氧化應激致心室重構的研究進展

朱凱媛，蔡 輝

(1.南京中醫藥大學，江蘇 南京 210029;2.南京軍區南京總醫院中西醫結合科，江蘇南京 210002)

心室重構是指心肌對壓力或容量超負荷產生代償性、適應性改變，包括心肌細胞肥大、間質纖維化和心肌細胞凋亡等，進而發展為心力衰竭。心室重構不僅表現為幾何形態學的改變，也體現在細胞間信號傳導、細胞外基質及基因表達的改變上，是許多嚴重心血管疾病末期的共同通路。而氧化應激在心室重構的發生發展過程中發揮著重要作用，活性氧(ROS)可以通過多種途徑促進心肌肥厚、間質纖維化和心肌細胞凋亡，從而導致心室重構。現就近年來氧化應激與心室重構的關系及相關藥物治療作一簡要綜述。

1 氧化應激概述

1.1 ROS的產生與來源 氧化應激指機體受到各種有害刺激后，組織間或細胞內氧自由基的產生與抗氧化之間失衡，進而造成組織損傷，引發各類疾病。血管內皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞均能產生ROS。ROS主要包括超氧陰離子(O2·)、羥自由基(OH·)、過氧化氫(H2O2)、一氧化氮(NO·)等。體內ROS的來源多種多樣，除線粒體電子傳遞鏈外，還有還原型輔酶I/還原型輔酶Ⅱ(NADH/NADPH氧化酶)、黃嘌呤氧化酶(XO)、髓過氧化物酶(MPO)、脂氧合酶(LO)、一氧化氮合酶(NOS)等［1］，各種途徑相互聯系相互影響，其中 NADH/NADPH氧化酶是生成ROS的“心臟”［2］。

1.2 ROS的效應 生理情況下體內的ROS生成與清除間處于動態平衡狀態，具有殺死有害微生物、調節免疫等獨特作用。而在病理條件下，當ROS累積超過機體抗氧化防御能力時，生成與清除間的動態平衡被打破，ROS快速累積，引起脂質、蛋白質和核酸的氧化損傷，從而引起氧化應激，最終導致組織損傷，疾病的發生。另有研究發現，ROS還可作為細胞間信號轉導調控某些基因的表達，紫外線照射、電磁輻射、吸煙也能促使ROS產生，導致氧化應激［3］。

2 氧化應激與心室重構

2.1 氧化應激與炎性因子 心肌細胞在缺氧損傷情況下炎性細胞因子表達水平升高，觸發炎癥反應，包括促炎癥反應分子及黏附分子的表達增強和細胞定向遷移，抑制心肌收縮力，加重心功能惡化，引起心室重構。大量炎性細胞因子累積還可加速成纖維細胞的分化，膠原異常沉積導致心肌細胞結構變化，進一步加速心室重構的進程。李恩等［4］通過羅格列酮對心肌梗死大鼠心室重構的影響及其炎性因子關系的研究發現，炎性因子如腫瘤壞死因子 α(TNF-α)、干擾素 γ(IFN-γ)、白細胞介素 1β(IL-1β)在心肌梗死大鼠心肌細胞表達明顯升高，說明其參與了梗死后的心室重構過程，且其表達與左室功能密切相關。IFN-γ和TNF-α是已知的觸發增加ROS表達的炎性細胞因子，Kurokawa等［5］通過對谷胱甘肽耗盡的大鼠原始高氧化狀態下心室重構和心律失常的研究發現，模型大鼠IFN-γ和TNF-α表達含量增加，BSO(L-buthionine-sulfoximine，30 mmol·L-1，連續 14 d)注射可抑制 γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽系統，IFN-γ和TNF-α的表達水平在BSO處理的大鼠中沒有增加，組織學檢查發現經BSO處理的大鼠心室結構沒有異常，說明BSO可抑制心室重構的炎癥反應。另有研究發現核因子κB(NF-κB)的激活在心室重構中起重要作用，NF-κB信號通路與心肌細胞凋亡、平滑肌細胞增殖和炎癥反應有密切關聯，在心室重構中，NF-κB激活，其下游因子白細胞介素1(IL-1)、白細胞介素6(IL-6)和TNF-α等表達增加，這些炎性因子具有促進心肌纖維化和心肌細胞凋亡的作用，NF-κB激活，還可進一步上調誘導型NOS/NO的表達，加重心肌組織損傷［6］。

2.2 氧化應激與心肌細胞凋亡 ROS引起的細胞凋亡效應要強于其所引起的細胞增殖現象，是炎癥介導與機械應力性損傷的早期事件，細胞凋亡在心肌缺血再灌注(I/R)損傷、心力衰竭等病理進程中發揮重要作用，參與心室重構的全過程。心肌細胞凋亡主要通過兩條途徑產生，即線粒體途徑和死亡受體途徑，其中，線粒體途徑在細胞凋亡過程中扮演著重要角色，可由氧化應激、缺血缺氧和I/R等病理因素誘導，凋亡時線粒體結構和功能發生亞結構水平上的重構，并將凋亡基因調節蛋白(包括細胞色素C等)釋放入細胞質中，進一步誘導細胞凋亡的發生。而細胞表面受體(例如細胞因子和G蛋白偶聯受體)活化后產生的ROS，可直接與蛋白質、DNA和脂質體反應，引起蛋白質氧化、DNA鏈斷裂、細胞膜脂質過氧化等變化，導致心肌細胞凋亡。李貴芝等［7］研究結果顯示內皮型一氧化氮合酶(eNOS)在調節心肌細胞凋亡過程中發揮著重要作用，eNOS可減緩心肌損傷后的心室重構，發揮心肌保護作用。糖尿病大鼠心肌組織的丙二醛(MDA)含量增加，而超氧化物歧化酶(SOD)活力降低，eNOS表達明顯減少，表明心肌細胞在高糖環境中氧化應激增強，保護效應減弱，導致了心肌細胞損害和間質膠原增生等組織結構改變。

2.3 氧化應激與心肌纖維化 心肌纖維化可影響室壁僵硬度、心室順應性以及心臟舒張等功能。心肌實質組織減少，可間接影響收縮功能，最終可導致心室重構、心功能不全的發生。而氧化應激損傷在心肌纖維化發生發展中的作用越來越受到關注，ROS可激活成纖維細胞，使心肌細胞凋亡、心肌纖維化，最終導致心室擴張、心功能衰退、心室重構。丁貴娥等［8］通過研究Exendin-4抗氧化應激減輕糖尿病心肌病心肌纖維化的實驗發現，Exendin-4可以通過提高糖尿病大鼠心肌抗氧化物質血紅素加氧酶-1(HO-1)的含量減弱氧化應激，減輕心肌纖維化，對心室重構有一定的防治作用。Rafacho等［9］研究表明，煙草煙霧暴露可增加間質膠原容積分數，而膠原蛋白的積累與傳導異常和漸進性心功能不全有關，雖然在煙草暴露兩周組中膠原的增加與死亡率增加無相關性，但可導致左心室功能障礙。另有很強的證據顯示，NADPH氧化酶與間質纖維化的發展有關，在壓力超負荷模型中，NADPH氧化酶2缺乏的小鼠間質纖維化受到抑制。此研究數據表明，NADPH氧化酶活性可以通過不同途徑調節參與心肌纖維化和心肌肥厚。

2.4 氧化應激與脂質過氧化 近年來研究發現脂肪組織可分泌大量具有生物活性的因子，同時有些因子可以直接或間接地通過ROS調節心肌肥大。馮俊等［10］研究發現Apelin是一種新發現的由脂肪組織細胞產生和分泌的脂肪素，可通過與孤兒G蛋白受體APJ耦聯發揮其生物作用。通過對細胞ROS的研究發現，Apelin可以降低細胞的ROS水平，表明其具有抗氧化作用，提示其可能是通過抗氧化作用來降低心肌肥大細胞［3H］亮氨酸的攝入以及細胞面積減少。本研究發現在給予SOD的抑制劑DETC后，Apelin降低ROS的作用被抑制，因此提示Apelin的作用在ROS的降解過程。Azevedo等［11］通過對脂溶性維生素A缺乏的大鼠引起心室重構的研究發現，組織維生素A缺乏可通過增加左心室舒張末期容積引起心室擴大，它充分證明了心室擴張在心室重構中起著關鍵的作用，生化、遺傳和結構的改變是進行性心室功能障礙的原因，此研究證實組織維生素A缺乏可刺激心臟重構和心功能不全。邊云飛等［12］研究發現內源性硫化氫是體內含硫氨基酸的代謝終末產物，在心血管系統中發揮重要的生理效應，包括負性肌力、舒張血管、抑制血管重構等，研究發現缺血的心肌組織中H2S水平下降，外源性給予硫化氫(H2S)供體硫化氫鈉(NaHS)后可減少心內膜下心肌壞死、炎性細胞浸潤、脂質過氧化產物，包括心肌和血漿MDA、共軛二烯也都減少，其作用機制可能與H2S直接清除氧自由基和減少脂質過氧化反應有關。

2.5 氧化應激與細胞信號傳導 氧化應激對細胞結構和功能有直接作用，并可激活心室重構中的信號分子，刺激心肌生長、基質重構和細胞功能障礙，ROS依賴的細胞內信號傳導的調制與心室重構有關，涉及激活數個下游信號通路。首先，ROS廣泛激活肥大信號激酶和轉錄因子。ROS刺激酪氨酸激酶(Src)、蛋白激酶C(PKC)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和c-Jun氨基端激酶(JNK)的激活。低水平的H2O2與MAPK的激活和蛋白質的合成有關，而高水平H2O2刺激MAPK、JNK和蛋白激酶B(Akt)誘導細胞凋亡;其次，ROS誘導細胞凋亡是心室重構與心力衰竭的另一個重要因素，這由ROS介導的DNA和線粒體損傷與凋亡信號激酶的激活引起的;另外，ROS可引起DNA鏈斷裂，激活聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1(PARP-1)。PARP-1調節多種炎癥介質的表達，促進心室重構的進展;ROS還可激活基質金屬蛋白酶(MMPs)，它是一種非活性形式，并且由ROS與該前肽自抑制域與半胱氨酸靶向相互作用后轉錄活化，MMPs在正常的組織重構過程中發揮舉足輕重的作用，如細胞遷移、侵襲、增殖和凋亡，MMPs在心衰中表達增加。另有證據顯示，ROS可刺激NF-κB，Ets轉錄因子和轉錄激活因子(AP-1)促進MMP的表達。由于MMP可以被ROS激活，因此在心室重構中MMP的激活依賴于ROS的增加，持續的MMP活化可影響心肌的結構特性，促進心室重構的形成［13］。

3 抗氧化藥物干預心室重構的研究進展

3.1 西藥 已有大量研究證明，多種抗氧化劑可延緩心室重構的發生發展，如他汀類、血管緊張素轉換酶抑制劑類(ACEI)、血管緊張素抑制劑以及維生素E、維生素C等。他汀類藥物可阻止氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)對NOS的下調，通過抑制ox-LDL的吸收與產生，降低類異戊二烯的生物合成，減少血管及內皮細胞超氧陰離子的形成而發揮其抗氧化效應。氟伐他汀能夠延緩擴張型心肌病的心室重構，改善心臟功能，發揮對心臟的保護作用，這可能與氟伐他汀的抗氧化應激作用相關［14］。Inamoto等［15］研究表明，間歇低氧可能通過氧化應激和炎癥誘導導致心室重構，匹伐他汀可以通過抑制氧化應激和炎癥反應至少部分防止間歇低氧誘導的形態學改變。Vanzelli等［16］通過對卡維地洛聯合有氧運動改善小鼠心肌收縮和重構的綜合效應研究顯示，增加運動耐量，改善心室功能和減少心臟重構與提高心血管疾病生存率關系密切，在接受卡維地洛治療組中，提高運動耐量可限制重建心室收縮力和抗心室重構。Nishioka等［17］通過研究小鼠對塞利洛爾減少氧化應激和低氧應激誘導的左心室重構發現，盡管塞利洛爾100 mg·d-1的治療沒有產生血流動力學改變，但這個劑量可顯著降低氧化應激和超氧化物的產生。因此，塞利洛爾可能減弱血管周圍纖維化和通過減少氧化應激的影響減弱暴露于低氧中的小鼠心肌惡化。Xie等［18］研究HDAC抑制劑對心室重構的作用發現，HDAC抑制劑對臨床常見的壓力超負荷和I/R損傷引起的心室重構有一定的功效。鑒于臨床尚無有效藥物治療壓力負荷和I/R誘導的左室重構，目前需要經FDA批準HDAC抑制劑在人類的運用是引人關注的。Nagai等［19］通過對二十碳五烯酸(EPA)研究發現，EPA可有效抑制C反應蛋白(CRP)對超負荷引起的心臟重構的不良反應，其作用通過減弱炎癥反應和氧化應激產生。這些研究結果也支持使用EPA作為一種治療慢性壓力超負荷引起心室重構的新策略。

3.2 中藥 目前中醫藥作為抗氧化治療的一部分在我國已取得一定進展。近年研究發現，多種中藥及其中藥成分可通過抑制ROS產生、清除自由基以及對抗脂質過氧化反應等改善心肌供血及心功能，防治心室重構。郭潔文等［20］發現三七總皂苷可抑制模型大鼠ACE2的釋放，還對脂質過氧化反應及TNF-α的釋放有抑制作用，還可通過抑制MMP的釋放來進一步減輕心肌細胞損傷。楊琳等［21］發現三七總皂苷能提高內源性SOD活性，降低線粒體DNA相對含量及MDA含量，證明了三七總皂苷有保護心肌、改善心室重構的作用。楊海波等［22］發現黃芪苷Ⅳ可降低心衰患者的內皮素水平，進而降低平均動脈壓及毛細血管楔壓，并增加心輸出量，進一步改善患者的心功能，達到改善心室重構的目的，從而證明了黃芪有益氣養心、利水消腫之功效。張蓓蓓等［23］發現丹參酮ⅡA可以抑制心肌成纖維細胞增殖和血管內皮素1(ET-1)的表達，還能抑制血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)誘導的ROS合成和ERK磷酸化，從而阻止心肌纖維化。Li等［24］通過研究芪參益氣對減弱左室重構大鼠炎癥和纖維化的實驗發現，模型組動物通過減少收縮和舒張心肌血流動力學改變，減弱抗氧化防御(減少SOD活性)與增加心肌ROS的產生(上調MDA和NADPH氧化酶)，研究提示芪參益氣治療能減輕氧化應激改變上述的心臟重構的指標(膠原蛋白Ⅱ和Ⅲ)以及MMP-2和 MMP-9，同時它也降低 TNFα-NF-kB和 IL-6-STAT3。

4 小結與展望

氧化應激作為心室重構的發病機制之一，在疾病的進程中發揮著重要作用，并與其他病理生理機制相互聯系相互作用，共同促進心室重構的發生發展。然而，ROS的作用機制現仍不十分清楚，有待進一步研究發現，比如體內哪些因素是啟動ROS產生的關鍵點;在不同血管部位ROS的生物效應是否一致;由ROS引起的多條信號通路在血管病理生理狀態下如何整合等。抗氧化劑有可能成為治療或預防心室重構的新靶點，繼續尋找副作用小、耐受性好的抗氧化劑，并觀察抗氧化劑治療在心室重構患者中的長期應用，并針對ROS在心室重構過程中的信號傳導途徑及干預方式進一步研究開發新藥，尋找治療突破口。

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