白细胞介素与心肌纤维化关系研究进展△

刁 颖，王秋林

（成都医学院第一附属医院心内科，成都 610500）

提要：心血管疾病已成为全球关注的健康问题，其发病率和病死率呈逐年上升趋势，而心血管疾病导致的心力衰竭与心肌纤维化有着密切的联系。因此，研究心肌纤维化的发病机制有助于预防心血管疾病的发生、发展。心肌纤维化发病机制比较复杂，其中氧化应激和炎症发挥重要作用，作为炎症因子之一的白细胞介素可通过多方面影响心肌纤维化，本文将重点介绍白细胞介素与心肌纤维化关系的研究进展。

随着社会的发展，心血管疾病已成为严重威胁人们健康的重大疾病之一，其在全球总死亡中居首位，已成为全球性健康问题。心肌纤维化（myocardial fibrosis，MF）是多种心血管疾病的病理基础［1］，不仅可导致心脏舒缩功能障碍，还可导致心肌结构重构和电重构，导致恶性心律失常和心脏性猝死的发生。因此，预防和治疗MF是防止以上疾病发生的关键。MF发病机制主要有心肌细胞承受的压力/容量负荷的外在性因素和细胞因子的内在性因素，细胞因子包括转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、整合素、白细胞介素因子（interleukin，IL）、肿瘤坏死因子、血管紧张素Ⅱ、内皮素-1和醛固酮等［2］。现结合国内、外研究进展，重点介绍各类IL与MF关系，为研究MF预防治疗提供新的思路。

1 白细胞介素概述

IL是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子。目前至少发现了38种白细胞介素，分别命名为IL-1～IL-38，它们在免疫细胞的成熟、活化、增殖和免疫调节等一系列过程中均发挥重要作用，此外它们还参与机体的多种生理及病理反应。近年来，国内、外有不少关于IL与MF关系的研究，下面将重点介绍其中几种IL与MF的关系。

2 白细胞介素与心肌纤维化的关系

2.1 白细胞介素-1与心肌纤维化的关系

IL-1可从多方面影响MF，Szardien等［3］研究表明，IL-1β可以通过调节心肌成纤维细胞功能和细胞外基质代谢参与心室重构，并且IL-1β的释放伴随着其他细胞因子如IL-6和肿瘤坏死因子-α的释放，这种“细胞因子风暴”最终导致促纤维化介质TGF-β的表达增加，从而促进间质纤维化和胶原沉积。而MF的病理表现为心肌结构组织内的胶原纤维异常积累，导致心肌内胶原浓度明显升高或是胶原容积分数增多，各型胶原排序混乱及比例失衡。Siwik等［4］实验证明IL-1β可使基质金属蛋白酶（matrix metalloprotein，MMP）-2、MMP-3和MMP-13的表达增加，从而导致MMP与MMP组织抑制剂失衡，其失衡与MF密切相关。Gurantz等［5］研究证明IL-1β可使血管紧张素Ⅱ1型受体的密度增加，从而增强血管紧张素Ⅱ的促纤维化作用，同时证明了这一过程可能与核转录因子kappaB相关的信号转导通路有关，使用其阻断剂虽有望减轻MF，但此通路同时涉及机体正常的生理调节，全面阻断可能产生不利影响，因此需进一步研究其选择性阻断药。此外，Chen等［6］研究证明IL-1β可诱导急性心肌梗死后肿瘤发生抑制蛋白2（suppression of tumorigenicity2，ST2）的表达，加速心力衰竭的进展，而心力衰竭的病理基础则为MF。综上，IL-1通过多条途径在MF中发挥重要作用，尤其是对ST2的诱导作用，因为当其表达增加后，可结合IL-33，进而拮抗IL-33对心脏的保护作用。研究IL-1对MF的作用及机制，积极寻找其相关通路拮抗剂，可以有效预防MF。

2.2 白细胞介素-4与心肌纤维化关系

IL-4由免疫细胞产生，包括CD4+T淋巴细胞和肥大细胞。有研究显示，在动物实验中，IL-4浓度与MF严重程度之间存在正相关，虽然这些研究结果表明，IL-4在心脏中具有促纤维化作用，但是缺乏IL-4与MF相关联的直接证据。而Peng等［7］使用野生型小鼠和IL-4基因敲除小鼠来研究MF发展过程中IL-4浓度升高的意义，证明了高IL-4浓度可以诱导MF，并且其缺失显著减弱了这种效应。同时发现IL-4有助于增加纤维化心脏中巨噬细胞的数量，可能是IL-4诱导的细胞聚集通过上调内皮细胞中黏附分子和单核细胞趋化蛋白-1的表达和IL-4刺激聚集巨噬细胞的增殖来实现。在富含IL-4的环境中，巨噬细胞向M2表型极化，此过程已被证明可促进MF［8］。同时，作者还检测了IL-4对心肌成纤维细胞的影响，并发现IL-4不仅增加原胶原mRNA的表达，还通过IL-4受体α（IL-4Rα）/信号转导和转录激活因子6（signal transducers and activators of transcription 6，STAT6）促进胶原蛋白的产生。由此可见，IL-4具有促进MF的作用，并通过刺激聚集巨噬细胞的增殖和IL-4Rα/STAT6途径实现，研究寻找此通路的阻断剂，便有望预防MF，从而延缓心力衰竭的进展，延长心力衰竭患者的生存时间。此外，Cieslik等［9］研究表明，与3个月大的心脏相比，30个月大的心脏中IL-4的浓度增加了64%。因此，IL-4在年龄依赖性MF中也具有一定的调节作用，抑制IL-4表达还可预防老年性MF。

2.3 白细胞介素-6与心肌纤维化的关系

IL-6是由多种细胞类型产生的多功能细胞因子，是纤维化过程中的关键介质。Chou等［10］研究发现体内存在两种IL-6信号通路：经典信号传导和反式信号传导，MF主要涉及反式信号传导，即IL-6和可溶性IL-6受体的结合形成复合物，然后通过与细胞上的信号转导糖蛋白结合启动细胞内信号传导，他们发现可溶性IL-6受体在醛固酮诱导的胶原合成中起重要作用。由此可见，阻断IL-6和可溶性IL-6受体的结合便有望减轻MF。Wang等［11］研究表明，IL-6在缺氧条件下通过转化生长因子-β1-MMP2/MMP9信号传导在肌成纤维细胞的转化中起重要作用，而肌成纤维细胞的转化在MF中起关键作用。此外，已有研究证明STAT3途径是IL-6的直接下游效应物［12］，而Fang等［13］研究已证明IL-6/ STAT3参与高血压诱导的MF，并且Kumar等［14］研究发现IL-6与信号转导糖蛋白结合后可激活STAT1，STAT3，并证明IL-6通过IL-6-Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II-STAT3与IL-6-丝裂原活化蛋白激酶途径影响MF。总之，IL-6与MF密切相关，STAT3是心肌细胞中STAT家族的主要同种型，因可介导细胞的恶性转化而被确认为癌基因，与STAT3相关的几条信号转导通路特别是两面神激酶（Janus Kinase，JAK）/STAT3信号转导通路在多种肿瘤细胞中均有激活，而AG490是JAK2的特异性拮抗剂，可通过阻断由IL-6介导的JAK2活化抑制骨髓瘤细胞增殖，诱导多发性骨髓瘤细胞凋亡，因此，AG490也可能对MF有一定作用，但需进一步研究明确。

2.4 白细胞介素-10与心肌纤维化关系

IL-10是一种多效应细胞因子，可调节单核细胞（或）巨噬细胞向受损部位的浸润，并控制各种促炎细胞因子和趋化因子的合成。Krishnamurthy等［15］利用野生型和IL-10基因敲除小鼠证明了IL-10可能通过激活STAT3/血管内皮生长因子信号通路增加内皮祖细胞的存活和功能，从而改善心室重构。Suresh等［16］发现IL-10可通过抑制TGF-β-Smad2/3信号传导和可改变心脏的微环境，从而潜在地抑制压力超负荷心肌中骨髓成纤维细胞祖细胞介导的MF。此外，在分子水平上，IL-10可能通过TGF-β-Smad信号传导调节微小RNA-21成熟过程，从而抑制压力超负荷引起的MF。由此可见，IL-10也通过激活STAT3对心脏发挥作用，与IL-6不同的是，IL-10对心脏具有保护作用，通过增加IL-10的表达和减少IL-6的表达则可使心脏获益。而Hulsmans等［17］研究表明，IL-10的产生间接诱导成纤维细胞活化和胶原沉积，这说明IL-10具有复杂的多效性，分别研究其机制，便可使其充分发挥有益作用。

2.5 白细胞介素-17与心肌纤维化关系

IL-17由Th17细胞产生，有研究表明，IL-17在心肌炎后的心室重构和扩张型心肌病的进展中起关键作用［18］。基于此研究，Yanfang等［19］进一步探讨了IL-17在MF中的作用，该研究表明IL-17在体外和体内均诱导MF，并且证明蛋白激酶C β/细胞外信号调节酶/核转录因子途径参与MF的发展。同时Wei等［20］研究表明IL-17/IL-17受体A信号通路在心肌胶原代谢中起重要作用。那么，通过阻止IL-17与其受体结合，就能阻断其对心肌胶原代谢的作用，从而影响其对MF的作用。潘晓芬［21］等利用IL-17A基因敲除小鼠研究证明IL-17A可能通过调节TGF-β1的表达参与病毒性心肌炎的MF过程。近期，Zhang等［22］研究表明IL-17的缺失能够减轻MF并改善糖尿病小鼠的心脏功能，IL-17通过直接刺激心脏成纤维细胞的增殖和胶原蛋白生成来促进MF，同时发现IL-17增加了培养的成纤维细胞中TGF-β1的表达，而TGF-β1是纤维化相关信号通路的关键调节因子。研究表明了IL-17抑制对与纤维化相关的糖尿病性心肌病的治疗潜力。

2.6 白细胞介素-22与心肌纤维化关系

IL-22是由Th22细胞分泌的，它通过IL-22R发挥作用。研究发现，Th22细胞与心血管疾病有关，Guo等［23］研究表明，Th 22细胞产生的IL-22可抑制扩张型心肌病的发生发展，可被认为是扩张型心肌病的潜在治疗靶标，而扩张型心肌病的主要特征是由于心肌细胞死亡和细胞外基质过度沉积引起的MF［24］。值得注意的是，在IL-17A缺陷小鼠中，IL-22加剧了柯萨奇病毒3（CVB3）诱导的急性病毒性心肌炎。然而，Rattik等［25］发现敲除IL-22减少了小鼠动脉粥样硬化中主动脉根部的胶原面积，提示其可能对MF有促进作用，而Ye等［26］研究进一步阐明此关系。该研究发现纤维连接蛋白，结缔组织生长因子，胶原蛋白Iα，胶原蛋白IIIα和转化生长因子-β，均在血管紧张素Ⅱ输注时显著增加，但抗IL-22可减轻这种促纤维化作用，可能是因为血管紧张素Ⅱ和柯萨奇病毒3介导不同的MF模型。由此可见，IL-22在不同条件下，发挥不同的作用，因此需进一步探索IL-22与MF的关系，明确其发挥有利作用的条件。

2.7 白细胞介素-33与心肌纤维化关系

IL-33通过致癌性抑制基因2（suppression of tumorigenicity 2，ST2）信号传导发挥心脏保护作用［27］。ST2是IL-1受体家族成员，并且是IL-1受体样-1基因的转录产物［28］，是纤维化反应的调节剂［29］，也被认为是MF的生物标志物［30］。ST2具有2种主要同种型：跨膜性和可溶性形式。2007年，Sanada等［31］首先证明IL-33通过在大鼠缺血再灌注后诱导抗凋亡蛋白来预防纤维化和细胞凋亡，此后相关研究表明，IL33-/-小鼠与对照组相比表现出MF增加［32］。而Tseng等［33］检测了接受左心室辅助装置植入的38例患者的心肌组织中ST2和IL-33的mRNA表达，结果表明可溶性ST2和IL-33 mRNA表达与纤维化之间存在显著相关性，并且IL-33 mRNA表达与TGF-β1和结缔组织生长因子显著相关，这意味着存在活跃的促纤维化重构过程。由此可见，当可溶性ST2结合IL-33时具有促纤维化作用，可拮抗IL-33/跨膜性ST2对心脏的保护作用［34］。因此，IL-33是通过跨膜型ST2信号转导对心肌细胞发挥心脏保护，抗肥大和抗纤维化作用，并且受可溶性ST2干扰。并且Garbern等［35］研究发现IL-33随着年龄的增长而增加，而总ST2表达随着年龄的增长而降低，但可溶性ST2可能会增加。因此，IL-33是否抗炎和抗纤维化取决于IL-33和ST2之间的平衡，而探索小鼠中的这些发现是否适用于人类将是下一步研究的目标。

3 其 他

Xiao等［36］发现IL-18缺失显著减弱了异丙肾上腺素诱导的趋化因子表达和巨噬细胞浸润，并且在给小鼠注射异丙肾上腺素后，早期阻断IL-18可有效减轻心脏炎症和纤维化。Cieslik等［9］研究发现，小鼠心脏中IL-13 mRNA随年龄依赖性增加，说明IL-13在年龄依赖性MF中具有潜在的调节作用。Tamaki等［37］表明IL-16是MF和射血分数保留的心力衰竭发生、发展的重要的介质，IL-16的阻断可能是射血分数保留的心力衰竭的潜在治疗方法。Xiao等［38］研究发现IL-2/抗IL-2复合物（IL-2C）是一种很有前景的心肌缺血/再灌注损伤治疗靶点。近期，有研究报道IL-11对MF有双向作用，通过调整IL-11的表达使其发挥抑制效应将有望治疗MF［39］。

心肌纤维化作为心血管疾病的病理基础，多年以来，关于心肌纤维化的预防治疗一直是医学难题，因此研究其发生机制有助于发现新的干预措施。IL作为炎症因子之一，它与心肌纤维化有着密不可分的关系，其中IL-1、IL-4、IL-6、IL-8、IL-16、IL-17、IL-18促进心肌纤维化，IL-10、IL-22、IL-33抑制心肌纤维化，并且需要在合适的条件下，因此探究其发挥有利作用的条件显得尤为重要。此外，IL-1与IL-6均可通过调节基质金属蛋白酶表达发挥作用，IL-6与IL-10都能通过激活STAT3发挥作用，IL-1通过诱导可溶性ST2的表达可以拮抗IL-33/跨膜性ST2对心脏的保护作用。总之，研究IL促进或抑制心肌纤维化的机制及信号途径，找到相应的阻断或者激动剂，为预防和治疗心肌纤维化提供新的思路，为心血管疾病发生发展提供新的干预靶点，目前还有很多IL与心肌纤维化的关系未被发现，希望今后能找到更多相关因素和机制，为心血管疾病的防治提供更多思路。