补体系统与心血管疾病的研究进展

敖文杰(综述)，张瑞英(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院心内科，哈尔滨 150001)

补体系统与心血管疾病的研究进展

敖文杰△(综述)，张瑞英※(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院心内科，哈尔滨 150001)

摘要：心血管疾病(动脉粥样硬化、心肌梗死、缺血/再灌注损伤、心力衰竭)是引起全球发病率和病死率的主要原因。近年来，补体介导的炎症已被证实在不同的心血管疾病中扮演重要角色。补体激活可能参与了上述心血管疾病的病理生理学机制。补体系统代表了心血管疾病的新的生物标志物，通过调节机体炎症免疫，恢复机体的免疫平衡，有可能为心血管疾病治疗提供新的靶点。

关键词：免疫炎症反应；补体；心肌梗死；心力衰竭

在一项调查急性心肌梗死生存和预后评估的研究中发现，5年病死率明显下降(从20世纪70年代41.1%至20世纪90年代17.3%)与心力衰竭5年发病率显著增加相关(从20世纪70年代27.6%至20世纪90年代31.9%)[1]。大型动物实验研究表明，心肌梗死后炎症反应会加重再灌注心脏缺血性心肌损伤，因此抑制炎症反应被认为是一个潜在的有意义的治疗靶点。但目前抑制炎症反应治疗心血管疾病特别是在心力衰竭的治疗方面作用有限。此外，补体系统代表了炎症和先天免疫的一个重要分支，早在19世纪关于补体在先天体液免疫中的作用和炎症在动脉粥样硬化中的作用就已经确立[2]，而补体和动脉粥样硬化之间的关系也得到证实。随后，补体在缺血/再灌注损伤中也有报道[3]。补体系统的激活是通过3个不同的途径介导的，即经典途径、凝集素途径和替代途径。目前认为补体作为炎症反应的主要介质参与各种心血管疾病的发生、发展[4]。现对补体系统与心血管疾病的研究进展进行综述。

1补体与动脉粥样硬化

越来越多的证据表明，动脉粥样硬化可以通过多种不同的机制激活补体,而大量的补体蛋白又可促进动脉粥样硬化的形成和发展[5-7]。补体激活，特别是产生的C5a和C5b-9，影响动脉粥样硬化发生和发展的许多过程，包括促进内皮细胞的活化、白细胞渗透到细胞外基质、刺激血管平滑肌细胞释放细胞因子、促进斑块破裂。在动脉粥样硬化中，不同的蛋白激活不同的补体途径。其中，配体结合的C反应蛋白、免疫复合物、酶修饰的低密度脂蛋白、凋亡物质、磷脂和线粒体蛋白质等可以激活补体的经典途径；糖类与甘露糖终端可以激活补体的凝集素途径；氧化的低密度脂蛋白和凝固的蛋白酶可激活补体的旁路途径。研究发现，氧化的低密度脂蛋白是斑块内分布最广泛的补体激活物[6-7]。

此外，动脉粥样斑块中也有补体基因的表达[5-6]。Yosajima等[5]在动脉粥样硬化斑块内发现了补体固有成分、多种补体活化片段和其他一些补体固有成分以及许多补体调节蛋白的mRNA表达。而且，许多补体成分与动脉粥样硬化斑块相关[7]，如在C3或C6缺乏的动脉粥样硬化动物模型中补体末端通路的激活在动脉粥样硬化斑块的发展和成熟中发挥重要作用[8]。免疫组织化学研究显示，补体不但在动脉粥样硬化中介导炎症反应[9]，而且补体激活后形成的膜攻击复合物C5b-9还可诱导平滑肌细胞和内皮细胞的激活、增殖,增加白细胞介素8和膜辅因子蛋白信使RNA聚集和蛋白分泌[10]，加重炎症反应，使动脉粥样硬化斑块不断发展。

2补体与心肌梗死

坏死细胞释放其细胞内物质通过激活先天免疫机制引发强烈的炎症反应。细胞表面敏感性受体在组织损伤后发布“危险信号”并激活炎症通路。有证据表明，在梗死后的炎症反应中，Toll样受体介导通路、补体级联、活性氧类都通过激活核因子κB系统在其中发挥重要作用[11]。研究表明，缺血后心肌损伤激活补体级联[12]。Pinckard等[13]研究显示，急性心肌梗死患者C1、C3和C4消耗的证据进一步表明心肌细胞坏死导致亚细胞膜成分的释放能激活补体级联。在新发及陈旧心肌梗死部位有补体C1-9蛋白及信使RNAs沉积于受损的心肌细胞，同时伴随膜攻击复合物C5b-9的沉积[14-15]，这可能意味着在心肌梗死的过程中伴随着广泛的补体激活。这一现象也被Vakeva等[16]的研究所证实,在结扎大鼠的左冠状动脉造成急性心肌梗死的模型中,对大鼠各个时间段的心肌组织使用免疫组织化学染色的方法发现，左冠状动脉结扎2 h后在心肌坏死组织即可出现补体C3的沉积；急性心肌梗死发生的3 h后,在心肌梗死区域就能发现补体早期的活化成分C1、C3和晚期补体激活途径的参与成分C8、C9的沉积。该研究表明,急性心肌梗死2～3 h后补体系统完全激活。当心肌梗死发生超过12 h或长达5 d，梗死区域会产生更多的C反应蛋白,活化的补体和C反应蛋白-补体复合物。上述研究表明，补体系统参与心肌梗死的病理过程。

在心肌梗死组织中免疫复合物、抗心肌细胞的自身抗体以及由缺血/再灌注释放的磷脂和线粒体蛋白质、C反应蛋白等又可直接激活补体。在心肌梗死中，补体经典途径的mRNA 和蛋白质所有组件都上调，补体激活介导的中性粒细胞和单核细胞聚集可能在受损心肌中发挥重要作用，此过程在再灌注的第1小时中极其重要。反过来，补体系统激活，通过一系列的酶促级联反应,最终形成膜攻击合物C5b-9，而C5b-9水平增加又加重心肌损伤，造成更多心肌细胞死亡。其可能的原因是[3]:C5b-9可直接攻击心肌细胞膜,引起心肌细胞和组织的损伤和坏死；同时导致微血管收缩,造成微循环障碍，加重心肌细胞的损伤。研究表明，干扰补体系统产物的精确定位可能会减少心肌的缺血性损伤[17-18]。

3补体与心肌缺血/再灌注损伤

急性冠状动脉心脏病的治疗由于引进再灌注策略已经大大改善，包括溶栓和经皮冠状动脉介入。然而，缺血性心肌的再灌注本身可能会破坏心脏，包括心肌细胞直接死亡、心肌顿抑、心律失常和“无复流”现象[19]。Hill和Ward[20]是第一次证实在大鼠心肌梗死中存在C3裂解，并且记录了补体系统在白细胞浸润中的作用。此外，补体抑制剂持续减弱白细胞在心肌梗死中的聚集，突出补体级联在缺血心肌触发炎症中的关键作用。此后,大量的体外及体内实验均发现补体系统参与缺血/再灌注损伤[21-22]。然而，补体是如何触发的并不完全清楚，但它部分是由心肌细胞表达的CD59调节的。在缺血/再灌注过程中过敏毒素C3a和C5a迅速释放，这加剧了肥大细胞释放组胺,并且增加水肿[23]。C5a是强有力的中性粒细胞趋化因子，通过上调CD11b/CD18(Mac-1)诱导中性粒细胞牢固的黏附到内皮细胞和随后跨内皮细胞迁移[24]。一些迹象表明，在缺血/再灌注损伤中，凝集素途径在补体激活的感应比古典和替代途径的作用更加突出。

van der Pals等[25]对猪冠状动脉左前降支球囊封堵造成急性心肌梗死模型，40 min后进行再灌注，并在实验组应用C5a受体拮抗剂ADC-1004治疗，结果显示,ADC-1004治疗组心肌梗死面积明显缩小，有效减少了心肌缺血/再灌注损伤。Tang等[26]研究发现,预处理补体C5短发夹RNA可有效保护心肌缺血/再灌注损伤。最近，关于补体凝集素对缺血/再灌注损伤影响的两个动物研究表明,补体凝集素缺乏对心肌及脑缺血有保护作用[27-28]。

上述实验研究及临床观察进一步证实,补体系统不仅参与缺血/再灌注损伤,而且又使缺血/再灌注损伤加重。

4补体与冠状动脉旁路移植术

心脏手术可引起系统性炎症反应,尤其在进行体外循环时这种炎症反应更突出。当血液暴露于体外循环表面、低体温、手术创伤、组织缺血和再灌注等条件下时，即可引起这种炎症反应，其特点是激活补体，并产生细胞因子。系统性炎症可导致许多术后并发症,包括重要器官功能障碍,最终形成多器官衰竭和死亡，而所有的补体途径似乎都参与了该反应。在研究中发现使用肝素和肝素涂层的材料可以减少补体激活，而与体外循环过程相比，非体外循环手术，可较少产生补体膜攻击复合物C5b-9[29]。

5补体与心力衰竭

心力衰竭发展的特点是几个结构和细胞的变化，通常被称为心肌重构。这种重构涉及心肌细胞肥大、心室扩张和纤维化，并且实验和一些临床证据表明炎性介质作为重构和心力衰竭发展的重要介质。2001年，Aukrust等[30]研究表明，充血性心力衰竭患者补体激活增加，包括原发性扩张型和缺血性心肌病患者。进一步说明，补体系统参与了心力衰竭的发展过程，此外免疫调节治疗方面也有一定进展。有学者实施了静脉内注射免疫球蛋白的双盲随机对照试验，结果左心室射血分数和补体的激活均增加[31]。更进一步说明，免疫炎症在心力衰竭的发生、发展中扮演重要角色，有可能成为治疗新靶点。

心力衰竭患者存在心肌细胞的死亡，其机制包括坏死、凋亡和自噬等,这些过程与补体激活有关[32]。补体的激活和心力衰竭之间的关系得到Oliveira等[33]研究的进一步支持，研究显示经过长时间循环支持后，补体终末复合物C5b-9在心力衰竭的心肌细胞中的沉积明显增加,而C5b-9又通过直接攻击心肌细胞膜导致心肌细胞坏死，加重心力衰竭。纤维胶凝蛋白3是补体凝集素途径的促发分子，其是否在心力衰竭中启动补体凝集素途径，参与心力衰竭的发生、发展目前研究尚少。Prohaszka等[34]研究发现，补体凝集素途径的促发分子纤维胶凝蛋白3参与心力衰竭的发生、发展。该项研究在190例匈牙利患者和183例挪威患者以及对照组中进行，测定凝集素、纤维胶凝蛋白2和纤维胶凝蛋白3血浆水平。结果显示，在单变量分析中，只有纤维胶凝蛋白3水平与心力衰竭相关；在多变量Cox回归分析中,调整年龄、性别和脑钠肽后,低纤维胶凝蛋白3水平可显著预测病死率；该研究也表明纤维胶凝蛋白3参与心力衰竭的发生、发展过程，抑制补体激活可能会延缓心力衰竭的进展。此外，Zhang等[35]研究表明，在高血压中存在补体激活，C5a受体信号通路在血管紧张素Ⅱ诱导的心脏炎症和重构中发挥病理学作用。并且Iyer等[36]证实，C5a受体拮抗剂和环肽拮抗剂PMX5能抑制高血压引起的心肌纤维化和肥大，进而延缓心力衰竭的发生、发展；相反，C5a受体缺陷的小鼠敲除模型对抗心肌压力减弱，强调了补体在心脏中可能具有双重作用[37]。充分利用有利的方面可能为未来心力衰竭的治疗提供新的方向和思路。

补体在心力衰竭激活中的可能机制有以下几种[38]:①心力衰竭患者血浆C反应蛋白水平是升高的,而C反应蛋白可以直接激活补体；②坏死和损伤的心肌细胞和心肌组织可以直接激活补体旁路替代途径及经典途径；③心肌病患者本身存在着特异性的抗体,这些抗体可直接激活补体经典途径；④缺血性心力衰竭可以通过凝集素途径激活补体。心力衰竭患者体内存在补体系统的激活，而补体系统激活程度与心力衰竭患者心功能可能存在相关性。

6补体与查加斯病

感染可直接或间接引起心肌损害。肠道病毒和细小病毒B19是引起病毒性心肌炎的常见原因。在拉丁美洲，南美锥虫病导致高达21%的心力衰竭，它是一种由原生动物(克氏锥虫引起的)，流行于拉丁美洲的疾病，疾病可在世界其他国家遭遇[39]。一些由于克氏锥虫感染的急性发热性疾病患者，可导致致命性急性心肌炎、30%的患者15～30年后可发展为慢性心力衰竭，包括传导障碍、心动过缓、心动过速、心室壁瘤和充血性心力衰竭。Ferreira等[40]检测了克氏锥虫的钙网蛋白，其是一种存在于多种细胞类型的多功能蛋白质，特异性通过古典和凝集素途径抑制补体激活。这一发现后来被其他学者所证实。Sosoniuk等[41]研究发现，钙网蛋白可直接结合纤维胶凝蛋白2，因此通过凝集素途径抑制补体激活。与正常对照组相比，查加斯疾病患者纤维胶凝蛋白2水平明显降低。并且，低甘露糖结合凝集素水平增加了查加斯疾病的风险，由此可见，补体凝集素途径具有保护作用。

显然，补体系统在查加斯病中具有重要作用。虽然补体系统参与查加斯病的确切机制还未明确，但宿主和寄生虫都利用补体系统，这可能是未来药物治疗有吸引力的目标。

7结语

大量的实验数据及研究表明，补体在心血管疾病中起重要作用，补体系统的激活很大程度上会导致各种急性或慢性心血管疾病或加重原有心血管疾病，通过研究各种抑制剂中断或调节补体的级联反应，减少补体激活带来的损害，有望成为治疗心血管疾病的新靶点。尽管一些抑制免疫炎症反应的临床试验尚未取得令人满意的成果，但随着医学的不断发展及研究水平的提高，补体的干预治疗终有一天会造福于人类。

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The Research Progress in Complement System and Cardiovascular Disease

AOWen-jie，ZHANGRui-ying.

(DepartmentofCardiology，theFirstAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity，Harbin150001，China)

Abstract:Heart diseases(atherosclerosis,myocardial infarction,ischemia-reperfusion injury,heart failure) are major causes of worldwide mortality and morbidity.In recent years complement mediated inflammation has been shown to have an important role in a variety of heart diseases.Complement activation appears to be involved in the pathophysiology of a diverse range of cardiac conditions.The complement system represents a new biomarker of cardiovascular disease:adjusting the body′s immune inflammation to restore the body′s immune balance，may provide new targets for the treatment of cardiovascular diseases.

Key words：Immune inflammatory response; Complement; Myocardial infarction; Heart failure

收稿日期：2015-03-16修回日期：2015-06-11编辑：伊姗

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.23.009

中图分类号：R541

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)23-4249-03