信号通路对肥大心肌细胞表达的调节研究进展＊

杨 蓉，常 亮，刘素云，刘金明，王亚玲，李拥军

(河北医科大学第二医院心内科，河北 石家庄 050000)

心肌肥厚是指心肌细胞不断增大而引起的无细胞分裂的症状，主要发生在患有先天性心脏病、高血压、瓣膜病等疾病的患者中[1]。一般情况下，人出生后心肌细胞就丧失了分裂的能力，因此对于一些心脏疾病患者的心肌细胞只能通过这种途径来适应持续增加的心脏负荷[2]。心肌肥大刺激因素主要包括机械应激反应及神经体液因子，如内皮素(ET)、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)、儿茶酚胺、胰岛素生长因子-1(IGF-1)、白细胞介素(IL)及转化生长因子[3]。这些神经体液因子可活化心肌细胞特异性基因，并刺激心肌细胞增生[4]。心肌肥厚的临床特征表型主要由基因表达模式决定，大量研究指出，对肥大心肌细胞刺激30 min 以内即诱发一系列早期基因反应，并激活ET、AngⅡ、IGF-1、转化生长因子等神经细胞因子，从而刺激部分心肌收缩蛋白表达上调[5]。不同信号转导通路诱发的心肌肥大基因表达模式不尽相同。为此，笔者就信号通路对肥大心肌细胞表达的调控作用作一综述。

1 机械作用力

田一鸣等[6]研究指出，牵拉刺激是诱发心肌肥大的独立危险因素，机械牵拉力对心肌肥大的影响并不一定需要体液或神经因子参与。然而，目前关于牵拉刺激对细胞内信号转导通路的作用机制尚不明确。Lu 等[7]研究指出，机体刺激可诱导心肌细胞分泌颗粒大量释放AngⅡ，并直接作用于心肌细胞，从而诱导丝裂素活化蛋白激酶(MAPK)及蛋白激酶C(PKC)发生级联反应。然而牵拉作用力并不完全被AngⅡ受体拮抗，此外，牵拉力刺激的氨基酸摄取量增加或MAPK 活化只有部分是依赖PKC 活化的，因此PKC 抑制剂或AngⅡ受体拮抗剂并不能完全阻断AngⅡ诱导活化MAPK[8]。Lin 等[9]通过体外动物试验发现，应用AT1A 基因敲击小鼠，超负荷的压力会诱导小鼠出现心肌肥大，提示通过机械刺激诱导的心肌肥大并不需要细胞因子的介导，其本身就可能启动细胞内信号转导，并不需要活化基因的表达。林明静等[10]研究指出，通过机械刺激启动的细胞信号转导通路的作用为:机械牵拉可能活化细胞上的某些机体敏感离子通道、整合素互评细胞骨架，从而激活信号转导通路;作用于细胞表面的机械力可直接改变某些分子如G 蛋白、生长因子受体、蛋白激酶及磷脂酶等的构型，启动下游信号转导通路;机械应激作用可刺激生长因子释放，并作用于细胞受体，从而活化细胞信号系统。Cavin 等[11]研究指出，容量负荷及压力负荷可诱导生长因子释放，并诱导IGF-1 合成增加，使αFGF 合成减少。可见，不同的作用机制可导致肥大心肌存在不同的表型。

2 儿茶酚胺

儿茶酚胺可直接刺激心肌肥大细胞，目前已有不少文献支持该结论。当机体处于急、慢性血流超负荷状态时，由于血液循环中的儿茶酚胺水平增加可活化交感神经活性[12]。Gómez 等[13]通过建立心肌大鼠模型，长期给心肌肥大大鼠注射亚高血压剂量的异丙肾上腺素(ISO)及甲肾上腺素(NE)，结果表明，NE 可促进心肌细胞蛋白合成，并刺激心肌细胞肥大。

在心肌细胞中存在α1-肾上腺素受体(AR)，β1-AR，β2-AR，既往的研究认为，α1-AR 是介导儿茶酚胺刺激心肌细胞肥大的主要因素，而β-AR 在心肌肥大过程中并不起作用[14]。但最近的研究指出，α1-AR 和β1-AR 均能介导儿茶酚胺刺激心肌细胞肥大。α1-AR 可通过活化细胞膜的磷脂酶，并刺激甘油二酯及三磷酸肌醇释放，使得细胞游离Ca2+离子增加，并可激活PKC，从而激活MAPK 信号途径，并活化多种转录因子如AP1，GABA4，SRF核内基因表达。Higashikuni 等[15]研究指出，MAPK 信号途径可活化诱导苯肾上腺素，并诱导ANF，β-MHC 表达。吴昊等[16]在心肌细胞中可发现，β 肾上腺激动剂可诱导心肌细胞发生肥大反应，并活化心肌细胞MAPK。Maayah 等[17]应用佛波酯对心肌细胞行预处理，可发现部分下调的NE 对MAPK 具有活化作用，但并不影响β 肾上腺激动剂，从而在NE 作用下，PKC 可与MAPK 作用，但并不参与β 肾上腺激动剂对MAPK 的活化过程。戴红良等[18]认为，PKA 对心肌细胞MAPK 不具有抑制作用，其原因可能由于心肌细胞MAPK 活化途径受Ca2+浓度的影响，而与肾素-血管紧张素系统(RAS)途径活化无关。Zeng 等[19]研究指出，NE 对MAPK 的活化诱导仅受β -AR 或α1-AR 阻断剂的抑制，而同时应用2 种阻断剂则可完全阻断NE 的合成，从而提示NE 对心肌细胞肥大的作用途径是通过α1-AR 和β1-AR 共同介导完成的。

3 血管紧张素Ⅱ

目前已有不少研究证实，心脏局部RAS 在心肌细胞肥厚的发展过程中起着重要作用，采用RAS 转化酶抑制剂能有效逆转心肌肥厚[20]。Liu 等[21]通过建立心肌细胞肥厚大鼠模型，应用AngⅡ作用于大鼠心肌细胞中，结果显示，AngⅡ可刺激大鼠心肌细胞生长因子大量分泌，并刺激心肌肥厚。AngⅡ受体主要分为AT1和AT2，其对心肌肥大的作用是通过AT1介导完成的。AT1受体一方面可激活PLC，使机体大量生成DAG 及IP3，并活化PKC，使细胞内Ca2+离子浓度增加。另一方面，细胞因子可抑制AC 活性，使得cAMP 含量下降，导致CRE 活性下降。Liu 等[21]研究指出，AngⅡ可活化PLD 和PLC，并大量产生花生四烯酸(AA)、磷脂酸(PA)等物质，从而激活信号转导通路。张伟志等[22]研究指出，AngⅡ可通过Ras-SEK 途径激活细胞内JNK，并启动相关突变因子，介导血清反应元件(SRE)，从而激活相应启动因子，导致心肌肥厚。

4 细胞因子

IL-1 属于重要的炎症因子，在机体免疫反应中起到重要作用。Yu 等[23]通过体外培养心肌细胞发现，IL-1 能诱发心肌细胞肥大。IL-1 可刺激细胞蛋白合成，并诱导血管生成因子及血管活性肽，从而诱导心肌细胞肥大。胡家芸等[24]研究指出，IL-1 可活化MAPK 和JNK-SAPK 级联反应，但目前关于IL-1 与受体结合后引发的信号通路作用机制尚不明确。细胞因子受体(CR)可与其配体结合并与AR 相互作用，JAK 属于受体酪氨酸激酶，可与受体上的酪氨酸残基发生磷酸化反应，并为下游效应分子提供多锚位点。CT-1 属于21.5 KD 蛋白，是IL-6 家族成员。CT-1可在心肌细胞中表达，并依赖心肌细胞信号进行传导。

5 生长因子

经典多肽生长因子可分为IGFs，EGFs，PGFs，PDGFs，TGFs，其中TGFβ 与PGP 可由心肌细胞产生，同时也可由非心肌细胞产生。IGF 主要在肝脏中合成，与IGFBP 合成并参与机体循环。目前，除了IGF-Ⅱ及TGFβ 外，机体中大多数生长因子如PDGF，PGF，EGF 受体均属于跨膜受体酪蛋白氨基酸激酶，可通过Ras-ERK 途径活化核内转录因子，并在核内基因进行表达[25]。TGFβ 属于受体丝/苏氨酸激酶，可活化受体磷酸化，并形成复合物迁移入核，并与DNA 结合蛋白连接，从而活化基因转录。

6 甲状腺素

白媛媛等[26]经体外心肌细胞培养试验显示，三碘甲状原氨酸(T3)可诱导心肌细胞肥大，其作用机制与其他因素刺激心肌细胞肥大作用机制相反。T3可促使α-MHC 上调，并下调β-MHC。孙雪芳等[27]研究指出，T3对大鼠心脏变力作用是由儿茶酚胺介导引起的。另有研究也指出，T3可特异性刺激心肌细胞β-AR 基因上调，T3诱导的心肌肥大作用机制并不受β-AR 阻断剂组织，T3对心肌肥大的调控主要是通过调节心肌收缩蛋白而发挥作用的，T3作用的原始位点是细胞核，但目前关于其转运作用机制尚不明确。梁灵君等[28]的研究指出，细胞质内含有各种不同的T3结合蛋白，它们主要通过将T3转入细胞核或线粒体中发挥作用。细胞核中含有T3受体蛋白，其属于激素反应性核转录因子家族成员。T3-TR 复合物可与DNA 调节区域中的特异序列结合并对基因实施调控。

7 Ca2 +信号

杨静等[29]研究指出，细胞内Ca2+浓度受细胞内在功能缺陷及外界刺激的影响，Ca2+浓度升高可刺激心肌细胞增生，导致心肌细胞肥大。Jiang 等[30]经心肌体外细胞培养显示，儿茶酚胺、AngⅡ及ET-1 均可导致细胞内Ca2+浓度增加，从而导致心肌细胞增生。李江等[31]采用ryanodine 预先处理细胞内Ca2+时发现，细胞中Ca2+可与透明质膜中的AM 结合，并抑制AngⅡ生成或增加机械牵拉力，从而导致心肌肥大。但细胞中Ca2+对细胞核内肥大基因的表达作用机制尚不明确，细胞中Ca2+在心肌肥大的作用机制可能与其依赖的蛋白激酶Ⅱ活化CREBP 转录因子家族有关。但Zhang 等[32]研究认为，细胞中Ca2+在介导机体牵拉并刺激c-foa 表达中并不发挥作用，而通过应用W7 可抑制CaMPK Ⅱ活性但并不对c-fos 牵拉诱导表达产生影响。Lee 等[33]研究指出，细胞内Ca2+信号可通过活化CaN 信号通路从而起到调控心肌肥大的作用。新近研究指出，细胞中Ca2+活化可介导信号途径在心肌肥大起到作用，CaN 是一种依赖Ca2+的磷酸酶，因此可通过转录因子NF-AT3 去磷酸化过程，使得磷酸酶能转入核内。NP-AT3 可与心脏中BNP，ANF，α-MHC，β-MHC 等基因进行特异性表达。Leifheit-Nestler 等[34]研究指出，在儿茶酚胺、压力负荷及AngⅡ诱导作用下可刺激心肌肥大，通过应环孢素A 能有效活化CaN 信号通路，并阻滞心肌肥大的发生。

8 展望

心肌肥大的本质是由于相关刺激因素对细胞核内基因表达进行调控而导致心肌功能发生变化。然而，不同刺激途径可影响心肌肥大的“分子表型”，从而说明不同的刺激途径可影响转导通路及信号“开关”，并导致转录及生化反应。在心肌肥大细胞中存在3 种不同的跨膜信号，从而起到信号开关的作用，其作用机制为:具有酪氨酸激酶活性生长因子受体;G 蛋白可通过偶联AT1和α1 -AR 受体对心肌肥大起到调控作用;通过细胞质非受体酪氨酸激酶细胞因子受体可激活细胞内信号通路，此外，牵拉力、离子通道、整合素均可能开启心肌肥厚的信号通路。介导肥厚刺激与基因活化的信号通路有多条，其中MAPK 途径在此过程中起重要作用，其不仅能激活所有肥大的刺激，还可引起MAPK 级联反应，此外，也可与肥大基因结合，在心肌肥大中起重要作用。

细胞中的信号转导通路属于复杂的网络调控过程，其可通过存在的各种信号通路相互协同、相互联系、相互制约，并受其他生化反应及细胞代谢等因素调节，因此对心肌肥厚信号通路及其调控路径进行研究，可为心肌肥大临床用药提供指导。

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