可溶性基质裂解素2 与心肌纤维化相关性的研究进展

李秋月,白春林,丘美玲

心肌纤维化(myocardial fibrosis,MF)是以肌成纤维细胞活化、细胞外基质过度生成为特征,是心脏损伤的早期病理变化,并贯穿心脏损伤的始终,是多种心血管疾病极为重要的病理生理过程[1]。近年来,研究证实可溶性基质裂解素2(soluble suppression of tumorigenicity-2,sST2)与心肌损伤纤维化进程关系密切,可促进肌成纤维细胞的活化,导致胶原合成和促纤维化分子的增加[2],该指标可在心脏受到机械牵拉时明显上升,可以有效反映机体心室重塑以及心肌纤维化情况,是心肌纤维化和心力衰竭进展的标志物[3]。

1 sST2 的概述

1.1 sST2 的发现 sST2 是生长刺激表达基因2 蛋白(ST2)的亚型之一。1989 年ST2 由Tominaga 等[4]首次在小鼠BALB/c-3T3 细胞中发现,具有Toll 样受体/白细胞介素-1 受体(TLR/IL-1R)结构域,是白细胞介素-1 受体样-1(IL1RL1)家族的成员,通过选择性启动子剪接和ST2 mRNA 的3'转录后处理,产生了4 种ST2 蛋白亚 型:跨膜型ST2(ST2L)、sST2、ST2V 和ST2LV[5]。ST2L 对应于膜锚定受体,与IL-1R 结构相似,具有细胞内外和跨膜结构域[6]。sST2 是一种可溶性分泌型亚型,具有与ST2L 相同的胞外结构域,但不具备跨膜序列和胞内结构域,可分泌至胞外,故可在血清中检测。sST2 可由肥大细胞和成纤维细胞表达,并由内皮细胞中的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等细胞因子诱导[7-8],也可由应激或损伤的心肌细胞和(或)微血管系统的上皮细胞、平滑肌细胞和内皮细胞表达[9],其过度表达与心肌细胞压力过高或损伤、炎症及免疫反应有关。

1.2 sST2 的生物学特性 sST2 主要以白细胞介素(IL)-33/ST2 信号通路为基础作用于心肌细胞。IL-33是sST2 的功能配体,也是IL-1 家族成员,在多种细胞类型中均有表达,具有细胞核内调节基因转录及分泌到细胞外与ST2L 结合的双重功能,此外,也有抗细胞凋亡和纤维化的作用[10]。有研究发现,生物力学应力是IL-33/ST2 系统的主要诱导因素[11]。在心脏负荷增加和损伤作用下,IL-33 与ST2L 结合,产生抗心肌细胞炎症反应、肥大和凋亡等多种心脏保护作用,而sST2 与ST2L 竞争IL-33 的结合,削 弱IL-33/ST2L 信号通路的心脏保护作用,加快疾病进程[12]。有研究显示,年龄和性别是影响sST2 水平的重要因素[13],女性sST2 水平低于相同年龄段的男性[14],另外,sST2 分泌还遵循昼夜节律,即分泌水平上午较低,下午达到峰值,晚上最低[15]。

1.3 sST2 的测定 目前检测sST2 常用的方法有酶联免疫吸附法(ELISA)和磁微粒化学发光法(CLIA)。有研究认为CLIA 法较ELISA 法更简便、更具有广泛的临床适用性[16],此外,还有多种检测方法,但未广泛运用,仍需进一步研究[17]。

2 sST2 在心肌纤维化中的作用机制

目前,对于sST2 开展了多方面、多学科的研究,证明其在人体的病理生理过程中发挥着重要作用,并且已作为一种新型生物标志物应用于临床,是目前最有前途的疾病生物标志物之一。目前,研究证实sST2在心肌纤维化过程中发挥着重要作用,其机制有以下几方面。

2.1 sST2 通过IL-33/ST2 信号通路调控心肌纤维化 研究已证实IL-33/ST2 信号通路是调控心肌纤维化最重要的作用机制,其在受损心肌组织的活化过程中起着核心作用。当受损心肌细胞在生物力学作用下释放大量IL-33,其结合心肌细胞表面表达的跨膜受体ST2L,与IL-1RL1 形成IL-33 受体复合物,将信号转导至胞内,经过一系列信号分子,激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、核转录因子-κB(NF-κB)、细胞外信号调节激酶(ERK)、p38 和c-Jun N-末端激酶(JNK)等信号,从而调节基因转录及释放Th2 效应细胞因子并发挥抗心肌细胞凋亡和纤维化的作用[6],相反,sST2 可拮抗此作用。sST2 作为IL-33 的“诱饵”受体发挥作用,可与ST2L 竞争结合IL-33,抑制IL-33/ST2L 信号通路,从而促进心肌纤维化[18]。研究显示,当心肌细胞和成纤维细胞受到机械牵拉时,sST2 可阻断IL-33/ST2L 信号通路,削弱IL-33 的抗心肌纤维化的心脏保护作用,促进心肌纤维化、心室功能障碍,最终导致心室重构及心力衰竭的发生[3]。

2.2 sST2 通过NF-κB 信号通路上调神经纤毛蛋白-1(NRP-1)调控心肌纤维化 先前研究已证实,sST2 可作为诱饵受体,抑制IL-33 效应[18],但最新研究发现sST2 可以独立于IL-33 而发挥作用[2]。Matilla 等[2]研究发现sST2 通过NF-κB 磷酸化过程,上调促纤维化转化生长因子(TGF)-β1调节因子NRP-1 水平,从而诱导肌成纤维细胞活化,导致胶原纤维过量合成,加速心肌纤维化过程。这项研究也发现在NRP-1 敲除细胞中,sST2 未能诱导成纤维细胞活化和胶原合成,表明sST2 诱导人心脏纤维化过程由NRP-1 介导,且sST2 水平升高与NRP-1 表达呈正相关。另外该研究也证明NF-κB 是sST2 促纤维化作用的中心信号通路,当阻断NF-κB 通路时,NRP-1 蛋白水平未见增加。由此可见,sST2 及其介导物NRP-1 在心脏纤维化过程中发挥重要作用。

2.3 sST2 通过促进氧化应激和炎症反应调控心肌纤维化 国外有研究发现,sST2 通过增加活性氧物质和炎性分子而对成纤维细胞产生有害影响。sST2 促进了硝基酪氨酸、蛋白质氧化和过氧化物的产生,此外,sST2 还促进炎性因子IL-6、IL-1β和单核细胞趋化蛋白-1 的分泌,引起氧化应激和炎症反应损伤心脏,从而导致心肌纤维化。该项研究还发现sST2 可下调线粒体融合蛋白-1(MFN-1),该蛋白是一种参与线粒体融合的蛋白,在人心脏成纤维细胞中发挥着保护细胞免凋亡的作用,由此可推断sST2 可下调MFN-1 减弱其抗凋亡作用,促进心肌纤维化的发生[19]。由此可见,sST2 可通过影响人心脏成纤维细胞线粒体融合,促进氧化应激和炎症反应从而导致心脏损伤。

3 sST2 与心肌纤维化相关的心血管疾病

多项研究发现,sST2 参与调控多种心血管疾病的发生、发展及预后过程。当心脏损伤引起纤维化的病理改变时,导致心脏结构和功能障碍,致使心脏收缩和舒张减低,最终导致心功能不全和心律失常的发生。

3.1 sST2 对心肌纤维化相关心血管疾病的诊断价值及危险分层 目前,研究已证实sST2 可促进心肌纤维化过程,也可作为心肌纤维化相关心血管疾病的诊断及危险分层的新型标志物。Zhang 等[20]Meta 分析显示,与健康人相比,心力衰竭病人血清sST2 水平明显升高,受试者工作特征(ROC)曲线下面积(AUC)为0.963,当敏感性为0.946,特异性为1.000 时,临界值为27.474 2 ng/mL,证明高sST2 水平对心力衰竭病人具有一定的诊断价值。国外另一项Meta 分析显示,sST2 诊断心力衰竭的敏感性为0.72,特异性为0.65,ROC 曲线的AUC 为0.75,也证明sST2 对心力衰竭具有一定诊断价值[21]。Kamardinov 等[22]认为sST2 可作为心力衰竭诊断、风险分层、预后和治疗效果评估的新型标志物。Zhang 等[23]将262 例冠心病病人分为稳定型心绞痛(stable angina pectoris,SAP)组(63例)、急性冠脉综合征(acute coronary syndrome,ACS)组(97 例)及对照组(102 例),研究发现冠心病病人sST2 水平明显高于对照组,ACS 复杂病变病人血浆sST2 水平明显高于单纯病变病人,回归分析显示,sST2 是影响冠心病和ACS 病人简单或复杂病变类型的独立因素,当sST2 的AUC 为0.651 时,对ACS 和复杂病变的诊断价值最高。

3.2 sST2 对心肌纤维化相关心血管疾病的预后价值

Hou 等[24]研究发现当sST2 水平高于34.99 ng/mL 时心力衰竭病人的全因死亡率显著增加,sST2 临界值为43.43 ng/mL(AUC为0.72,敏感性为0.69,特异性为0.69),预测全因死亡率的价值最高。由此可见,sST2水平与心力衰竭全因死亡率的风险相关,可通过该指标预测心力衰竭的死亡率,尽早做出预防措施,降低死亡率。Kim 等[25]研究发现稳定型冠心病发生心血管不良事件(MACE)病人的血清sST2 水平显著高于对照组,且生存率显著低于对照组,认为高sST2 水平(≥26.8 ng/mL)是MACE 的独立预测因子。Somuncu等[26]将380 例心肌梗死病人分为低sST2 组和高sST2 组,对所有研究人群进行MACE 的随访,该研究表明,心肌梗死后较低的出院前左室射血分数、不良心血管结局和死亡率与血浆sST2 水平的上调相关,但目前相关机制尚不清楚。Song 等[27]研究发现肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy,HCM)病人血清sST2 水平显著高于对照组(P＜0.001),高sST2 水平组HCM 病人的全因死亡率更高,行Cox 单变量回归显示,高sST2 水平[HR=1.02,95%CI(1.01,1.05)]是HCM 病人全因死亡率的预测因子。有研究认为,心房肌纤维化导致心房结构重塑,是心房颤动(atrial fibrillation,AF)持续存在的病理生理基础[28]。Liu等[29]通过对258 例心房颤动病人进行13.5 个月的中期随访,发现心房颤动复发病人术前sST2 水平显著高于无复发病人,在接受第2 次消融的复发病人中,心内膜标测期间出现新异常病人的sST2 水平显著高于未出现新异常的病人,行Logistic 回归分析显示,高sST2 水平是心内膜标测期间出现新异常的心房颤动复发的独立预测因子,当sST2 水平超过26.9 ng/mL可预测心内膜标测期间新异常复发心房颤动的出现。由此可见,高sST2 水平与心内膜标测期间出现的新异常和消融后心房颤动复发相关。

4 小结与展望

大量研究证实sST2 是心肌纤维化的新型标志物,并且未来有可能是疾病的潜在治疗和预防靶点。目前虽然已经证实sST2 可通过上调NRP-1 蛋白、抑制IL-33/ST2L 信号通路、增加氧化应激及炎症反应促进心肌纤维化,但对sST2 在心肌纤维化中的作用机制认识仍不够全面,还需进行大量研究,为预防及治疗心肌纤维化有效的临床手段与措施提供依据。目前,关于sST2 与心肌病、高血压、心房颤动的相关性报道仍较少,还需要大量的数据进一步证实其关系。已有大量研究发现sST2 参与调控多种疾病的发生发展,例如心血管疾病、变应性疾病、肾脏疾病、糖尿病、癌症、肺部疾病及肝脏疾病等,可继续在临床上推广。