巨噬细胞移动抑制因子与心房颤动的研究进展

李珩，尹德春综述 曲秀芬审校

心房颤动(atrial fibrillation，AF)是最常见的快速性心律失常，在人群中有着较高的发病率和致残率。随着年龄的增长，心房颤动将导致更多的并发症，严重影响患者的生活质量。众所周知，心房颤动的发病机制很复杂，包括电重构、结构重构、氧化应激、炎性反应和遗传等因素。巨噬细胞移动抑制因子(MIF)是一种多效性炎性细胞因子，具有广泛的调节性，参与多种疾病的发展过程，包括脓毒症、狼疮和类风湿性关节炎等炎性疾病，还有心力衰竭、心肌梗死、心肌炎、快速性心律失常，急性肾损伤、器官纤维化、恶性肿瘤和其他免疫性疾病等。近期多项研究表明，心房颤动患者中检测到高水平的MIF[1]，MIF在心房颤动的发展中起到重要作用，因此更好地研究MIF参与心房颤动的机制将是未来的趋势，抑制MIF将是治疗心房颤动的新方法。MIF一直是研究热点，尤其是类风湿性关节炎等炎性疾病、肿瘤、动脉粥样硬化等各种疾病。最近研究表明，MIF在心血管疾病中有至关重要的作用。近年来较多研究分析了MIF与心房颤动的关系，MIF可能参与调节AF的电重构、结构重构、氧化应激和炎性反应等方面，但是MIF与各个因素的关系及其机制有待进一步研究。

1 MIF的生物结构和特性

1989年，人类首次从活化的T细胞中克隆出MIF cDNA[2], MIF是源自活化T淋巴细胞的可溶性细胞因子，调节巨噬细胞和T细胞的活化。MIF是一种115个氨基酸的多肽，其真实结构是同型三聚体，形状为环形，三聚体结构由被6个α-螺旋包围的3个β-折叠组成,每个β-折叠均由来自3种单体中的每一个β链组成。MIF是一种多功能蛋白，有2种不同的催化活性，具有互变异构酶和硫醇蛋白氧化还原酶(TPOR)的活性[3]。MIF以蛋白质的形式存在于细胞内外，在多种细胞表达，包括单核细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、上皮细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞和心肌细胞等,其可抑制巨噬细胞迁移、调节炎性因子、促进巨噬细胞及中性粒细胞等炎性细胞的募集[4]。MIF可结合和激活各种受体，例如CD74、CD44、CXCR2、CXCR4和CXCR7，这些受体之间形成了多种可能的复合物，包括CD74/CD44、CD74 /CXCR2、CD74/CXCR4和CD74/CXCR4/CXCR7，与受体结合后通过ERK1/2、MAPK和AKT等信号传导途径激活下游分子[5]。MIF具有TPOR活性，其氧化还原功能是由Cys-Ala-Leu-Cys基序所介导的，提示MIF可能调节细胞氧化还原过程, MIF能够在病理相关的氧化和还原状态之间进行转化[3]。MIF作为炎性反应的上游调节剂，其通过促炎性介质TNF、白介素和组织降解基质金属蛋白酶(MMP)的释放来促进炎性反应的发生，证据表明，MIF通过上调细胞因子(TNF-α、IL-6和IL-1β)来反调节糖皮质激素的抗炎活性[3]。最新研究表明，MIF在痛风炎性反应中起着重要的协调作用，可能与促进IL-1β的释放和中性粒细胞的募集有关[6]。MIF也可促进体外视网膜色素上皮细胞(RPE)的IL-6、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)和Ⅰ型胶原蛋白的产生[7]。MIF还可激活NLRP3炎性小体参与炎性反应过程，其还可作为潜在的分子伴侣稳定蛋白质的结构[8]。

2 MIF与电重构

近年来，AF的发生机制一直是研究重点，心房电重构是其中的重要机制。心房的快速颤动引起心肌细胞的电生理变化，这些变化被称为电重构。电重构以动作电位持续时间(APD)和不应期缩短为特点，在AF发生的早期，心肌细胞许多离子电流改变，包括K+电流、Ca2+电流和Na+电流等，Ca2+电流在心肌细胞的动作电位和兴奋性中起重要作用。 心肌中存在多种Ca2+通道蛋白，其中电压依赖性钙通道分为L型和T型通道，2种电流的减少缩短了有效不应期和APD[9]。研究表明，间隙连接存在于2个相邻的心房肌细胞间，间隙连接由连接蛋白组成，可通过电流或化学物质，维持心房肌细胞的电和机械偶联，心房颤动的心房连接蛋白43(Cx43)表达降低，形成微折返环，促进心房颤动的发生[10]。

有学者用人类重组MIF(rMIF)处理AF患者的心房肌细胞，可见L型钙通道(ICa，L)和T型钙通道(ICa，T)振幅的降低，2种通道蛋白mRNA表达降低，蛋白酪氨酸激酶家族成员之一(Src)抑制剂可阻止这个过程。这表明MIF可能通过Src激酶下调2种钙通道的数量及电流强度，从而改变心肌细胞的电生理，促进心房颤动的发展[11-12]。MIF是否影响其他离子通道来促进AF有待进一步研究。近期研究表明，MIF与CD74结合后可以诱导肌浆网(SR)Ca2+ATPase的表达，提高Na+/Ca2+交换体(NCX)外排率，ryanodine受体2(RyR2)的磷酸化及钙/钙调蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)的活化。依赖CaMKⅡ的RyR2磷酸化可促进SR钙泄漏，引起心房的触发活动，因此MIF信号传导可诱导心房肌细胞的钙失调而促进AF的发生。此外，MIF可加强瞬时向外钾电流(Ito)和超快速延迟整流钾电流(IKur)。用抗CD74抗体中和可阻断MIF介导的钙超载，降低SR钙含量和NCX外排率，阻断MIF介导的钾电流增加，为心房颤动的治疗提供一个新方法[13]。rMIF还可通过ERK1/2诱导Cx43表达的降低[10]。

3 MIF与结构重构

作为心房颤动的另一个重要机制，结构重构是永久性心房颤动的主要原因。心房颤动患者的心房特征是心房扩张、纤维化增加、心肌肥大等，不同患者心房纤维化程度不同。基质金属蛋白酶(MMPs)可降解细胞外基质成分，包括胶原蛋白、纤连蛋白和层黏连蛋白， 金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)是其抑制剂。MMP和TIMP调节心房中细胞外基质(ECM)的平衡；研究已经证明，心房颤动患者心房组织中MMP-2、MMP3、MMP-9的mRNA和蛋白质表达水平明显升高，其升高可能与AF风险增加有关。在心房组织中MMP-1和MMP-7 mRNA升高，但在循环蛋白中无差异，心房颤动患者组织MMP-13 mRNA显著高于对照组[14]。此外，MMP-9可促进心房纤维化，MMP-9/TIMP-1比率升高，促进心房ECM重塑和心房颤动[15]。

有研究表明，MIF可调节心脏成纤维细胞(CFs)的增殖和分化。 实验用小鼠重组MIF处理CFs 48 h可促进CFs的增殖和分泌，MIF上调了CF中与心房纤维化相关的胶原蛋白Ⅰ和Ⅲ、MMP-2、MMP-9和TGF-β的表达水平。其中Src激酶参与了此过程，因此MIF可能通过Src激酶促进CF的增殖和ECM的增加，从而导致AF的结构重塑。由于本实验的CFs包括心房和心室成纤维细胞，所以更需要心房颤动的心房成纤维细胞进行进一步的实验[16]。研究发现血清MIF浓度与AF的左心房直径呈正相关, 后者可作为心房重塑的参数[1]，这也映反出MIF参与心房重塑的过程，但尚不能直接证明MIF可导致结构重塑。许多研究表明，MIF参与各器官组织的纤维化，在特发性肺纤维化(IPF)中，MIF在活动性纤维化区域过度表达，其参与IPF的发病，敲低MIF表达可减弱人肺成纤维细胞的增殖和迁移，从而进一步抑制肺纤维化[17-18]。MIF在肥大细胞促进成纤维细胞增殖和胶原蛋白合成中起重要作用，其抗体在很大程度上抑制了此纤维化过程[19]，在AF中MIF是否参与肥大细胞的促纤维化有待研究。

但有相反的观点认为，MIF有抗纤维化作用，实验表明MIF过度表达可抑制小鼠CFs合成ECM，MIF通过减弱Smad3的激活上调miR-29b-3p、miR-29c-3p的表达，后者通过靶向促纤维化基因抑制心脏纤维化。反之，MIF缺乏会促进心脏纤维化[20]。肾纤维化中肾小管细胞MIF表达降低，MIF的缺失加剧肾脏纤维化[21]。在心脏中MIF实验结果的差异性可能是由于实验取材和实验环境等不同导致的，由于心房和心室的差异性，因此取AF动物的心房组织更有助于实验结果，并需要大量实验来验证MIF与心房纤维化的关系。或许MIF在不同器官组织及在同种器官组织不同疾病状态下的功能不同。许多研究表明，MIF可诱导多种MMP的表达，其中MMP-2、MMP-9和MMP-13均可参与AF的结构重构，在哮喘的发作中MIF可通过上调MMP-2参与气道平滑肌细胞(ASMC)的增殖和迁移，进而促进气道的重塑[22]。但至今没有直接证据表明在AF中MIF与MMP的关系，是否可上调AF心房MMP的表达进而参与心房重构尚需研究。

4 MIF与氧化应激

氧化应激在AF中起到至关重要的作用，其通过影响电重构及结构重构等各个方面参与心房颤动的发生和维持[23]。在AF心房肌细胞中H2O2可能通过激活Src和PKC诱导MIF的上调[24]。在刚地弓形虫中发现NADPH氧化酶4(Nox4)参与了巨噬细胞上调MIF的过程[25]。当心脏发生缺血再灌注时，细胞内MIF通过其TPOR活性抵抗氧化应激， S-亚硝基化的MIF 可增强TPOR活性[26]。MIF也可诱导抗氧化剂响应元件(ARE)保护各细胞器官免受氧化损伤[27]。目前研究表明，ROS可参与并诱导MIF的产生，反过来MIF能抗氧化应激。目前研究均表明，MIF具有抗氧化应激作用，但AF中MIF与氧化应激的关系尚待研究。虽然MIF可通过其他作用促进心房颤动的发生发展，但是MIF可能通过抗氧化应激保护心肌细胞免受损伤，因此MIF在AF中可能具有双相作用。

5 MIF与炎性反应

众所周知，炎性反应与AF相关，炎性反应会改变心肌细胞的电生理和心房的结构，导致心房发生电和结构重塑。参与炎性反应的物质包括炎性细胞因子、NLRP3炎性小体、中性粒细胞[28]、尿酸和凝血酶，这些均参与AF的发生发展。

5.1 MIF与NLRP3炎性小体 NLRP3炎性小体是重要的炎性反应信号复合体，心肌细胞和CFs均存在 NLRP3炎性小体，在AF患者的心房中发现NLRP3炎性小体升高，活性增强，Caspase-1表达增加。NLRP3炎性小体激活可导致SR的Ca2+释放异常，APD缩短和心房肥大[28]。研究表明MIF介导了NLRP3与中间丝波形蛋白之间相互作用，可激活NLRP3，因此MIF是NLRP3炎性体组装和激活的关键因素。MIF还可能充当NLRP3的伴侣，稳定蛋白质，促进其与波形蛋白的相互作用[8]。

5.2 MIF与炎性细胞因子 细胞因子与心房颤动的发生率或复发率相关，促进心房炎性反应或纤维化。研究表明MIF可通过诱导炎性因子促进炎性反应，包括TNF、IL-6、IL-1、IL-8、IL-17、IL-18等。 MIF通过激活NLRP3炎性小体上调IL-18和IL-1β[28]。实验发现MIF缺陷细胞可导致IL-1受体和TNF受体的下调， MIF上调细胞因子受体表达，放大了细胞因子的炎性反应[29]。MIF可能通过NF-κB、ERK1/2、JNK、AP-1、PI3K/Akt和Jak2/STAT3等途径调节多种细胞因子的产生和释放。在类风湿关节炎的研究中，学者观察rhMIF可诱导TNF-α、IFN-γ、IL-1β、IL-6、IL-17A、IL-17F等因子的产生和释放[30]。推测在AF中，MIF也可诱导细胞因子的产生和释放。

5.3 MIF与中性粒细胞 中性粒细胞/淋巴细胞比(NLR)被证明可以预测心房颤动的复发。MIF通过中性粒细胞胞浆抗体(ANCA)诱导中性粒细胞活化[31]。在急性痛风中，MIF促进中性粒细胞积累，而MIF缺陷型小鼠中性粒细胞的积累减少[32]。

5.4 MIF与凝血酶 凝血酶通过与其受体(PAR)结合激活ERK和JNK途径，刺激细胞因子的产生，增强CF的增殖和促纤维化信号分子Akt和Erk的磷酸化、TGF-β1的表达，导致心房炎性反应和纤维化[33]。多项研究表明，凝血酶可诱导不同细胞(内皮细胞、上皮细胞和成纤维细胞等)MIF的表达，凝血酶可能通过ERK 1/2等途径诱导内皮细胞MIF的产生[34]。实验证明部分凝血酶抑制剂可减少心脏炎性反应和纤维化[35]，推测这或许与进一步抑制MIF有关。因此凝血酶介导MIF的产生也可能是心房颤动发生机制的一部分。

5.5 MIF与尿酸 血清尿酸盐水平及其存在时间与心房颤动的风险呈正相关[36]。研究表明尿酸可能通过诱导各种炎性因子进而促进心房纤维化，降低尿酸的药物可减少AF的发生[37],MIF可能参与尿酸介导的炎性反应。已发现尿酸(UA)会刺激遭受UA诱发的肾病大鼠肾小管中MIF上调，MIF抑制剂消除了UA诱导的血管炎性反应和重塑，表明MIF可能参与UA诱导的血管重塑[38]，抗MIF可能对高尿酸血症的患者有益。推测MIF可能是UA导致心房颤动的重要中介，尚需实验证明。

6 MIF抑制剂

MIF参与多种疾病，因此MIF抑制剂可作为治疗靶标。典型的MIF抑制剂是异唑啉类抑制剂ISO-1，它可抑制MIF的互变异构酶活性，已有研究表明，ISO-1显著降低了前列腺癌和结肠癌，AV411及其类似物AV1013、SCD-19和CPSI-1306均是MIF的变构抑制剂，MIF互变异构酶抑制剂p425极大地抑制了丙酮酸4-羟苯酯互变异构的活性，阻止了MIF与CD74的结合。4-IPP的苯基嘧啶类化合物通过与MIF互变异构酶活性位点形成共价键来抑制MIF的功能。异硫氰酸盐共价修饰MIF活性位点中的Pro-1残基，抑制MIF与CD74的结合。化合物T-614可在体外和体内选择性抑制MIF。MIF抑制剂可延缓或减轻多种疾病的发展。MIF抑制剂的研究仍处于临床前阶段，未来研究靶向MIF的药物或许应聚焦在以下几个方面：与MIF的活性位点共价结合或修饰干扰其活性；阻断其与受体结合；影响其传导途径的上下游物质。靶向MIF的药物可能会成为心房颤动一种新的治疗手段[39-40]。

7 小结与展望

MIF在心房颤动中起到至关重要的作用，MIF通过影响心肌细胞的钙通道及诱导钙失调导致心房电重构；其可抗氧化应激，使心肌细胞免受氧化损伤；也可作为炎性因子的上游介质调控各种炎性因子，诱导中性粒细胞等炎性细胞活化；另外，与心房颤动相关的凝血酶和尿酸可能作为MIF的上游物质诱导MIF的产生。但是MIF在结构重塑中的作用存在争议，尚需大量实验验证；其在心房颤动中与氧化应激的关系需进一步研究，MIF参与心房颤动的机制需要明确。这些途径均可能是MIF参与心房颤动的复杂途径，靶向MIF的药物可能是未来心房颤动治疗的关键。