Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1在急性心肌梗死后心臟破裂中的研究進展

李 幸，王 鈞，楊毅寧

(新疆醫科大學第一附屬醫院心血管內科，烏魯木齊 830011)

急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)嚴重危害人類健康，而心臟破裂作為AMI最嚴重的并發癥所帶來的臨床問題顯得越來越突出。值得關注的是，目前冠心病的藥物治療在心肌重構和心臟破裂中所起到的主要作用是抑制癥狀的進一步惡化，但最終并不能阻止其進展。因此，為了制訂更多有效合理的策略以對抗心肌重構，降低心臟破裂發生率，需要進一步闡明其生物分子機制。研究發現，健康成人心臟中的Wnt信號通路是靜止的，而心肌梗死后這條信號通路會被激活，因此可以通過調節干預該途徑，進而促進心肌梗死后梗死區的愈合[1-2]。大多數研究認為抑制Wnt信號轉導是有益的，但也有研究認為激活Wnt信號級聯反應是有益的[1-2]。Wnt信號通路抑制因子FrzA/可溶性frizzled相關蛋白1(soluble frizzled related protein-1,sFRP-1)成為該領域的研究熱點，并廣泛應用于心肌梗死治療中，有可能成為未來基因靶向預防及控制心肌梗死后心臟破裂的治療途徑之一。現從膠原重構、炎癥反應和細胞凋亡等方面闡述FrzA/sFRP-1在AMI后心臟破裂中的發病機制。

1 Wnt信號通路與FrzA/sFRP-1

Wnt信號轉導是一種高度保守的途徑，調節多種細胞生物學過程。正常生理條件下，Wnt信號是靜態的。Wnt蛋白富含著半胱氨酸的糖基化蛋白，可與相應的細胞膜受體結合作用，因此它與細胞增殖、分化、凋亡等過程密切相關[3-4]。Wnt信號通路的經典途徑如下：心肌細胞壞死后可釋放有害的刺激信號，繼而結合卷曲受體蛋白，激活dvl信號轉導分子，與此同時抑制糖原合成酶激酶3β活性，以減少β聯蛋白(β-catenin)的降解，最終轉錄因子在細胞核中被激活，影響靶基因的表達。

Frizzled家族成員以完整的膜蛋白為主。Wnt與Fz受體結合，以修飾蛋白質的下游區域，從而完成Wnt信號轉導途徑的傳遞[4]。FrzA/sFRP-1通過將Wnt與其富含半胱氨酸的結構域(結構類似于卷曲受體的同源區域)結合來調控Wnt，但因其無法通過穿膜區，不能使Wnt蛋白與質膜上的卷曲受體結合，最終負向的調控Wnt信號通路[5]。另一方面，內皮細胞的細胞質中β-catenin的水平也降低，所以FrzA/sFRP-1的主要作用是抑制經典Wnt通路。

2 Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1與心臟破裂

FrzA/sFRP-1阻止Wnt蛋白與卷曲受體結合，并通過特異性競爭抑制Wnt信號轉導。Malekar等[6]研究表明，Wnt信號通路的過度激活加速了心肌重構進展，從而參與了調節梗死區、非梗死區及交界區纖維化、膠原聚集、心室重構等病理生理過程。隨著國內外學者對心臟破裂分子機制研究的不斷深入,研究表明涉及心肌間質的缺血損傷和影響心室重構的因素也可能影響心臟破裂的發生[6-8]。因此，FrzA基因的過表達可以減少梗死面積，降低炎性細胞浸潤的程度，并減少梗死和交界區域中的膠原蛋白積聚，進而減輕心室重構，改善心功能。阻斷Wnt信號通路可能是預防AMI后心臟破裂的新的治療途徑。

2.1Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1與膠原重構 膠原是人體各組織器官的基礎結構，作為功能性蛋白，在人體內不斷形成和降解，處于動態平衡。心肌細胞之間主要由纖維網狀基質連接支持，這些心肌間質影響心臟結構和功能的完整性[7]。Kim等[8]在轉基因小鼠心臟中建立表達基質金屬蛋白酶1的心臟模型，研究表明基質金屬蛋白酶1的表達可導致心臟間質膠原減少，從而加劇心臟收縮和舒張功能障礙。因此，心肌梗死是由細胞外基質合成和代謝降解失衡所引起心臟組織形態和功能的改變，該過程受多種因素影響。心肌梗死時左心室重構的病理生理機制主要體現在心肌纖維化、心肌細胞外基質中膠原纖維過度積聚、膠原水平顯著增加，引起心臟結構和功能的改變，導致心臟破裂。可見，在心血管疾病發展成為心肌梗死的過程中，膠原重構的作用不容忽視，而單純心臟纖維化或合并實質細胞的喪失可增加心臟破裂的風險。

心肌細胞是成熟個體中的永久細胞，并且無法通過自身有絲分裂增生來補償已壞死的心肌細胞,而是通過形成纖維化增生，在心肌梗死的邊界中形成反應性纖維化，導致心肌膠原蛋白積聚增加，發生心室舒張功能障礙和異常充盈，同時也可引起心肌收縮力下降[9]。心臟破裂常見于心肌梗死的交界區，值得注意的是心肌梗死后心臟不同區域發生心室膠原重構程度存在差異，其中以梗死區膠原沉積最為顯著[10]。由于不同區域膠原沉積程度存在差異性，導致心肌梗死后不同部位發生心臟破裂可能性的不同，最常見部位為心室游離壁，其次為心室間隔破裂。AMI發生1周后梗死區域纖維化已基本形成，梗死區的膠原沉積增加心臟僵硬度并抵抗擴張[11]，而在交界區和非梗死區，心肌間質間膠原纖維大量聚集，導致心室收縮功能下降，心臟結構受損[12]。因此，心肌梗死后發生的心室重塑主要表現為膠原在梗死區沉積的程度，有研究通過FrzA/sFRP-1介入Wnt信號通路后發現，交界區和非梗死區的膠原沉積程度明顯減少[13]。同時也有研究發現采用FrzA/sFRP-1干預Wnt信號通路能有效改善膠原分布，進一步阻止交界區和非梗死區膠原沉積，從而達到延緩心室重塑，改善心功能的目的[14]。

Alfaro等[1]通過逆轉錄轉導產生小鼠間充質干細胞過表達Wnt抑制因子，在心肌梗死周圍注射Wnt抑制因子、間充質干細胞后血管密度增加，梗死面積減少，心肌功能增強。Mirotsou等[15]和He等[16]研究提示Wnt抑制因子過表達可以改善膠原分布，繼而阻止心室壁變薄，預防心臟破裂的發生。大多數研究認為，Wnt抑制因子過表達可通過抑制Wnt/frizzled信號通路進而抑制心臟重構[17-18]。Hoehn等[19]通過轉基因技術使慢性心肌梗死的小鼠過表達心肌蛋白磷酸酶2A，發現小鼠心肌重構不良，經典蛋白激酶B/絲氨酸蛋白激酶/β-catenin途徑中斷的。因此將基因靶向干預左心室重構作為切入點，可能有助于闡明心臟破裂的發病機制。同時Wnt抑制因子可能有效抑制膠原蛋白聚集，最終降低心臟破裂發生率。

2.2Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1對炎癥反應的作用 炎癥反應所致的微血管通透性改變影響AMI發生、發展及轉歸。有研究表明，炎癥反應本身作為機體防御反應可通過間質細胞的再生形成肉芽組織進而恢復血流動力學，最終推動心室和瘢痕重構。炎癥反應也會通過增加巨噬細胞的遷移和分化，使心室擴張，增加心臟破裂風險[20]。Hakuno等[20]建立小鼠心肌梗死模型發現，α1微球蛋白在急性期分布于梗死區和邊界區，反映α1微球蛋白結合巨噬細胞浸潤，α1微球蛋白可激活蛋白激酶B、核因子κB和胞外信號調節激酶信號轉導并增強炎癥以及巨噬細胞遷移和極化，同時抑制培養的巨噬細胞和心臟成纖維細胞中的纖維發生相關信使RNA表達，因此心肌內α1微球蛋白可加劇梗死區和邊界區的巨噬細胞浸潤，以及炎癥和基質金屬蛋白酶9的信使RNA表達，進而阻止心臟梗死區纖維化，最終在心肌梗死中引起急性心臟破裂。研究發現心肌梗死進展過程中，巨噬細胞浸潤程度也不斷加劇，進一步促進炎癥反應，并增加基質金屬蛋白酶活性和左心室重構。因此,心肌梗死后激活炎癥反應可進一步損傷心肌細胞，抑制炎癥反應可減少巨噬細胞浸潤程度，最終降低心臟破裂發生率。

Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1基因過表達可抑制Wnt/β-catenin轉導的激活，從而減少心肌細胞的損傷，有效抑制心室重構過程、改善心功能[21]。Laurent等[22]研究指出Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1通過調節維持AMI后促炎因子及抗炎因子的平衡，從而抑制中性粒細胞浸潤，減少梗死面積，促進瘢痕形成和梗死區愈合，而不是通過改變中性粒細胞的性質。細胞間黏附分子1和血管細胞黏附分子1作為機體炎癥反應兩個主要的黏附分子，在心肌細胞受到損傷時表達加強。有研究發現炎癥反應的兩種主要的黏附分子細胞間黏附分子1和血管細胞黏附分子1可以應用逆轉錄聚合酶鏈反應技術檢測，研究表明腫瘤壞死因子α可通過促進細胞炎性因子損傷心肌細胞，而Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1基因可干預腫瘤壞死因子α以減弱炎性因子的表現水平[23]。Barandon等[24]在小鼠冠狀動脈結扎模型中發現Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1的過表達能夠減少梗死面積，改善心臟功能。后續實驗發現Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1過表達會降低白細胞介素6(前炎性因子)的表達，而白細胞介素10(抗炎因子)表達反而增加，維持了損傷修復時炎性因子的平衡，進而增加梗死區域的血流量[22]。

2.3Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1與細胞凋亡 心肌細胞的異常凋亡是心血管疾病發生和發展的重要中間過程，會造成心肌細胞的完全不可逆性損傷，破壞心臟的正常結構，進而增加心臟破裂的風險。早期檢測和控制這種異常細胞凋亡有利于維持不同的病理條件下心肌組織的正常結構[25]。因此，通過干預心肌細胞的異常凋亡來預防和治療心血管疾病可能是一種潛在的治療方法[26]。

目前Bax、Bcl-2參與心臟病理狀態下心肌細胞凋亡的機制已受到廣泛關注[27-28]。在正常情況下Bax主要存在于細胞質中，當受病理條件下刺激時，線粒體膜電位喪失，Bax進入線粒體，促進線粒體中各種凋亡分子的流出，從而啟動了細胞凋亡過程[29-30]。有研究發現在細胞凋亡過程中Bax表達上調，相反Bcl-2的表達顯著下調[30-31]。在氧化應激中，活性氧物質誘導心肌細胞凋亡使心肌細胞的數量減少。臨床研究中約一半的患者在AMI后24 h內出現心室游離壁破裂現象，值得注意的是其中并沒有發現中性粒細胞浸潤的證據。鑒于細胞凋亡在心臟破裂的重要作用，Beranek[32]發現患者心臟破裂的發生可能通過非炎癥病理過程(即細胞凋亡)削弱心室壁的結構和功能。Fang等[31]研究發現細胞凋亡是心肌梗死早期和心肌細胞主要的死亡形式，通過下調角蛋白1基因導致角蛋白1和Bax蛋白表達減少，Bcl-2表達增加，細胞凋亡減少，缺血再灌注通過外在和內在途徑誘導程序性細胞死亡。同時還有研究發現抑制caspase-1活性可減少心肌梗死區面積和心肌細胞凋亡，這可能是由于caspase-1基因為促凋亡基因，從而使實驗中心肌梗死后細胞凋亡率降低[33]。Matsusaka等[34]發現p53可能通過誘導促凋亡通路參與心肌梗死后的心臟破裂。p53的抑制可能是一種潛在有用的治療策略來管理心肌梗死后患者。Kaga等[35]用糖原合成酶激酶3β抑制劑鋰或SB251763模擬心肌缺血再灌注后發現，心肌細胞中大量核β-catenin聚集，而心肌細胞和血管內皮細胞凋亡明顯減少，這說明Wnt經典轉導途徑的核β-catenin過表達，可能會減少心肌細胞的凋亡，從而改善缺血再灌注損傷。有研究表明Wnt3a為經典Wnt信號通路，具有促細胞凋亡作用，用小干擾RNA沉默核β-catenin或是負性調節TcF的表達都可以顯著抑制Wnt3a誘導的caspase活化，表現出抗凋亡作用，進而發揮Sfrp2的體內保護作用，并突出其對缺血性心臟的治療潛力[36]。FrzA/sFRP-1是Wnt途徑的天然抑制劑，有研究通過FrzA/sFRP-1與Fz受體競爭結合Wnt3a蛋白，阻止Wnt3a-Fz-LPR5/6復合體的形成，表明抑制Wnt信號通路活性，可以減少心肌細胞的凋亡和改善心功能[37]。有研究通過動物實驗[24]建立FrzA/sFRP-1過度表現狀態的轉基因小鼠模型，結果顯示，FrzA/sFRP-1過度干預可顯著降低心臟破裂風險，同時白細胞浸潤程度下降，基質金屬蛋白酶2和基質金屬蛋白酶9的活性降低，膠原分布明顯改善，毛細血管密度增加。有研究使用腫瘤壞死因子α刺激H9c2心肌細胞建立心肌炎性損傷模型,以模擬體內心力衰竭狀態,研究表明通過Wnt信號通路的激活可促進心肌細胞凋亡[38]。FrzA/sFRP-1基因的干涉可抑制心肌細胞Wnt信號通路的表達,可有效減輕心肌細胞的凋亡[38]。這也間接表明未來在防治心血管疾病方面干預心肌細胞的異常凋亡可能是一個潛在的途徑。

3 結 語

隨著治療方法的更新和完善，AMI患者的住院病死率明顯降低，但AMI合并心臟破裂的發生率仍然非常高。近年來，利用FrzA/sFRP-1靶向干預抑制Wnt信號通路對AMI后心臟破裂的基因治療開始受到廣泛重視。Wnt信號通路與心臟破裂存在聯系，目前的轉基因或基因敲除方法完全阻斷了Wnt信號轉導途徑，然而，心肌梗死后心臟破裂率沒有降低。因此，使用FrzA/sFRP-1作為干預靶標相對于基因敲除來阻斷Wnt信號轉導途徑更可行且更安全。然而，FrzA/sFRP-1降低心臟破裂發生風險的具體機制一直處于探索階段。

總之，應更加注重FrzA/sFRP-1相關的探索研究，尋求多中心，多領域合作，以闡明FrzA/sFRP-1具體機制，從而為AMI后心臟破裂診治提供理論依據和防治策略。