心肌纖維化的發病機制及其研究進展

于瑞等

[摘要] 心肌纖維化是以心臟間質成纖維細胞過度增殖、膠原過度沉積及異常分布為特征的心臟間質重構。其與高血壓病、慢性心力衰竭、肥厚型心肌病、擴張型心肌病、病毒性心肌炎等多種心血管疾病有密切關系，并且是心源性猝死的潛在危險因素。目前對心肌纖維化的具體發病機制并不十分明確，主要認為多與腎素-血管緊張素-醛固酮系統、調控性細胞因子、氧化應激、炎性因子、內皮功能障礙、細胞內鈣離子等存在密切關系。這些因素通過相同或者不同的傳導通路影響著心肌纖維化的發生發展。

[關鍵詞] 心肌纖維化；細胞外基質；血管緊張素Ⅱ；醛固酮；細胞因子；氧化應激與炎性因子

[中圖分類號] R542.23 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701（2015）13-0157-04

[Abstract] Myocardial fibrosis is featured by excessive proliferation of cardiac fibroblast and collagen deposition. There is close relationship between myocardial fibrosis and various cardiovascular disease， and it is potential risk factor for sudden death. At present the precise mechanism remains unclear.Myocardial fibrosis has been found to relate with renin-angiotensin-aldosterone system，cell factor，oxidative stress，inflamatory factor，endothelial function obstacles，Intracellular calcium ion. These factors influences the occurrence of myocardial fibrosis by the same or different pathway.

[Key words] Myocardial fibrosis；Extracellular matrixc；Angiotensin Ⅱ； Aldosterone； Cell factor； Oxidative stress and inflamatory factors

心肌纖維化（myocardial fibrosis，MF）是指心肌正常組織結構中出現的以細胞增殖、細胞外基質過度沉積為主要表現的疾病[1，2]。近年來大量研究表明，心肌纖維化與許多心臟疾病有密切關系，如心房纖顫、心肌梗死、慢性心力衰竭、風濕性心瓣膜病等。MF是多種心臟疾病發展至一定階段具有的共同病理改變，也是引起心室重塑的關鍵原因，其主要病理表現有心肌僵硬度增加，心肌收縮力下降，冠脈血流儲備降低，甚至引起惡性心律失常和猝死。

1 心肌纖維化的基本概述

1.1 心肌膠原網絡

心肌細胞總數中主要是以多種非心肌細胞為主，其中90%以上為心肌成纖維細胞，心肌成纖維細胞可以合成膠原蛋白等細胞外基質（extracellular matrixc，ECM）。ECM成分的含量可以用來評估器官纖維化的程度[3]，MF的過程就是心肌成纖維細胞增殖并且向肌成纖維細胞表型轉化，其中包含膠原合成的增加、膠原降解的減少。細胞外基質主要是由Ⅰ型、Ⅲ型膠原組成，此外還含有少量的Ⅳ型、Ⅴ型、Ⅵ型膠原。Ⅰ型膠原約占心肌膠原的80%，纖維較粗，因其具有很大的僵硬度和較強的抗牽拉功能，從而可以起到維持室壁強度的作用；Ⅲ型膠原約占心肌膠原的11%，纖維比較細，具有較好的伸展性與彈性。Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原的比值對于維持心肌組織正常結構以及心臟功能的完整性具有很重要的意義[4]。

1.2心肌纖維化的病理特點

心肌纖維化在病理形態上主要表現為膠原沉積增多，各型膠原比例失調，尤其是Ⅰ型、Ⅲ型膠原的比例升高、排列紊亂，同時伴有心肌成纖維細胞的增生。MF是一種慢性漸進性過程，目前根據有無心肌細胞壞死、缺失和纖維瘢痕出現，把它分為修復性纖維化與反應性纖維化，前者表現特點包括心肌細胞的壞死和瘢痕的形成，又常伴隨著心功能的異常；后者又分為血管周圍纖維化和間質纖維化。

MF對心臟患者的不適主要可表現為：①誘發心肌組織出現缺血缺氧，甚至引起心肌組織壞死；②心室壁的硬度明顯增加，順應性顯著降低，收縮力及同步性出現下降，逐漸使心功能減退；③心肌細胞間機械活動受到抑制，部分心室壁和主動脈的收縮功能降低，最終導致難治性心力衰竭；④心肌組織的電活動出現異常，并為惡性心律失常的發生提供基礎，包括折返環、傳導阻滯及單向阻滯等三個要素，終致心肌細胞發生電化學的性質改變，導致惡性心律失常。心肌纖維化可引起心力衰竭、惡性心律失常和心源性猝死等嚴重并發癥。因此了解其發生的根本機制，并實施藥物干預，延緩并發癥的發生，是迫切需要解決的問題。

2 心肌纖維化的發病機制

2.1 腎素-血管緊張素-醛固酮系統（renin angiotension aldostenone system，RAAS）

RAAS的激活是導致心肌纖維化的主要原因，血管緊張素Ⅱ（AngiotensionⅡ）、醛固酮（Aldosterone，ALD）是RAAS的主要效應分子，它們通過不同的作用機制參與MF的發生。

血管緊張素Ⅱ與心室肥厚及心梗后的心臟重塑的關系非常密切，一定程度上可以導致慢性心力衰竭的發生。AngⅡ誘導心肌纖維化的發生，主要機制是成纖維細胞的增殖和膠原蛋白的代謝紊亂及心肌細胞的肥大。其刺激膠原產生的機制主要是Ⅰ型受體（AT-1）的激活并由其介導。其機制主要是通過酪氨酸激酶（MAPK）途徑激活細胞外信號調節激酶（ERK），促進心肌成纖維細胞的增殖，進一步激活膠原蛋白基因、纖維蛋白基因及整合素基因的表達，最終引起心肌纖維化；另一方面，AngⅡ可以激活細胞膜表面的L型和T型鈣離子通道增加細胞內鈣離子，最終使成纖維細胞Ⅰ型、Ⅲ型膠原基因表達增強。此外AngⅡ促進膠原合成增加的同時，還可以通過抑制基質金屬蛋白酶（MMPs）進一步影響膠原的降解。血管緊張素Ⅱ是一種局部的調控生長因子，具有促進心肌成纖維細胞向肌成纖維細胞的分化，并促進心肌成纖維細胞分泌大量膠原纖維、層黏蛋白等細胞外基質[5]。

醛固酮是不同于血管緊張素Ⅱ的心血管疾病的另一個危險因素[6]。它致心肌纖維化的作用機制與血流動力學因素沒有關系，有研究證明，無論是在體或是離體實驗，醛固酮均可刺激膠原的合成，并且呈劑量依賴性。LAD具有促進腎小管對鈉重吸收、對鉀排泄的作用，一定程度上保留體內水分同時升高血壓；并增強血管對兒茶酚胺的敏感性；此外還可以刺激成纖維細胞合成膠原，主要通過Ⅰ型甾體類激素受體的介導。關于其具體的作用機制可能是直接進入成纖維細胞內，并且與胞漿內皮的激素受體相結合，同時在轉錄水平上調控Ⅰ、Ⅲ型膠原基因的表達，進一步增加膠原合成，但是對膠原酶并無影響。醛固酮與其受體結合后誘發的氧化應激反應、炎性反應均有利于纖維化的發生發展[7]。除了循環系統中的RAAS外，心臟局部組織中也同時存在血管緊張素Ⅱ和醛固酮，它們主要以自分泌或旁分泌的形式在心肌間質介導心肌纖維化的發生發展[8]。

2.2 MF的調控性細胞因子

心肌纖維化是膠原合成和降解代謝失調的結果，有研究表明心肌纖維化的發生和轉化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）密切相關。

TGF-β1是目前已知的與組織纖維化的發生關系最密切的生長因子，具有調節細胞生長和分化、促進細胞增殖、抑制炎癥等生物學功能。TGF-β1在心肌纖維過程中起至關重要的作用，主要表現在TGF-β/Smads信號通路與Smads蛋白家族的密切關系，它可以通過細胞漿中的中介分子Smads將刺激信號傳遞至細胞核，詳細的信號傳導為：首先TGF-β1與細胞膜表面的TβRⅡ結合，形成異源二聚體復合物；其次TβRⅠ被激活，以二聚體形式加入受體復合物中，與TGF-β結合，形成受體復合物；然后作用于R-Smads蛋白C′端絲氨酸殘基，使其磷酸化激活，主要為Smad2、Smad3表達增加，同時磷酸化，并與Smad4結合，形成Smad2、Smad3、Smad4轉錄復合體，進入細胞核內，介導后續的信號通路傳導。有研究證明TGF-β1誘導離體培養的大鼠成纖維細胞分泌與合成膠原的增加，主要為Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白的mRNA基因表達增加[9]。TGF-β 通過調節耦聯蛋白可以影響線粒體的能量代謝，也可導致纖維化的發生[10]。有研究證明，在壓力超負荷的大鼠心臟，TGF-β1可以直接促進成纖維細胞的增殖以及向肌成纖維細胞的表型轉變。有研究稱[11]TGF-β可以誘導心肌成纖維細胞合成MMP2，導致心室重塑。有報道[12]TGF-β可以通過介導血小板衍生生長因子D（DPDGF-D）誘導心肌成纖維細胞分泌MMP-1、MMP-2、MMP-9。

CTGF是一種存在于人類組織器官中的含半胱氨酸的分泌肽。與冠狀動脈粥樣硬化、器官纖維化等疾病具有密切關系。CTGF與TGF-β1有許多相似的生物學功能。通常被認為是TGF-β1的下游介質，它的異常表達在心肌纖維化過程中起著至關重要的作用[13]。CTGF通過促進細胞的有絲分裂、成纖維細胞增殖和表型轉分化、細胞外基質分泌增加、誘導細胞凋亡等方式發揮作用。目前有學者認為，CTGF主要作為其他始動因子的中間環節，從而在MF中發揮作用，而直接誘導纖維化的作用不明顯[14]。

2.3 血管內皮功能障礙及其衍生因子的分泌失調

血管內皮細胞是一單層的連續細胞，主要覆蓋在血管內腔的表面，主要功能是可以表達細胞表面的蛋白，且在不同的組織中具有特異性。其可以通過自分泌、內分泌、旁分泌三種途徑分泌一系列NO、PGI2、ET-1等血管活性物質，對心肌纖維化的發生與轉歸有關鍵作用。有研究證明，一氧化氮不僅可以抑制血管緊張素Ⅱ誘導的成纖維細胞增殖，還可以使成纖維細胞中Ⅰ型、Ⅲ型膠原的基因表達下降，且對間質膠原的合成與分泌具有一定的抑制作用[15]。PGI2具有舒張血管和抗血小板聚集的作用，前列腺環素類似物貝前列素可以通過抑制TGF-β/Smad蛋白通路抑制MF[16]。心肌成纖維細胞、心肌細胞均可以合成和分泌ET-1，ET-1為一種生物活性肽物質，具有收縮血管和促進CFb合成的作用[17]。有學者研究發現參附強心膠囊能顯著降低充血性心力衰竭心肌纖維化大鼠血漿ET、NO水平，從而起到保護血管內皮功能，抑制心肌纖維化的發展[18]。

2.4 氧化應激和炎性因子

大量證據表明活性氧的慢性或急性過度產生在心血管疾病的發病中具有重要意義，活性氧可以通過信號通路介導心肌細胞的肥大、凋亡，同時通過滅活NO等導致血管內皮功能的紊亂，進而誘發或加重心肌纖維的發生。炎性因子在心肌纖維化發病中有重要作用，炎性細胞和炎性因子的表達量與活性出現增強，誘導靜止狀態的MF出現增殖，并對其轉分化、細胞外基質沉積等起到促進作用。同時氧化應激反應直接誘導炎性因子生成，可進一步加重MF的程度[19]。

2.5 細胞內Ca2+

細胞內鈣離子可以誘發心肌成纖維細胞的增殖，血管緊張素Ⅱ通過激活成纖維細胞膜上的鈣離子通道，從而增加細胞內的鈣離子，繼而出現細胞內Ⅰ型膠原蛋白、Ⅲ型膠原蛋白基因表達增強，進一步促進MF的發生發展[20]。其具體的發生機制并不十分明確，從目前的研究水平來看，可能是細胞內Ca2+作為第二信使，影響了成纖維細胞的形成，并促進其發生增殖。另一方面，Ca2+通過參與某些具有促進心肌纖維化形成的細胞生長因子的信號轉導途徑而發揮其促MF的作用。有研究證明Ca2+還參與了血管緊張素Ⅱ和醛固酮刺激成纖維細胞增殖和膠原合成的過程。由AngⅡ和醛固酮刺激纖維化的發生的同時，如果給予鈣離子通道阻滯劑，則大鼠的心肌纖維化程度明顯減輕。

3總結與展望

總的來說，心肌纖維化的機制涉及RAAS、細胞調控因子、氧化應激、炎性因子、細胞內鈣離子等要素，且各因素之間存在著錯綜復雜、相互依存的關系。近年來，中醫藥抗心肌纖維化的臨床應用及科研方面已取得不少成果，對改善其預后等方面具有明顯優勢[21]。有研究表明，銀杏葉提取物可顯著降低CTCF、TGF-β的表達，從而可以抑制血管緊張素Ⅱ誘導的心肌成纖維細胞Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的分泌[22]。王振濤等[23]研究發現，抗纖益心方可以抑制呋喃唑酮所致的擴張型心肌病大鼠TGF-β的表達，從而維持心肌纖維膠原合成與降解的穩態。但是大部分相關研究仍停留在基礎研究階段，并且多為藥效學研究，對心肌纖維化表達調控機制仍不夠深入以及缺乏系統的研究。相信隨著研究的不斷深入及科學技術的不斷提高，我們可以明確心肌纖維化的發病機制，同時找到抑制心肌纖維化的中藥及其有效成分。

[參考文獻]

[1] Danieis A，van Bilsen M，Goldschmeding R，et al. Connective tissue growth factor and cardiac fibrosis actaphysiologica[J]. Oxford England，2009，195：321-338.

[2] Martos R，Baugh J，Ledwidge M，et al. Diastolic heart failure evidence of increased myocardialcollagen tumover linked to diastolic dysfunction[J]. Circulation，2007，115：888-895.

[3] 王海強，黃耀，添趙黎，等. 張應力對深筋膜Ⅰ、Ⅲ型膠原影響的實驗研究[J]. 中國臨床康復，2002，6（2）：208-209.

[4] 張召才，楊英珍，陳灝珠. 心肌纖維化的研究進展[J]. 臨床心血管病雜志，2004，20（1）：58-60.

[5] Samuel CS，Unemori EN，Mookerjee I，et al. Relax inmodulates cardiac fibroblast proliferation and collagen production and reverses cardiac fibrosis in vivo[J]. Endocrinology，2004，145（9）：4125-4133.

[6] Rossi G，Boscaro M，Ronconi V，et al. Aldosterone as a cardiovasoular risk factor[J]. Trends Endocrinol Metab，2005， 16（3）：104-107.

[7] Young MJ. Mechanisms of mineral ocorticoid receptor-mediated cardiac fibrosis and vascular inflammation[J]. Curr Opin Nephrol Hypertens，2008，17（2）：174-180.

[8] Delcayre C，Silvestre JS，Gamier A，et al. Cardiac aldosterone production and ventricular remodeling[J]. Kidney Int，2000，57（4）：1346-1351.

[9] 孫紅霞，李紅，楊世杰. 依那普利拉對新生大鼠心肌成纖維細胞增殖及NOS/NO系統的影響[J]. 吉林大學學報（醫學版），2007，33（6）：1018-1021.

[10] Huntgeburth M，Tiemann K，Shahverdyen R，et al. Transforming growth factor β1 oppositely regulates the hypertrophic and contractile response to β-adrenergic stimulation in the heart[J]. Plos One，2011，6（11）：e26628.

[11] Li CJ，Lv L，Li H，et al. Cardiac fibrosis and dysfunction in experimental diabetic cardiomyopathy are ameliorated by alphalipoic acid[J]. Cardiovasc Diabetol，2012，11： 73.

[12] Zhao T，Zhao W，Chen Y，et al. Platelet-derived growth factor-D promotes fibrogenesis of cardiac fibroblasts[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2013，304（12）：H1719-1726.

[13] Chen M，Lam A，Abrahamj A，et al. CTGF expression is induced by TGF-beta in cardiac fibroblasts and cardiac myocytes：Apotential role in heart fibrosis[J]. J Mol Cell Cardiol，2000，32（3）：1805-1819.

[14] Leask A. Potential therapeutic targets for cardiac fibrosis：TGFbeta，angiotensin，endothelin，CCN2，and PDGF，partners in fibroblast activation[J]. Circ Res，2010，106（11）：1675-1680.

[15] 孫紅霞，李紅，楊世杰. 依那普利拉對新生大鼠心肌成纖維細胞增殖及NOS/NO系統的影響[J]. 吉林大學學報（醫學版），2007，33（6）：1018-1021.

[16] Chen Yun，Yang Shengju，Yao Wenjuan，et al. Prostacyclin analogue beraprost inhibits cardiac fibroblast proliferation depending on prostacyclin recetor activation through a TGFβ-smad signal pathway[J]. Plos One，2014， 9（5）：59-61.

[17] Piacentint L，Gray M，Honbo NY，et al. Endothelin-1 stimulates cardiac fibroblast proliferation through activtion of protein kinase C[J]. Jmol Cell Card，2000，32（4）：565-576.

[18] 霍根紅，李玉賢. 參附強心膠囊對充血性心力衰竭大鼠心肌纖維化的影響[J]. 中藥學報，2011，26（3）：322-323.

[19] 王禹川，丁燕生，劉梅林. 不同因子致心肌纖維化分子學機制[J]. 醫學綜述，2012，18（17）：2736-2740.

[20] 韋紅，沈雁. 纖維化的中醫藥研究進展[J]. 中醫藥信息，2009，25（5）：19-22.

[21] 吳美芳，呂仕超，李萌. 中醫藥干預心肌纖維化的效應與機制[J]. 中國中西醫結合雜志，2014，34（7）：887-891.

[22] 徐為民，黃麗紅，王麗萍，等. 銀杏葉提取物對AngⅡ誘導的心肌成纖維化的細胞干預作用[J]. 中國老年學雜志，2012，32（5）：1004-1005.

[23] 王振濤，韓麗華，惠搖玲. 抗纖益心方對擴張型心肌病大鼠心肌TGF-β1表達的影響[J]. 時珍國醫國藥，2012，21（6）：1430-1431.

（收稿日期：2014-12-17）