他汀类药物在蒽环类致心脏毒性中的保护作用机制研究进展

王碗综述 王丽红审校

蒽环类药物是一种可对抗多种癌症的经典化疗药，如儿童癌症、白血病、乳腺癌等，但严重的心脏毒副作用限制其临床应用，其中阿霉素带来的心脏毒性作用尤其严重，阿霉素性心脏毒性(doxorubicin induced cardiotoxicity，DIC)按照时间分类为：急性、亚急性、慢性，并且心脏损伤事件与剂量累积相关：累计剂量达400 mg/m2时为3%～5%，累计700 mg/m2时高达18%～48%[1]。能否成功预防蒽环类化疗药的心脏毒副作用，是目前需要解决的问题，应用蒽环类药物抗肿瘤作用的同时加用一种改善心肌功能的辅助药物是一种解决方案，在多篇文献中可以发现，他汀类作为经典降脂药物，除降脂作用外，还具有多方面的非降脂作用，如抗氧化、抗炎、抗纤维化等作用，可通过多种机制干扰蒽环类的心脏毒性作用，因此，现总结他汀对DIC的保护作用机制,为DIC的预防及治疗提供新思路。

1 蒽环类药物致心脏毒性的临床表现及作用机制

1.1 蒽环类药物致心脏毒性的临床表现及监测 临床分类根据是否具有临床症状分为无症状性阿霉素心肌病及有症状性阿霉素心肌病，临床表现为心肌病相应症状、心力衰竭体征的变化、心律失常及心肌结构异常，包括呼吸急促、胸痛、心悸、腿部液体滞留、胃胀和头晕等；心肌电活动紊乱及恶型心律失常是阿霉素心脏毒性的表现之一，可表现为窦性心动过速、窦性心动过缓 、ST-T改变、QRS 低电压，室性早搏、心房颤动、室上性心动过速，QRS时限、QT间期、RR间期明显延长，束支传导阻滞， QT间期延长、QRS低电压是早期表现，最常见窦性心律紊乱[2]，而且阿霉素(Dox)也已被证明增加了心律失常的易感性；欧洲心脏病学会(ESC)是将癌症治疗相关心功能障碍(CTRCD)定义为重复测量LVEF下降>10%，LVEF值<53%[3]。常规超声心动图虽是最常用的无创监测工具，但只有当心肌严重受损或心脏整体受损时，才会出现LVEF的异常或形态变化，因此，左心室射血分数(LVEF)不是监测亚临床心脏毒性的敏感指标；而二维斑点追踪技术(2D-STI)在早期亚临床左心室收缩功能障碍方面更具适用性。在一项临床观察研究中，纳入50例恶性淋巴瘤患者，蒽环类药物治疗3周期后，患者的心脏整体纵向应变(GLS)、整体径向应变(GRS)、整体周向应变(GCS)、左心室扭转(LVtw)、GLS×LVtw均显著低于治疗前，房室内径治疗前后无明显差异，并且2D-STI的诊断准确率高达98%，与病理检查结果无显著差异[4]。美国超声心动图学会认为，GLS是早期发现亚临床左心功能不全的最佳参数。

1.2 蒽环类药物致心脏毒性的作用机制

1.2.1 阿霉素对Ca2+的影响：兴奋—收缩耦联是电活动转化为收缩力的生理过程，关键是胞质中Ca2+浓度的变化，主要依赖钙诱导钙释放过程。肌浆网(SR)是细胞内负责存储钙离子的细胞器，心肌细胞兴奋时，80%～90%的Ca2+来源于SR中的钙离子通过RyR2通道释放，以产生胞质钙瞬变。当心肌舒张时，肌质网上的钙泵(SERCA2a)逆浓度差将70%的Ca2+主动泵回肌质网；另外30%由肌膜钠/钙交换器(NCx)转运出细胞外，这一过程不仅确保了足够的心室充盈，而且还防止了钙离子超载，心肌SR钙释放依赖于以RyR2为中心与互作蛋白CASQ2、JCTN、TRDN构成的四聚体结构[5]。当应用阿霉素后，Dox通过降低RyR2、SERCA2a、NCx、PLB表达，激活CaMKⅡ，使钙瞬变的幅度显著降低，SR对Ca2+的摄取受抑制，细胞内钙离子清除速率显著受阻，SR钙离子自发泄漏的频率增加，共同导致钙离子超载，导致胞质Ca2+调节失调；其次，Dox还可能通过与其醌基团发生氧化还原反应，通过硫醇修饰来改变离子通道功能，影响Ca2+水平。Dox诱导的RyR2钙泄漏与ROS生成和细胞凋亡增加有关，阿霉素进入心肌细胞导致大量ROS的产生，线粒体通透性转换孔开放，线粒体缓冲系统受损，进一步导致胞浆钙超载，Dox还可以显著降低CASQ2的表达并直接与蛋白质结合，削弱它们在SR内缓冲钙离子的能力，并促进RyR2介导的钙泄漏。因此，对 ROS 靶向清除或 CaMKⅡ抑制，可以减少舒张期经SR的钙漏，稳定钙动力学，减少心脏不良事件的发生[2]。

1.2.2 阿霉素对线粒体功能障碍的影响：阿霉素分子结构同时具备疏水、亲水双结构域，因此线粒体是最易受累靶器官，具有亲磷脂特性，可与富含磷脂的线粒体膜结合进入线粒体，Dox在线粒体中的浓度是血浆中的100倍。因此线粒体是主要受损亚细胞器，阿霉素可扰乱线粒体内呼吸链的正常传递及线粒体内肌酸激酶的结构和功能，所诱导的生物能量学的紊乱是DIC的标志之一。阿霉素可通过多种不同机制影响线粒体正常功能的发挥，进入线粒体内的阿霉素抑制复合物Ⅰ的活性及细胞色素C氧化酶5A(COX5A)的表达，介导MPTP开放;其次，阿霉素还对sirtuin家族具有抑制作用，例如，抑制SIRT3介导的脂肪酸氧化和丙酮酸代谢来影响氧化磷酸化，抑制SIRT1加重了Dox诱导的细胞毒性，并破坏了线粒体的生物发生和功能，导致线粒体功能障碍和细胞死亡;最后，Dox与细胞色素C竞争性结合心磷脂，并且这种结合是不可逆的，导致游离细胞色素C增多，并从线粒体中释放出来，从而启动细胞凋亡。大多数线粒体蛋白从细胞核合成后进入线粒体内的过程需要心磷脂、磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰丝氨酸(PS)等磷脂的参与，阿霉素不但可以与线粒体膜磷脂结合，还可以抑制PS脱羧酶，改变线粒体膜PS/PE比值，从而改变线粒体膜成分，共同影响线粒体的蛋白转运装置，多层次介导线粒体功能障碍[6]。

1.2.3 阿霉素对氧自由基的影响：大部分认为氧自由基的过度产生是Dox心脏毒性的经典通路，具体表现为当阿霉素与eNOS还原酶结合时，超氧自由基和一氧化氮水平就会失衡，转基因eNOS小鼠表现出由Dox诱导的心脏ROS产生增加，Dox还可增加心肌组织中iNOS的转录和蛋白表达，O2-可与NO结合形成高细胞毒性的过氧亚硝酸盐(ONOO-),并诱导硝基酪氨酸(NT)的形成和线粒体超氧化物的增加。与eNOS相比，nNOS在心脏毒性中的作用较小。阿霉素可阻断AMPK通路，降低了心脏中ACC(acetyl-CoA carxylase)酶的活性，Dox诱导的AMPK信号抑制通过基因毒性应激和氧化应激等途径激活Akt和MAPK，从而导致DNA损伤。此外，抑制AMPK会导致心肌组织能量应激的增加和心肌肥大[7]。除此之外，Dox的心脏毒性还涉及其他机制，如铁调节蛋白紊乱、自噬、一氧化氮的释放及涉及细胞凋亡的基因和蛋白表达改变等[8]。

2 他汀类药物在蒽环类致心脏毒性中的保护作用机制

2.1 他汀类药物发挥抗炎作用 高迁移率族蛋白B1(HMGB1)是在多种炎性疾病中起到核心作用的强大炎性介质，由激活的单核细胞、巨噬细胞主动分泌或由坏死或受损的细胞被动释放，经体液循环系统运送到特定的效应细胞周围，发挥趋化因子作用并结合多种参与组织损伤的病原相关模式分子(PAMPs)和损伤相关模式分子(DAMP)，并与胞膜受体结合将信号传递到胞内，通过晚期糖基化终末产物受体(RAGE)介导进入溶酶体，由于HMGB1导致溶酶体渗漏，因此HMGB1运输的配体不会被降解并能够与促炎胞浆受体结合，导致炎性细胞因子、趋化因子和相应受体的表达，炎性小体激活，促炎介质释放，从而导致炎性反应。与许多疾病如心血管疾病、类风湿关节炎、系统性红斑狼疮密切相关[9]。Zhang等[10]研究提示，HMGB1和RAGE的表达与阿霉素性心脏损伤密切相关，并证实瑞舒伐他汀可减轻阿霉素给药大鼠心脏中HMGB1与RAGE结合介导的促炎作用，保护心脏。

HMGB1的促炎作用不一定仅依赖于RAGE，HMGB1的其他受体如Toll样受体(TLRs)也参与多种心血管疾病的发生[11]，如缺血再灌注、动脉粥样硬化。TLRs是先天免疫系统的一部分，心肌细胞表达TLR4及TLR2，动物模型研究证明，TLR2和TLR4在阿霉素诱导的心肌病的发生中起关键作用，其缺乏可改善Dox诱导的大鼠左心室功能障碍，减弱其促炎反应及相关病理机制[12-13]。他汀类药物作为TLR2和TLR4 的抑制剂，可有效抑制TLR4活性及其下游炎性反应途径，有确凿的证据表明，他汀类药物在化疗药物及相关心血管疾病发生、发展中具有明确保护作用[14-16]。

2.2 他汀类药物对抗心肌纤维化 HMGB1介导的信号通路与炎性反应有关外，HMGB1也是纤维化的重要启动者，Zhang等[17]研究在前列腺癌的转移中，HMGB1/RAGE信号通路驱动基质金属蛋白酶(MMP)如MMP1、MMP3、MMP10的过表达；据报道，在肺肌成纤维细胞中，HMGB1可以诱导MMP-9的表达[18]。RAGE基因敲除小鼠表现出基质金属蛋白酶表达水平下降，有直接证据表明阿霉素应用可以引起HMGB1、RAGE、MMP2及MMP9的表达上升[10-11,19-20]。Dox可能通过激活HMGB1/RAGE介导的MMPs信号通路参与了阿霉素性心脏毒性纤维化发生。Zhang等[10]证明他汀类药物可降低心肌组织HMGB1/ RAGE的表达，抑制心肌重构。

研究表明，RhoA/ROCK信号通路也参与了心肌疾病的发生、发展，包括心肌纤维化、心室重构等。RhoA属于小G蛋白超家族成员，ROCK属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员，是Rho A重要的下游效应器，扮演着“分子开关”的功能，有研究发现，Rho/ROCK信号通路在多种组织纤维化中是重要的参与者。他汀类药物可间接抑制Rho家族鸟苷三磷酸酶(GTPase)信号转导。减弱鸟苷酸交换因子(GEFs)在特定位置对Rho蛋白的激活。阿托伐他汀能通过抑制Rho/ROCK通路抑制心肌纤维化[21]。另外，动物实验观察到阿霉素能明显增强结缔组织生长因子(CTGF)的mRNA表达，口服洛伐他汀48 h后CTGF的mRNA水平降低，减弱阿霉素引起的急性促纤维化反应，这与他汀类药物对Rac1的抑制作用有关[22]。

此外，他汀类药物还可以激活蛋白激酶B(Akt)通路，Gao等[23]结果表明，在阿霉素所致心功能不全大鼠中给予阿托伐他汀后Hsp70表达上调，激活Akt信号通路，JNK的激活受到抑制，减轻心肌纤维化，从而发挥体内心脏保护作用。他汀类药物不仅可以对抗化疗所致的心脏纤维化，还可以对抗放疗引起的胰腺肿瘤纤维化[24]。

2.3 他汀类药物对化疗药物所致的线粒体功能障碍的改善作用 多种化疗药均会产生线粒体功能障碍，由于心肌细胞线粒体内膜富含心磷脂，因此具有亲磷脂特性的阿霉素在线粒体内更易蓄积。阿霉素进入线粒体后，其醌基部分被还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NADH)脱氢酶还原为半醌自由基，紧接着半醌自由基将电子转移给O2,生成超氧阴离子O2-，后者被超氧化物歧化酶(SOD)转化为H2O2及过量ROS，半醌被氧化为醌，此“氧化还原循环”持续进行，导致ROS爆发；其次蒽环药物还可以抑制过氧化物酶活性，降低氧化还原系统的缓冲作用，共同导致过度氧化应激，随后线粒体的钙稳态被上述氧化应激所破坏，线粒体钙超载会增加线粒体转换孔通透性，最终导致线粒体膜电位消失，膜通透性增强，线粒体肿胀，细胞色素C等释放，引起线粒体稳态及完整性的破坏，能量耗竭，导致阿霉素更易产生心肌线粒体损伤事件。最后阿霉素还可致线粒体DNA(mtDNA)损伤，由于mtDNA与细胞核DNA相比缺乏修复途径，损伤不易恢复，此损伤累积，导致迟发性蒽环药物相关心脏损伤[25]。

Abdullah等[26]研究证明，阿霉素处理可诱导线粒体过度融合，增加线粒体长度和细胞器纵横比。由于线粒体融合蛋白Mfn1/Mfn2缺失或线粒体塑形蛋白家族的OPA1缺失引起的线粒体动力学改变，所有呼吸链复合体的活性降低，最终影响细胞功能的正常作用，从而影响心脏功能。蒽环药物还可以阻碍线粒体内电子传递链(ETC)的进行，最终引起细胞凋亡。多项研究证明，他汀类药物对阿霉素所致心脏损伤具有保护作用，其中，Andres等[27]证明，辛伐他汀作用于HL-1心肌细胞24 h后，细胞内Akt/mTOR信号转导减弱，ULK1活化增强，自噬和线粒体自噬上调，从而发挥保护心肌免受氧化应激损伤。在Chotenimitkhun等[28]研究中，治疗期间服用辛伐他汀(n=9)或阿托伐他汀(n=5)的乳腺癌、白血病或淋巴瘤患者6个月的LVEF没有变化，而没有服用他汀类药物的患者(n=37)下降了7%。一项Meta分析显示[29]，7项研究共纳入3 042例患者(他汀类药物组1 382例患者同时接受他汀类药物和化疗，对照组1 660例患者单独化疗)，与他汀类药物组相比，对照组患者LVEF下降更为显著；与对照组相比，他汀类药物组的化疗诱发心肌病的发生率显著降低。在2012年一项对接受蒽环类药物化疗的女性乳腺癌患者的临床回顾性分析中，他汀类药物的使用与发生心力衰竭的风险较低相关[30]；刘斌亮[31]也证实他汀类药物可以改善乳腺癌患者的肿瘤特异性死亡及全因死亡。

2.4 他汀对内皮细胞的保护作用 众所周知，在心血管系统中，心肌由心肌细胞和非心肌细胞组成，心肌细胞约占细胞总数的30%，非心肌细胞约占细胞总数的70%。阿霉素产生心脏毒性除了心肌的易敏感性之外，其他类型的细胞，如心脏前体细胞、心脏成纤维细胞和内皮细胞已被确定为潜在的额外靶点，在蒽环类药物诱导的心肌病的发病机制中发挥着更复杂的作用[32]。其中，心肌微血管内皮细胞是成人心肌中最丰富的细胞类型，与邻近的心肌细胞和成纤维细胞直接接触，通过主动分泌许多蛋白，表达紧密、黏附和缝隙连接蛋白对心血管正常功能的维持发挥着不可替代的作用，阿霉素可破坏内皮结构异常。

2016年，Wilkinson等[33]通过多种体内体外实验方法证明了阿霉素可以降低心肌细胞紧密连接蛋白(zo-1)的表达，降低了心脏微血管内皮细胞屏障功能，导致通透性增加，认为这可能是导致阿霉素性心脏毒性的原因。2017年该团队首次证实他汀类药物作为HMGCo-A还原酶抑制剂，其预处理可以激活ERK5，实验数据表明，ZO-1与ERK5表达增加及在质膜上的结合增加，增加内皮紧密连接的形成和降低细胞通透性，保护内皮细胞正常功能的发挥，克服阿霉素导致的心脏不良事件[32]。

他汀类药物预处理除了对内皮紧密连接影响外，他汀类药物对内皮缝隙连接也有影响，汤洁[34]证明小剂量的瑞舒伐他汀可抑制阿霉素导致的大鼠左心室肌缝隙连接蛋白(Cx43)异常过表达与分布，改善心肌重构，对阿霉素所致心肌损伤具有保护作用。

2.5 溶质转运蛋白超家族在他汀类保护蒽环类药物相关心肌损伤中扮演的角色 他汀类药物可以影响蒽环化疗药物代谢，从而发挥相关心血管保护作用。化疗药物发挥作用需要溶质转运蛋白的参与，溶质转运蛋白可分为3种：初级主动转运蛋白、次级主动转运蛋白、协助转运蛋白，其中包括ABC超家族成员。近年来，ABC转运蛋白家族作为典型初级主动转运蛋白在蒽环药物性心脏损伤机制方面热门。溶质转运蛋白是一种膜结合蛋白，发挥着物质运输、能量传递等重要生理活动，可促进内、外源化合物的进入和消除[35]。ABC作为外排转运蛋白发挥作用，大量的研究表明，某些ABC转运蛋白过表达，特别是ABCB1(P-gp、MDR1)、ABCG2(BCRP、MXR)和ABCC1(MRP1)，使肿瘤细胞对蒽环类药物耐药[36-37]；研究表明，辛伐他汀的预处理可特异性使ABCB1转运体表达下调，表达下调程度与他汀类药物浓度呈正相关，辛伐他汀与ABCB1底物阿霉素共同应用，增加了蒽环类药物核积累，增加肿瘤细胞DNA损伤和凋亡，发挥抗肿瘤作用，增强药物敏感性，抑制癌转移、血管生成[38]。 阿霉素剂量累积与心脏损伤呈正相关，他汀类药物的上述特性使阿霉素剂量减少的同时发挥一定的抗肿瘤作用成为可能[39]。

他汀类药物除了以上与化疗药物协同使用抗耐药机制外，其本身也具有抑制癌细胞增殖及在多种细胞系中诱导癌细胞凋亡的抗肿瘤作用，在乳腺癌、口腔癌、肝癌、卵巢癌中发挥抗癌作用[40-41]；另外研究发现，辛伐他汀可通过诱导谷胱甘肽介导的ABCG4抑制水平，增加前列腺癌细胞对阿霉素敏感性的同时抑制肿瘤生长，这种抗癌作用有些是通过抑制DNA甲基转移酶及使细胞生长停滞实现的[41]。

3 小结与展望

尽管越来越多的证据表明他汀类药物在心血管保护方面具有重要作用，但是具体机制仍不清楚，临床前瞻性研究缺乏，仍不能在临床正式使用，其中SLC超家族作为另一大类溶质转运蛋白，主要参与小分子物质转运入细胞内[42]。研究表明，SLC10A2可以介导肠腔胆汁酸的重吸收，通过改善降脂作用协同他汀类药物对心血管有保护作用[41]；且其基因多态性可能解释蒽环类药物个体易感性的不同，他汀类药物是否可通过过表达SLC来增强他汀类药物的心血管有益作用也是需要思考的问题。另外，AMPK作为心力衰竭的治疗靶点，在心脏中，AMPK通过参与磷酸果糖激酶2、代谢转运体CD36及信号分子mTOR共同在代谢、蛋白质合成、自噬中发挥作用。他汀类药物是AMPK激活剂，在激活AMPK信号通路介导的复杂功能值得进一步探索[43-44]。