肿瘤坏死因子相关蛋白3 在心肌纤维化作用的研究进展

安荣 文霄敏 常小倩 刘卫生

在多种心血管疾病的发生和发展过程中，心肌纤维化都参与其中。 近年来， C1q 肿瘤坏死因子相关蛋白3(c1q/tumor necrosis factorrelated protein 3，CTRP3)对心肌纤维化的作用受到广泛关注。 揭示CTRP3 在心肌纤维化发生发展中的作用及机制，将为心肌纤维化提供新的研究方向，为心脏重构的防治提供可能的新思路。

1.心肌纤维化概况

心肌纤维化是心肌损伤及心功能障碍的重要标志之一，指的是Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白的沉积，以及细胞外基质(extracellular matrix， ECM)交联，导致机械传感的改变，室壁应力的加强，以及心脏弹性和舒张功能受损[1-3]，构成了大多数心脏疾病的病理基础，参与到各种心血管疾病当中。

(1)心肌纤维化特点 在心肌纤维化过程中，肌成纤维细胞由成纤维细胞增殖、活化、迁移及转化而来。 肌成纤维细胞为心肌纤维化中主要的效应细胞，具有更强的迁移、增殖并分泌细胞外基质的能力，因此是造成病理性心肌纤维化的主要细胞[4]。 心肌胶原蛋白以约占心肌胶原总数85%的Ⅰ型胶原蛋白和约占心肌胶原总数的11%的Ⅲ型胶原蛋白为主，分别用于保持心室壁的强度和弹性。 各型胶原的比例失调、排列紊乱或浓度异常，都将加剧心肌纤维化，增加室壁僵硬度，降低室壁顺应性，从而减弱心肌舒张功能，导致心脏舒张功能障碍。 冠状动脉周围的心肌纤维化，会导致局部血供不足，加重心肌坏死程度[5]。

(2)心肌纤维化的机制 1)肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)国内外研究表明，RAAS 的激活是心肌纤维化的主要原因，血管紧张素Ⅱ可激活心肌成纤维细胞，合成大量细胞外基质成分，在RAAS中发挥主要的生物学效应。 而作为RAAS 的抑制剂，血管紧张素转化酶抑制剂和血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂可有效减少巨噬细胞和单核细胞并抑制心肌纤维化[6-8]。

2)细胞因子 转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)被认为是最主要的促纤维化生长因子，通过激活其下游介质结缔组织生长因子，促进成纤维细胞的增殖、迁移及分化，诱导细胞外基质分泌，增加细胞凋亡，从而加剧心肌纤维化[9]。 TGF-β 还可通过影响解偶联蛋白减弱线粒体的能量代谢，参与到心肌细胞的纤维化[10]。 机械敏感或细胞因子诱导的细胞表面整合素[11]和合成酶[12]的上调可能加重生长因子信号，导致肌成纤维细胞转分化和促进心肌纤维化。 体外和体内研究表明，内皮素是一种潜在的致纤维化介质，可作用于TGF-β 和血管紧张素[13]下游，并可作为炎症与纤维化之间的联系[14]。 促炎症细胞因子:TNF-α、IL-1β 和IL-6 在纤维性心脏中的表达是一致增高的[15-17]，对成纤维细胞表型和基因表达有重要影响。

3)其他 在心肌纤维化发生过程中， 涉及多种因子参与， 其中主要包括各种炎性因子、氧自由基、血小板源性生长因子等。 这些因子通过不同或相同的信号通路途径介导心肌纤维化的发生；S100A4 蛋白刺激内皮细胞产生基质金属蛋白酶-13，促进细胞外基质的重构；另外，心肌成纤维细胞功能异常、交感神经异常兴奋、微小RNA(MicroRNA，mRNA)的参与也影响心肌纤维化进程[18-20]。

2.C1q 肿瘤坏死因子相关蛋白3 简介

C1q 肿瘤坏死因子相关蛋白家族由脂肪细胞分泌的结构高度保守且与脂联素同源的一组蛋白，CTRP3 为其中一员。 由246 个氨基酸残基构成的CTRP3，有4 个结构域，分别为:指导蛋白分泌的信号肽、一个或多个保守Cys 残基的N 末端结构域、可变数目Gly-X-Y 重复的胶原样结构域和C末端球状C1q 结构域[21-22]。 CTRP3 具有多种生物学功能，如调节骨与软骨及糖脂代谢，参与内分泌的调节与自身免疫疾病的转归，抑制炎症反应，心血管的保护作用[22]。

3.CTRP3 与心肌纤维化

近年来的研究表明，CTRP3 对心肌纤维化的发生和发展具有双向调节作用，但多数研究结果更加倾向于负向调控，既CTRP3 对心肌纤维化的抑制作用，而目前的研究证据尚未统一。

(1) CTRP3 促进心肌纤维化 Ma 等[23]研究显示，在主动脉缩窄大鼠模型中，过表达CTRP3 的小鼠对压力超负荷表现出加剧的心脏肥大和心脏功能障碍，相反，心脏中CTRP3 的缺乏导致肥厚的表型减轻。 CTRP3 诱导心肌细胞肥大，可通过在培养基中添加CTRP3 抗体来阻止。 信号通路的检测表明，压力过载诱导的转化生长因子β 活化激酶1(TAK1)-c-Jun N 末端激酶(JNK)通路的活化被CTRP3 的过表达增强，并受到CTRP3 破坏的抑制。 此外，CTRP3 在心肌细胞特异性TAK1 基因敲除小鼠中失去了促肥大作用。 蛋白激酶A(PKA)参与了CTRP3 对TAK1 的激活。 以上证据表明，CTRP3 促进由PKA 激活的TAK1-JNK 信号通路促进压力超负荷引起的心肌肥大，进而促进心肌纤维化。 这将有助于我们对病理性心脏肥大和心力衰竭机制的理解。

(2) CTRP3 抑制心肌纤维化 Yi 等[24]研究发现，CTRP3 的表达在心肌梗死后的心肌重构阶段受到抑制，而补充外源性的CTRP3 后，可减少小鼠心肌梗死面积，抑制心肌纤维化及病理重构，增加心肌梗死小鼠存活率；CTRP3 受到磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信号通路负向调控，CTRP3 可能通过蛋白激酶B-缺氧诱导因子1-血管内皮生长因子(akt-hypoxia-inducing factor-1α-vascular endothelial growth factor，Akt-HIF1-VEGF)通路将信号由心肌细胞传导至内皮细胞，发挥抑制心肌细胞调亡，促进毛细血管生成，增加血供，保护甚至部分恢复心功能。 该研究证实CTRP3 具有强烈的抗重构和心脏保护作用，这表明CTRP3 可能作为一种新的治疗靶点，在减轻缺血后心脏重构、改善心脏功能方面发挥显著的作用。

另有研究显示:CTRP3 可使TGF-β1 诱导的平滑肌肌动蛋白表达受到抑制而减少结缔组织生长因子、Ⅰ型和Ⅲ型胶原的生成；心肌局部过表达CTRP3 可抑制心肌间质纤维化；CTRP3 激活大鼠心肌细胞和成纤维细胞中AMP 活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)的磷酸化，而AMPK抑制剂腺嘌呤9-β-D-阿糖腺苷(adenine 9-β-D-arabinofuranoside，AraA)或Akt 上游激酶PI3K 的抑制剂(LY294002)可削弱CTRP3 的抗纤维化作用，AraA 预处理还可消除CTRP3 抑制TGF-β1 诱导的Smad3 磷酸化、核转位以及与p300 结合的作用，逆转CTRP3 的抗纤维化作用[25]。 因此，CTRP3 通过激活AMPK 来抑制TGF-β1 诱导的Smad3 核转位和与p300的结合，抑制肌成纤维细胞的表型转化，从而抑制心肌梗死大鼠的心肌纤维化。 而补充外源性的硫化氢亦可通过减少TGF-β1 的表达而减轻心肌病大鼠的心肌纤维化[26]。 以上发现可能会增进我们对涉及CTRP3 心脏保护作用的分子机制的了解，并为心肌重构的未来治疗靶点提供新的见解。

也有研究证明了CTRP3 对外膜成纤维细胞活化的影响:CTRP3 可抑制TGF-β1 诱导的外膜成纤维细胞的激活，抑制成纤维细胞向肌成纤维细胞的表型转化和成纤维细胞的增殖、迁移及胶原合成，也抑制结缔组织生长因子的分泌，通过调节外膜成纤维细胞的反应，揭示了CTRP3 在病理性血管重构中的保护作用[27]。 由此得出，CTRP3 通过抑制TGFβ1 通路从而抑制病理性的血管重构保持血管生理结构与功能并延缓心肌纤维化进展。 体现了CTRP3 可能通过操纵外膜成纤维细胞的反应来改善病理性血管重构的前景，强调增强CTRP3 水平的方法可能是减轻血管重构的治疗的合理策略。 然而，需要进一步研究以证明人类治疗方法的可行性。

王戈等[28]在主动脉瓣狭窄患者血浆和心肌CTRP3 与心肌纤维化的相关性研究中发现:与对照组相比，主动脉瓣狭窄患者心肌细胞明显肥大，心肌纤维化程度显著增加，血浆和心肌细胞CTRP3 含量均明显升高，且血浆和心肌CTRP3含量与心肌纤维化程度呈正相关。 综合之前研究结果:CTRP3 能够降低小鼠缺血心肌细胞死亡，促进心肌细胞再生，减小梗死后纤维化面积，促进血管再生，增加梗死后心肌收缩力等分析，主动脉瓣狭窄患者在心功能代偿期因压力超负荷引起心室重构和心肌纤维化后，CTRP3 为起保护作用而代偿性升高。

值得一提的是，Zhang 等[29]的研究发现:在横主动脉缩窄(transverse aortic constriction，TAC)小鼠模型中，CTRP3 通过抑制p-38 蛋白/cAMP 反应元件结合蛋白(p38/CREB)途径和下游内质网(endoplasmic reticulum，ER)应激，保护宿主免受TAC 诱导的心脏肥大和心脏功能障碍。 体外实验同样表明，CTRP3 在苯肾上腺素诱导的心肌肥大中的抗压力作用是通过抑制p38/CREB/ER 应力途径介导的。 主要表现为:CTRP3 的过表达减轻了TAC 术后心功能减弱，心肌纤维化重建，肥大基因和纤维化基因的上调以及对苯肾上腺素诱导的心肌细胞肥大的抑制作用；TAC 后小鼠心脏中p-38 和p-CREB 明显上调，CTRP3 缺乏明显加重了这一作用，而CTRP3 过表达则抑制了这一作用。 由此得出CTRP3 通过抑制p38/CREB 通路来保护宿主免受压力超负荷过载所致的病理性心肌肥厚和纤维化，进而改善心功能。 此研究与之前提到的Ma 等的研究结果:CTRP3 促进心肌肥厚而加重心肌纤维化恰恰相反。 或许由于CTRP3 的终止表达和过度表达的方法存在显著差异，可能导致不同的表型，所以体现出CTRP3 在心肌肥厚方面发挥不同的作用。 这也提示我们，CTRP3 在不同条件下可能发挥不同的影响和作用机制，尤其在病理性心肌肥厚中的作用和机制值得我们进一步研究。

另有证据支持以下观点:间歇运动可升高心梗大鼠心肌CTRP3 水平，激活蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(AKT/mTOR)通路，抑制心肌细胞凋亡，改善心脏病理性重构，提高心功能[30]；CTRP3 通过AMP 活化蛋白激酶/过氧化物酶体增殖活化受体γ 辅助活化因子1α(AMPK/PGC-1α)通路促进心肌细胞线粒体生物生成和能量的产生，改善线粒体功能[31]和促进肌丝钙敏感性直接增加心肌细胞的收缩性[32]，抑制心肌细胞的炎症和凋亡，改善阿霉素处理后的心脏毒性[33]，CTRP3 通过激活AMPKα 信号通路、减弱炎症反应和细胞凋亡来预防脓毒症诱导的小鼠心肌功能障碍[34]，CTRP3 还可能促进骨髓中干细胞的归巢和/或刺激常驻心脏干细胞分化[35]，从而保护心肌细胞，改善心功能。

目前关于CTRP3 促进心肌纤维这一作用还需大量研究证实，或许在心肌受损早期，CTRP3 为了维持有效的心脏泵功能而短暂促进心肌纤维化也未可知，但不可否认这将会这是一个新的研究方向，分子通路、病理模型、检测方法与时机、基因表达的调控等或许都是下一步的研究重点。

4.结语和展望

CTRP3 对心肌纤维化的调节作用复杂且多重。 既可以加剧心肌细胞肥大和心功能障碍促进心肌纤维化，也可以抑制成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化，减少细胞外基质增生等机制抑制心肌纤维化。 但目前CTRP3 影响心肌纤维化的机制鲜有研究，特别是CTRP3 对心肌纤维化正、负两种不同作用，是因为不同的疾病模型所致还是脂肪组织衍生的CTRP3 在不同的病理情况下对心脏CTRP3 库的不同影响所致，这还需要大量深入的研究来证实。 目前关于CTRP3 对于心肌纤维化作用的研究大多集中于细胞实验和动物实验，还缺乏相关临床试验的研究，而且我们对CTRP3 在体内特异性受体及其作用机制还知之甚少。 进一步深入探究CTRP3 对心肌纤维化的调节作用、信号转导通路和探索其上下游分子的特异性受体，可揭示心肌纤维化的机制，对心肌纤维化的有效防治具有重要的理论意义和临床指导价值。