心肌纤维化的发病机制及其研究进展

于瑞等

[摘要] 心肌纤维化是以心脏间质成纤维细胞过度增殖、胶原过度沉积及异常分布为特征的心脏间质重构。其与高血压病、慢性心力衰竭、肥厚型心肌病、扩张型心肌病、病毒性心肌炎等多种心血管疾病有密切关系，并且是心源性猝死的潜在危险因素。目前对心肌纤维化的具体发病机制并不十分明确，主要认为多与肾素-血管紧张素-醛固酮系统、调控性细胞因子、氧化应激、炎性因子、内皮功能障碍、细胞内钙离子等存在密切关系。这些因素通过相同或者不同的传导通路影响着心肌纤维化的发生发展。

[关键词] 心肌纤维化；细胞外基质；血管紧张素Ⅱ；醛固酮；细胞因子；氧化应激与炎性因子

[中图分类号] R542.23 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2015）13-0157-04

[Abstract] Myocardial fibrosis is featured by excessive proliferation of cardiac fibroblast and collagen deposition. There is close relationship between myocardial fibrosis and various cardiovascular disease， and it is potential risk factor for sudden death. At present the precise mechanism remains unclear.Myocardial fibrosis has been found to relate with renin-angiotensin-aldosterone system，cell factor，oxidative stress，inflamatory factor，endothelial function obstacles，Intracellular calcium ion. These factors influences the occurrence of myocardial fibrosis by the same or different pathway.

[Key words] Myocardial fibrosis；Extracellular matrixc；Angiotensin Ⅱ； Aldosterone； Cell factor； Oxidative stress and inflamatory factors

心肌纤维化（myocardial fibrosis，MF）是指心肌正常组织结构中出现的以细胞增殖、细胞外基质过度沉积为主要表现的疾病[1，2]。近年来大量研究表明，心肌纤维化与许多心脏疾病有密切关系，如心房纤颤、心肌梗死、慢性心力衰竭、风湿性心瓣膜病等。MF是多种心脏疾病发展至一定阶段具有的共同病理改变，也是引起心室重塑的关键原因，其主要病理表现有心肌僵硬度增加，心肌收缩力下降，冠脉血流储备降低，甚至引起恶性心律失常和猝死。

1 心肌纤维化的基本概述

1.1 心肌胶原网络

心肌细胞总数中主要是以多种非心肌细胞为主，其中90%以上为心肌成纤维细胞，心肌成纤维细胞可以合成胶原蛋白等细胞外基质（extracellular matrixc，ECM）。ECM成分的含量可以用来评估器官纤维化的程度[3]，MF的过程就是心肌成纤维细胞增殖并且向肌成纤维细胞表型转化，其中包含胶原合成的增加、胶原降解的减少。细胞外基质主要是由Ⅰ型、Ⅲ型胶原组成，此外还含有少量的Ⅳ型、Ⅴ型、Ⅵ型胶原。Ⅰ型胶原约占心肌胶原的80%，纤维较粗，因其具有很大的僵硬度和较强的抗牵拉功能，从而可以起到维持室壁强度的作用；Ⅲ型胶原约占心肌胶原的11%，纤维比较细，具有较好的伸展性与弹性。Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原的比值对于维持心肌组织正常结构以及心脏功能的完整性具有很重要的意义[4]。

1.2心肌纤维化的病理特点

心肌纤维化在病理形态上主要表现为胶原沉积增多，各型胶原比例失调，尤其是Ⅰ型、Ⅲ型胶原的比例升高、排列紊乱，同时伴有心肌成纤维细胞的增生。MF是一种慢性渐进性过程，目前根据有无心肌细胞坏死、缺失和纤维瘢痕出现，把它分为修复性纤维化与反应性纤维化，前者表现特点包括心肌细胞的坏死和瘢痕的形成，又常伴随着心功能的异常；后者又分为血管周围纤维化和间质纤维化。

MF对心脏患者的不适主要可表现为：①诱发心肌组织出现缺血缺氧，甚至引起心肌组织坏死；②心室壁的硬度明显增加，顺应性显著降低，收缩力及同步性出现下降，逐渐使心功能减退；③心肌细胞间机械活动受到抑制，部分心室壁和主动脉的收缩功能降低，最终导致难治性心力衰竭；④心肌组织的电活动出现异常，并为恶性心律失常的发生提供基础，包括折返环、传导阻滞及单向阻滞等三个要素，终致心肌细胞发生电化学的性质改变，导致恶性心律失常。心肌纤维化可引起心力衰竭、恶性心律失常和心源性猝死等严重并发症。因此了解其发生的根本机制，并实施药物干预，延缓并发症的发生，是迫切需要解决的问题。

2 心肌纤维化的发病机制

2.1 肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin angiotension aldostenone system，RAAS）

RAAS的激活是导致心肌纤维化的主要原因，血管紧张素Ⅱ（AngiotensionⅡ）、醛固酮（Aldosterone，ALD）是RAAS的主要效应分子，它们通过不同的作用机制参与MF的发生。

血管紧张素Ⅱ与心室肥厚及心梗后的心脏重塑的关系非常密切，一定程度上可以导致慢性心力衰竭的发生。AngⅡ诱导心肌纤维化的发生，主要机制是成纤维细胞的增殖和胶原蛋白的代谢紊乱及心肌细胞的肥大。其刺激胶原产生的机制主要是Ⅰ型受体（AT-1）的激活并由其介导。其机制主要是通过酪氨酸激酶（MAPK）途径激活细胞外信号调节激酶（ERK），促进心肌成纤维细胞的增殖，进一步激活胶原蛋白基因、纤维蛋白基因及整合素基因的表达，最终引起心肌纤维化；另一方面，AngⅡ可以激活细胞膜表面的L型和T型钙离子通道增加细胞内钙离子，最终使成纤维细胞Ⅰ型、Ⅲ型胶原基因表达增强。此外AngⅡ促进胶原合成增加的同时，还可以通过抑制基质金属蛋白酶（MMPs）进一步影响胶原的降解。血管紧张素Ⅱ是一种局部的调控生长因子，具有促进心肌成纤维细胞向肌成纤维细胞的分化，并促进心肌成纤维细胞分泌大量胶原纤维、层黏蛋白等细胞外基质[5]。

醛固酮是不同于血管紧张素Ⅱ的心血管疾病的另一个危险因素[6]。它致心肌纤维化的作用机制与血流动力学因素没有关系，有研究证明，无论是在体或是离体实验，醛固酮均可刺激胶原的合成，并且呈剂量依赖性。LAD具有促进肾小管对钠重吸收、对钾排泄的作用，一定程度上保留体内水分同时升高血压；并增强血管对儿茶酚胺的敏感性；此外还可以刺激成纤维细胞合成胶原，主要通过Ⅰ型甾体类激素受体的介导。关于其具体的作用机制可能是直接进入成纤维细胞内，并且与胞浆内皮的激素受体相结合，同时在转录水平上调控Ⅰ、Ⅲ型胶原基因的表达，进一步增加胶原合成，但是对胶原酶并无影响。醛固酮与其受体结合后诱发的氧化应激反应、炎性反应均有利于纤维化的发生发展[7]。除了循环系统中的RAAS外，心脏局部组织中也同时存在血管紧张素Ⅱ和醛固酮，它们主要以自分泌或旁分泌的形式在心肌间质介导心肌纤维化的发生发展[8]。

2.2 MF的调控性细胞因子

心肌纤维化是胶原合成和降解代谢失调的结果，有研究表明心肌纤维化的发生和转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）密切相关。

TGF-β1是目前已知的与组织纤维化的发生关系最密切的生长因子，具有调节细胞生长和分化、促进细胞增殖、抑制炎症等生物学功能。TGF-β1在心肌纤维过程中起至关重要的作用，主要表现在TGF-β/Smads信号通路与Smads蛋白家族的密切关系，它可以通过细胞浆中的中介分子Smads将刺激信号传递至细胞核，详细的信号传导为：首先TGF-β1与细胞膜表面的TβRⅡ结合，形成异源二聚体复合物；其次TβRⅠ被激活，以二聚体形式加入受体复合物中，与TGF-β结合，形成受体复合物；然后作用于R-Smads蛋白C′端丝氨酸残基，使其磷酸化激活，主要为Smad2、Smad3表达增加，同时磷酸化，并与Smad4结合，形成Smad2、Smad3、Smad4转录复合体，进入细胞核内，介导后续的信号通路传导。有研究证明TGF-β1诱导离体培养的大鼠成纤维细胞分泌与合成胶原的增加，主要为Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白的mRNA基因表达增加[9]。TGF-β 通过调节耦联蛋白可以影响线粒体的能量代谢，也可导致纤维化的发生[10]。有研究证明，在压力超负荷的大鼠心脏，TGF-β1可以直接促进成纤维细胞的增殖以及向肌成纤维细胞的表型转变。有研究称[11]TGF-β可以诱导心肌成纤维细胞合成MMP2，导致心室重塑。有报道[12]TGF-β可以通过介导血小板衍生生长因子D（DPDGF-D）诱导心肌成纤维细胞分泌MMP-1、MMP-2、MMP-9。

CTGF是一种存在于人类组织器官中的含半胱氨酸的分泌肽。与冠状动脉粥样硬化、器官纤维化等疾病具有密切关系。CTGF与TGF-β1有许多相似的生物学功能。通常被认为是TGF-β1的下游介质，它的异常表达在心肌纤维化过程中起着至关重要的作用[13]。CTGF通过促进细胞的有丝分裂、成纤维细胞增殖和表型转分化、细胞外基质分泌增加、诱导细胞凋亡等方式发挥作用。目前有学者认为，CTGF主要作为其他始动因子的中间环节，从而在MF中发挥作用，而直接诱导纤维化的作用不明显[14]。

2.3 血管内皮功能障碍及其衍生因子的分泌失调

血管内皮细胞是一单层的连续细胞，主要覆盖在血管内腔的表面，主要功能是可以表达细胞表面的蛋白，且在不同的组织中具有特异性。其可以通过自分泌、内分泌、旁分泌三种途径分泌一系列NO、PGI2、ET-1等血管活性物质，对心肌纤维化的发生与转归有关键作用。有研究证明，一氧化氮不仅可以抑制血管紧张素Ⅱ诱导的成纤维细胞增殖，还可以使成纤维细胞中Ⅰ型、Ⅲ型胶原的基因表达下降，且对间质胶原的合成与分泌具有一定的抑制作用[15]。PGI2具有舒张血管和抗血小板聚集的作用，前列腺环素类似物贝前列素可以通过抑制TGF-β/Smad蛋白通路抑制MF[16]。心肌成纤维细胞、心肌细胞均可以合成和分泌ET-1，ET-1为一种生物活性肽物质，具有收缩血管和促进CFb合成的作用[17]。有学者研究发现参附强心胶囊能显著降低充血性心力衰竭心肌纤维化大鼠血浆ET、NO水平，从而起到保护血管内皮功能，抑制心肌纤维化的发展[18]。

2.4 氧化应激和炎性因子

大量证据表明活性氧的慢性或急性过度产生在心血管疾病的发病中具有重要意义，活性氧可以通过信号通路介导心肌细胞的肥大、凋亡，同时通过灭活NO等导致血管内皮功能的紊乱，进而诱发或加重心肌纤维的发生。炎性因子在心肌纤维化发病中有重要作用，炎性细胞和炎性因子的表达量与活性出现增强，诱导静止状态的MF出现增殖，并对其转分化、细胞外基质沉积等起到促进作用。同时氧化应激反应直接诱导炎性因子生成，可进一步加重MF的程度[19]。

2.5 细胞内Ca2+

细胞内钙离子可以诱发心肌成纤维细胞的增殖，血管紧张素Ⅱ通过激活成纤维细胞膜上的钙离子通道，从而增加细胞内的钙离子，继而出现细胞内Ⅰ型胶原蛋白、Ⅲ型胶原蛋白基因表达增强，进一步促进MF的发生发展[20]。其具体的发生机制并不十分明确，从目前的研究水平来看，可能是细胞内Ca2+作为第二信使，影响了成纤维细胞的形成，并促进其发生增殖。另一方面，Ca2+通过参与某些具有促进心肌纤维化形成的细胞生长因子的信号转导途径而发挥其促MF的作用。有研究证明Ca2+还参与了血管紧张素Ⅱ和醛固酮刺激成纤维细胞增殖和胶原合成的过程。由AngⅡ和醛固酮刺激纤维化的发生的同时，如果给予钙离子通道阻滞剂，则大鼠的心肌纤维化程度明显减轻。

3总结与展望

总的来说，心肌纤维化的机制涉及RAAS、细胞调控因子、氧化应激、炎性因子、细胞内钙离子等要素，且各因素之间存在着错综复杂、相互依存的关系。近年来，中医药抗心肌纤维化的临床应用及科研方面已取得不少成果，对改善其预后等方面具有明显优势[21]。有研究表明，银杏叶提取物可显著降低CTCF、TGF-β的表达，从而可以抑制血管紧张素Ⅱ诱导的心肌成纤维细胞Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白的分泌[22]。王振涛等[23]研究发现，抗纤益心方可以抑制呋喃唑酮所致的扩张型心肌病大鼠TGF-β的表达，从而维持心肌纤维胶原合成与降解的稳态。但是大部分相关研究仍停留在基础研究阶段，并且多为药效学研究，对心肌纤维化表达调控机制仍不够深入以及缺乏系统的研究。相信随着研究的不断深入及科学技术的不断提高，我们可以明确心肌纤维化的发病机制，同时找到抑制心肌纤维化的中药及其有效成分。

[参考文献]

[1] Danieis A，van Bilsen M，Goldschmeding R，et al. Connective tissue growth factor and cardiac fibrosis actaphysiologica[J]. Oxford England，2009，195：321-338.

[2] Martos R，Baugh J，Ledwidge M，et al. Diastolic heart failure evidence of increased myocardialcollagen tumover linked to diastolic dysfunction[J]. Circulation，2007，115：888-895.

[3] 王海强，黄耀，添赵黎，等. 张应力对深筋膜Ⅰ、Ⅲ型胶原影响的实验研究[J]. 中国临床康复，2002，6（2）：208-209.

[4] 张召才，杨英珍，陈灏珠. 心肌纤维化的研究进展[J]. 临床心血管病杂志，2004，20（1）：58-60.

[5] Samuel CS，Unemori EN，Mookerjee I，et al. Relax inmodulates cardiac fibroblast proliferation and collagen production and reverses cardiac fibrosis in vivo[J]. Endocrinology，2004，145（9）：4125-4133.

[6] Rossi G，Boscaro M，Ronconi V，et al. Aldosterone as a cardiovasoular risk factor[J]. Trends Endocrinol Metab，2005， 16（3）：104-107.

[7] Young MJ. Mechanisms of mineral ocorticoid receptor-mediated cardiac fibrosis and vascular inflammation[J]. Curr Opin Nephrol Hypertens，2008，17（2）：174-180.

[8] Delcayre C，Silvestre JS，Gamier A，et al. Cardiac aldosterone production and ventricular remodeling[J]. Kidney Int，2000，57（4）：1346-1351.

[9] 孙红霞，李红，杨世杰. 依那普利拉对新生大鼠心肌成纤维细胞增殖及NOS/NO系统的影响[J]. 吉林大学学报（医学版），2007，33（6）：1018-1021.

[10] Huntgeburth M，Tiemann K，Shahverdyen R，et al. Transforming growth factor β1 oppositely regulates the hypertrophic and contractile response to β-adrenergic stimulation in the heart[J]. Plos One，2011，6（11）：e26628.

[11] Li CJ，Lv L，Li H，et al. Cardiac fibrosis and dysfunction in experimental diabetic cardiomyopathy are ameliorated by alphalipoic acid[J]. Cardiovasc Diabetol，2012，11： 73.

[12] Zhao T，Zhao W，Chen Y，et al. Platelet-derived growth factor-D promotes fibrogenesis of cardiac fibroblasts[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2013，304（12）：H1719-1726.

[13] Chen M，Lam A，Abrahamj A，et al. CTGF expression is induced by TGF-beta in cardiac fibroblasts and cardiac myocytes：Apotential role in heart fibrosis[J]. J Mol Cell Cardiol，2000，32（3）：1805-1819.

[14] Leask A. Potential therapeutic targets for cardiac fibrosis：TGFbeta，angiotensin，endothelin，CCN2，and PDGF，partners in fibroblast activation[J]. Circ Res，2010，106（11）：1675-1680.

[15] 孙红霞，李红，杨世杰. 依那普利拉对新生大鼠心肌成纤维细胞增殖及NOS/NO系统的影响[J]. 吉林大学学报（医学版），2007，33（6）：1018-1021.

[16] Chen Yun，Yang Shengju，Yao Wenjuan，et al. Prostacyclin analogue beraprost inhibits cardiac fibroblast proliferation depending on prostacyclin recetor activation through a TGFβ-smad signal pathway[J]. Plos One，2014， 9（5）：59-61.

[17] Piacentint L，Gray M，Honbo NY，et al. Endothelin-1 stimulates cardiac fibroblast proliferation through activtion of protein kinase C[J]. Jmol Cell Card，2000，32（4）：565-576.

[18] 霍根红，李玉贤. 参附强心胶囊对充血性心力衰竭大鼠心肌纤维化的影响[J]. 中药学报，2011，26（3）：322-323.

[19] 王禹川，丁燕生，刘梅林. 不同因子致心肌纤维化分子学机制[J]. 医学综述，2012，18（17）：2736-2740.

[20] 韦红，沈雁. 纤维化的中医药研究进展[J]. 中医药信息，2009，25（5）：19-22.

[21] 吴美芳，吕仕超，李萌. 中医药干预心肌纤维化的效应与机制[J]. 中国中西医结合杂志，2014，34（7）：887-891.

[22] 徐为民，黄丽红，王丽萍，等. 银杏叶提取物对AngⅡ诱导的心肌成纤维化的细胞干预作用[J]. 中国老年学杂志，2012，32（5）：1004-1005.

[23] 王振涛，韩丽华，惠摇玲. 抗纤益心方对扩张型心肌病大鼠心肌TGF-β1表达的影响[J]. 时珍国医国药，2012，21（6）：1430-1431.

（收稿日期：2014-12-17）