内皮间质转化在心肌纤维化中的作用及机制研究进展

王彩霞,汪英男

(1.内蒙古医科大学 心血管内科,内蒙古 呼和浩特 010107;2.乌兰察布市中心医院 老年医学科,内蒙古 乌兰察布 012099)

心肌纤维化(myocardial fibrosis,MF)是许多心血管疾病终末期不可避免的病理过程,其特征为成纤维细胞过度增殖和细胞外基质成分异常沉积[1]。MF可引起心室僵硬、顺应性降低、收缩力减弱和传导异常,其已被证实可导致心力衰竭、心肌梗死、心律失常、肥厚型心肌病[2]、严重的心功能不全、心源性猝死[3]。

内皮间质转化(endothelial-to-mesenchymal transition,EndMT)是指内皮细胞在病理刺激作用下向间质细胞转化的过程,其调节胚胎的发育以及参与肿瘤的侵袭迁移[4],参与动脉粥样硬化、心肌梗死和肺动脉高压等各种心血管疾病的病理生理过程[5-6]。有研究表明EndMT在MF的病理及生理过程中也起着重要作用[7]。因此,抑制EndMT可能是改善MF的新靶点。

1 EndMT概述

最新研究表明,内皮细胞不仅在生理条件下,也可以在炎症、缺氧、高糖等病理刺激下转化为EndMT。在这个过程中,内皮细胞的基因表达、形态和功能方面均发生明显的改变[8]:内皮细胞的标志蛋白表达降低,如血管钙黏蛋白和血小板-内皮细胞黏附分子等;而间质细胞的标志蛋白表达升高,如成纤维细胞特异性蛋白 1、α-平滑肌肌动蛋白以及波形蛋白等;细胞增殖和迁移能力增强并分泌大量胶原蛋白,最终血管内皮细胞失去鹅卵石样外形逐渐转变为梭形,且伸出伪足[9]。

图1 EndMT过程

2 EndMT与心脏发育

EndMT最早是由Johannes[10]在研究早期胚胎发育和分化时发现的。有研究表明EndMT在胚胎心脏瓣膜形成和血管发育方面起重要作用,心内膜细胞发生EndMT产生瓣膜祖细胞,是形成心脏瓣膜所必需的;心外膜发生EndMT是心肌生长和冠状血管形成所必需的[11-12]。转录因子Sox7通过 Wnt4-Bmp2 信号轴调节 EndMT 过程,Sox7缺陷严重影响了心脏发育过程中的EndMT,导致房室垫及心内膜发育异常,进而导致先天性心脏病的发生[13]。此外,在心脏胚胎发育过程中NADPH氧化酶2缺乏会导致心内膜垫中 EndMT的发生率降低,导致间隔及瓣膜结构异常[14]。

3 EndMT与MF

MF时成纤维细胞过度增殖,而大约30%的成纤维细胞来源于内皮细胞的EndMT[15]。在EndMT过程中,内皮细胞极性消失,细胞间连接蛋白分解,细胞侵袭和迁移能力增强,这加快了内皮细胞向成纤维细胞的转化,而活化的成纤维细胞向心脏和血管周围的组织分泌过多的细胞外基质,导致胶原蛋白过度沉积,胶原蛋白的积累会损害心肌结构,导致心室重塑和MF[16]。在多种啮齿动物模型中,EndMT已被证明是MF的关键机制,当MF程度较低时,EndMT的发生率降低。Kong等[17]报道,在EndMT过程中,成纤维细胞增加,Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白的合成也相应增加,促进了MF过程,这说明EndMT与纤维化过程中胶原蛋白和成纤维细胞的积累和产生有关。最新研究表明,色素衍生上皮因子通过抑制β-catenin活化,下调了α-SMA和FSP-1的水平,可有效改善心肌梗死大鼠的MF和心功能,这说明EndMT的下调抑制了MF的程度[18]。也有研究发现在病毒性心肌炎模型中,内皮标志蛋白表达减少,间质标志蛋白表达增多,胶原合成增加[19],这也说明EndMT参与了急性病毒性心肌炎的MF。此外,内皮细胞衍生的内皮素-1在链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠模型中通过促进内皮细胞向成纤维细胞转化,导致成纤维细胞的过度聚集,最终导致MF[20]。在高脂肪喂养的载脂蛋白E敲除小鼠模型中,使用酪蛋白诱导炎症,降低了CD31的表达,同时增加了α-SMA和胶原蛋白Ⅰ的表达,这也加剧了心脏血管中的脂质积累和心脏胶原沉积,从而促进了MF的进展[21]。

以上研究表明,EndMT 可通过调节内皮细胞、间质细胞特异性蛋白以及胶原蛋白等的表达,进而调节MF的严重程度。因此,可通过抑制EndMT缓解MF的发生发展。

4 介导EndMT参与MF的因素

4.1 自噬通过调节EndMT影响MF自噬是一种自我清洁修护的过程,在这个过程中机体利用溶酶体降解自身产生的有害物质,在维持心脏内稳态和功能方面发挥重要作用[22-24]。在EndMT过程中自噬相关的蛋白缺乏会促进内皮细胞向间质细胞转化[25],促进MF的发生;而提高自噬水平则会抑制EndMT[26],延缓MF的发生发展。如内脏脂肪组织来源的丝氨酸蛋白酶抑制剂可通过PI3K/AKT-mTOR信号通路激活细胞自噬,改善缺氧刺激导致的细胞损伤,抑制EndMT,最终通过降低Ⅰ型、Ⅲ型胶原含量,延缓大鼠MF的进展[27]。肌成纤维样细胞通过抑制自噬促进人肺微血管内皮细胞发生EndMT[28]。有研究发现,内皮细胞自噬相关基因ATG5缺陷,使白介素-6水平明显增加,最终导致白介素-6依赖性EndMT和MF[29]。自噬基因ATG7可通过调节EndMT调控器官纤维化,在血管内皮细胞中敲低自噬基因ATG7,发现细胞形态变为梭形,内皮细胞的标志蛋白降低,间质细胞标志蛋白升高。因此,自噬相关通路蛋白有可能成为潜在的治疗器官纤维化的靶点[30]。

4.2 多种信号通路可通过调节EndMT抑制患者MF多种信号通路可通过调节EndMT改善患者MF,其中TGF-β/Smad[31]信号通路在调控EndMT中发挥重要作用。如导管素相关抗菌肽在调节宿主防御和免疫方面起着重要作用,其可通过调节AMPKa1/TGFβ信号通路抑制EndMT和MF[31]。Wang等[32]发现NLRC5可促进炎症反应,并通过TGF-β/Smad信号通路及相关转录因子抑制EndMT,从而改善糖尿病心肌病和MF。有研究表明吡格列酮[33]、柴胡皂苷A[34]通过抑制TGF-β/Smad信号通路和EndMT来抑制胶原分泌,对MF有缓解作用。除此之外,钠-葡萄糖协转运蛋白2抑制剂达格列净[35]、白藜芦醇[36]同样可通过调控TGF-β/Smad信号通路抑制EndMT,最终缓解糖尿病心肌病和MF的严重程度。可见,TGF-β/Smad信号通路在调节MF的发生发展中发挥重要作用,通过抑制TGF-β/Smad信号通路来抑制EndMT过程,改善患者MF,提高患者生活质量。

Notch信号通路可通过转录因子Snail、Slug和Zeb1对EndMT过程进行调控进而影响MF。在人脐静脉内皮细胞的研究中,发现Notch信号在TGF-β诱导的EndMT的发展中起重要作用[37]。最新研究表明抗缺血药物曲美他嗪[38]可能部分通过NOX2/NF-κB/Snail途径抑制EndMT来缓解异丙肾上腺素诱导的心力衰竭大鼠的MF并增强左心室收缩力。

Wnt信号通路在调控EndMT中具有重要的作用[39]。在心肌梗死小鼠模型中发现,细胞核中的β-catenin积累会导致VE-cadherin表达降低,纤连蛋白表达增加[40]。

除此之外,有人发现内皮细胞Ets-1缺失可通过抑制EndMT减弱血管紧张素Ⅱ诱导的MF,提示Ets-1在介导EndMT中发挥重要作用[41]。

4.3 micro RNA通过抑制EndMT缓解MF程度近年来,人们发现micro RNA通过抑制EndMT信号通路中的关键蛋白进而调节EndMT过程,在调节MF、心肌肥大、心力衰竭和肺动脉高压等心血管疾病的发生和发展中至关重要[42]。Harris等[43]发现miR-126-3p在血管内皮细胞中高度表达,并参与血管生成和血管完整性的调节。有研究表明,miR-126-3p[44]、miR-222[45]、miR-200b[46]的增加以及miR-21的减少[47]等都可以抑制EndMT,减轻糖尿病小鼠的MF,缓解心功能障碍。除此之外,Geng等[48]发现在高糖刺激下,内皮细胞通过EndMT促进MF,而miR-18a-5p/Notch2信号通路参与了该过程,过表达miR-18a-5p可以下调Notch2的表达进而抑制EndMT。综上,micro RNA可作为介导EndMT治疗MF的新靶点,但仍需进一步探讨micro RNA 及其靶基因在MF中的作用及机制。

4.4 通过调节EndMT从而抑制MF的其他因素乳脂球表皮生长因子8参与心脏纤维化大鼠的EndMT,在TGF-β1诱导的EndMT中发挥保护作用,干扰乳脂球表皮生长因子8增加了间质特异性蛋白的表达,同时减少了内皮特异性蛋白的表达,促进EndMT。乳脂球表皮生长因子8可作为诊断和缓解MF和MF相关心力衰竭的潜在生物标志物或治疗靶点[49]。阻塞性呼吸睡眠暂停综合征诱发的心脏血管周围纤维化与EndMT相关,脯氨酸4-羟化酶域蛋白3过表达有助于预防阻塞性呼吸睡眠暂停综合征,这可能是通过抑制EndMT发挥作用[50],该项研究也从临床角度证实了 EndMT 与MF的关系。胃饥饿素通过抑制大鼠模型中的内皮到间充质的转变,减轻急性心肌梗死后的MF,改善心功能[51]。核受体77通过抑制EndMT参与MF的发生,有望成为心肌梗死后MF的治疗靶点[52]。多肽激素可增加其自身内皮松弛素家族肽受体1的表达,从而介导对EndMT和MF的抑制,提示多肽激素在慢性心力衰竭的抗纤维化治疗中可能起到一定的作用[53]。前列腺素受体在抑制TGF-β诱导的EndMT中发挥重要作用,部分选择性前列腺素受体激动剂通过抑制EndMT来减轻肺动脉高压患者的右心室纤维化[54]。

5 结语

目前,大量研究表明抑制 EndMT 的发生可延缓MF的进程,改善患者生活质量。因此,抑制EndMT 可能成为治疗MF的新策略。但是关于EndMT 导致MF的相关分子机制的研究以及MF治疗的研究仍较少,大多研究都局限在EndMT标志物的表达上。因此,仍需进一步探索EndMT 导致MF的相关分子机制,为基础研究及临床工作提供更多依据。