心肌纖維化發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展*

易勝利 綜述，鄧 瑋 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院老年病科/全科醫(yī)學(xué)科，重慶 400010)

心肌纖維化是缺血、缺氧、負(fù)荷過(guò)度、炎癥、代謝紊亂等損傷性因素造成的心臟細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)過(guò)量沉積，以心肌間質(zhì)膠原含量升高、比例失調(diào)及排列紊亂為特征，可導(dǎo)致心肌僵硬度增加及不同程度心臟舒縮功能障礙；同時(shí)，構(gòu)成致心律失常的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，與病理性心室重構(gòu)及慢性心功能不全的進(jìn)行性發(fā)展密切相關(guān)[1]。其常見(jiàn)于冠心病、擴(kuò)張型心肌病、肥厚型心肌病、高血壓性心臟病等，是多種心血管疾病發(fā)展至一定階段的共同病理改變，也是引起終末期心力衰竭的關(guān)鍵因素。明確其發(fā)病機(jī)制對(duì)預(yù)防和延緩多種心臟疾病的惡化具有重要意義。

1 心肌纖維化概述

1.1心肌膠原 心肌細(xì)胞總數(shù)中負(fù)責(zé)心臟泵功能的心肌細(xì)胞不足1/3，而非心肌細(xì)胞占多數(shù)，其中90%以上是成纖維細(xì)胞。心肌成纖維細(xì)胞(CFs)可以合成膠原蛋白等ECM，ECM成分的含量可以評(píng)估器官纖維化程度[2]。既往有研究表明，ECM主要包含5種不同蛋白質(zhì)，Ⅰ、Ⅲ型膠原占90%以上，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型膠原含量較少。Ⅰ型膠原(占心肌間質(zhì)總膠原80%)具有較強(qiáng)的韌性，可維持肌壁張力，Ⅲ型膠原(占心肌間質(zhì)總膠原11%)具有良好的伸展性，與室壁彈性有關(guān)。其適當(dāng)比值對(duì)維持心肌組織結(jié)構(gòu)及心臟功能的完整性具有重要意義[3]。

1.2心肌纖維化特征 心肌纖維化是在多種病理因素影響下(如缺血、缺氧、負(fù)荷過(guò)重等)導(dǎo)致心肌組織中CFs活化為肌成纖維細(xì)胞，并分泌Ⅰ型膠原蛋白，Ⅰ型膠原蛋白過(guò)度沉積，膠原濃度和膠原容積分?jǐn)?shù)顯著升高，膠原成分比例失調(diào)且排列紊亂為主要特征。目前，根據(jù)病因及組織病理學(xué)表現(xiàn)心肌纖維化類型包括反應(yīng)性心肌纖維化、替代性纖維化(或修復(fù)性纖維化)等。反應(yīng)性心肌纖維化常發(fā)生于心肌負(fù)荷過(guò)重、缺血、缺氧、炎癥等因素導(dǎo)致ECM增多而沒(méi)有心肌數(shù)量的變化及細(xì)胞的壞死，進(jìn)一步可分為間質(zhì)纖維化和血管周圍纖維化。替代性纖維化一般見(jiàn)于急性心肌損傷，如心肌梗死，壞死的心肌細(xì)胞被富含膠原的瘢痕組織所替代[4-5]。

2 心肌纖維化發(fā)病機(jī)制

2.1腎素-血管緊張素(Ang)-醛固酮系統(tǒng)(RAAS) 既往多項(xiàng)研究表明，RAAS過(guò)度激活在心肌纖維化過(guò)程中具有至關(guān)重要的作用。發(fā)生心力衰竭時(shí)循環(huán)有效血容量降低，腎血流灌注減少，腎小球旁器β1交感受體的刺激是RAAS激活的主要機(jī)制。RAAS被激活后Ang轉(zhuǎn)化酶活性增強(qiáng)，致AngⅠ轉(zhuǎn)變?yōu)锳ngⅡ增多，導(dǎo)致循環(huán)阻力增加，并激活醛固酮系統(tǒng)。AngⅡ(是其中主要的效應(yīng)物質(zhì))在心肌纖維化中發(fā)揮著重要的推動(dòng)作用，AngⅡ與AngⅠ受體結(jié)合后通過(guò) G 蛋白誘導(dǎo)多個(gè) Scr激酶活化，多個(gè)激酶組成的復(fù)合物激活尿苷三磷酸酶和Ras，尿苷三磷酸酶及Raf-1相互反應(yīng)使絲裂素活化蛋白激酶1、2磷酸化，激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1、2，最后激活轉(zhuǎn)錄因子，刺激CFs增殖、遷移及ECM合成。有研究表明，心肌梗死發(fā)生后腫瘤壞死因子-α(TNF-α)通過(guò)上調(diào)AngⅠ受體增強(qiáng)AngⅡ所介導(dǎo)的促進(jìn)心肌纖維化的作用[6]。AngⅡ是一種局部的調(diào)控生長(zhǎng)因子，心肌組織可通過(guò)自分泌或旁分泌方式與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)結(jié)合促進(jìn)CFs轉(zhuǎn)化、增殖、合成膠原蛋白，從而推動(dòng)心肌纖維化的進(jìn)程。另外，AngⅡ受體則具有減輕炎癥、氧化應(yīng)激反應(yīng)及抗纖維化等作用[7]。可能抑制AngⅠ受體介導(dǎo)的成纖維細(xì)胞增殖及基質(zhì)合成，從而對(duì)AngⅡ介導(dǎo)的促纖維化反應(yīng)起到負(fù)調(diào)節(jié)的作用。AngⅡ還可刺激心肌產(chǎn)生醛固酮。醛固酮對(duì)成纖維細(xì)胞具有直接刺激作用，主要通過(guò)Ⅰ型甾體類激素受體的介導(dǎo)及所誘發(fā)的炎性反應(yīng)及氧化應(yīng)激反應(yīng)，可使其膠原蛋白的合成增多。

AZUSHIMA等[8]發(fā)現(xiàn)，醛固酮對(duì)Ang轉(zhuǎn)化酶 mRNA 具有上調(diào)作用，從而導(dǎo)致AngⅡ增多。表明通過(guò)抑制/阻斷RAAS能在一定程度上逆轉(zhuǎn)心肌纖維化的發(fā)展。

2.2細(xì)胞因子調(diào)控 心肌纖維化的發(fā)生與多種細(xì)胞分子的調(diào)控密不可分，TGF-β、AngⅡ、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)、TNF-α、鈣離子(Ca2+)等均具有重要作用。TGF-β是一種最具特征性的多效型纖維化生長(zhǎng)因子，分為4種亞型，即TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β1β2等，在組織纖維化中 TGF-β1 表達(dá)量遠(yuǎn)超過(guò)其他幾類亞型，是誘導(dǎo)纖維化的最強(qiáng)細(xì)胞因子[9]。TGF-β1/Smads(TGF-β1及其信號(hào)蛋白)是心肌纖維化進(jìn)程中最為關(guān)鍵性的信號(hào)通路，其機(jī)制為通過(guò)Ⅰ、Ⅱ型2種受體介導(dǎo)，進(jìn)行跨膜、胞內(nèi)傳導(dǎo)、核內(nèi)調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄使ECM形成及降解失衡，導(dǎo)致ECM沉積[10]。同時(shí)，活化的 TGF-β1 也可直接上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)抑制劑(TIMPs)、下調(diào)MMPs水平，而促進(jìn)纖維化的形成[11]。TGF-β還可通過(guò)有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路激活蛋白激酶 1。HOU等[12]、GAO等[13]和CHE等[14]通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究證明，抑制TGF-β1/Smads信號(hào)傳導(dǎo)通路可改善心肌纖維化。因此，對(duì)TGF-β1/Smads 信號(hào)通路的深入研究為尋找治療靶點(diǎn)具有重要意義。AngⅡ是致心肌纖維化的重要的細(xì)胞因子之一，在各種病理因素作用下心肌組織通過(guò)分泌AngⅡ，以及與TGF-β介導(dǎo)的效應(yīng)，收縮周圍血管，刺激CFs活化。CTGF存在于組織器官中，是一類新的富含半胱氨酸生長(zhǎng)因子家族，對(duì)成纖維細(xì)胞具有趨化及促有絲分裂作用，與動(dòng)脈粥樣硬化、器官纖維化等疾病密切相關(guān)。CTGF被認(rèn)為是TGF-β1的下游效應(yīng)介質(zhì)，主要介導(dǎo)TGF-β的促纖維化作用，并且其作用局限于結(jié)締組織間質(zhì)細(xì)胞中。也許靶向CTGF的抗纖維化治療是一個(gè)較阻斷TGF-β更有效和特異的靶點(diǎn)。TNF-α主要由活化的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生。有研究表明，TNF-α基因敲除小鼠表現(xiàn)出壓力超負(fù)荷所致的炎性反應(yīng)減弱和心肌纖維化，其介導(dǎo)的心臟重構(gòu)和心力衰竭在心臟纖維化中發(fā)揮著重要作用[15]。Ca2+與組織細(xì)胞離子通道控制、信號(hào)傳導(dǎo)、血管收縮、細(xì)胞增生密切相關(guān)。Ca2+介導(dǎo)成纖維細(xì)胞形成、增殖等，發(fā)揮其促纖維化的作用，但其具體機(jī)制并不十分明確。

2.3非編碼 RNAs(ncRNAs) 一類轉(zhuǎn)錄組中不編碼蛋白的RNA分子。主要的功能ncRNAs 包括微小RNAs(miRNA)、長(zhǎng)非編碼 RNAs(lncRNAs)、環(huán)狀RNAs(circRNAs) 等。ncRNAs參與了調(diào)控細(xì)胞基因表達(dá)、代謝、細(xì)胞自噬等細(xì)胞生命活動(dòng)，是心肌纖維化的重要調(diào)控因子。miRNA通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)方式與靶mRNA結(jié)合，誘導(dǎo)靶mRNA降解或抑制其翻譯[16]。另外，miRNA可與蛋白直接結(jié)合而調(diào)控其功能。心肌纖維化病程中miR-21表達(dá)顯著升高，可作為心肌纖維化的生物標(biāo)記物。有研究表明，miR-21可能通過(guò)抑制TGF-β1/Smad2信號(hào)途徑上調(diào) WW含域蛋白-1進(jìn)而抑制CFs的增殖，起到抗心肌纖維化的作用[17]。另有研究表明，miR-21通過(guò)Smad7抑制 Smad2和 Smad3的激活起到抗心肌纖維化的作用[18]。lncRNAs通過(guò)與DNAs、RNAs和蛋白結(jié)合參與表觀遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控[19]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，lncRNAs抑制 Smad3與α肌動(dòng)蛋白(α-SMA)基因啟動(dòng)子的結(jié)合，減少CFs向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，發(fā)揮抗心肌纖維化的作用[20]。circRNAs廣泛表達(dá)于真核細(xì)胞中，GU等[21]發(fā)現(xiàn)，circRNAs與TGF-β、磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B、磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)、MAPK等纖維化相關(guān)信號(hào)通路關(guān)系密切。同源結(jié)構(gòu)域相互作用蛋白激酶3-circRNA是心肌纖維化重要的調(diào)控因子，ncRNAs通過(guò)與DNA、RNA、蛋白結(jié)合調(diào)控心肌纖維化相關(guān)信號(hào)通路，可作為心肌纖維化的潛在治療靶點(diǎn)。

2.4氧化應(yīng)激 活性氧(ROS)的產(chǎn)生是氧化應(yīng)激的關(guān)鍵要素，在心肌缺血、缺氧、組織重構(gòu)過(guò)程中ROS在活化的成纖維細(xì)胞中生成增加，并可能嚴(yán)格調(diào)節(jié)其表型和功能，促進(jìn)纖維化的進(jìn)程[22]?？赡艽碓谠S多不同形式的心臟應(yīng)激和纖維化之間ROS起著重要的介導(dǎo)作用。有研究表明，纖維生成生長(zhǎng)因子，如TGF-β、AngⅡ、醛固酮的促纖維化作用可能是通過(guò)ROS生成介導(dǎo)的[23]。TGF-β刺激產(chǎn)生線粒體ROS，并誘導(dǎo)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶進(jìn)一步增加細(xì)胞ROS水平。活化成纖維細(xì)胞ROS水平的增加刺激ECM基因轉(zhuǎn)錄，同時(shí)，參與了調(diào)節(jié)ECM成分的翻譯后修飾。此外，ROS的基質(zhì)保存作用和基質(zhì)降解作用，除對(duì)膠原合成的影響外，ROS還關(guān)鍵地調(diào)控參與了ECM降解和重塑MMPs的合成和活性[23]。氧化應(yīng)激是器官纖維化、高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化等疾病的重要因素，有研究證實(shí)，一種天然胞外抗氧化劑蝦青素通過(guò)其抗氧化、凋亡、脂質(zhì)過(guò)氧化和自噬活性發(fā)揮抗纖維化作用，有望成為治療氧化應(yīng)激類疾病的主要方法[24]。

2.5MMPs系統(tǒng) 一個(gè)離子依賴的(如鋅離子和Ca2+)中性蛋白酶家族。心肌纖維化是ECM膠原纖維合成和降解失衡所致，MMPs能降解ECM的幾乎所有成分。正常狀態(tài)下MMPs與TIMPs在維持 ECM 正常結(jié)構(gòu)和功能中具有重要作用。MMPs 表達(dá)譜發(fā)生改變，MMPs/TIMPs調(diào)控失衡參與了心血管疾病、炎癥、腫瘤等疾病的發(fā)病機(jī)制。MMPs與心肌梗死和心力衰竭的疾病進(jìn)展相關(guān)，可能與心肌病變部位局部炎癥因子誘導(dǎo) MMP-2、MMP-9 表達(dá)上調(diào)有關(guān)。TGF-β等則可在轉(zhuǎn)錄水平激活 MAPK等信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)對(duì)MMPs表達(dá)水平的抑制[25]。TIMP-1廣泛存在于組織中，可被多種細(xì)胞因子誘導(dǎo)，由巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞合成，可抑制絕大多數(shù)MMPs。TIMP-3是一種結(jié)合于 ECM 的非可溶性蛋白，幾乎可抑制全部MMPs。HUNG等[26]在長(zhǎng)期醛固酮輸注小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，血清和心臟TIMP-1水平顯著升高，TIMP-1表達(dá)增加通過(guò)抑制MMP-1活性導(dǎo)致膠原積累增強(qiáng)促進(jìn)心肌纖維化。明確不同MMPs作用機(jī)制、MMPs/TIMPs 的平衡關(guān)系可為心肌纖維化的診治提供新思路。

2.6血管內(nèi)皮功能障礙 血管內(nèi)皮細(xì)胞是介于血流和血管壁之間的一層單核細(xì)胞，可通過(guò)局部分泌一氧化氮(NO)、前列環(huán)素I2(PGI2)、內(nèi)皮素-1(ET-1)等血管活性物質(zhì)對(duì)心肌纖維化發(fā)揮重要調(diào)控作用。NO可影響AngⅡ生成和調(diào)節(jié)ET-1水平，對(duì)間質(zhì)膠原的合成與分泌具有一定的抑制作用。PGI2具有舒張血管和抗血小板聚集的作用，前列腺環(huán)素類似物貝前列素以濃度依賴性和時(shí)間依賴性方式抑制AngⅡ誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖，也可通過(guò)抑制TGF-β/Smad蛋白通路抑制心肌纖維化[27]。ET具有收縮血管、促進(jìn)心臟成纖維細(xì)胞增殖及膠原合成等作用。ET通過(guò)自分泌、旁分泌途徑引起強(qiáng)烈的收縮血管作用，增加AngⅡ合成，導(dǎo)致膠原積聚而引發(fā)心肌纖維化[28]。他汀類藥物促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞釋放NO和抑制ET-1而發(fā)揮內(nèi)皮保護(hù)作用，從而改善心肌纖維化。

2.7免疫炎性反應(yīng) 大量研究表明，免疫炎性反應(yīng)在心肌纖維化過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。在損傷和重塑的心肌中免疫系統(tǒng)激活，免疫細(xì)胞(T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等)可通過(guò)分泌γ干擾素、白細(xì)胞介素-6(IL-6)、 TNF-α、IL-1β等炎性細(xì)胞因子和基質(zhì)細(xì)胞蛋白促進(jìn)成纖維細(xì)胞活化，導(dǎo)致膠原代謝異常，從而引起心肌纖維化。有研究表明，IL-6 可由成纖維細(xì)胞產(chǎn)生，通過(guò)激活MAPK、Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ-轉(zhuǎn)錄激活因子3(CaMKⅡ-STAT3)通路介導(dǎo)心肌細(xì)胞和 CFs之間的串?dāng)_，在心肌細(xì)胞肥大和心肌纖維化中具有核心作用[29]。有研究證實(shí)，急性心肌梗死早期出現(xiàn)免疫細(xì)胞浸潤(rùn)，多種促炎性細(xì)胞因子合成和釋放增加，包括TNF-α、IL-6、IL-1β等。IL-1 是一種重要的促炎性細(xì)胞因子，主要由活化的單核-巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，存在形式為IL-1α和IL-1β。IL-1分泌增加會(huì)誘導(dǎo)許多其他炎癥介質(zhì)的表達(dá)和激活。有研究表明，在柯薩奇病毒B3誘導(dǎo)的小鼠心肌炎中IL-1表達(dá)顯著上調(diào)，其中IL-1β在病毒復(fù)制導(dǎo)致的炎性反應(yīng)的誘導(dǎo)中起著決定性的作用，使用IL-1β抗體治療可減少病毒誘導(dǎo)的心肌損傷及連續(xù)的免疫反應(yīng)，從而防止嚴(yán)重的心臟重構(gòu)[30]。

3 小 結(jié)

心肌纖維化是多種心血管疾患不良結(jié)局必經(jīng)的病理生理過(guò)程，主要過(guò)程可分為CFs的激活與ECM的合成或異常沉積，其機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，涉及RAAS、細(xì)胞因子的調(diào)控、非編碼RNAs、氧化應(yīng)激、MMPs系統(tǒng)、內(nèi)皮功能障礙、免疫炎性反應(yīng)等，各因素間相互作用、互相影響。明確心肌纖維化的發(fā)病機(jī)制、發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵的有效靶點(diǎn)開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)靶點(diǎn)的藥物成為目前心血管研究領(lǐng)域的熱門(mén)和重點(diǎn)。相信隨著科研技術(shù)的不斷提高、研究層次的逐漸深入可找到安全、有效的治療方法。