心肌纤维化机制研究进展

殷云杰，陈燕春，杨松

(宜兴市人民医院心血管内科，宜兴 214200)

心肌纤维化(myocardial fibrosis,MF)是心室重构的主要病理表现，临床上主要引起心肌僵硬度增加、收缩力下降、冠状动脉血流储备降低等，与多种心脏疾病有密切关系，如心力衰竭、高血压、冠心病、心律失常等。MF的发生机制较复杂，目前尚未阐明。研究人员普遍认为MF是由于心肌损伤后，导致正常心肌细胞坏死、心肌成纤维细胞(cardiac fibroblasts，CFs)被激活而大量增殖，持续不断释放促纤维化因子，最终导致MF[1]。近年MF发病机制研究取得了一些进展，主要包括以下方面。(1)转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)通路；(2)肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)；(3)基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)/基质金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP)失衡；(4)多种免疫细胞；(5)微小RNA 分子(micro RNA,miRNA)；(6)自噬；(7)肿瘤坏死因子超家族(tumor necrosis factor superfamily，TNFSF)。本文从上述方面综述了MF的形成机制。

1 TGF-β通路与MF

TGF-β是一种多效细胞因子，其功能包括调控炎症反应，促进细胞增殖、生长及分化，在肿瘤、血管新生和纤维化等疾病中发挥重要作用。目前已在哺乳动物中分离鉴定出3种结构相似的TGF-β，即TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，TGF-β1广泛存在于各种细胞中。尽管3种TGF-β分子结构类似，但作用效应却不同[2]。

研究表明心力衰竭动物模型中，TGF-β表达水平显著升高，其表达可能与心脏肥大、MF有关[3]。心肌压力负荷实验表明随着心肌细胞肥大，TGF-β1表达水平明显升高[4]。过表达TGF-β1的转基因小鼠心脏明显肥大并伴间质纤维化，而TGF-β受体拮抗剂能减弱小鼠MF程度，其主要通过抑制肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)过表达所致的炎症反应发挥作用[5]。然而，也有研究表明阻断TGF-β通路可能对压力负荷心肌细胞有害[6]。心肌梗死中TGF-β通过炎症反应在心脏重塑中发挥重要作用，TGF-β可能是介导心肌梗死后炎症向疤痕转化的主要分子[7]。研究报道心肌梗死区TGF-β和Smad3表达上调，TGF-β可诱导CFs增殖，并促进Ⅰ型和Ⅲ型胶原合成和沉积，导致MF形成[8]。

TGF-β通路与Smads蛋白家族密切相关，TGF-β1与细胞膜表面的TGF-β受体Ⅱ结合，形成二聚体复合物，同时TGF-β受体Ⅰ被激活，以二聚体形式加入受体复合物，与TGF-β1结合，形成受体复合物，然后作用于Smad蛋白C端丝氨酸残基，使其磷酸化，Smad2/3磷酸化增加后与Smad4结合，形成转录复合体，进入细胞核内，调控下游效应基因的激活[9]。TGF-β/Smads通路可促进白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)、TNF-α和结缔组织生长因子等表达[10]。TGF-β的纤维化作用通过Smad3分子介导[11]，靶向破坏小鼠Smad3分子后MF减弱。Smad3与CFs分化有关，并且介导TGF-β诱导的细胞外基质(extracellular matrix，ECM)合成，上调TIMP表达。Smad3缺失的CFs过度增殖，但合成能力下降，收缩功能受损[11]。

2 RAAS与MF

RAAS的激活参与MF形成，其效应分子包括血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)和醛固酮(aldosterone，ALD)。研究显示AngⅡ和ALD通过不同途径参与MF的发生和发展。AngⅡ诱导MF的机制主要是CFs增殖、胶原蛋白代谢紊乱以及心肌细胞肥大[12]。AngⅡ通过丝裂原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase，MAPK)途径，激活细胞外信号调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)促使CFs增殖，增强Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白的合成引起MF。研究表明ALD在体内外可刺激胶原蛋白合成，促进肾小管重吸收钠。其次ALD还能引起血压升高，增强血管对儿茶酚胺的敏感性。此外，ALD通过Ⅰ型甾体类激素受体介导，刺激CFs合成胶原蛋白。

在心功能不全早期，RAAS有一定的代偿作用，但RAAS长期激活则使全身小动脉强烈收缩，促进肾上腺皮质释放ALD，导致水钠潴留和低钾，从而加重慢性心力衰竭(chronic heart failure，CHF)[13]。RAAS激活还具有促进生长因子产生、促原癌基因表达及增加ECM合成等作用，都可引起心肌肥厚和心室重构[14]。目前临床针对RAAS治疗CHF的药物包括血管紧张素转换酶抑制剂Ⅰ(angiotensin converting enzyme inhibitor Ⅰ,ACEI)、血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂 (angiotensin Ⅱ receptor blocker，ARB)及ALD受体拮抗剂。并且越来越多的循证研究表明抑制RAAS激活可改善CHF长期预后[15]。

3 MMP/TIMP与MF

心脏ECM的动态平衡主要由MMP家族来维持。TIMP通过抑制MMP的活性，阻碍炎症细胞迁移，使ECM含量增加。已有4种TIMP被发现，目前研究主要集中在TIMP-l和TIMP-2。TIMP-l主要抑制MMP-1和MMP-9，TIMP-2主要抑制MMP-2[16]。

胶原代谢主要受MMP、TIMP和TGF-β调控。MMP可降解胶原蛋白酶，心肌表达多种MMP，其中MMP-l主要降解Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白。TIMP-1是MMP-l的内源性抑制物，与MMP-1结合后使其失活。MMP-1和TIMP-l呈动态平衡，调节胶原蛋白的合成和代谢。研究发现TGF-β是TIMP-1上游的信号分子，通过上调TIMP-1表达参与心脏重塑[17]。心力衰竭时TGF-β和TIMP-1表达都上调，但关于心脏重塑时MMP表达的变化尚有争议[18]：有学者认为MMP表达下调导致胶原蛋白堆积，心肌发生纤维化；但也有学者发现心力衰竭时心肌细胞MMP-1表达明显增加。也有研究证实缺血-再灌注损伤时MMP-2表达上调，参与心室重构过程[19]。MMP尤其是MMP-2有望成为治疗心肌缺血再灌注损伤进展为心室重构的靶点。

4 多种免疫细胞与MF

免疫细胞在MF中发挥重要作用，包括单核-巨噬细胞、肥大细胞以及淋巴细胞等。在损伤的心脏中，巨噬细胞呈高度异质性，具有多种表型及功能，参与炎症调节、纤维化、基质重塑、血管新生等多种进程。活化的巨噬细胞亚群可通过分泌参与基质重塑的蛋白酶和一些细胞因子等进一步调节MF的发生[20]。肥大细胞可分泌各种与纤维化相关的物质，类胰蛋白酶是肥大细胞的特异性产物，其含量增加可激活蛋白酶激活受体，从而选择性诱导丝裂原活化蛋白激酶家族，促进CFs合成和分泌胶原蛋白[21]。此外，一些研究发现T淋巴细胞、粒细胞等也可能参与MF进程[22]。

5 microRNA与MF

miRNA是一类内源性非编码的长度约为22 bp的单链RNA，其主要作用是通过与mRNA互补配对，在转录后水平调控基因。miRNAs在MF形成过程中有重要的调节作用。文献报道miR-21、miR-34a、miR-208a、miR-433和miR-503等具有促进MF作用,而抑制MF的mRNAs主要有miR-1、miR-24、miR-29、miR-30、miR-133和miR-590等[23，24]。由于miRNA种类繁多且作用机制复杂，故阐明miRNAs调控MF的机制需进一步完善及证实。

6 自噬与MF

自噬是一种由溶酶体介导的高度保守的细胞机制，通过降解细胞内一些生物大分子为细胞重建、再生及修复提供原料，实现细胞内蛋白质和细胞器的再循环。基础水平的细胞自噬可降解并清除受损的蛋白质及细胞器，维持细胞的代谢和功能。研究表明MF与心肌细胞自噬存在关联，通过自噬干预MF有望成为改善MF及心功能的新治疗策略[25]。CHF的心肌存在自噬性细胞死亡[26]。心力衰竭中压力超负荷的心肌细胞线粒体自噬明显，通过自噬抑制剂可增加线粒体数量，改善心肌收缩功能，逆转心室重构。然而小鼠糖尿病动物模型研究表明自噬对心肌细胞间质增生及纤维化有一定抑制作用[27]。鉴于自噬在MF中作用的两面性，未来需进一步研究。

7 TNFSF/TNFRSF与MF

研究发现，心力衰竭患者血浆中Fas/FasL、TNFSF14、TNFSF10、CD40L、骨保护素(osteoprotegerin,OPG)和CD27水平升高，表明这些因子可能直接参与心力衰竭的进展[28]。OPG/核因子-κβ受体活化因子(recetptor activator of NK-κb,RANK)/核因子-κβ受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)轴可能在MF中发挥重要作用。心力衰竭动物模型中OPG、RANKL和RANK水平明显升高[28]。还有一些研究发现TNFSF配体可作为心力衰竭患者不良预后的预测因子[29]。

综上所述，MF的机制尚未完全明确，多数研究尚停留于动物实验，有待结合临床进行更深入研究。明确MF机制、寻找有效靶点是未来研究方向。除药物和手术外，根据相关靶点开发对应药物以阻断或减缓MF进程、保护心功能、提高患者生存质量(尤其是终末期心脏疾病患者)，可能是心脏疾病的新治疗途径。