肝素結合性表皮生長因子在心肌重塑中的作用

邵海濤，張連峰

（中國醫學科學院，北京協和醫學院，醫學實驗動物研究所，衛生部人類疾病比較醫學重點實驗室，國家中醫藥管理局人類疾病動物模型三級實驗室，北京 100021）

1 HB-EGF的結構與功能

HB-EGF是表皮生長因子家族（EGF）的成員之一。人和小鼠的HB-EGF基因分別位于第5號和第18號染色體上，序列長約14Kb，有6個外顯子和5個內含子組成［1，2］。HB-EGF前體（ProHB-EGF）是一種富含208個氨基酸的跨膜蛋白，包括信號肽、前肽、sol-HB-EGF、近膜區、跨膜區和胞質區，在近膜區由卸離酶剪切脫落成為成熟的HB-EGF［3］。成熟的HB-EGF是一種由86個氨基酸殘基構成的糖基化蛋白，約35％的氨基酸與EGF同源，含有兩個功能結構域：一為C末端的EGF樣結構域，另一為N末端的肝素結構域［1］。HB-EGF在多種組織中表達，在肺、心、腦、骨骼肌表達水平較高［4］。HB-EGF是多種類型細胞的有絲分裂原，包括血管平滑肌細胞、成纖維細胞、角質細胞、乳腺和卵巢腫瘤細胞等。HB-EGF參與一系列生理和病理過程，如胚泡著床、傷口愈合、動脈粥樣硬化、腫瘤生長和平滑肌的增生等［5］。

2 HB-EGF的成熟過程及調節

成熟 HB-EGF是由錨定在細胞膜上的前體（ProHB-EGF）剪切而生成。HB-EGF成熟過程是調控它的活性的重要途徑之一。HB-EGF成熟過程異常的基因突變可導致小鼠心臟增大，瓣膜畸形，心功能下降［6］。MAPK，PKC和Ca2+等信號分子參與HB-EGF成熟過程的調節。基質金屬蛋白酶（MMP），MMP3和 MMP7，四種去整合素蛋白酶（ADAM）ADAM10 9，ADAM 10，ADAM 12，ADAM 17都參與 HB-EGF的成熟過程。這幾種蛋白酶的功能作用依細胞類型和生物學環境而定。例如，MMP7在上皮細胞而ADAM12在心肌細胞中發揮作用［7］。

KB-R7785能直接結合ADAM12阻斷HB-EGF的成熟，減緩心肌肥厚的進展［8］。ADAM17在擴張型心肌病和梗阻性肥厚型心肌病中均見表達上調［9］。高度特異的HB-EGF成熟抑制劑可以抑制皮膚傷口愈合、心臟肥大、下頜下腺的發育，這表明HB-EGF胞外成熟和釋放是各種病理生理過程所必需的［8，10，11］。

3 HB-EGF的受體及信號通路

表皮生長因子受體家族包括 EGFR/ErbB1/ HER1，ErbB2/HER2/Neu、ErbB3/HER3和ErbB4/ HER4。EGFR是一種重要的跨膜受體，參與細胞周期，細胞遷徙，增殖和分化及細胞的凋亡等許多細胞過程。EGFR在心臟的發育和維持心臟正常功能方面發揮著重要作用，EGFR基因敲除小鼠表現為心臟半月瓣擴大。心室特異性ErbB2基因敲除小鼠出現心室擴張和收縮功能減退［12］。HB-EGF是EGFR的配體，除可直接與EGFR和ErbB4結合發揮作用外，還可通過異源二聚化作用間接激活ErbB2和ErbB3。HB-EGF與HER1結合后，誘使受體酪氨酸殘基磷酸化，促進細胞遷移和增殖。而與HER4結合主要發揮趨化作用［13］。Nishi［14］等研究發現HB-EGF也可與特異性受體N-精氨酸二堿基轉換酶（Nardilysin，NRDc）結合，通過EGFR增強自身誘導細胞遷移的功能。在G蛋白偶聯受體（GPCR）配體，如溶血磷脂酸、內皮素-1、血管緊張素Ⅱ介導的EGFR反式激活的過程中，HB-EGF發揮著重要作用，而且，此過程也是ProHB-EGF胞外成熟所必需的［15，16］。HB-EGF能夠與某些細胞表面硫酸肝素蛋白多糖（HSPG）結合，使局部HB-EGF濃度增加，從而促進HB-EGF與EGFR的結合，調節其生物學活性［17］。

HB-EGF結合EGFR后，引起受體的二聚化作用，形成同源或異源二聚體。二聚化的受體上特定的酪氨酸殘基發生磷酸化，致使細胞內多條信號通路的激活。目前已發現HB-EGF細胞內信號通路包括MAPK/ERK，JNK，PI3K/Akt及 JAK/STAT3通路。激活的信號通路參與不同的細胞外信號反應，與細胞增殖、生存、遷移和分化相關。在血管平滑肌細胞，HB-EGF參與血管緊張素Ⅱ誘導的ERK及p38MAPK信號通路的激活［16］。Reynolds［18］等通過體外實驗發現HB-EGF促進大鼠血管平滑肌細胞增殖的作用是通過激活ERK1/2，Akt/p70S6K信號通路實現的。另有研究表明HB-EGF可增加CT-1，IL-6，LIF及CNTF的轉錄水平，通過高表達的 IL-6激活JAK-STAT3信號通路，促使血管平滑肌細胞增殖［19］。HB-EGF對內皮細胞的增殖沒有作用，但是血管內皮生長因子（VEGF）能夠誘導血管內皮細胞的HB-EGF表達，實驗證明HB-EGF能夠通過激活PI3K，MAPK及 eNOS促進內皮細胞的血管再生［20］。利用HB-EGF基因腺病毒綠色熒光蛋白表達載體轉染大鼠心肌細胞進行研究，結果發現ERK1/2信號通路參與 HB-EGF引起的心肌肥大［21］。腸缺血再灌注損傷時，HB-EGF表達增加，PI3K和 ERK1/2信號通路激活，給予外源的 HBEGF后，再灌注損傷降低，PI3K和 ERK1/2的磷酸化程度進一步增加。表明HB-EGF可能通過參與激活PI3K和ERK1/2信號通路促進組織修復和腸道滲透屏障的功能恢復［22］。在 HB-EGF對大腦神經細胞增殖作用的研究中發現，HB-EGF能增加ERK和Akt的磷酸化，并且MEK的抑制劑 PD98059和PI3K的抑制劑LY294002降低HB-EGF誘導的細胞增殖，這說明PI3K/AKT及MEK/ERK信號通路參與了HB-EGF誘導的細胞增殖［23］。5-羥色胺通過GPCR促使腎小球系膜細胞增殖，主要是通過誘導HB-EGF脫落，激活下游信號 ERK來完成。而且，外源的HB-EGF刺激人腎小球系膜細胞出現細胞內ERK的磷酸化水平增加［24］。HB-EGF是眼瞼發育過程中的重要因子，在眼瞼的閉合期間，HB-EGF促使眼瞼前緣的形成，主要是通過激活ERK信號途徑促使上皮細胞遷移的完成，而不是誘導細胞增殖［25］。HB-EGF的信號途徑比較復雜，闡明每個信號分子在疾病中所致的生物學效應，有助于利用這些信號分子研發新的藥物。

4 HB-EGF與心肌重塑

心肌重塑是多種心血管疾病發生和發展過程中共有的病理特征，是引起心力衰竭的重要機制，可見于高血壓、動脈粥樣硬化、心肌梗死、心肌病等。心血管疾病中的心肌重塑主要表現為心肌細胞的重塑和細胞外基質（extracellular matrix，ECM）的重塑，前者主要特征是心肌細胞肥大、壞死和凋亡，后者是細胞外基質的增殖及其成分比例的失衡。近年來，研究發現HB-EGF是一種心臟發育所必需因子，HB-EGF基因敲除小鼠多半在離乳前死亡，存活者雖能正常生長和生育，但壽命較短。HBEGF基因敲除小鼠的主要表型特征為心瓣膜畸形、心肌細胞肥大、心腔擴大、縮短分數降低［26］。HBEGF具有促進心肌細胞肥大、成纖維細胞增生、膠原纖維表達增多的生物學特性，在多種心臟疾病中，如高血壓，心肌梗死及心肌病等，HB-EGF表達水平升高。由此可見，HB-EGF在心肌重塑的過程中發揮著一定的作用。

4.1 HB-EGF與高血壓

促進心肌細胞肥大是HB-EGF的顯著的生物學特性。Mark A.Perrella［27］等研究發現去氧腎上腺素和機械生長刺激能夠增加心肌細胞HB-EGF基因的表達，將培養的大鼠心肌細胞置于轉染HB-EGF基因的COS細胞的條件培養基中，結果這些細胞內蛋白含量增加，提示HB-EGF可能是心肌肥大的早期反應基因。M.Asakura［8］等進一步證明了 HBEGF通過增加心肌細胞內總蛋白量引起心肌細胞的肥大，HB-EGF還能促進心肌細胞對3H-亮氨酸的攝取。最近研究發現，脂聯素通過抑制HB-EGF成熟，EGFR磷酸化以及HB-EGF促蛋白合成發揮抗心肌細胞肥大的作用［28］。Takayuki Fujino［29］等發現自發性高血壓大鼠肥厚的左心室中 HB-EGF mRNA和蛋白的表達水平顯著增，但是 HB-EGF mRNA表達增高成短暫性，在第9周達到峰值，隨后降低。免疫組化顯示HB-EGF主要位于心肌細胞膜上，而EGFR主要分布在間質細胞上，尤其是成纖維細胞，HB-EGF可能是通過旁分泌或自分泌的方式調節成纖維細胞的增殖。推測該生長因子可能在高血壓病的早期心室肥厚和心肌纖維化中發揮作用。最近研究證實，血清中高HB-EGF的人群有左心室重量增加的表型，推測增加血清中的 HB-EGF與心肌肥大有一定聯系［30］。但要確定血清中 HBEGF的水平與心肌肥大進程之間的關系，仍需進一步的探索研究。

4.2 HB-EGF與心肌梗死

Nobuyoshi Tanaka［31］等發現在梗死的大鼠心室可看到HB-EGF和Ⅰ型膠原mRNA表達增加，而EGFR mRNA表達量沒有明顯變化。在培養的新生大鼠纖維細胞和心肌細胞中發現，前者的HB-RGF和EGFR mRNA表達量較高。同時，免疫組化顯示梗死區的HB-EGF蛋白表達增加，尤其在間質成纖維細胞中，而EGFR蛋白表達量沒有明顯變化。但尚不能明確HB-EGF水平升高是保護性表達，還是心肌損傷后的出現的病理性過表達。為了進一步明確HB-EGF在心肌梗死后心肌重塑過程中的作用，Ushikoshi H［32］等應用腺病毒為載體的 HB-EGF基因轉導方法在體內和體外研究HB-EGF的作用，結果顯示心肌梗死邊緣區過表達HB-EGF沒有表現心功能改善和血管生成的作用，反而增加了梗死區內的凋亡，纖維化以及心肌成纖維細胞和巨噬細胞的堆積。過表達HB-EGF不僅沒有加劇Fas誘導和氧化應激對原代心肌細胞的凋亡作用，反而使心肌細胞顯著肥大，含有F-肌動蛋白的肌原纖維高度濃縮，增大，數目增多。另外，過表達HB-EGF的心肌成纖維細胞表現為明顯的增殖。這些結果表明高表達的HB-EGF在心肌梗死過程中發揮著病理作用，進一步加重了梗死后心肌重塑。

4.3 HB-EGF與心肌病

cTnTR141W擴張型心肌病轉基因小鼠心臟中HBEGF的表達隨年齡增加而增加，并伴有間質纖維化以及Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原的表達增加。HB-EGF是成纖維細胞的有絲分裂原，外源的HB-EGF刺激心肌成纖維細胞后，成纖維細胞明顯增殖，膠原纖維表達增加［33］，提示HB-EGF可能加速了擴張型心肌病心肌重塑的進程。Iwamoto［12］等證明 HB-EGF基因敲除小鼠出現嚴重的擴張型心肌病的病理特征。由此可見，HB-EGF的缺失和高表達對心肌病的發生和發展都起到促進作用。在 cTnTR141W擴張型心肌病轉基因小鼠中發現HB-EGF和磷酸化的STAT3表達穩定增高，6月齡轉基因小鼠心臟中STAT3的活性顯著增高，與臨床上晚期擴心病病人相似。并且研究發現經人參皂甙Rb1處理后，心肌病小鼠心臟中HB-EGF和磷酸化的 TAT3的表達均恢復正常［34］。臨床上發現先天性擴張型心肌病中磷酸化的STAT3顯著增高，而磷酸化的p38MAPK沒有明顯變化，ERK及JNK沒有明顯的磷酸化［35］，這可能是在不同疾病中MAPKs選擇性激活的結果。這些研究結果表明HB-EGF在擴張型心肌病心肌重塑過程中有可能通過調節STAT3信號通路的活性發揮作用。另外，研究還發現HB-EGF在野生型小鼠心臟組織中的表達隨年齡增加而降低［33］，正常人心臟組織中HB-EGF的表達情況是否也是如此，至今仍未見報道。根據以往的研究，發現心臟病變情況下HB-EGF的表達與此相反，推測HB-EGF在維持正常心臟功能方面的作用較小，只有在心臟發生病變時，HB-EGF重新出現高表達，促進心肌細胞肥大以及纖維化的形成，避免心臟快速進入失代償狀態。HB-EGF可能是心肌病及其他心臟疾病心肌重塑的重要的始動因子。

5 結束語

心肌重塑具體的病理生理機制比較復雜，往往是各個系統、各種因子相互協同起著促進的作用。HB-EGF引起的心肌重塑在多種心臟疾病中均會出現，闡明HB-EGF在心肌重塑過程中的作用機制，對于預防和逆轉心肌重塑意義重大。隨著對HB-EGF生物學特性的深入研究，相信人們能夠明確 HBEGF在心肌重塑中的作用機制，為生物制藥及臨床治療心肌重塑提供新的思路。

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