(wàn)，與心衰相關(guān)的直接醫(yī)療消耗超過(guò)350 億人民幣，占國(guó)民總醫(yī)療保健支出的5%［1］。而病理性心肌肥厚與心衰的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，是心衰的主要危險(xiǎn)因素。

成人心臟在前后負(fù)荷增加、機(jī)械牽拉及神經(jīng)體液激素刺激時(shí)，心肌細(xì)胞體積增大，進(jìn)一步發(fā)展為心臟肥厚，以降低心室壁壓力，維持心室功能和心臟做功效率。病理性心肌肥厚是由原發(fā)性高血壓（高血壓）、瓣膜反流等病理因素引起的心肌細(xì)胞體積增大和細(xì)胞間質(zhì)增加，可伴有心肌細(xì)胞凋亡、纖維化和心肌病理性重構(gòu)標(biāo)志基因表達(dá)的上調(diào)，通常進(jìn)展為心衰。病理性心肌肥厚的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，受多種細(xì)胞信號(hào)調(diào)控，包括細(xì)胞代謝、增殖、非編碼RNA、翻譯調(diào)控和表觀遺傳修飾等。本文將對(duì)過(guò)去十年中所報(bào)道的病理性心肌肥厚相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)行總結(jié)，探討其在病理性心肌肥厚的預(yù)防和治療中的價(jià)值。

1 微小RNA

微小RNA（microRNA，miR）是一種長(zhǎng)度約20～22 個(gè)核苷酸的內(nèi)源性非編碼RNA，在進(jìn)化上高度保守，是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的重要調(diào)節(jié)者，在基因的表達(dá)調(diào)控中起重要作用。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)不同的miR 在調(diào)控病理性心肌肥厚過(guò)程中發(fā)揮著截然不同的功能。

1.1 促進(jìn)病理性心肌肥厚的微小RNA

許多miR 可通過(guò)調(diào)控心臟發(fā)育、鈣信號(hào)和能量代謝相關(guān)因子等促進(jìn)病理性心肌肥厚的發(fā)展，目前研究較多的有miR-155、miR-22、miR-29 等。Seok 等［2］的研究發(fā)現(xiàn)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶（calcineurin）/miR155 敲除小鼠的心臟體積縮小、β-肌球蛋白重鏈（β-MHC）的表達(dá)減少，提示miR-155 在鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶依賴性心肌肥厚途徑中也發(fā)揮重要作用。與miR-155 相似，miR-22 也可通過(guò)靶向鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶途徑介導(dǎo)促心肌肥厚效應(yīng)。過(guò)表達(dá)miR-22 可下調(diào)張力蛋白同源物（PTEN）的表達(dá)水平，增加心肌細(xì)胞表面積和心肌肥厚標(biāo)記物的表達(dá)，促進(jìn)心肌肥厚的發(fā)展［3］。而miR-29 則是與心肌纖維化呈正相關(guān)的促心肌肥厚miR。研究證實(shí)miR-29 缺失可阻止主動(dòng)脈縮窄術(shù)（TAC）誘導(dǎo)的心肌肥厚的發(fā)生，相反，過(guò)表達(dá)miR-29 則可通過(guò)激活Wnt 通路促進(jìn)心肌肥厚的發(fā)展［4］。

1.2 抑制病理性心肌肥厚的微小RNA

某些miR 被證實(shí)可抑制病理性心肌肥厚的發(fā)展，如miR-1 和miR-133a。miR-1 是肌肉特異性miR，通過(guò)靶向鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶-活化T 細(xì)胞核因子（NFAT）信號(hào)通路，降低活化T 細(xì)胞核因子的表達(dá)，從而下調(diào)心肌肥大基因的轉(zhuǎn)錄，改善病理性心肌肥厚［5］。與miR-1 相似，miR-133a 也是肌肉特異性miR，主要通過(guò)下調(diào)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶及其下游NFATC4的mR 和蛋白表達(dá)來(lái)抑制病理性心肌肥厚的發(fā)生。

miR 在病理性心肌肥厚中的作用和機(jī)制復(fù)雜而多樣，深入了解miR 與心肌肥厚相關(guān)分子間的調(diào)控關(guān)系可為防治病理性心肌肥厚藥物的研發(fā)提供新思路。

2 長(zhǎng)鏈非編碼RNA

長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long chain noncoding RNA，lncRNA）是一類缺乏蛋白編碼功能，長(zhǎng)度大于200 個(gè)核苷酸的非編碼RNA。許多l(xiāng)ncRNA 在心臟中呈特異性表達(dá)或高表達(dá)，這提示lncRNA很可能在心肌肥厚等心臟疾病中發(fā)揮重要作用。

2.1 促進(jìn)病理性心肌肥厚的長(zhǎng)鏈非編碼RNA

起促心肌肥厚作用的lncRNA 包括CHRF、Chast、MEG3 等。研 究發(fā)現(xiàn)CHRF 是miR-93 的ceRNA，過(guò)表達(dá)CHRF 導(dǎo)致miR-93 對(duì)Akt3 的抑制作用消失，使得Akt3 的表達(dá)增加，而Akt3 持續(xù)過(guò)表達(dá)則可引起心肌收縮功能障礙，使心臟從代償性肥大向失代償性肥大發(fā)展［6］。與CHRF 類似，Chast 過(guò)表達(dá)也可觸發(fā)心肌細(xì)胞肥大，活化的Chast 可通過(guò)抑制Plekhm1 的表達(dá)促進(jìn)失代償性心肌肥厚的發(fā)展。而MEG3 則被證明在TAC 和血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的小鼠肥厚心肌中表達(dá)增加，ChIP 和熒光素酶活性分析顯示MEG3 啟動(dòng)子和STAT3 有結(jié)合位點(diǎn)，因此MEG3 可被STAT3 激活，并通過(guò)miR-361-5p/HDAC9 途徑正向調(diào)控心肌肥厚［7-9］。

2.2 抑制病理性心肌肥厚的長(zhǎng)鏈非編碼RNA

H19、mhrt 等研究較多的lncRNA 已被證實(shí)可抑制心肌肥厚的發(fā)展。lncRNA H19 及其編碼的miR-675-3p 在心肌肥大和心衰患者樣本中上調(diào)。體外實(shí)驗(yàn)顯示，過(guò)表達(dá)H19可增強(qiáng)miR-675-3p 水平，而miR-675-3p 抑制CaMKIIδ 的表達(dá)，從而阻止病理性心肌肥厚的發(fā)展［10］。另外，研究提示mhrt 對(duì)心肌肥厚具有保護(hù)作用。mhrt 可通過(guò)組蛋白去乙?；?（HDAC5）影響心肌素（myocardin）乙酰化，從而抑制心肌肥厚；而心肌素反過(guò)來(lái)可與CarG box 1 結(jié)合直接激活mhrt 的轉(zhuǎn)錄，因此，mhrt 與心肌素在心肌肥厚的病理過(guò)程中形成一種反饋機(jī)制［11］。

目前越來(lái)越多l(xiāng)ncRNA 被發(fā)現(xiàn)，更多有關(guān)lncRNA 參與病理性心肌肥厚的機(jī)制研究仍在繼續(xù)，相信在不久的將來(lái)，lncRNA 有望成為治療病理性心肌肥厚的新方向。

3 鈣離子/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ

鈣離子/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ（calcium-CaM-de?pendent protein kinase II，CaMKII）是一種絲氨酸/蘇氨酸特異性蛋白激酶，由Ca2+/CaM 復(fù)合物調(diào)節(jié)。CaMKII 基因過(guò)表達(dá)可誘導(dǎo)心肌肥厚和擴(kuò)張型心肌病。在高［Ca2+］i 時(shí)，［Ca2+］i 與CaM 結(jié)合，引起構(gòu)象變化，通過(guò)Ca2+/CaM 復(fù)合體傳遞［Ca2+］i 信號(hào)，從而激活CaMKII 的T286 位點(diǎn)自動(dòng)磷酸化（p-CaMKII）［12］，進(jìn)一步促進(jìn)肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2C（MEF2C）的表達(dá)，從而調(diào)控病理性心肌肥厚［12］。

此外，Li 等［13］發(fā)現(xiàn)活化的CaMKII 還可促使CaV1.2 通道的C 末端Thr1604 位點(diǎn)磷酸化，從而打開(kāi)CaV1.2 通道并增加細(xì)胞內(nèi)鈣水平，進(jìn)一步促進(jìn)CaMKII 自磷酸化，這種正反饋機(jī)制增強(qiáng)了CaMKII/HDAC/ANP 心肌肥大信號(hào)通路。

然而，調(diào)節(jié)CaMKII 活性的具體機(jī)制尚未完全清楚。Pyun 等［14］發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞中的蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（PRMT1）對(duì)防止心臟CaMKII 過(guò)度激活必不可少。而敲除PRMT1 則可促進(jìn)CaMKII 的激活，從而進(jìn)展為擴(kuò)張型心肌病和心衰。以上數(shù)據(jù)顯示，CaMKII 活性及表達(dá)水平的改變與病理性心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切。

4 細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶

大量研究表明細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）與心肌肥厚、心臟重構(gòu)和心肌纖維化的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，然而ERK 在不同的病理生理?xiàng)l件下作用有所不同。

在壓力負(fù)荷超載早期，心肌呈向心性肥厚，心肌的收縮功能仍可維持正常，心肌細(xì)胞的ERK 因G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）和（或）“拉伸敏感”傳感器（如膜結(jié)合整合素和肌原纖維節(jié)）而被激活，ERK 一旦被激活就會(huì)轉(zhuǎn)移入核并使轉(zhuǎn)錄因子磷酸化，從而調(diào)節(jié)數(shù)百個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄［19］。ERK 的級(jí)聯(lián)激活受支架蛋白的調(diào)控，這些支架蛋白可與RAF-MEK-ERK 信號(hào)成員分子結(jié)合，促進(jìn)它們的功能性相互作用和亞細(xì)胞定位。Mutlak 等［16］發(fā)現(xiàn)ERK 轉(zhuǎn)基因小鼠在壓力超負(fù)荷時(shí)發(fā)生代償性心肌肥厚，心室收縮功能增強(qiáng)，且心肌纖維化較野生型小鼠明顯減弱。這提示ERK是代償性心肌肥厚的關(guān)鍵分子。

當(dāng)病理性刺激持續(xù)存在時(shí)，ERK 信號(hào)的過(guò)度激活則加重心肌肥厚的發(fā)展，使代償性心肌肥厚走向失代償。ERK 的T188 位點(diǎn)磷酸化被證實(shí)可引起失代償性心肌肥厚，而ERK-T188 突變的小鼠在苯腎上腺素的作用下仍表現(xiàn)出病理性心肌肥厚的改善，并且ERK-T188 的突變不產(chǎn)生心臟毒副作用，也不影響細(xì)胞活性，提示這一磷酸化位點(diǎn)有望成為治療病理性心肌肥厚的潛在藥物靶點(diǎn)［17］。

5 多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1

多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1（poly ADP-ribose poly?merase 1，PARP1）是DNA 損傷修復(fù)的關(guān)鍵酶，在DNA 損傷修復(fù)、細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮著重要作用，近年來(lái)也被發(fā)現(xiàn)參與病理性心肌肥厚的調(diào)控。

Li 等［18］發(fā)現(xiàn)，PARP1 可與高遷移率族蛋白B1（HMGB1）相互作用并誘導(dǎo)心肌細(xì)胞中HMGB1 的核輸出，加速了HMGB1 從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的易位，促進(jìn)下游肥大相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)心肌肥大，而抑制PARP1則可緩解TAC引起的心肌肥厚。此外，PARP1還可與STAT3相互作用，通過(guò)誘導(dǎo)STAT3在Y705和S727位點(diǎn)磷酸化，促進(jìn)STAT3核積累，增強(qiáng)STAT3的轉(zhuǎn)錄活性及其靶基因的表達(dá)，從而誘導(dǎo)心肌肥大［19］。

Zhang 等［20］則發(fā)現(xiàn)了PARP1 的降解途徑。該研究發(fā)現(xiàn)一種名為WWP2 的HECT 型E3 泛素連接酶在心臟中高表達(dá)，WWP2 過(guò)表達(dá)可顯著增加PARP1 的泛素化，降低心肌細(xì)胞的PARP1 水平，而免疫共沉淀發(fā)現(xiàn)WWP2 是PARP1的一種新型相互作用蛋白，通過(guò)泛素-蛋白酶體系統(tǒng)介導(dǎo)PARP1 的降解，抵抗異丙腎上腺素誘導(dǎo)的心臟重構(gòu)。

以上研究分別從PARP1 的表達(dá)和PARP1 的降解兩方面有力證明了PARP1 的促心肌肥厚作用，提示抑制PARP1可能是一種潛在的緩解病理性心肌肥厚的方法。

6 成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF23）是由骨細(xì)胞或骨成纖維細(xì)胞分泌的參與磷酸鹽代謝的激素，負(fù)責(zé)調(diào)控血液中磷酸鹽和Ca2+的穩(wěn)態(tài)。目前已發(fā)現(xiàn)FGF23 在多種疾病中升高，如慢性腎病、心力衰竭和X 連鎖低磷血癥等。

Mhatre 等［21］發(fā)現(xiàn)，與血管緊張素Ⅱ（AT Ⅱ）類似，F(xiàn)GF23 也可通過(guò)Ca2+介導(dǎo)的信號(hào)通路誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大。FGF23 通過(guò)激活三磷酸肌醇（IP3），誘導(dǎo)胞核及胞漿中的Ca2+釋放，從而激活CaMKII-HDAC4 信號(hào)通路，介導(dǎo)心肌肥大的發(fā)生。而ATII 受體拮抗劑氯沙坦則可減弱FGF23 引起的Ca2+穩(wěn)態(tài)變化和心肌肥大，提示FGF23 和ATII 在IP3-核Ca2+依賴性心肌肥厚機(jī)制上相似。

此外，大鼠心室肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，F(xiàn)GF23還可刺激心臟腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（RAAS）基因表達(dá)的增加，而環(huán)孢菌素、氯沙坦和螺內(nèi)酯對(duì)FGF23介導(dǎo)的大鼠心肌肥大和NFAT靶基因的誘導(dǎo)均有抑制作用，提示FGF23可通過(guò)激活RAAS介導(dǎo)心肌肥厚［22］。

7 其他分子

除了以上熱門(mén)分子外，病理性心肌肥厚的發(fā)病機(jī)制還與其他分子密切相關(guān)。例如，最近研究發(fā)現(xiàn)法尼?；D(zhuǎn)移酶β（FNTB）過(guò)表達(dá)可增加下游Ras 的法尼酰化修飾以及活化的Ras-GTP 水平，使ANP、BNP 和β-MHC 的mRNA水平升高，誘導(dǎo)心肌肥大的發(fā)生［23］。又比如心肌的肌肉限制性卷曲蛋白（MURC）被證實(shí)可在壓力超負(fù)荷時(shí)上調(diào)時(shí)，機(jī)械應(yīng)力通過(guò)AngII、ERK 和SRF 等途徑促進(jìn)心肌細(xì)胞中MURC 的表達(dá)，從而誘導(dǎo)心肌的肥大［24］。此外，某些黏附分子包括CD11a、CD11b、CD11c 和N?cadherin 等也被證實(shí)在大鼠肥厚心肌組織中高表達(dá)。這些研究有助于我們更深入、更全面地了解病理性心肌肥厚的發(fā)病機(jī)制，并為研發(fā)治療藥物提供新思路。

8 展 望

隨著病理性心肌肥厚研究的不斷深入，我們對(duì)其相關(guān)分子機(jī)制的了解也更加全面。早期的研究主要關(guān)注血管緊張素Ⅱ、PKC、MAPK、gp130、小G 蛋白、鈣信號(hào)等信號(hào)分子在心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展中的重要作用，近年的熱點(diǎn)主要集中在非編碼RNA、細(xì)胞代謝、免疫調(diào)控等機(jī)制的作用。

然而某些分子在其作用和機(jī)制上仍存在爭(zhēng)議，如HMGB1 和miR-21。如前所述，大部分研究認(rèn)為PARP1 與HMGB1相互作用并誘導(dǎo)心肌細(xì)胞中HMGB1的核輸出，促進(jìn)下游肥大相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)心肌肥大。但有的研究者卻認(rèn)為HMGB1 的作用具有兩面性，核HMGB1 也可預(yù)防PARP1 介導(dǎo)的心肌肥大，起保護(hù)作用［25］。miR-21 在心肌肥厚中的作用也存在爭(zhēng)議。一方面，miR-21 被證實(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)SPRY2蛋白的表達(dá)來(lái)促進(jìn)心肌細(xì)胞的肥大；另一方面，在缺血/再灌注大鼠模型中，miR-21可靶向抗凋亡基因PDCD4來(lái)調(diào)控心肌細(xì)胞的抗凋亡能力，介導(dǎo)心肌保護(hù)作用［26］。

這些爭(zhēng)議說(shuō)明本文提及的分子機(jī)制只是冰山一角，仍需更多的研究來(lái)驗(yàn)證與支持，方能揭開(kāi)病理性心肌肥厚神秘的面紗，為臨床應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，讓病理性心肌肥厚的防治不再成為醫(yī)學(xué)難題。