腫瘤壞死因子樣凋亡微弱誘導劑在心臟重塑及其相關疾病中作用的研究進展

任滿意、張小娟綜述，鐘敬泉審校

腫瘤壞死因子樣凋亡微弱誘導劑在心臟重塑及其相關疾病中作用的研究進展

任滿意、張小娟綜述，鐘敬泉審校

心力衰竭的病理生理基礎是心臟重塑，它能造成心肌細胞增殖、肥大、壞死、凋亡、自噬、間質纖維化、心室擴張和收縮功能不全等結構和功能的改變。研究表明腫瘤壞死因子樣凋亡微弱誘導劑（TWEAK）通過與它的受體成纖維細胞生長因子誘導早期反應蛋白14（Fn14）結合參與了這一過程。

腫瘤壞死因子樣凋亡微弱誘導劑；成纖維細胞生長因子誘導早期反應蛋白14；心臟重塑；機制

心力衰竭（心衰）是一種復雜的臨床綜合征，它是由任何能損害心室充盈或射血的心臟結構和功能異常所致。心衰的病理生理基礎是心臟重塑。心臟重塑被定義為基因組表達、分子、細胞及間質的改變所造成的業已為臨床所證實的在損傷后心臟大小、形狀及功能的改變。在細胞水平，心臟重塑表現為心肌細胞增殖、肥大、壞死、凋亡、自噬、纖維化、增長的膠原纖維和成纖維細胞增殖。心肌細胞是參與心臟重塑過程中的主要細胞。其他的成分包括間質、成纖維細胞、膠原和冠狀動脈血管。

作為腫瘤壞死因子超家族的新成員之一，腫瘤壞死因子樣凋亡微弱誘導劑（TWEAK）是一種近來已明確具有多種功能的細胞因子，它能調節多種生物學過程包括增生、遷移、凋亡、分化、血管生成和炎癥[1]。TWEAK通過與它的受體成纖維細胞生長因子誘導早期反應蛋白14（Fn14）結合發揮作用。這種結合能夠激活各種細胞內的信號通路包括經典和非經典的核轉錄因子кB（NF-кB）通路[2]和有絲分裂原活化蛋白激酶通路[3]。

研究表明TWEAK/Fn14軸與多種心血管疾病密切相關，這些疾病包括心衰、心肌梗死和高血壓[4-10]。本文將總結已有的證據，對TWEAK/Fn14在心臟重塑及其相關疾病中作用的研究進展做一綜述。

1 腫瘤壞死因子樣凋亡微弱誘導劑和成纖維細胞生長因子誘導早期反應蛋白14的結構與表達

1997年，Chicheportiche等研究發現，TWEAK 基因位于染色體17p13.1上，由249個氨基酸組成，是一種II型膜蛋白，其N端包含疏水鍵，允許其N端插入細胞膜，C端胞外區域包含其受體結合位點[11]。因其具有由β夾心結構組成的腫瘤壞死因子同源結構域，故屬其超家族成員。生化分析顯示TWEAK是同源三聚體分子，在β折疊間的二硫鍵結構模式類似于腫瘤壞死因子超家族配體B細胞刺激因子、增殖誘導配體和外異蛋白A[12]。TWEAK在細胞內質網合成初是一種膜結合蛋白，很快被氟林蛋白酶水解成具有生物學特性的由156個氨基酸構成的可溶性片段[1,11]。2001年，Fn14被證實為TWEAK的受體，是迄今為止最小的腫瘤壞死因子受體超家族成員[13]。人類Fn14基因位于染色體16p13.3上，為編碼129個氨基酸的I型膜蛋白[14]。它隨后被信號肽水解成由102個氨基酸組成的細胞表面受體[13]。

TWEAK廣泛表達于各種組織和器官，如心臟、血管、胰腺、小腸、大腦、肺、卵巢和骨骼肌，在肝和腎也有低水平的表達[11]。在心臟、腎、肺及胎盤可見Fn14信使核糖核酸（mRNA）高表達[14,15]。在心血管系統，TWEAK和Fn14 mRNA或蛋白可表達于心肌細胞[16-19]、人內皮細胞[13,18]和平滑肌細胞[20]，此外，Fn14 mRNA還可表達于心肌成纖維細胞[21]。

2 在心肌肥厚中的作用

血流動力學容量負荷過重會發生離心性肥厚，而壓力超負荷會導致向心性肥厚。心肌細胞肥大導致胚胎基因激活和再表達，進而促進已經衰竭的心肌細胞發生收縮功能不全。從表達全長TWEAK的成年小鼠上分離的心肌細胞證實細胞的肥大伴隨著心肌的伸長和細胞寬度的減少，并且表現出細胞縮短減小和細胞松弛延長，和對照組相比，全長TWEAK轉基因小鼠的心臟重量與體重之比明顯增加，TWEAK誘導的左室心肌離心性肥厚不依賴于心肌細胞的腫瘤壞死因子信號通路，但至少部分依靠Fn14來激活NF-кB通路[17]。而另一項動物實驗證實，結扎肺動脈后壓力超負荷所致的右心室向心性肥厚在敲除Fn14基因的小鼠要比對照組減輕很多，因為實驗組心肌細胞的大小顯著小于對照組[6]。眾所周知，有絲分裂原活化蛋白激酶/細胞外調節蛋白激酶1和2通路參與了心肌肥厚且TWEAK能通過與Fn14結合來激活有絲分裂原活化蛋白激酶通路[3]。因此，TWEAK-Fn14軸也可能通過激活上述通路促進心肌肥厚。

3 在心臟間質纖維化中的作用

心臟纖維化是指由心肌成纖維細胞介導的細胞外基質的進行性聚積。心臟間質纖維化是不良心臟重塑的標志，能促進心肌僵硬、使其舒張和收縮功能受損和發生心律失常。在擴張型心肌病全長TWEAK轉基因小鼠上，可觀察到心肌及其血管周圍出現了進行性的纖維化，在終末期心臟纖維化最明顯[16]。在體實驗表明，Fn14在自發性高血壓大鼠的心肌纖維中起著重要作用，因為Fn14在左心室的表達水平明顯升高，而培哚普利能通過減少Fn14的表達來減輕心肌纖維化[9]。進一步的離體實驗證實，TWEAK能過與Fn14受體結合激活NF-кB和P38絲裂原活化蛋白激酶信號通路來促進大鼠心肌成纖維細胞增殖和膠原合成[21,22]。最新的研究表明，敲除Fn14基因的小鼠能減輕因肺動脈結扎所致的右心室纖維化[6]。細胞實驗證實Fn14激活能通過心肌素相關轉錄因子A信號通路誘導膠原表達、心肌纖維細胞增殖和肌纖維母細胞分化[6]。綜上，這些證據表明TWEAK/ Fn14軸參與了心肌纖維化。

4 在心肌細胞增殖中的作用

傳統觀點認為，心肌細胞僅僅在胎兒出生前增殖，在出生之后不久即終止分化。成人心肌肥厚也是業已存在的心肌細胞發生擴大，但無增殖。然而，早在20世紀50年代中期Linzbach 等[23]已研究發現，在已心衰的人心臟上仍可見心肌細胞增殖。近年來人和動物的實驗研究進一步證實了這一假說，發現在失代償的心臟可見心肌細胞增殖[24]。上述研究表明，心肌細胞增殖參與了心室重塑的病理過程。

近來的研究證實，TWEAK能通過促進有絲分裂和誘導DNA合成從而誘導出生后的大鼠心肌細胞增殖。進一步研究表明，TWEAK通過Fn14信號通路介導DNA合成是細胞增殖的前提[19]。TWEAK/ Fn14相互作用的機制是TWEAK能激活磷酯酰肌醇3激酶、細胞外調節蛋白激酶和糖原合成酶激酶-3β亞型通路，通過它們的相互協同最終促進心肌細胞增殖。與新生的心肌細胞不同，由于成年的心肌細胞表達Fn14減少，故TWEAK幾乎不能誘導其增殖。但是，TWEAK能顯著誘導過表達Fn14的成年心肌細胞合成DNA。因此，推測TWEAK/Fn14也許在心肌細胞增殖中起著重要作用，因為來自心衰的心肌細胞Fn14的表達水平明顯升高。然而，過表達TWEAK的轉基因小鼠卻顯示進行性的心室功能不全而無任何心肌細胞增殖的證據[16]。因此，TWEAK能否促進在體的心肌細胞增殖仍需進一步研究。

5 在擴張型心肌病心臟收縮功能不全中的作用

心臟收縮功能不全是心臟失代償的重要標志，它源自機械應力、缺血和某些激素，并由心臟不良重塑所致。Jain等[16]研究發現，全長TWEAK轉基因小鼠能發生進行性擴張型心肌病隨后發生心衰，并伴有明顯的雙心室擴大，這和其的心臟重量與體重之比以及肺濕重與干重比值的增加是一致的。擴張型心肌病的進展使全長TWEAK轉基因小鼠的死亡率增加，僅50%能在半年后存活，而在對照組是100%存活。與全長TWEAK轉基因小鼠相比，腺病毒轉染TWEAK的小鼠血液中循環的TWEAK明顯升高，在2至3周后更快地進展至心功能不全和心臟擴張。與全長TWEAK轉基因小鼠類似，腺病毒轉染TWEAK小鼠表現出顯著的心臟擴大、心臟重量與體重之比明顯增大、在體心室進行性擴張以及受損的收縮功能和胚胎基因程序改變。而缺乏Fn14受體的小鼠能正常存活且心臟功能正常，表明TWEAK誘導的心臟功能不全是通過Fn14實現的。新近研究證實，TWEAK能通過Fn14/腫瘤壞死因子受體相關因子2/NF-кB依賴的信號通路經下調過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α誘導擴張型心肌病心臟收縮功能不全[7]。上述結果表明，TWEAK/Fn14及其下游信號通路參與了擴張型心肌病所致的心衰。因此，針對上述通路進行干預治療，有可能延緩心衰進程。

6 在急性心肌梗死后心臟重塑中的作用

不良心肌梗死后心臟重塑是一種病理過程，這一過程涉及在梗死和非梗死心肌中心肌細胞和細胞外基質結構和功能的進行性改變，并導致明顯的左室腔擴張、間質纖維化、心肌細胞肥大、凋亡和收縮功能降低。研究表明TWEAK/ Fn14參與了心肌梗死后心臟重塑的病理過程。臨床研究發現可溶性TWEAK在急性ST段抬高性心肌梗死病人明顯升高[8]。在結扎左前降支導致大鼠急性心肌梗死的模型中，能觀察到左室Fn14 mRNA和蛋白水平快速而持久性升高。除了在心肌梗死4周后TWEAK mRNA 水平有4.2倍的增長外，TWEAK mRNA和蛋白水平在心肌梗死組和對照組無差別[18]。與此結果類似，另一項研究證實TWEAK和Fn14 在小鼠梗死心肌中表達上調，重組可溶性TWEAK可通過誘發心臟破裂增加小鼠急性心肌梗死后的死亡率。這一作用是因重組TWEAK能上調大量細胞因子如γ干擾素、T細胞表達和分泌的活性調節蛋白和單核細胞趨化蛋白-1的表達，而這些細胞因子能招募炎性細胞并促進梗死邊緣區炎癥反應所致[25]。Chorianopoulos等[11]研究發現TWEAK和Fn14在小鼠左室非梗死心肌也顯著上調。而且，在急性心肌梗死后第28天，TWEAK誘導的非梗死心肌T細胞表達和分泌的活性調節蛋白和單核細胞趨化蛋白-1表達的明顯升高與TWEAK和Fn14和表達上調同時并存[17]。鑒于這兩個表達升高的基因是依賴于NF-кB的，推測TWEAK/Fn14軸可能通過激活NF-кB信號通路促進急性心肌梗死后心臟重塑。近來研究表明，NF-κB抑制劑可能通過腫瘤壞死因子α及基質金屬蛋白酶-9表達，降低膠原降解并抑制膠原合成來降低老齡小鼠急性心肌梗死后心臟破裂率，改善心室重構[26]。因此，應用針對TWEAK/Fn14/ NF-кB軸的特異性抗體或抑制劑來抑制急性心肌梗死后的心室重塑是可能的。

7 對急性心肌梗死或心力衰竭的預測價值

對急性ST段抬高性心肌梗死病人，入院時升高的可溶性TWEAK水平預示著短期預后不良且與住院時間的長短顯著相關[8]。而與急性ST段抬高性心肌梗死或擴張型心肌病患者可溶性TWEAK水平升高的發現結果相反的是，近來的一項研究表明，在慢性穩定性心衰可溶性TWEAK水平顯著降低[4]。而且，低的可溶性TWEAK水平能獨立地預測晚期非缺血性心衰的病死率[5]和慢性穩定性心衰預后不良[4]。

總之，TWEAK-Fn14軸在心臟重塑包括心肌細胞肥大、間質纖維化、心肌細胞增殖、收縮功能不全和急性心肌梗死后重塑中發揮著重要的作用。升高和降低的可溶性TWEAK水平對急性心肌梗死和心衰病人預后有潛在的預測價值。目前研究表明TWEAK/ Fn14可能是心臟重塑及其相關疾病的一個新的治療靶點，但其詳細的作用機制尚需進一步研究。當前，針對類風濕性關節炎、紅斑狼瘡和實體腫瘤而研發的TWEAK及F14特異性抗體已進入I期臨床試驗階段[27]；相信不久的將來，針對TWEAK/Fn14軸的特異性抗體也會應用于心臟重塑及其相關疾病的治療中。

[1]Winkles JA. The TWEAK-Fn14 cytokine-receptor axis: discovery,biology and therapeutic targeting. Nat Rev Drug Discov, 2008, 7: 411-425.

[2]Brown SA, Richards CM, Hanscom HN, et al. The Fn14 cytoplasmic tail binds tumour-necrosis-factor-receptor-associated factors 1, 2,3 and 5 and mediates nuclear factor-kappaB activation. Biochem J,2003, 371: 395-403.

[3]Ando T, Ichikawa J, Wako M, et al. TWEAK/Fn14 interaction regulates RANTES production, BMP-2-induced differentiation, and RANKL expression in mouse osteoblastic MC3T3-E1 cells. Arthritis Res Ther,2006, 8: R146.

[4]Chorianopoulos E, Rosenberg M, Zugck C, et al. Decreased soluble TWEAK levels predict an adverse prognosis in patients with chronic stable heart failure. Eur J Heart Fail, 2009, 11: 1050-1056.

[5]Richter B, Rychli K, Hohensinner PJ, et al. Differences in the predictive value of tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis (TWEAK) in advanced ischemic and non-ischemic heart failure. Atherosclerosis, 2010, 213: 545-548.

[6]Novoyatleva T, Schymura Y, Janssen W, et al. Deletion of Fn14 receptor protects from right heart fibrosis and dysfunction. Basic Res Cardiol, 2013, 108: 325.

[7]Shi J, Jiang B, Qiu Y, et al. PGC1alpha plays a critical role in TWEAK-induced cardiac dysfunction. PLoS One, 2013, 8: e54054.

[8]Chorianopoulos E, Jarr K, Steen H, et al. Soluble TWEAK is markedly upregulated in patients with ST-elevation myocardial infarction and related to an adverse short-term outcome. Atherosclerosis, 2010, 211:322-326.

[9]盧淑霞, 任滿意, 魏峰濤, 等. Fn14在自發性高血壓大鼠心肌纖維化中的作用及培哚普利的干預研究. 山東大學學報(醫學版)2010, 48: 38-43.

[10]Karadurmus N, Tapan S, Cakar M, et al. Lower plasma soluble TWEAK concentration in patients with newly diagnosed hypertension.Clin Invest Med, 2012, 35: E20-26.

[11]Chicheportiche Y, Bourdon PR, Xu H, et al. TWEAK, a new secreted ligand in the tumor necrosis factor family that weakly induces apoptosis. J Biol Chem, 1997, 272: 32401-32410.

[12]Burkly LC, Michaelson JS, Hahm K, et al. TWEAKing tissue remodeling by a multifunctional cytokine: role of TWEAK/Fn14 pathway in health and disease. Cytokine, 2007, 40: 1-16.

[13]Wiley SR, Cassiano L, Lofton T, et al. A novel TNF receptor family member binds TWEAK and is implicated in angiogenesis. Immunity,2001, 15: 837-846.

[14]Feng SL, Guo Y, Factor VM, et al. The Fn14 immediate-early response gene is induced during liver regeneration and highly expressed in both human and murine hepatocellular carcinomas. Am J Pathol, 2000, 156:1253-1261.

[15]Wiley SR, Winkles JA. TWEAK, a member of the TNF superfamily,is a multifunctional cytokine that binds the TweakR/Fn14 receptor.Cytokine Growth Factor Rev, 2003, 14: 241-249.

[16]Jain M, Jakubowski A, Cui L, et al. A novel role for tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis (TWEAK) in the development of cardiac dysfunction and failure. Circulation, 2009, 119: 2058-2068.

[17]Chorianopoulos E, Heger T, Lutz M, et al. FGF-inducible 14-kDa protein (Fn14) is regulated via the RhoA/ROCK kinase pathway in cardiomyocytes and mediates nuclear factor-kappaB activation by TWEAK. Basic Res Cardiol, 2010, 105: 301-313.

[18]Mustonen E, Sakkinen H, Tokola H, et al. Tumour necrosis factorlike weak inducer of apoptosis (TWEAK) and its receptor Fn14 during cardiac remodelling in rats. Acta Physiol (Oxf), 2010, 199: 11-22.

[19]Novoyatleva T, Diehl F, van Amerongen MJ, et al. TWEAK is a positive regulator of cardiomyocyte proliferation. Cardiovasc Res, 2010, 85:681-690.

[20]Munoz-Garcia B, Martin-Ventura JL, Martinez E, et al. Fn14 is upregulated in cytokine-stimulated vascular smooth muscle cells and is expressed in human carotid atherosclerotic plaques: modulation by atorvastatin. Stroke, 2006, 37: 2044-2053.

[21]Chen HN, Wang DJ, Ren MY, et al. TWEAK/Fn14 promotes the proliferation and collagen synthesis of rat cardiac fibroblasts via the NF-кB pathway. Mol Biol Rep, 2012, 39: 8231-8241.

[22]王其磊, 任滿意, 王德金, 等. TWEAK通過P38MAPK途徑促進大鼠心肌成纖維細胞Ⅰ型膠原和MMP-1的表達. 山東大學學報(醫學版), 2012, 50: 43-47.

[23]Linzbach AJ. Heart failure from the point of view of quantitative anatomy. Am J Cardiol, 1960, 5: 370-382.

[24]王振華, 聶宇, 鄭哲. 心肌再生的研究進展. 中國循環雜志, 2011,26: 480-482.

[25]Pachel C, Mathes D, Bayer B, et al. Exogenous Administration of a Recombinant Variant of TWEAK Impairs Healing after Myocardial Infarction by Aggravation of Inflammation. PLoS One, 2013, 8: e78938.[26]黃鶯, 馬依彤, 楊毅寧, 等. 核因子-κB抑制劑對老齡小鼠急性心肌梗死后心臟破裂和心室重構的影響及機制研究. 中國循環雜志, 2011, 26: 378-381.

[27]Wajant H. The TWEAK-Fn14 system as a potential drug target.British journal of pharmacology, 2013, 170: 748-764.

250012 山東省濟南市，山東省胸科醫院 心內科（任滿意、張小娟）；山東大學齊魯醫院 心內科（鐘敬泉），

任滿意 主治醫師 博士研究生 主要從事心力衰竭、心律失常和冠心病的基礎與臨床研究 Email:renmy@163.com 通訊作者：鐘敬泉Email:zjq_dr@163.com

R541

A

1000-3614（2014）03-0238-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2014.03.022

2013-11-12）

（助理編輯：曹洪紅）