心肌纤维化与AMPK-mTOR-ULK1信号通路研究进展

2024-06-09刘志强张翠董文敬刘振孙经武

国际医药卫生导报 2024年8期

刘志强张翠董文敬刘振孙经武

滨州医学院附属医院心内科，滨州 256603

随着社会环境、生活方式的改变及医疗技术的不断发展，心血管疾病的发病率及检出率呈逐年增高的趋势；心肌纤维化伴随着多种心血管疾病的发生，是心血管系统疾患的病理学基础，其发生过程中有心肌细胞凋亡、成纤维细胞（CFs）增生以及瘢痕组织过度沉积，均会促使纤维化的发展［1］。研究证实，多种机制可造成心肌纤维化，包括氧化应激、炎症反应、细胞死亡等［2］。腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）-雷帕霉素靶蛋白（mTOR）-Unc-51 样自噬激活激酶1（ULK1）信号通路在心肌纤维化发展过程中起到了重要作用，可减轻心肌纤维化，并且可改善心血管功能，本文就AMPK-mTOR-ULK1 信号通路与心肌纤维化的最新研究展开系统综述。

心肌纤维化的概述

心肌纤维化被认为是细胞外基质（ECM）的过度积累与CFs 的异常增生。ECM 是由胶原蛋白、层粘连蛋白、蛋白聚糖以及其他几种糖蛋白组成［3］。当心肌受到损伤时，激活CFs，从而产生大量的胶原纤维，心肌的主要成分是胶原蛋白Ⅰ型和Ⅲ型［4］。心肌纤维化可造成心肌泵功能受损，导致收缩舒张功能障碍，这也是多种心血管疾病的共同病理过程［5］。心肌纤维化可大致分为浸润性血管周围纤维化、反应性间质纤维化和替代纤维化3种亚型［6-8］。

心肌纤维化的发生发展与炎症反应、氧化应激、神经体液等多种因素有关。心肌细胞发生损伤时，机体处于应激条件，可激活β 肾上腺素能受体，从而诱导白细胞介素、肿瘤坏死因子等炎症细胞因子的表达，促使心肌纤维化的发生发展，引发心肌重塑［9］。心肌细胞中均存在氧化还原反应，且长期维持在平衡状态，当心肌受损或死亡时可打破此平衡，进而发生氧化应激，因此氧化应激也被定义为活性氧（ROS）生成与降解的失衡或氧化与抗氧化平衡的打破［10］。当ROS大量生成时，会导致蛋白质过氧化和细胞死亡，还可激活转录因子促使细胞凋亡，进一步诱导心肌纤维化的发生［11-12］。有研究证实，ROS 显著增加时，可激活转化生长因子β1/Smad 通路，导致纤维蛋白增加，致使心肌纤维化［13］。肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）对机体维持正常稳态起着重要作用，当RAAS 过度激活时，可导致心血管疾病的发生。有研究证实，血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）可影响收缩压导致心肌纤维化［14］，应用卡托普利（AngⅡ受体拮抗剂）可降低胶原蛋白，并减轻心肌纤维化［15］。

AMPK-mTOR-ULK1信号通路概述

AMPK 是一磷酸腺苷（AMP）依赖的蛋白激酶，是生物能量代谢调节的关键分子［16］。其中AMPK 包括三个亚基，一个催化亚基（α 亚基），两个调节亚基（β 亚基、γ 亚基），并且以异源三聚体的形式存在。AMPK 是基于磷酸化的信号通路，具有级联放大的特点，且对于自噬发挥着重要作用［17］。自噬是细胞内普遍存在的，有助于维持细胞内环境平衡的分解代谢过程，在维持细胞的生长发育上起到了重要作用［18］。许多研究表明，自噬在心肌纤维化中起着重要作用［19-21］。AMPK 被上游的激酶所激活，从而使AMPK 通路进一步向下传导，从而参与多种生物过程；从细胞水平来看，AMPK 通路可促进细胞增殖和凋亡；从个体水平来看，具有调控代谢的作用［22］。AMPK 激活后可以直接磷酸化mTOR上游结节性硬化复合物，以及mTOR复合物的亚基调节相关蛋白，从而降低mTOR 活性，进一步促进ULK1 磷酸化从而激活自噬［23-25］。也可直接磷酸化ULK1 来调节自噬［26］。

AMPK-mTOR-ULK1对CFs及ECM的影响

心肌细胞和CFs 在心脏中占很大比重，是数量最多的细胞。ECM 是一种复杂而动态的结构，可提供细胞所在的支架［3］。Han和Zhou［27］研究发现，特定的CFs群在心肌损伤后修复起着重要作用，并且多种信号通路均可参与调节CFs，从而减轻心脏纤维化并促进损伤后的心脏修复。Yang等［28］研究发现，Ang Ⅱ可促进磷酸化mTOR 的表达及下调AMPK 磷酸化水平，从而使CFs 自噬、凋亡失衡以及细胞损伤，并且通过试验证实了给予微小核糖核酸122-5p 抑制剂可通过激活AMPK/mTOR 信号通路显著改善CFs，进而对抗心肌纤维化。

心肌纤维化主要是ECM 的过度积累，而ECM 蛋白主要由肌成纤维细胞（MFB）产生。MFB 是病理重塑中的主要介质细胞，当心肌受到大量刺激（如机械刺激、生长因子），可诱导CFs 分化，CFs 可分化为MFB［29］，MFB 产生时会分泌胶原蛋白，而胶原蛋白的大量沉积，对于调节纤维化的进展至关重要［30-31］。虽然MFB 对于ECM 分泌至关重要，但长期存在和持续激活会导致器官纤维化的发生和心功能不全。

研究发现，抑制连续的MFB 分化并将其维持在生理需要量，则可以避免纤维化发生［32］。在伤口愈合中，MFB转分化是重要的表现形式，可产生分泌和重塑ECM 的促纤维化效应细胞，从而造成纤维化的发生［33］。AMPK 磷酸化可抑制MFB 分化。研究表明，黄芩苷可通过调节AMPK 信号通路的激活来抑制ECM增殖，从而抑制心脏纤维化［34］。

Kong 等［35］研究证实，姜黄素通过激活自噬有效减少了肝细胞中上皮-间充质转化的发生并抑制了ECM 的产生、肝细胞中的ROS 和氧化应激水平，从而调节自噬AMPK 和mTOR 的上游信号通路，导致肝细胞自噬，抑制纤维化。也有研究发现，肾纤维化的主要特征是MFB 的活化、大量ECM在肾脏中的沉积，最终导致肾脏纤维化，并通过试验证实解毒通络保肾方通过AMPK 通路增强肾小管上皮细胞的自噬活性来抑制糖尿病肾病肾纤维化［36］。

AMPK-mTOR-ULK1信号通路与心肌纤维化的试验研究

炎症因子、氧化应激、RAAS 等因素在心肌纤维化起始有重要作用。Huang 等［37］和Wang 等［38］试验证明，给予异丙肾上腺素（ISO）诱导后的心肌纤维化大鼠，在应用皂苷后，通过AMPK/mTOR/ULK1 途径增强基础自噬来抑制炎性细胞浸润，减少胶原纤维蛋白的沉积和心肌细胞凋亡，从而改善心功能与心肌纤维化。Huang 等［39］研究表明，炎症因子可促进纤维化的发生发展，小檗碱（BBR）可显著激活白介素-1β 抑制的自噬。 BBR 刺激的自噬可通过AMPK-mTOR-ULK1 信号通路来进行表达，且表达随着信号通路的抑制而减弱［39-40］。TSC2是一种三磷酸鸟苷酶激活蛋白，TSC2 磷酸化可抑制mTOR 的活性，研究显示，当应用药物抑制TSC2 磷酸化，会使mTOR 过度激活，从而造成心脏超负荷及多种心脏疾病［41］。

研究表明，抗衰老蛋白可罗索（Klotho）可通过调节AMPK/mTOR信号传导减轻心肌炎症及氧化应激，并减少心脏纤维化，进而改善心肌梗死小鼠的心脏重塑［42］。Zhao等［43］研究发现，ISO 诱导的纤维化大鼠在四苗永安汤治疗后，可能通过调节AMPK抑制下游的蛋白激酶B/mTOR途径减少其纤维化损伤和胶原纤维沉积，从而改善心脏功能。Ang Ⅱ可以显著提高C 型利钠肽（CNP）蛋白质水平在CFs中的表达，且过量Ang Ⅱ诱导的转化生长因子-β1 可导致心脏纤维化和重塑；研究证实，CNP 可通过磷酸化AMP 来激活AMPK 通路，对抗心肌纤维化［33］。研究发现，褪黑激素可显著增加AMPK 和ULK1 的表达，并降低mTOR 表达，从而激活自噬，使血管平滑肌细胞钙化减少［44］。

以上研究表明，压力负荷、氧化应激、炎症因子等因素可促进心肌纤维化的发生，并且沟通激活AMPK-mTOR-ULK1信号通路可对抗纤维化。