心外膜脂肪組織與心房顫動發(fā)生的關聯(lián)機制及研究進展

巫 辰 王耀晟

心房顫動(atrial fibrillation，AF)是臨床上常見的心律失常之一。我國AF總患病率約為0.77%，且隨年齡的增長進一步增高，并可導致血栓栓塞、心源性卒中和心力衰竭等嚴重并發(fā)癥[1]。誘發(fā)AF的危險因素眾多，如心外膜脂肪組織(epicardial adipose tissue，EAT)蓄積、肥胖和糖尿病等。然而，F(xiàn)ramingham心臟研究[2]發(fā)現(xiàn)，在校正了其他AF危險因素之后，EAT仍是AF的獨立預測因子，表明EAT與AF的發(fā)生密切相關。EAT作為與心臟緊密相鄰、代謝活躍的脂肪組織，可產(chǎn)生各種生物活性分子，這可能會嚴重影響心臟功能。EAT與AF發(fā)生的關聯(lián)機制近年來受到廣泛關注，現(xiàn)就EAT與AF的發(fā)病機制及近期的研究進展進行綜述。

1 EAT的特征

1.1 EAT的解剖學特點 EAT是位于臟層心包與心肌之間的脂肪組織，起源于胸膜中胚層并通過冠狀動脈循環(huán)供血。在生理條件下，EAT約占心臟質(zhì)量的20%，覆蓋人體心臟表面近80%區(qū)域，主要分布于房室溝、室間溝及主要冠狀動脈走行。EAT與心肌直接接觸，無肌筋膜相隔，且兩者組織間有微循環(huán)相通。因此，EAT分泌的生物活性分子可通過旁分泌和自分泌途徑直接作用于心臟各組分細胞，包括心肌細胞及心肌成纖維細胞等[3]。此外，EAT是心臟的脂肪庫，由脂肪細胞、血管基質(zhì)、炎癥細胞、免疫細胞等構成，并且含有豐富的自主神經(jīng)[4-5]。

1.2 EAT的生理學與病理生理學特點 EAT的生理功能主要為代謝、產(chǎn)熱和機械保護。EAT具有高度代謝活性，與其他內(nèi)臟脂肪相比，EAT釋放和攝取游離脂肪酸(free fat acid, FFA)的能力更強，而對葡萄糖的利用率較低。EAT可捕獲并儲存血管內(nèi)FFA，有助于維持冠狀動脈微循環(huán)中的脂肪酸穩(wěn)態(tài)，從而保護心臟免受脂肪酸毒性影響，并在需要時釋放FFA為心肌提供ATP。不僅如此，EAT還可分泌多種生物活性分子，如TNF -α、IL-1、激活素A等。在生理條件下，EAT分泌的抗炎癥因子等活性分子可對心臟各組分細胞產(chǎn)生保護作用；然而，在病理條件下，各種生物活性分子(如炎癥因子和脂肪因子)異常分泌可對心肌造成損害。此外，EAT具有棕色脂肪的特征，高表達解偶聯(lián)蛋白-1，并為心肌提供熱量，保護心肌免受低溫的影響[6]。EAT與其他內(nèi)臟脂肪組織類似，具有緩沖、減震的功能，可保護心臟免受由心臟搏動而產(chǎn)生的冠狀動脈扭轉及心臟彈性張力影響。

1.3 影響EAT的因素 肥胖和糖尿病等內(nèi)分泌疾病是造成EAT蓄積的常見原因。近期研究證明，肥胖不僅促使了皮下、肝臟等常見部位的脂肪聚集，同時可增加其他組織和內(nèi)臟器官周圍的脂肪堆積。Vroomen等[7]研究顯示，持續(xù)肥胖可導致左心房內(nèi)徑增大，舒張功能減低，右心室游離壁EAT厚度顯著增加。此外，腎上腺偶發(fā)瘤、生長激素缺乏癥及多囊卵巢綜合征等導致體內(nèi)脂肪異常分布和內(nèi)臟脂肪堆積的內(nèi)分泌疾病也可顯著促進EAT堆積[8]。

糖尿病患者的EAT厚度明顯大于健康人群。相關研究[9-10]結果顯示，1型糖尿病患者EAT厚度顯著大于對照組人群，且與BMI無相關性。對于2型糖尿病患者，EAT增厚與患者胰島素抵抗和內(nèi)臟脂肪堆積的嚴重程度密切相關[11]。

1.4 EAT的評估方法 EAT可用CT、心臟磁共振(CMR)和超聲心動圖進行無創(chuàng)定量，每種方法的利弊各有不同。CMR具有出色的空間分辨率，是評估脂肪組織體積的金標準，并且CMR對EAT體積定量的準確性已在活體動物研究中得到證實[12]，CMR的缺點是價格昂貴。目前，CT是衡量EAT最常用的方法，其具有高空間分辨率，可重復性高，并可量化EAT的體積;但在需要長期隨訪評估的情況下，患者長期暴露于CT的電離輻射限制了其應用。超聲心動圖是評估EAT最便利且經(jīng)濟實惠的方式。二維超聲心動圖能測量EAT厚度[13]，三維超聲心動圖在理論上可測量EAT體積，但其精確度還未被充分證實。上述原因限制了超聲心動圖在臨床上的應用。

2 EAT促進心臟結構重構導致AF的發(fā)生

心臟結構重構是心臟損傷或血液動力學改變時發(fā)生的一種適應性反應，包括心肌細胞和間質(zhì)纖維化、心肌細胞肥大和凋亡，以及組織結構損傷，其可導致心臟擴張和功能障礙。EAT可通過促炎癥反應、分泌多種生物活性分子和氧化應激等途徑促進心臟結構重構。

2.1 EAT導致心肌纖維化和膠原基質(zhì)增生、沉積 EAT促炎癥反應及其分泌的多種生物活性分子，如CRP、IL-6、TNF-α、激活素A和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)等，通過旁分泌和自分泌途徑影響心肌結構，是EAT促進心肌纖維化和膠原基質(zhì)增生、沉積的主要機制。炎癥反應是AF發(fā)病的重要因素，例如心包炎、心肌炎或心臟手術等以心肌炎癥為特征的疾病都與AF高發(fā)有關。EAT的促炎癥反應可使其分泌的炎癥因子增加，促進巨噬細胞滲透并破壞微血管系統(tǒng)，激活纖維化途徑[14]。此外，炎癥因子還可直接浸潤周圍的心肌細胞促進纖維化的發(fā)生?；A研究[15-16]結果表明，炎癥和纖維化可通過相同的級聯(lián)信號轉導，EAT分泌的TNF-α可促進MMP的分泌并改變縫隙連接通道、連接蛋白40和43的表達，激活TGF-β/ Smad2或3信號轉導途徑介導纖維化的發(fā)生。

除上述炎癥因子外，EAT可分泌多種脂肪因子促進心臟結構改變。例如，激活素A作為TGF-β超家族的成員，可誘導Ⅰ、Ⅱ和Ⅵ型膠原合成，與心肌纖維化和膠原基質(zhì)增生、沉積密切相關。近期研究[17]報道，激活素A可通過類激活素激酶受體(activin receptor-like kinase, ALK)4促進心臟纖維化，這一作用可通過激活的血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)/ 激活素A/ALK4和TGF-β1/ALK5兩條信號通路轉導。與激活素A類似，MMP是細胞外基質(zhì)穩(wěn)態(tài)的關鍵調(diào)節(jié)劑，其活性增加可導致膠原蛋白沉積和變性，從而改變膠原蛋白的含量和質(zhì)量。Liu等[18]的研究結果顯示，EAT分泌的MMP-2和MMP-9是細胞外基質(zhì)(ECM)重塑和脂肪細胞分化的關鍵調(diào)節(jié)劑，其表達上調(diào)可促進間質(zhì)纖維化的積累和膠原基質(zhì)的增生、沉積。此外，脂肪組織產(chǎn)生的血管生成素樣蛋白2 (angiopoietin-like protein-2, Angptl2) 與EAT的炎癥狀態(tài)和心肌纖維化有關，且其表達受缺氧狀態(tài)的調(diào)節(jié)[19]。Angptl2可通過整合素α5β1/p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)通路表達MMP，并促進炎癥相關基因的表達[20]。其次，低氧誘導因子-1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)作為Angptl2的上調(diào)因子也可能與EAT的炎癥反應和纖維化的發(fā)生有關。研究[21]結果表明，脂肪組織中的HIF-1α可誘導轉錄程序，從而增強ECM的合成，促進脂肪組織纖維化。除上述幾種脂肪因子外，EAT分泌的其他生物活性分子也與心臟結構重構有關，例如，結締組織生長因子(cTGF)受微核糖核苷酸-123(miR-132)調(diào)控，并通過TGF-β1/ Smad途徑[22-23]促進心房纖維化，進而導致心臟結構重構誘發(fā)AF。

2.2 EAT導致心肌細胞凋亡和組織結構損傷 心肌細胞凋亡和組織損傷是心臟結構重構的重要機制，主要包括以下兩個方面：一方面，EAT是活性氧(ROS)的重要來源，其產(chǎn)生的ROS明顯多于皮下脂肪組織[24]。ROS可通過氧化應激作用導致心肌細胞及組織損傷。除此之外，ROS還可造成線粒體DNA損傷，從而促進MAPK、c-Jun氨基末端激酶(JNK)、p38和蛋白激酶B上調(diào)，誘導細胞凋亡、影響鈣離子(Ca2+)調(diào)節(jié)蛋白或鈣通道，導致鈣超載，從而促進心臟結構重構[25]。另一方面，EAT可通過腎素-血管緊張素系統(tǒng) (RAS)影響心臟結構重構。EAT分泌的AngⅡ可通過促進c-myc基因表達誘導細胞凋亡。此外，AngⅡ還可作用于心肌細胞膜上血管緊張素受體1(angiotensin receptor1，AT1)，通過G蛋白偶聯(lián)受體，激活磷脂酶和蛋白酶等，導致細胞骨架破壞，觸發(fā)細胞凋亡或造成心肌細胞損傷，促進心臟結構重構并誘發(fā)AF。

3 EAT促進心臟電重構導致AF的發(fā)生

心臟電重構可引起心肌電生理異常變化，主要包括心肌細胞離子通道、鈣穩(wěn)態(tài)及心臟電傳導特性等發(fā)生異常變化，而EAT可通過分泌多種生物活性分子或以脂肪浸潤等方式改變心肌細胞電特性。

3.1 EAT導致心肌細胞膜離子通道與鈣穩(wěn)態(tài)異常變化 心肌細胞受興奮刺激后細胞膜上離子通道的開放與閉合引起離子跨膜移動，從而形成動作電位，并在心臟電耦合的作用下產(chǎn)生電興奮。同時，心肌細胞鈣穩(wěn)態(tài)在心肌興奮-收縮偶聯(lián)過程中起關鍵作用，這一過程的紊亂不僅參與心臟電特性的改變，還參與心臟結構重構，從而誘發(fā)AF[26-27]。而EAT分泌的多種生物活性分子(包括TNF-α、激活素A等)可影響心肌細胞離子通道和鈣穩(wěn)態(tài)。TNF-α可通過增強啟動子區(qū)域的甲基化來降低肌漿網(wǎng)/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATPase(SERCA2a)的表達量，抑制Ca2+的再攝取并延長舒張期細胞內(nèi)鈣瞬變衰退時間，從而導致延遲后除極[28]。Lin等[28]研究亦發(fā)現(xiàn)，與EAT共培養(yǎng)的心肌細胞中，慢鈉通道(INa-Late)和L-型鈣通道(ICa-L)的增加，以及瞬時外向鉀通道(Ito)和內(nèi)向整流鉀通道(IK1)的減少，可引起細胞內(nèi)鈉離子、Ca2+和鉀離子水平的失衡，影響心肌細胞動作電位時程和膜靜息電位，從而擾亂心肌正常電生理特性。因此，可認為EAT及其分泌的生物活性分子可引起心肌細胞膜離子通道和鈣穩(wěn)態(tài)的改變，促進微折返回路的形成，導致AF的發(fā)生。

3.2 EAT導致心臟電傳導特性異常變化 正常的心臟電傳導是房室協(xié)調(diào)運動的重要因素。然而，心臟中EAT的蓄積可促使脂肪細胞直接浸潤鄰近的心肌組織造成心肌細胞間隔，進而產(chǎn)生類似微纖維化的電傳導異常，導致心肌電生理功能紊亂及局部傳導異常[29-30]。Mahajan等[31]在實驗性肥胖癥模型中發(fā)現(xiàn)，EAT蓄積浸潤心房組織，以及TGF-β信號轉導途徑的激活可促進心房間質(zhì)纖維化，此過程使局部傳導阻滯和電傳導沖動混亂，進而導致心臟電傳導異常[32]。此外，EAT分泌的TNF-α和MMP可影響縫隙連接蛋白的表達和ECM重塑，并引起細胞間電傳導速度和路徑發(fā)生改變，增加電傳導的各向異性[33]。Sawaya等[34]在過表達TNF-α的轉基因小鼠模型中發(fā)現(xiàn),TNF-α可下調(diào)縫隙連接蛋白40和43的表達，縮短心房有效不應期，促進AF發(fā)生。綜上，EAT可通過脂肪浸潤、下調(diào)縫隙連接蛋白的表達和ECM重塑，導致局部電傳導速度非同步性降低并促進折返形成，從而產(chǎn)生了更多雜亂的折返子波，最終導致AF的發(fā)生。

4 其他機制

4.1 自主神經(jīng)功能紊亂與AF 自主神經(jīng)系統(tǒng)被認為是AF發(fā)生和維持的關鍵因素。EAT中含有豐富的自主神經(jīng)，約30%的自主神經(jīng)同時含有交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)[5]。EAT的蓄積可導致自主神經(jīng)功能紊亂，交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)分泌去甲腎上腺素和乙酰膽堿，兩者分別作用于心肌細胞膜上的 β1受體和心房M受體，可對多種離子通道(如Ito、IK1、乙酰膽堿鉀通道等)產(chǎn)生影響，進而導致自律性增強，誘發(fā)早期后除極，觸發(fā)肺靜脈和心房的異常電活動[5]。Romanov等[35]研究發(fā)現(xiàn)，向EAT注射肉毒梭菌毒素可抑制乙酰膽堿(ACh)的釋放，抑制自主神經(jīng)重構，并降低心臟術后AF的復發(fā)率。

4.2 EAT中基因表達差異與AF EAT中基因表達差異是AF發(fā)生的一種新機制。Chilukoti等[30]在針對人和豬心房樣本的研究中發(fā)現(xiàn)，快速心房起搏可誘導脂肪細胞相關基因的表達改變，導致心房脂肪組織形成增加，從而促進AF的發(fā)生。Gaborit等[6]收集AF患者心房、心室及冠狀動脈周圍的脂肪組織標本進行分析，發(fā)現(xiàn)EAT中表達氧化磷酸化、心肌收縮和調(diào)節(jié)Ca2+信號的相關基因上調(diào)。此外，有研究[36]結果表明，EAT中有55個基因參與炎癥和免疫反應，其中35個基因在EAT中的表達是內(nèi)臟脂肪組織中的兩倍。上述研究都提示，EAT中基因表達差異與AF的發(fā)生有一定的關聯(lián)。

4.3 肥胖所致EAT蓄積與AF 臨床研究[37]已充分證明，肥胖是AF的獨立危險因素，BMI每升高5個單位，可使AF風險增加19%～29%。Mahajan等[31]在實驗中發(fā)現(xiàn)，持續(xù)肥胖可促使EAT蓄積，進而導致脂肪細胞浸潤心?。环欠逝謱φ战M中EAT蓄積顯著減少，并且脂肪細胞向心肌浸潤的程度也更低。此外，EAT蓄積還可促進炎癥反應、分泌大量生物活性分子，造成自主神經(jīng)功能紊亂等，促進心臟結構重構和電重構，最終導致AF發(fā)生。因此，通過體重管理來減少EAT蓄積可作為降低AF發(fā)生風險的干預手段之一。

5 EAT與AF的防治

EAT被視作AF的獨立危險因素，通過減肥、藥物或者手術干預減少EAT可作為治療和預防AF的有效手段。研究結果表明，通過運動和低脂、低熱量飲食可降低肥胖患者AF的發(fā)生風險。然而，減肥過程中是否有效減少EAT，以及EAT減少到何種程度才能有效預防AF等問題尚無明確結論。

抗炎藥物(如他汀類藥物和抗細胞因子)和降糖藥物(如二甲雙胍和噻唑烷二酮類藥物等)可抑制EAT聚集，減小EAT厚度。一項前瞻性研究[10]結果顯示，采用二甲雙胍單藥治療2型糖尿病患者3個月后，其EAT厚度顯著減小。一項臨床隨機對照試驗(RCT)結果顯示，他汀類藥物及抗細胞因子藥物可改善EAT功能障礙，降低新發(fā)和復發(fā)AF的發(fā)生率[11]。

目前，導管消融術是治療藥物難治性或持續(xù)性AF的有效方法。AF患者行導管消融術時結合EAT消融可降低短期AF發(fā)生率，然而遠期效果尚未得知[38]。此外，直接消融將導致EAT的代謝、產(chǎn)熱及機械緩沖等心臟保護作用丟失。

6 展 望

綜上所述，EAT可通過促炎癥反應、分泌細胞活性分子和氧化應激等相關過程導致心臟結構重構和電重構。此外，自主神經(jīng)功能紊亂、基因表達差異及肥胖所致EAT蓄積等機制都與AF的發(fā)生密切相關。更深入地研究這些機制，有助于針對性地探索AF的治療新靶點。有研究[39]顯示，激活素A是促進心房結構重構的重要脂肪因子，且激活素A抗體可中和EAT誘導的促纖維化作用。另有研究[40]結果表明，人心房肌分泌的心房利尿鈉肽增多可促進多功能成體心外膜脂肪祖細胞(aEPDC)向脂肪組織分化，導致EAT蓄積，抑制心房利尿鈉肽或可減緩EAT的蓄積，減少AF的發(fā)生風險。針對自主神經(jīng)的調(diào)節(jié)可作為治療AF的手段，如肺靜脈隔離和射頻消融等技術可通過消融EAT中的自主神經(jīng)發(fā)揮作用。因此，上述研究均可為AF的預防及治療提供新的思路。未來對EAT與AF發(fā)生關聯(lián)機制的研究將不斷深入，也將發(fā)現(xiàn)更精準的AF預測指標和更有效的防治手段，這有助于減少AF及其并發(fā)癥的發(fā)生。