心肌纤维化的发病机制和治疗进展

曾紫凡，王 勇，李 春，夏 恺，王 伟

（1．北京中医药大学，北京 100029；2．北京中医药大学中药现代研究中心，北京 100029）

心肌纤维化的发病机制和治疗进展

曾紫凡1，王 勇1，李 春2，夏 恺1，王 伟1

（1．北京中医药大学，北京 100029；2．北京中医药大学中药现代研究中心，北京 100029）

心肌纤维化是心肌细胞外基质过度沉积导致的心脏病理性改变，导致这一改变的发病机制尚不清晰。因此，心肌纤维化的治疗方式的研究仍受限制。本文阐述了近年来对心肌纤维化发病机制——主要包括生长因子、成纤维细胞及其代谢、神经激素系统、炎症反应的异常以及非编码RNA等方面的研究进展，为进一步研究心肌纤维化的潜在分子发病机制及治疗靶标提供了基础。本文进一步综述了中医药防治心肌纤维化的研究现状，以期能够为临床提供更多用药依据，促进中医药治疗心血管疾病的发展。

心肌纤维化；发病机制；中医药；治疗

心血管疾病是如今世界慢性疾病之首，而心肌纤维化是心血管疾病的公共病理阶段。现普遍认为，心肌纤维化是心脏中胶原蛋白过度生成、沉积，导致瘢痕组织过度增生的一种心脏病理性改变。增生的主要原因是肌成纤维细胞高度表达α-SMA、生成细胞外基质（ECM）异常。当心肌损伤时，心肌细胞坏死、凋亡，而肌成纤维细胞激活，启动组织修复。正常修复程序完成后，肌成纤维细胞消失，而在异常情况下， 肌成纤维细胞持续存在，最终导致心肌纤维化[1]。心肌纤维化的具体机制的不明确，药物疗效的 不完善，使心肌纤维化研究成为心血管疾病领域的热点，也是国家自然基金2016年重点项目的重点支持方向。

1 心肌纤维化的发病机制

研究发现，心肌纤维化与各种生长因子如转化生长因子-β（TGF-β）的产生和分泌、基质金属蛋白酶（MMP）及其机制因子（TIMP）的失衡、肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）以及炎症反应、非编码RNA（ncRNA）的调控等有着密切的关系。

1.1 TGF-β

TGF-β超家族是一类重要的多功能生长因子，不仅介导细胞的生长、增殖、分化，而且在创伤愈合、细胞外基质（ECM）的形成等方面具有重要作用。TGF-β信号通路被认为是组织修复和纤维化的最后公共通路 。TGF-β包括三种异构体，即TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3，最初这三种异构体以复合体的形式与休眠TGF-β结合蛋白（LTBP）结合，LTBP水解即可释放出具有生物活性的TGF-β[2]。TGF-β的受体有两种亚型，以Ⅰ与Ⅱ型两种亚型的异二聚体形式存在，当其被激活时，可磷酸化Smad2、3，磷酸化的Smad2、3继续与Smad4结合，核转位继而开启目的基因的转录；相反，Smad7可以抑制TGF-β信号通路的激活[2]。在心肌中TGF-β1为主要亚型，血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）可使TGF-β1含量可明显增加，诱导p-Smad2、TAK1、p38 MAPK等蛋白表达显著增强[3]。此外，TGF-β可与AngⅡ、内皮素（ET）、结缔组织生长因子（CCN2）、血小板源生长因子（PDGF）等形成一个信号网络，共同调节纤维化的发生[2]。

1.2 MMP及TIMP失衡

MMP是一类锌依赖型内肽酶类，其主要作用是裂解一种或者几种不同结构的ECM。TIMP主要通过调控MMP的活性从而更新ECM，也可以通过其他独立于MMP的途径来作用[4,5]。动物实验[6]证明，TIMP3基因敲除小鼠在心脏压力超负荷早期，可增强TGF-β1和TNF信号通路两种信号通路的交联反应，导致严重的心肌纤维化和早期心力衰竭。在对TIMP2，TIMP3基因敲除小鼠的研究中，AngⅡ灌注可致使TIMP3基因敲除小鼠发生更为严重的心肌纤维化，但是心肌肥厚程度微弱，而TIMP2基因敲除小鼠的结果正相反，继此之后的细胞实验也同样验证了这个结果[7]。该结果提示，TIMP具有调控MMP的作用以外的功能，共同调节纤维化的进程。

1.3 RAAS

RAAS为肾球旁细胞分泌的肾素进入血液循环而激活的一种酶参与的激素级联反应，使血管紧张素原转化为AngⅡ，最终通过结合血管紧张素受体（AT-R）发挥收缩血管、升高血压的作用，是调节心血管系统活动的重要机制之一。在纤维化心脏中，RAAS能够被持续激活。AngⅡ可以作为心肌成纤维细胞的有效激动剂，直接或者通过TGF-β激活小鼠心肌成纤维细胞[8]。有研究[9]显示，AngⅡ能够促进心肌成纤维细胞分泌白细胞介素（IL）-6，IL-6可诱导TGF-β产生以及Smad3磷酸化，从而促进心肌成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，加快心肌纤维化的进程。也有研究[10]发现，AngⅡ能够下调miR-29b，降低miR-29b对TGF-β/Smad3通路的抑制作用，从而促进心肌纤维化。此外，醛固酮是RAAS调节心血管系统活动的另一个效应因子。体外研究[11]显示，醛固酮能够浓度依赖性增加结缔组织生长因子（CTGF）蛋白的表达，增强RhoA活性，从而调控胶原的产生。

1.4 炎症反应

单核巨噬细胞可能通过吞噬清除坏死细胞来参与纤维化的发展，或通过清除凋亡成纤维细胞和细胞基质碎片来减少纤维化的发生[12]。骨髓源性CD133+细胞经TGF-β调控，分化为可分泌胶原的成纤维细胞，参与了此后TGF-β介导的心肌纤维化[13]，反应了急性炎症反应向典型心力衰竭终末期表型的转变过程[14]。肥大细胞可以分泌各种与纤维化相关的物质，类胰蛋白酶是肥大细胞特异性的产物之一，其含量增加可通过激活蛋白酶激活受体（PAR）2，继而选择性诱导丝裂原活化蛋白激酶家族（MAPKs），从而促进心肌成纤维细胞合成分泌胶原蛋白[15-16]。有研究[17]证明，巨噬细胞和中性粒细胞分泌的OPN与细胞因子例如IL-1β、肿瘤坏死因子（TNF）-α通过非NO依赖途径协同增强成纤维细胞表达OPN。

1.5 ncRNA

近年来，越来越多研究显示ncRNA在心肌纤维化的发生和发展中具有重要作用。van Rooij等人[18]首次发现miR-208能够导致心肌肥厚及纤维化。也有研究[19]发现，miR-21表达增强能够抑制ERK-MAPK信号通路抑制因子SPRY1，从而增强心肌成纤维细胞该信号通路活性，促进成纤维细胞存活，分泌生长因子。miR-21也可通过抑制TGF-βⅢ型受体从而增加胶原的产生，促进心肌纤维化[20]。Brønnum等人[21]进一步证明了miR-21能够作用于程序性死亡因子（PDCD）4以及SPRY1，从而参与内皮-间质细胞，上皮-间质细胞的转化，促进心脏重塑。另外，miR-29、miR-1、miR-133等各种microRNA以及lncRNA在心肌纤维化发展过程中的不同作用及作用机制，还有以ncRNA为靶标的治疗方法也在进一步研究当中。

2 心肌纤维化的治疗进展

2.1 RAAS相关药物

血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI）及血管紧张素受体拮抗剂（ARB）已广泛应用于治疗高血压和各类心肌病。研究证明[22]，ACEI enalaprilat可通过阻滞ROS/P38 MAPK/TGF-β1信号转导通路，从而抑制AngⅡ诱导的心肌成纤维细胞的增殖以及ECM沉积。ARB losartan可通过慢性阻滞AT1-R有效减轻动物模型和人体的心肌纤维化[23,24]。另外，Nicole等人[25]的研究显示，肾素抑制剂aliskiren可通过抑制高半胱氨酸所导致的Akt的激活，对心肌成纤维细胞的胶原代谢发挥直接的抑制作用。中国已于2016年引进aliskiren用于治疗高血压，但aliskiren相关的临床试验 ATMOSPHERE[26]发现，与单用enalapril相比，aliskiren与enalapril联用治疗慢性心力衰竭时低血压、高血清肌酐、高血钾以及肾损伤的患者增多，且单用aliskiren时较单用enalapril并无更大优势。这对进一步应用阿利吉仑治疗心血管疾病带来了极大障碍。

2.2 TGF-β通路抑制剂

TGF-β中和抗体以及ALK5抑制剂被认为是治疗心肌纤维化的有效靶点。但是有研究[27]显示，使用TGF-β中和抗体治疗压力超负荷所致心肌纤维化、心肌肥厚动物模型，尽管中和抗体能够抑制成纤维细胞的激活以及胶原蛋白mRNA的表达，但是未能改善心肌肥厚、血压、心脏收缩功能。更有研究[28]显示，TGF-β中和抗体虽然降低了心肌梗死小鼠胶原的产生，增强MMP的表达，但是却使小鼠心室重塑更为严重，心脏收缩紊乱，死亡率增高。这些研究提示针对TGF-β单一靶点的、广泛的拮抗治疗方式的疗效不令人满意。同样，被认为是潜在治疗靶点的TGF-β受体ALK5，经其抑制剂SM16处理后尽管改善了小鼠的心脏舒张功能，减缓了心肌纤维化的发展和胶原纤维的交联，但同时发现SM16可增加小鼠的死亡率，使左心室扩张，导致小鼠炎性心脏瓣膜病变，从而限制了SM16在临床上的应用[29]。

2.3 中医药

中医药治疗纤维化有着确切的临床疗效。无论是中药复方、单味药还是中药单体，在治疗高血压、心肌病等慢性心血管疾病方面都有很大的发展。目前，临床应用较多的为活血化瘀通络类药物。例如，丹参的有效成分丹参酮ⅡA可以下调AngⅡ所致心肌纤维化大鼠TGF-β1/Smad2/3信号通路活性，有效抑制胶原沉积，CTGF、纤溶酶原激活物抑制剂（PAI）-1过表达，改善大鼠心肌纤维化[30]。复方芪参益气可以通过抑制TNF-α/NF-κB以及IL-6/STAT3信号通路来保护心肌，减缓氧化应激和炎症导致的心室重塑以及心肌纤维化[31]。活血祛瘀古方大黄䗪虫丸可以抑制异丙肾上腺素（ISO）诱导的心肌纤维化大鼠心肌间质细胞产生的胶原蛋白，减轻心肌纤维化，从而改善心肌重构[32]。也有其它功效的中药具有抗心肌纤维化的作用。例如苦参的主要成分氧化苦参碱可以通过抑制Smad2、3、4来降低醛固酮诱导的心肌成纤维细胞增殖、抑制其分化成为肌成纤维细胞[33]。黄芪中有效成分黄芪甲苷可能可能是通过抑制心肌组织中TGFβ1的过度表达从而抑制慢性心力衰竭（CHF）大鼠的心肌纤维化[34]。廖火城等[35]研究证明，经典复方四逆汤能够下调ISO所致心肌纤维化大鼠Smad2表达，上调Smad7表达，从而干预心肌纤维化的发展。

中药单味药、中药复方、中药有效提取成分可以通过多靶点预防和治疗心肌纤维化的发生和发展，提示需要在对心肌纤维化发病机制研究的基础上来研究中药抗心肌纤维化的作用机制。另外，中医药病证结合的治疗理念，能够根据所致心肌纤维化的病因不同采取不同的治疗方法，促进“个体化”治疗的发展。

3 总结和展望

心肌纤维化是各种心血管疾病的共有病理表现，纤维化致使心肌僵硬度增加，心脏的舒张、收缩能力紊乱，最终引起心力衰竭。治疗心肌纤维化，研究TGF-β、PDGF等心肌纤维化发病过程中所涉及到的信号的表达是目前研究的热点，针对不同靶点的药物也正在研发当中。此外microRNA也成为治疗心肌纤维化的潜在靶点，miR-208和miR-195反义核酸用于治疗心肌肥大已处于临床前研究[36]。但如何在副作用最小化的情况下预防和治疗心肌纤维化是现阶段的一个难题。中药的多靶点作用为治疗心肌纤维化带来了希望。然而在其被证明有显著治疗效果的情况下，其治疗机制仍旧不够明确。因此，心肌纤维化的具体发病机制、药物对疾病的效果及副作用、中药多点微调的协同作用机制亟待进一步研究。

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本文编辑：赵小龙

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