骨膜蛋白在心血管疾病中的研究进展

方学升 ， 包明威

1.武汉大学人民医院心血管内科，武汉 430060；2.武汉大学心血管病研究所，武汉 430060；3.湖北省心血管病重点实验室，武汉 430060

目前，我国心血管疾病患者多达3亿，其中高血压患者2.45亿、下肢动脉疾病患者4530万、冠心病患者1139万、心力衰竭（heart failure，HF）患者890万、肺源性心脏病患者500万、心房颤动（atrial fibrillation，AF）患者487万、风湿性心脏病患者250万。心血管疾病病因复杂且缺乏有效的治疗方式，心血管疾病已成为威胁人类健康的首要因素［1］。近年来，研究发现在心血管系统的许多细胞，如内皮细胞（endothelial cells，ECs）、心肌细胞、血管平滑肌细胞（smooth muscle cells，SMCs）、上皮细胞和成纤维细胞中均可检测到骨膜蛋白（periostin，POSTN）表达，且与心肌梗死（myocardial infarction，MI）、心脏重塑、血管病变等病理过程密切相关［2］。因此，POSTN有望成为心血管疾病防治的新靶点，本文就POSTN与心血管疾病的相关研究作综述，以期为心血管疾病的早期发现、早期诊断、早期治疗及预后评估提供新思路。

1 POSTN结构与生物学功能

POSTN是一种90 kD的细胞外基质蛋白，其组成包括C末端9个外显子组成的选择性剪接区、中央部分4个连续的FAS结构域、N-末端的Emily（EMI）结构域［2］。EMI结构域与蛋白质的相互作用或多聚体化有关，FAS结构域与细胞黏附相关。在正常情况下，在各个组织中仅能检测到微量的POSTN，例如在结缔组织中的胶原密集区域，包括牙周膜、骨膜、心脏瓣膜等［3］。而POSTN的表达和分泌在炎症、梗死心肌、纤维化及癌变组织中明显升高［2］。此外，POSTN被认为与多种整合素受体相互作用，包括αVβ1、αVβ3、αVβ5、αMβ2和α6β4，以启动细胞增殖、迁移、上皮细胞向间质转化、血管新生和钙化，调节结缔组织的生物力学性质，以及损伤后心肌细胞的修复过程［4］。

2 POSTN与心血管系统疾病

2.1 POSTN与血管病变

动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）是最常见的心血管疾病之一，其主要表现为脂质、炎性细胞、血管SMCs和坏死性细胞碎片在血管内壁单层ECs下的内膜空间长期积聚形成纤维帽而导致管腔狭窄，最终引发临床并发症，如MI和脑卒中［5］。ECs功能障碍是AS发病机制中的关键事件，ECs的炎症、氧化应激、凋亡均会破坏内皮结构的完整性，促进泡沫细胞的形成。Cao等［6］研究发现长链非编码RNA（long noncoding RNA，LncRNA）H19在AS患者和氧化的低密度脂蛋白（oxidized low-density lipoprotein，oxLDL）诱导的人脐静脉ECs中表达上调，incRNAH19基因敲除会抑制ox-LDL诱导人脐静脉EC的炎症、凋亡和氧化应激，这一过程可能与miR-let-7/POSTN信号轴有关。目前，大多数关于AS的研究都集中在内膜和中膜上，外膜作为动脉的支持组织，外膜成纤维细胞作为外膜中含量最丰富的细胞类型，可以与动脉内膜和中膜中的其他细胞类型相互作用，并通过分泌细胞因子和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）来传递化学和机械信号，最终改变动脉的机械特性［7］。在AS小鼠模型中，促炎因子转化生长因子（transforming growth factor）-β1上调外膜成纤维细胞POSTN的表达，上调的POSTN反过来促进成纤维细胞分泌TGF-β1以及胶原蛋白Ⅰ、胶原蛋白Ⅲ和基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）等ECM相关蛋白的表达，并通过局部粘着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）和Src磷酸化激活整合素相关通路来促进血管外膜的重塑［8］。在体外研究中，POSTN的表达和分泌在ox-LDL处理后的THP-1巨噬细胞中显著增加，并且能促进AS病变中巨噬细胞的募集、迁移，从而形成AS特征性的泡沫细胞；此外，敲除POSTN可阻断oxLDL诱导的THP-1巨噬细胞内脂质堆积和胆固醇外流，减少泡沫细胞的形成，延缓AS的进展［9］。综上所述，POSTN参与了AS发生中ECs损伤、脂质沉积、泡沫细胞形成等多个过程，有望成为一个有效的治疗靶点。

血管钙化是血管病变的另一种形式，主要表现为钙磷酸盐复合物沉积于血管壁，造成动脉硬化。虽然血管钙化被认为是正常衰老过程的一部分，但某些病理过程，如AS、高血压、高脂血症等心血管疾病与血管钙化密切相关［10］。Alesutan等［11］研究发现POSTN诱导血管SMCs促钙化标志物mRNA的表达，Wnt/β-catenin通路抑制剂和整合素αvβ3阻断抗体的联合治疗可改善POSTN的促钙化作用，这些结果表明POSTN可以通过整合素αvβ3受体和Wnt/β-catenin通路促进血管SMCs钙化。此外，POSTN在糖尿病大鼠钙化动脉和晚期糖基化终产物——牛血清白蛋白介导的血管SMCs钙化中均大幅度上调，并且通过氧化应激途径阻断自噬来加剧糖尿病血管钙化［12］。Zhu等［13］研究表明POSTN促进了血管SMCs中的糖酵解和线粒体功能障碍，并抑制过氧化物酶体增殖激活受体γ表达，从而引发动脉钙化；此外，冠状动脉钙化患者的血浆POSTN水平与Agaston评分呈正相关。上述结果表明，POSTN促进血管病变的发生发展，因此靶向抑制POSTN可以抑制AS和血管钙化，缓解疾病进展。

2.2 POSTN与血管新生

POSTN不仅与AS和血管钙化有关，而且参与了血管新生。在异丙肾上腺素诱导的心肌损伤模型中，POSTN通过上调血小板反应蛋白1、肝细胞生长因子和TGF-β2表达来促进血管生成，从而减轻心肌细胞损伤［14］。研究表明，肌内注射POSTN重组蛋白可增加缺血部位血流灌注，缓解小鼠缺血肢体的损伤［15］，其潜在的机制可能是POSTN促进内皮集落形成细胞（endothelial colony forming cells，ECFC）迁移和微管形成，ECFC具有克隆潜力，能够在体内外生成ECs，促进血管生成。血管生成可以改善组织血供，增加供氧，一定程度上有利于组织损伤的修复。目前，大多数关于POSTN血管生成的研究集中于动物模型，未来还需大量的临床研究来推动临床转化。

2.3 POSTN与肺动脉高压

肺动脉高压（pulmonary hypertension，PH）是一种威胁生命的难治性疾病，主要病理特点是肺小血管重塑，表现为中膜SMCs的过度增殖和血管管腔的持续狭窄，造成肺动脉压力持续升高，最终导致右心衰竭和死亡［16］。PH的发病机制尚不清楚，目前认为与基因突变、炎症、肺动脉ECs功能失调、血管SMCs过度增殖等众多因素相关［16-17］。

PH患者的血清及百合碱诱导的PH大鼠右心室POSTN表达水平明显升高［18-19］。最近的研究指出，POSTN通过M2型巨噬细胞招募和成纤维细胞生长因子2参与多种实验性PH的发展，同时PH患者血清POSTN水平与他们的预后紧密相关［18］。Bruns等［20］研究表明心脏成纤维细胞（cardiac fibroblasts，CFs）分泌的POSTN驱动心肌细胞去分化，导致实验性PH的右心室功能障碍。Imoto等［19］研究可得出相同的结论，在百合碱诱导的PH大鼠模型中，POSTN通过诱导右心室CFs诱导型一氧化氮合酶的表达来介导右心衰竭。在细胞水平上，肺动脉SMCs在暴露于香烟烟雾后产生大量活性氧，活性氧通过激活细胞外调节蛋白激酶1/2（extracellular regulated protein kinases 1/2，ERK1/2）通路上调POSTN的表达，从而导致肺动脉SMCs的增殖和迁移［21］。在缺氧诱导的PH小鼠模型中，POSTN的过度表达会影响ECs的生存和血管生成能力［22］。有趣的是，在缺氧处理的人肺动脉ECs研究中发现POSTN主要表达在细胞核，导致ECs功能失调，然而细胞质中的POSTN被分泌到细胞外区域促进肺动脉SMCs增殖和迁移，这些结果表明POSTN对肺动脉ECs和SMCs均有调节作用；此外，该研究进一步在分子水平上揭示了POSTN可下调骨形态发生蛋白受体2（bone morphogenetic protein receptor 2，BMPR2）及其下游相关信号的表达，而BMPR2的突变是导致特发性PH的重要因素［22］。以上研究表明，POSTN促进了PH动物及PH患者的疾病进展，并且POSTN的表达水平与预后呈负相关，因此干预POSTN可有效地改善PH预后。

2.4 POSTN与心肌梗死后心脏重塑

心肌梗死（MI）是指在冠状动脉粥样硬化的基础上冠脉管腔的急剧闭塞造成心肌缺血缺氧，导致心肌细胞急剧丢失的一种疾病，此过程伴有炎症细胞浸润、代谢失调以及严重纤维化疤痕形成，促进心脏重塑［23］。心脏纤维化是心脏重塑的主要病理过程，以ECM蛋白在心肌间质内过度沉积为特征，可破坏心肌结构，促进心律失常和心功能障碍的进展，最终导致HF［24］。在纤维化过程中，CFs在缺血性、机械性、炎性因子等病理因素刺激下，重新获得活化的合成表型，导致ECM沉积和纤维化增加［25］。Kaur等［25］分析了健康和疾病条件下可能的CFs标记基因在单细胞水平上的表达，并确定了POSTN是与激活的CFs表型相关性最好的标记。POSTN参与ECM的发育和成熟，并且介导细胞基质信号传导、细胞存活和上皮间充质转换等过程［26］。POSTN在MI后心脏重塑的不同阶段可能有不同的作用。在MI早期（1周内），POSTN通过介导抗炎的M2型巨噬细胞极化，减轻MI后心肌的炎症负担，保护心功能；在增殖期和成熟期，POSTN促进心脏纤维化和瘢痕形成，导致心脏病理性重构［27］。Kaur等［25］研究还发现在血管紧张素Ⅱ诱导的小鼠心脏纤维化模型以及小鼠的MI模型中，消融活化的CFs可显著减少心肌纤维化并改善心功能，而不会降低瘢痕的稳定性［25］。同样在大鼠MI模型中，MI区近端的POSTN表达水平明显升高，促进ECM合成，导致正常心肌被纤维组织替代，此过程被认为可以预防心脏破裂的发生［28］。此外，POSTN已被报道用于MI危险分层，MI患者血清POSTN水平与左室射血分数成负相关，这可能预示着短期疾病预后不良［29］。综上，POSTN参与了心肌损伤的修复过程，对于保护心脏功能和防止心脏破裂至关重要。与此同时，POSTN也参与了病理条件下心脏的重塑过程，引起心肌僵硬、顺应性下降，最终导致HF。

2.5 POSTN与心脏瓣膜疾病

心脏的瓣膜对于确保血液从心脏向一个方向流动至关重要。心脏瓣膜的发育受到不同心脏细胞类型之间相互作用的调节，并受到血流驱动力的影响［30］。POSTN在促进瓣膜的形成、成熟和重塑过程中起到了重要作用，可促进瓣膜前体间质细胞向瓣膜间质细胞（valvular interstitial cells，VICs）分化［31］。VICs是瓣叶内最丰富的细胞类型之一，VICs的激活是不同形式瓣膜病变的共同特征，在机械或者化学刺激下，静止的VICs分化为表达α-平滑肌肌动蛋白的肌成纤维细胞，促进ECM合成从而导致瓣膜重塑［31］。有研究指出，缺乏POSTN基因的小鼠主动脉瓣叶中段变得肥厚和异常缩短，组织学上显示瓣叶的纤维基质分布紊乱［32］。此外，在AS和类风湿关节炎患者心脏瓣膜中，POSTN通过促进MMP2和MMP9的分泌导致瓣膜变性，而瓣膜变性促进表达POSTN的炎症细胞和肌成纤维细胞对瓣膜的浸润，从而在心脏瓣膜中形成恶性循环，加剧瓣膜损伤；同时，该研究进一步指出，高脂喂养的野生型小鼠瓣膜增厚退化，主动脉瓣明显重塑，而在POSTN缺失小鼠中上述表现明显改善［33］。综上可知，POSTN是心脏瓣膜发育和成熟所必需的，但在各种心脏瓣膜疾病中POSTN表达显著上调，导致瓣膜异常的重塑。

2.6 POSTN与心房颤动

心房颤动（atrial fibrillation，AF）是指心房中的电信号快速而紊乱，产生不规则的心律。AF最严重的后果可能是脑卒中和HF［34］。最新研究指出心房纤维化会导致心房重塑和心房电传导的分离，从而导致AF的易感性和持续性增加［35］。POSTN在窦房结功能障碍兔的心房中表达增加，通过TGF-β通路介导的过度ECM沉积导致心房纤维化，从而促进AF的发生［36］。此外，Fang等［37］研究了103例AF患者接受导管消融术，3个月后随访发现27例患者消融术后AF复发，并且在复发的人群中血清POSTN浓度明显升高。因此，血清POSTN可能是预测导管消融术后AF早期复发的一个重要生物标记物，为未来POSTN在AF中的进一步研究指明了方向，但此研究样本量较少，未来还需更多样本、多中心的临床研究来证实。POSTN可能是防治AF新的靶点，但POSTN导致AF的具体机制还需进一步探索。

3 展望

综上所述，POSTN是一种ECM相关蛋白，在多种组织中都有表达，在炎症、受损组织中明显升高，与组织的修复再生有关。最近研究表明POSTN作为一个重要生物标记物，参与AS、血管钙化、MI后心脏重塑、PH、心脏瓣膜疾病、AF等相关心血管疾病的发生发展，但POSTN在上述疾病的作用机制仍然不清楚，且POSTN在心血管领域的多个疾病中都扮演了重要角色，因此针对POSTN为靶点研究心血管疾病对疾病的早期发现、早期诊断、早期治疗及预后评估具有重要意义。