急性心肌梗死后關(guān)鍵炎癥因子的調(diào)控作用及意義

陳海璇 陳業(yè)群 朱金秀

心血管疾病是世界范圍內(nèi)致死率最高的疾病,而急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)是冠狀動脈疾病的嚴(yán)重表現(xiàn),造成較高的死亡率和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。盡管通過改善人們的生活習(xí)慣以及治療策略,AMI 患者的住院死亡率和一年內(nèi)死亡率有所下降,但AMI 后心力衰竭等不良事件的高發(fā)生率和死亡率仍在持續(xù)。了解AMI 后心臟的修復(fù)機(jī)制尤其是炎癥因子相關(guān)調(diào)控機(jī)制,有助于防治AMI 后不良事件。

AMI 后心臟重塑首先涉及炎癥反應(yīng)。炎癥細(xì)胞可吞噬死細(xì)胞和破碎基質(zhì),死細(xì)胞被清理后繼而引發(fā)抗炎作用。在此過程中,炎癥細(xì)胞通過轉(zhuǎn)化生長因子β (transforming growth factor β,TGFβ)以及核因子kappa B(nuclear factor kappa B,NF-κB)等信號通路,合成白細(xì)胞介素(interleukin,IL)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)、趨化因子等,從而促進(jìn)炎癥進(jìn)程。同時,成纖維細(xì)胞增殖并轉(zhuǎn)分化為肌成纖維細(xì)胞,釋放大量細(xì)胞外基質(zhì)蛋白,以維持梗死位置的結(jié)構(gòu)完整性。隨著肉芽組織細(xì)胞的凋亡和膠原網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)的形成,瘢痕逐漸成熟,完成AMI后的心臟重塑［1］。然而,修復(fù)期間的炎癥抑制失效和過度纖維化,可能會引起心臟的不良重塑,從而導(dǎo)致心力衰竭、房顫、心臟破裂等AMI 后不良事件的發(fā)生［2］。本綜述介紹了AMI 后心臟修復(fù)過程中關(guān)鍵炎癥因子對梗死面積和左室功能的調(diào)控作用,旨在為臨床上改善AMI 患者的預(yù)后提供依據(jù)和策略。

1 白細(xì)胞介素的調(diào)控作用

AMI 后心臟修復(fù)初期,成纖維細(xì)胞可通過自分泌或旁分泌方式釋放IL 等因子參與炎癥的發(fā)生［3］。IL-1、IL-6 和IL-1β 等因子被釋放到體循環(huán)后,通過調(diào)節(jié)TGFβ 通路以及NF-κB 通路增強(qiáng)膠原的合成,并作為炎癥的生物標(biāo)志物。

有研究發(fā)現(xiàn),某些IL 在心肌細(xì)胞的不同階段具有相反的效果［4-5］。例如,IL-1β 和IL-6 在AMI 患者血漿中表達(dá)水平顯著升高,過表達(dá)IL-1β 通過減輕炎癥反應(yīng)保護(hù)心肌免受缺血再灌注損傷［4］,而敲除IL-1β 可增加壓力負(fù)荷誘發(fā)的房顫［5］。這表明IL-1β 對心肌具有保護(hù)作用。然而,也有研究表明IL-1β 在促發(fā)AMI 級聯(lián)反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用,利用IL-1β 阻滯劑可改善AMI 后的左室功能［6］。這提示炎癥因子IL-1β 同時具有促炎和抗炎作用。類似地,心源性休克患者的體循環(huán)中IL-6、IL-1β 等表達(dá)水平也明顯升高,進(jìn)一步強(qiáng)化炎癥反應(yīng)［2］。這說明在缺血心肌中,IL-6 能調(diào)控許多類型細(xì)胞的基因表達(dá),促進(jìn)梗死心肌的愈合［7］,但也有研究發(fā)現(xiàn),IL-6的敲除并不引起梗死面積擴(kuò)大、左室功能障礙以及AMI 后的心臟不良重塑［8］。關(guān)于IL 在AMI 后心臟不良重塑中的作用,現(xiàn)有研究結(jié)果有相互矛盾之處,其原因可能與心肌缺血的持續(xù)時間、缺血程度以及循環(huán)中某些因子的濃度有關(guān),仍需進(jìn)一步研究。

2 基質(zhì)金屬蛋白酶的調(diào)控作用

心肌纖維化在宏觀上是指Ⅰ型和Ⅲ型膠原的沉積及其與細(xì)胞外基質(zhì)交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。心肌的纖維化及心臟瘢痕的產(chǎn)生與基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)的上調(diào)有關(guān),繼而促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)重塑。然而,心臟組織可能因膠原合成過多而變硬,導(dǎo)致心臟的彈性變差;干擾性化學(xué)遞質(zhì)在心臟中的傳遞則會導(dǎo)致心律失常,心臟的收縮率低下,舒張及收縮功能受損［1］。研究表明,MMPs 能激活Toll 樣受體(Toll-like receptor,TLR)通路,導(dǎo)致肌成纖維細(xì)胞增多、膠原纖維密度增大,造成急性心臟破裂［9］。過度炎癥與心臟破裂有關(guān)。MMPs(包括MMP2、MMP8、MMP9 和MMP13 亞型)的豐度及活性與炎癥效應(yīng)的強(qiáng)弱相關(guān)。小鼠發(fā)生AMI 后,早期MMP9 表達(dá)水平有所上升,左室功能也明顯改善［10］。而MMP9 的敲除能減少心肌梗死后巨噬細(xì)胞的數(shù)量,抑制左室肥大,促進(jìn)新生血管生成,從而改善左室重塑［11］。ROS 可激活MMPs。由于MMP2 或MMP9 的缺失可預(yù)防梗死后不良事件(如左室破裂、左室擴(kuò)張和心力衰竭)的發(fā)生［12］,因此ROS 激活MMPs 可能是AMI 后不良事件的發(fā)生機(jī)制之一。

3 活性氧的調(diào)控作用

心力衰竭或缺血再灌注期間的氧化應(yīng)激,是由于自由基或其氧化產(chǎn)物的過度生成及積累所致［13］。ROS 是線粒體氧化磷酸化過程中不可避免的副產(chǎn)物,也是再灌注損傷的重要驅(qū)動因素。ROS 的來源主要包括線粒體、NAD(P)H 氧化酶、解偶聯(lián)一氧化氮合酶等。盡管適量的ROS 能促進(jìn)心肌梗死后心臟膠原的合成,但心肌梗死后線粒體內(nèi)的氧化應(yīng)激以及線粒體的氧化能力受損會導(dǎo)致左室重構(gòu)異常［14］,主要表現(xiàn)在ROS 能激活多種肥大信號激酶和轉(zhuǎn)錄因子,并介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。ROS 刺激心臟成纖維細(xì)胞增殖,激活MMPs,導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)重塑。但心肌細(xì)胞中ROS 的過度生成可直接或間接導(dǎo)致細(xì)胞離子通道及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白受損,如Ca2+的異常轉(zhuǎn)運(yùn)及穩(wěn)態(tài)受損、ATP 的合成異常、心肌細(xì)胞的膜興奮性受損［15］。ROS 也能激活NF-κB 信號通路,通過抑制心肌Na+通道等轉(zhuǎn)錄參與房顫的發(fā)生［16］。AMI會引發(fā)心肌細(xì)胞凋亡以及ROS 等有害物質(zhì)的積累,過多ROS 介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)使線粒體DNA 損傷持續(xù),進(jìn)一步誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)的降解。研究表明,心肌梗死過程中產(chǎn)生的ROS 是心臟纖維化的重要刺激因子,可通過MAPK 和TLR 通路發(fā)揮作用［17］。細(xì)胞內(nèi)的氧化還原蛋白Prdx2 能通過抑制心肌組織中p65 的磷酸化及TLR4/NF-κB 信號通路的活性,降低caspase 等凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá),減少AMI 引起的細(xì)胞凋亡和ROS 的產(chǎn)生,從而減輕AMI 引起的心肌損傷［18］。

4 趨化因子的調(diào)控作用

趨化因子是響應(yīng)促炎性細(xì)胞而分泌的一類細(xì)胞因子,在選擇性募集單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞方面發(fā)揮著重要作用。單核細(xì)胞趨化蛋白(monocyte chemokine protein,MCP)1 或趨化因子配體［chemokine (C-C motif) ligand,CCL］2 介導(dǎo)單核細(xì)胞的募集,調(diào)節(jié)單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞表型,以及纖維組織沉積和血管生成;MCP1、CCL2 的表達(dá)在炎癥刺激和組織損傷后上調(diào)［19］。心肌梗死后MCP1表達(dá)顯著上升,并在梗死后重塑中發(fā)揮重要作用［20］。通過敲除MCP1 或其受體趨化因子受體［chemokine (C-C motif) receptor,CCR］2,可減少促炎性單核細(xì)胞的募集,下調(diào)梗死區(qū)細(xì)胞因子的表達(dá),并預(yù)防AMI 后的心臟不良重塑。CCL5 在心肌梗死后作為中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的趨化劑也起到關(guān)鍵作用,在非再灌注心肌梗死后采用小鼠CCL5單克隆抗體治療可減小梗死面積,降低循環(huán)中的趨化因子水平,減少梗死心肌內(nèi)中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的浸潤,預(yù)防不良的左室重構(gòu),降低死亡率［21］。但也有研究表明,CCR5-/-小鼠表現(xiàn)出心肌炎癥加重,MMPs 表達(dá)增強(qiáng),再灌注梗死后的左室重構(gòu)惡化［22］。此外,特異性敲除趨化因子受體CCR6 會引起心肌梗死小鼠CCL2 和CCL3 的表達(dá)上升,從而引起左室擴(kuò)張和射血分?jǐn)?shù)降低,最終導(dǎo)致小鼠心肌破裂［23］。CCR9-/-小鼠在AMI 后表現(xiàn)出低死亡率及較小的梗死面積,同時不良的左室重構(gòu)減少,上述改變主要與通過NF-κB 和MAPK 途徑減少炎癥信號有關(guān)［24］。在心肌缺血期間,通過抑制趨化因子誘導(dǎo)的心肌梗死后中性粒細(xì)胞募集和ROS 產(chǎn)生,可減小梗死面積［25］。

5 Ca2+穩(wěn)態(tài)與線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的調(diào)控作用

心肌細(xì)胞Ca2+穩(wěn)態(tài)破壞可能介導(dǎo)缺血心肌功能障礙。與肌醇功能障礙相關(guān)的具體機(jī)制可能包括肌節(jié)蛋白對鈣敏感性降低,鈣超載誘導(dǎo)的蛋白酶激活,收縮蛋白加速分解。AMI 后心臟重塑導(dǎo)致的心肌纖維化和過度炎癥使心臟電傳導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生紊亂,導(dǎo)致心律失常和心搏過速,從而引發(fā)房顫?！把舆t后除極”(delayed after depolarization,DAD)引起的“靶向激活”是心臟電傳導(dǎo)機(jī)制失常的重要原因。DAD 是由肌漿網(wǎng)中ryanodine 受體2 (ryanodine receptor 2,RyR2)的鈣異常釋放引起的。RyR2 在動作電位期開放,響應(yīng)肌漿網(wǎng)釋放的Ca2+,使胞漿內(nèi)游離Ca2+濃度顯著升高,從而引起細(xì)胞收縮。在舒張期,釋放的Ca2+通過Ca+/ATPase泵重回肌漿網(wǎng)。RyR2 在整個舒張期是閉合的,胞漿內(nèi)Ca2+濃度平穩(wěn)下降。然而,當(dāng)肌漿網(wǎng)中Ca2+濃度升高或RyR2過度磷酸化時,RyR2 在舒張期釋放Ca2+。這導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中的Ca2+濃度升高,釋放的Ca2+通過位于血漿膜上的Na+-Ca2+交換器交換為Na+,即3 個Na+置換1 個Ca2+;Na+的增多引發(fā)正電荷增加,DAD發(fā)生去極化引發(fā)房性心動過速,并維持房顫。有研究表明,在小鼠耐力運(yùn)動模型(游泳或跑步機(jī)上跑步)中觀察到的房顫發(fā)生率升高,主要與炎癥增加以及電傳導(dǎo)減慢相關(guān)。耐力運(yùn)動促使小鼠腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNFα)增加,從而增強(qiáng)心房心肌細(xì)胞NF-κB 的激活,合成更多炎癥因子。而耐力運(yùn)動促進(jìn)RyR2 通道釋放過量Ca2+,導(dǎo)致Ca2+通道功能受損,從而促使小鼠心房心搏過速,引發(fā)房顫［26］。

蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶鑲嵌在線粒體內(nèi)膜和外膜之間,介導(dǎo)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transitionpore,mPTP)形成。在健康細(xì)胞中,線粒體無法透過水、離子和質(zhì)子;而當(dāng)線粒體基質(zhì)內(nèi)處于高滲透壓狀態(tài)時,mPTP 通道開放,引起水流入線粒體,導(dǎo)致嚴(yán)重的線粒體腫脹,促發(fā)心肌壞死。在心肌缺血或AMI 患者中,Ca2+過多將引起線粒體膜電位消失,抑制ATP 的合成,而mPTP 開放將引起線粒體膜破裂,導(dǎo)致caspase 和凋亡因子的激活［27］。心肌缺血和再灌注期間產(chǎn)生的ROS 誘導(dǎo)mPTP 開放,進(jìn)而誘發(fā)AMI 后不良事件。缺血導(dǎo)致缺氧、無氧代謝和細(xì)胞內(nèi)酸中毒。親環(huán)素D(cyclophilin D,CypD)是mPTP 的重要調(diào)節(jié)因子。缺乏CypD 的細(xì)胞不易發(fā)生氧化應(yīng)激和Ca2+誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,即通過特異性敲除心肌中的CypD 可降低非梗死區(qū)域心肌的死亡率,使左室收縮及舒張功能增強(qiáng)。ELROD 等［28］研究表明,對CypD 不敏感的小鼠,其再灌注后心肌梗死面積減小。

6 腫瘤壞死因子α 的調(diào)控作用

心臟重塑過程中引發(fā)的炎癥信號可能會誘導(dǎo)心肌細(xì)胞的凋亡,當(dāng)缺血再灌注時會促發(fā)心肌細(xì)胞的進(jìn)一步壞死和自噬;反之,心肌細(xì)胞的壞死會促發(fā)炎癥。TNFα 是炎癥過程中產(chǎn)生的細(xì)胞因子,主要通過腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor receptor,TNFR)1、TNFR2 發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn),TNFα能通過TNFR1 加重左室功能障礙及不良重塑,而TNFR2 能逆轉(zhuǎn)這種效果。內(nèi)源性TNFα 的增加會導(dǎo)致AMI 后心房纖維化以及慢性左室功能障礙,其主要機(jī)制是增強(qiáng)心臟局部炎癥以及MMP2 活性,隨后促進(jìn)基質(zhì)和膠原降解,最終增加心肌細(xì)胞的凋亡［29］。但有研究提出,TNFα 對心臟也有保護(hù)作用。在AMI 患者中,受體TNFR1 或TNFR2 的缺失并不影響梗死面積的大小,只有當(dāng)兩種受體同時缺失才會導(dǎo)致冠狀動脈閉塞后梗死面積擴(kuò)大。此外,TNFR2-/-小鼠會發(fā)生嚴(yán)重的心室擴(kuò)張和功能障礙。而在TNFR1-/-小鼠中,IL-6、IL-1β、TGFβ 和MCP1的表達(dá)顯著下調(diào),TNFR2-/-小鼠中IL-6 和IL-1β 的表達(dá)則上調(diào),這表明TNFR2 對心臟起保護(hù)作用［30］。TNFα 可能是通過WNT 通路激活A(yù)KT,促進(jìn)心肌存活;而TNFR2 被激活后,可減輕TNFR1 引發(fā)的心肌死亡［31］。TNFR2 對心臟的保護(hù)作用主要是通過STAT3 以及NF-κB 信號通路保護(hù)心肌細(xì)胞線粒體功能［32］。TNFα 介導(dǎo)TNFR1/2 的激活,使NF-κB 和激活蛋白1 介導(dǎo)的Nlrp3、IL-1β等基因轉(zhuǎn)錄增強(qiáng),而上述基因參與炎癥途徑,導(dǎo)致炎癥進(jìn)一步持續(xù),房顫患者心房組織中總NF-κB 和磷酸化NF-κB 水平升高［5］。TNFα 濃度影響梗死面積的大小主要是通過其受體TNFR1/2 的參與,但內(nèi)源性TNFα 發(fā)揮心臟保護(hù)作用的濃度尚不清楚。因此,在以TNFα 為AMI 后不良事件的治療靶點(diǎn)時,需考慮其濃度及受體的不同機(jī)制。

7 總結(jié)

盡管現(xiàn)有研究揭示了AMI 后心臟修復(fù)的關(guān)鍵炎癥因子的重要調(diào)控作用和機(jī)制,但目前這些研究成果仍得不到充分的轉(zhuǎn)化運(yùn)用。這主要是因為AMI后的心臟修復(fù)是一個復(fù)雜且高度動態(tài)的過程,有些炎癥因子在AMI 中同時存在抗炎和促炎信號,其中涉及的信號通路錯綜復(fù)雜。今后的研究需要了解參與心臟重塑的各種細(xì)胞類型和分子機(jī)制的影響,從而針對有害的促炎信號開展精準(zhǔn)靶向治療。