TGF-β/Smads信号传导通路与心肌梗死后心肌纤维化关系研究进展*

黄明剑，温志浩，庞 延 综述，卢健棋 审校

(广西中医药大学第一附属医院心血管内科一病区，南宁 530023)

心肌纤维化(myocardial fibrosis，MF)是指心肌胶原纤维过量沉积和比例失调最终导致心功能不全的一种病理变化，除此之外，MF还是心肌梗死(简称心梗)后恶性心律失常的关键影响因素[1]。如何调控MF的进程，对于改善心梗预后具有重要意义。研究发现，转化生长因子-β(TGF-β)/Smads信号传导通路异常能够影响成纤维细胞分化、迁移和纤维化相关因子表达从而促进MF[2-3]。近年来针对TGF-β/Smads信号传导通路与心梗后MF发生、发展机制等研究越来越多，并得到了许多成果和启示，现笔者对近年来的相关研究进行回顾与思考。

1 TGF-β/Smads信号传导通路与心梗后MF的关系

TGF-β1是TGF-β家族中广泛存在于哺乳动物细胞中且生物学作用较为重要的主要亚型，被认为是促组织纤维化较为重要的影响因子[4]，TGF-β的生物活性作用较为丰富，研究发现当TGF-β受到纤溶酶、基质金属蛋白酶(MMP)-2及血小板反应蛋白(TSP)-1等激活后在基质降解及保持基质稳定性中起重要作用，TGF-β还是多通路信号的激活者，包括c-Jun-N末端激酶(JNK)、p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)及细胞外信号调节激酶(Erk)等。目前Smad蛋白被认为是介导TGF-β信号传导的主要下游作用底物，其主要分为：(1)受体型(R-Smads)，包括 Smad 2、3；(2)通用型(Co-Smads)；(3)抑制型(I-Smads)，包括Smad 6、7[5]。在正常情况下，TGF-β信号传导主要分为活化、转录和转移3个步骤，即TGF-β1受体活化使R-Smads磷酸化后→与Co-Smads结合转录成Smad复合物→复合物转移到细胞核内参与调控基因转录，而Smad3磷酸化的激活被认为是TGF-β1发挥促纤维化的关键步骤，此外，I-Smads中的Smad7可与TGF-β1受体发生拮抗性结合阻止R-Smads磷酸化[6-7]，有研究报道，在梗死心肌区可发现TGF-β、Smad3表达上调而Smad7表达下降，TGF-β可以抑制趋化因子和促炎细胞因子合成参与梗死心肌区的炎性反应，此外，血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)与TGF-β相互作用还能够诱导成纤维细胞外基质蛋白和内皮糖蛋白表达并且上调TIMP及PAI-1增强胶原Ⅰ型和Ⅲ型胶质合成使胶原沉积导致MF发生[8]。

2 影响TGF-β/Smads信号转导通路因子相关研究

MF在心血管疾病中普遍发生，可以导致心肌顺应性下降从而影响心肌收缩和舒张功能，了解MF调节机制对于研究有效预防和治疗措施意义重大。微小RNA(microRNA，miR)是一种负性调节mRNA降解或翻译，影响基因表达的非编码RNA分子。CHEN等[9]发现大鼠心梗2周和4周后miR-24水平与左室舒张和收缩末期直径及左室射血分数呈正相关，与TGF-β1水平呈负相关，这可能与miR-24能够抑制TGF-β1在梗死心肌区促成纤维细胞增殖作用有关。HONG等[10]则发现miR-22能够下调AngⅡ和TGF-βRⅠ表达，降低胶原合成对抗MF。TAO等[11]研究显示，miR-433可介导下调JNK1表达引发ERK和p38激酶激活Smad3磷酸化。miR-29、miR-30和miR-133可抑制结缔组织生长因子(CTGF)表达降低胶原合成，miR-328可以上调TGF-βRⅢ激活Smad2/3和TGF-β1促进MF，miR家族目前被发现有1 900余种，对于心梗后MF的研究只是凤毛麟角，对于MF的深入研究价值仍然非常巨大[12-13]。

Intermedin(IMD)是钙基因相关肽超家族的成员，FANG等[14]探讨IMD1-53在新生心梗大鼠中的作用发现，IMD1-53可以明显弱化梗死瘢痕区TGF-β/Smad3信号传导及抑制Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白表达。ZHANG 等[15]的心梗模型发现Notch3信号传导能够抑制TGF-β1/Smad3表达和下调α平滑肌肌动蛋白(α-SMA)及Ⅰ型胶原表达，阻碍心肌成纤维细胞向肌成纤维细胞转化；而MOIN等[16]的心力衰竭临床研究也证实了Notch3信号传导的抗MF作用。NLRC5已被证实能够介导TGF-β1/Smad3信号促肝、肺纤维化的作用，近年来有研究表示NLRC5敲除后亦可在梗死心肌中介导TGF-β1/Smad3信号传导抑制MF细胞增殖和迁移[17]，与eIF3a敲除作用相同[18]。KHAN等[19]研究中发现心梗大鼠纤维蛋白-2敲除后能够导致Ang Ⅱ失去激活TGF-β/Smad3信号能力并促进利尿钠肽表达对抗纤维化。此外，当心梗发生后，组织蛋白酶S表达会异常升高和活化并抑制R-Smads激活和纤连蛋白表达，有效改善梗死后左心室收缩和舒张功能[20]。另外研究报道钙激活氯离子通道因子ANO1同样具有抑制TGF-β/Smad3活化途径从而抑制心梗大鼠MF作用[21-23]；白细胞介素(IL)-6在心肌缺氧情况下能够促进心肌细胞凋亡和抑制Smad3激活，同时促进血管内皮细胞(ECs)血管生成；肿瘤坏死因子相关蛋白-6(CTRP6)通过减弱TGF-β1诱导的成纤维细胞迁移和α -SMA及心肌素相关转录因子-A(MRTF-A)表达，增强CF活化蛋白激酶(AMPK)和Akt磷酸化介导MF发生，但研究发现CTRP6对Smad3磷酸化却无明显影响。

3 TGF-β/Smads信号传导通路在心梗后MF治疗中的研究进展

MF是直接影响心梗预后的重要因素，心梗后MF过程较为复杂，目前普遍认为MF发生、发展与心梗后交感神经系统(SNS)、肾素血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)、基质金属蛋白酶(MMPs)、金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP)炎性细胞因子(包括肿瘤坏死因子α和IL等)及TGF-β/Smads信号传导通路等激活密切相关，其相互之间发挥着促进或抑制的交叉作用。众多的实验研究显示，无论是传统医学还是现代医学，其改善实验动物心梗后MF的机制尚不十分明确，但可能与抑制TGF-β/Smads信号传导通路有关。现代药理实验的广泛开展，为中医药在临床的应用提供了更为有力的依据。丹皮酚为中药牡丹皮的有效成分之一，时召平等[24]通过大鼠实验研究证实，相对于模型组，丹皮酚组急性心梗大鼠MF程度减轻，且TGF-β1、Smad2 mRNA及蛋白表达降低，这提示丹皮酚可能通过调控TGF-β1、Smad2 mRNA和蛋白表达水平来干预实验性急性心梗大鼠的心室重构进程。大蒜辣素是国际公认的大蒜活性物质，具有明显的心血管保护作用，李少春等[25]证实大蒜辣素能够下调急性心梗大鼠心肌TGF-β1、Smad3蛋白表达，上调Smad7表达，具有抗心梗后MF的作用。另外，中成药抗心梗后MF的研究也取得一定成就。相关研究表明，在心梗后心室重构的过程中，TGF-β1/Smads通路为关键调控因子，而血塞通则通过对TGF-β1mRNA、Smad3 mRNA的负性调节及增加Smad7 mRNA的表达，从而抑制MF，改善心肌重塑[26]。吴以岭等[27]认为，心室重构的实质就是心脏脉络中的瘀血、水饮等病理产物堆积，导致心脏变形变厚。这与西医学近年来提出的血流动力学改变，导致细胞外基质沉着、心室重构的机制相吻合。芪苈强心胶囊(黄芪、葶苈子、人参、附子等)具有益气温阳、活血通络、利水消肿之功效，相关的研究发现，服用芪苈强心胶囊4周后的急性心梗大鼠MF程度较模型组减轻(P<0.05)，且TGF-β1和p-Smad3等表达明显降低(P<0.05)[28]，说明芪苈强心胶囊能够抑制心梗大鼠MF，其机制可能与调控TGF-β1/Smad3 信号通路相关蛋白有关。加参方(香加皮、三七等)为张伯礼院士的临床长用方，大量前期临床及实验研究均提示本方有改善心室重构的作用，而高原等[29]进一步研究表示该方能够抑制大鼠缺血危险区心肌组织中的TGF-β1和Smad2、3蛋白表达，从而抑制MF并且该作用成剂量依赖性。另外，通过心肌缺血大鼠实验证实参芪益气滴丸能够调节TGF-β/Smads 信号通路，从而降低MF程度[30]。西药对于此信号通路的影响研究也进入了较为成熟的阶段。左卡尼丁能够通过清除氧自由基及优化调节能量代谢，进而减少对各种信号转导系统的激活，从而减少TGF-β1的生成，抑制MF，改善心肌重构。李佳彧等[31]通过心梗大鼠实验发现，左卡尼丁组心梗区TGF-β1mRNA表达水平明显下降，从而证实了上述观点。既往研究发现，血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)通过刺激血管紧张素Ⅰ型受体(AT1)可直接诱导TGF-β1的生成，促进MF，从而使心肌重构[32]。韩素霞[33]等通过使用AT1拮抗剂氯沙坦钾干预心梗大鼠，以观察对梗死心肌TGF-β1表达的影响，最后证实氯沙坦钾能够有效抑制心梗区AngⅡ及TGF-β1的表达，从而抑制心肌重构，且该作用呈剂量依赖性。近年来发现，他汀类药物除了具有调节血脂的作用外，还具有抗炎、抗氧化应激、改善内皮功能等作用[34]。有研究证实，瑞舒伐他汀可能通过降低大鼠心梗区TGF-β1的表达水平，调节α-SMA 表达，减少心肌成纤维细胞生成，减少胶原沉积，抑制心肌重构[35]。另一项研究证实，硫酸锌联合阿司匹林对大鼠急性心梗区有很好的保护作用，其机制可能是通过抑制TGF-β及COX-2的表达，促进SOD-1及GPX-4的表达，从而抑制炎性反应，实现对梗死心肌的保护作用[36]。

4 结 语

目前，急性心梗的治疗不仅要尽早开通血流灌注，预后方面除了积极预防血栓再形成以外，更要注重延缓MF的发展，这对于远期生存预后具有重大意义。心梗后MF发展过程涉及多种基因、生物分子及信号通路等众多互为影响因素。回顾以上研究可以发现，TGF-β/Smads信号传导通路是其中一个较为重要的影响通路，但其作用机制并未完全明确，影响因素亦较多，其针对性药物研究多局限在动物实验阶段，且缺乏远期疗效观察，药物浓度影响等方面研究证据亦不足，临床试验病例研究数量较为有限，大规模多中心临床试验开展难度较大。目前西医治疗上多以ARB、ACEI、β受体阻滞剂等作为抑制MF发展主要药物，但临床上有时候也存在一定限制，如血压偏低、心率较慢、肾功能不全等，中医治疗方面多集中在活血化瘀药物研究，也得到了不少的成效，但其主要作用机制明确性及药物剂量差异性等仍需探索。在今后的研究中，需要做更大样本量、更加深入的探索，结合现代化指标及医疗技术，以便开展大样本多中心临床研究，寻找抗MF多靶点疗效药物，更好为患者服务。