左室辅助装置逆转心肌重构的分子学机制

邬鹏宇 崔翔宇 葛庆丰 李占清 杨晓利

(河北联合大学附属医院胸心外科，①心血管内科 河北唐山 063000)

左室辅助装置(LVAD)作为心脏移植的桥梁被应用于等待供体心脏的终末期心脏患者，但也有一部分患者不适合心脏移植，LVAD便是最适合的最终治疗手段。同时，也有一部分患者，在应用LVAD后，心脏功能得到有效的恢复，成功撤除LVAD而不需要心脏移植。这个过程我们称之为心肌重构逆转(reverse remodeling);众所周知，LVAD通过降低左心室的前、后负荷，减轻心肌肥大，提高冠状动脉灌注，减轻慢性心肌缺血，从而改善心功能。然而，这种心肌重构逆转的分子学机制不甚清楚。笔者就相关文献进行综述，以供同道商榷。

1 LVAD与细胞外基质的改变

基质金属蛋白酶(metalloproteinases MMP)存在于细胞外可参与组织重构、风湿性关节炎、恶性肿瘤转移、动脉粥样硬化(AS)和急性冠脉综合征(ACS)的病理进程。Li等人研究发现，应用LVAD的患者MMP－9和MMP－1显著降低，MMP2裂解明胶酶的活性没有改变。MMP3的表达在应用LVAD前为低水平表达，应用后没有改变。LVAD后，基质金属蛋白酶抑制因子1(tissue inhibitor of MMP1 TIMP－1)和TIMP－3蛋白显著上调，而TIMP－2、4没有变化。MMP1、9的降低和 TIMP1、3的升高，可减少间质结缔组织的变化，进一步减轻心室重构[1]。Caruso R等研究发现，在应用LVAD后MMP2和MMP9的活性和表达明显减低，同时其研究显示TIMP－1和TIMP－4并不能够影响LVAD后MMP2和MMP9的浓度[2]。LVAD可以引起细胞外基质的变化，但其机制尚不清楚。

2 LVAD与心肌细胞的生物学

2.1 β－肾上腺素能信号转导的改变 Ogletree－Hughes等人对比研究了应用和不应用LVAD心脏患者中游离肌小节基本收缩参数、β－肾上腺素能刺激的收缩反应以及β－肾上腺素能受体密度，发现心脏减负荷后恢复了心肌细胞的β－肾上腺素能受体密度。应用LVAD后的心肌对异丙肾上腺素的收缩反应和非衰竭的心脏的心肌对异丙肾上腺素的收缩反应相似，明显优于不辅助的心衰的心肌。应用LVAD后，β－肾上腺素能受体密度增加，肾上腺素能反应的提高与血浆的神经激素水平的正常化及血浆和心脏的细胞因子水平的降低有关[3]。Wang J等人给予异位心肺或心脏移植建立的心衰大鼠模型部分应用和完全应用LVAD，研究发现部分应用和完全应用LVAD均能改善心衰大鼠肾上腺素反应和脑利钠肽正常释放以及β1－和β2－肾上腺素能受体基因表达的[4]。

2.2 Ca2+稳态的改变 Ca2+在心肌细胞的电生理过程中起着至关重要的作用，其在正常细胞的兴奋收缩耦联中的作用尤为突出，而心衰患者心肌收缩失功能与Ca2+改变同样密切相关[5]。肌浆内质网Ca2+ATP酶亚单位2a(SERCA2a)基因表达的下调，肌浆网兰尼碱敏感Ca2+释放通道(RyR)的下调及肌浆Na+/K+交换调节的改变均与心肌收缩失功能有关[6]。

Heerdt等人研究发现，通过确定游离的肌小节的压力频率的关系，应用LVAD后，心肌压力提高。这与SERCA2a基因表达增加和蛋白水平提高有关[7]。另外，LVAD后，RyR基因编码表达的增加，而其蛋白水平改变不明显。心衰患者RyR过度磷酸化扰乱了与正常受体的偶联，导致了整体配对异常。心肌激活时，较少地等位 SRCa2+释放，在心肌舒张时 Ca2+的漏出。LVAD后，逆转了这些异常，可能与β－肾上腺素能信号通路的正常化有关[8]。

2.3 凋亡 凋亡加剧了心肌病患者心肌细胞的丢失和左室功能的进行性减退。心衰患者有几个不同的促凋亡机制。

外源性死亡受体通路包括:Fas/Fas配体通路，TNF受体通路。研究表明，应用LVAD后，使心衰的心肌FasEx06Del表达正常化，降低了对心肌细胞凋亡的敏感性[9]。同时也证明心肌细胞促凋亡细胞因子TNF－a表达下降[10]。内源性线粒体途径。线粒体通路在充血性心竭中发挥着重要作用。目前关于线粒体介导的细胞凋亡至少有两条通道:一条依赖于线粒体释放出的AIF，可独立作用于染色质，导致DNA断裂和初期外周染色体聚集[11];另一条依赖于CytC、凋亡蛋白酶激活因子－1(apoptotic protease activating factor，Apaf－1)、胱冬肽酶(caspase)的级联反应激活，最终激活细胞的“杀手”(caspase－3)启动凋亡程序，导致细胞凋亡[12]。凋亡和LVAD。LVAD长期治疗后，改变了心脏细胞凋亡调控基因表达。LVAD后，抗凋亡蛋白Bcl－xL的表达上调，表明心肌细胞对凋亡的敏感性是通过抗凋亡基因BclxL的释放而减低的[9]。已有资料也证明应用LVAD后心肌细胞凋亡明显减少[13]。

3 信号转导

3.1 转导途径 心脏肥大的三种信号转导途径包括:促细胞分裂原激活的蛋白激酶(MAPK)，包括细胞外信号相关的蛋白激酶(Erks)，c－jun N－末端蛋白激酶(JNKs)，和 p38MAPK家族[14];钙离子/钙调素激活的蛋白激酶(CaM kinase)及磷酸激酶(钙神经素)[15];还有，蛋白激酶B/Akt和下游靶糖原合成激酶3β[16]。

人类充血性心衰患者，这三个信号转导途径均被激活。LVAD后，这些激酶的磷酸化状态已被确定。west blot证实，磷酸化活性(Thr 202/Tyr204)ERK －1和ERK －2及ERK激活激酶(MEK－1/2)下降;Akt和GSK3β激酶的磷酸化显著下降;Akt和GSK3β的变化显着相关，提示Akt的失活和GSK3β的激活。然而，在已有研究中，应用LVAD后，JNK或P38－介导的信号级联不改变，提示体内人类心脏的机械支持下有特殊的激酶信号调节。MEK活性的降低与Erks相关，而Akt活性的降低与GSK3β激活的增加相关。在LVAD支持下，MEK/Erks的失活和GSK3β的激活与这两个心肌重构逆转信号转导通路的相反作用一致[17]。

3.2 转录因子NF－κB NF－κB在调控对细胞应激刺激反应基因的表达中起着关键作用[18]。在抗凋亡中，是关键的基因调节者[19]。在心衰患者中，心肌细胞中NF－κB被激活。NF－κB调节白细胞介素－6(IL－6)，肿瘤坏死因子α(TNF－α)，BclxL和血红素氧合酶－1。Grabellus F等人对16名终末期心衰患者研究发现，有15名患者经过LVAD后免疫组化结果提示:NF－κB 的表达显著降低[20]。

4 细胞应激相关因子

4.1 血红蛋白加氧酶－1(HO－1) 血红蛋白加氧酶属于热休克蛋白家族，它通过缺血、局部低氧、氧化应激及其它的氧化应激所诱导[21]。通过免疫组化法，对不同病因的终末期心衰患者组织标本(特别是心肌细胞，心房壁平滑肌细胞，内皮细胞)的HO－1的分布进行研究，HO－1呈强阳性表达，LVAD后，其表达明显减退[22]。HO－1的下调可能与减轻前负荷后提高氧的供应、减少室壁应力，改善心内膜下低氧和心肌细胞的肥厚有关。

4.2 金属硫蛋白(MT) MT由细胞应激蛋白组成，它使活性氧族灭活。保护细胞对抗活性氧族的效应[23]。LVAD已经证实减少MT阳性的心肌细胞、血管内皮细胞及平滑肌细胞(时间依赖方式)。这些资料意味着左室血流动力学的减负荷后逆转MT基因表达[24]。

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