心肌纖維化發病機制的研究進展

楊曉利，瞿惠燕，戎靖楓，楊天舒，劉 茜，徐基杰，周 華，趙燕燕

21 世紀以來，心力衰竭已經是心血管疾病中唯一發病率、住院率、病死率及醫療費用均明顯升高的病種。2016年流行病學研究表明，全球心力衰竭病人已達2 300萬人[1]，5年死亡率高達42%[2]。心力衰竭發生后，心肌細胞明顯受損，凋亡的心肌細胞不具備再生能力，心臟應對損傷的響應機制主要表現為心肌纖維化，心肌纖維化的病理過程的特征是心臟成纖維細胞(cardiac fibroblasts，CFs)異常增加，其次是心肌細胞外基質(extracellular matrix，ECM)沉積，膠原組成變化和瘢痕形成，從而繼續維持心臟結構的病態完整性[3]。因此，心肌纖維化是心力衰竭的關鍵病理聯系，應進行深入的機制研究以預防和治療心肌纖維化，從根本上阻斷或延遲心肌纖維化，保護心臟功能，尋找治療心力衰竭的新靶點至關重要。然而心肌纖維化的發病機制目前尚不十分明確，既往研究表明其發生發展受到多種因素調節和控制。

1 腎素-血管緊張素-醛固酮系統(RAAS)

柯英杰等[4]認為RAAS系統不僅是機體內分泌的重要組成部分，而且是心肌細胞在壓力或容量負荷等因素影響下的主要應答系統。心肌受損后，血流動力學發生改變、心肌纖維化重塑、心肌硬度增加和順應性降低刺激心肌細胞內源性的血管緊張素Ⅱ(angiotensin-Ⅱ，AngⅡ)分泌。王詠等[5]認為心力衰竭病人心臟收縮力下降，腎血流量減少，從而激活RAAS，使血液和組織中如腎素、AngⅡ、醛固酮(ALD)、內皮素、抗利尿激素及細胞因子等多種物質水平上升，其中AngⅡ和醛固酮是導致心肌纖維化的主要效應分子，可通過多種信號通路參與心肌纖維化的形成。姜秀春等[6]認為 AngⅡ是以受體為介導發揮作用，經酪氨酸激酶使細胞外信號調節激酶(ERK)被激活，使成纖維細胞增殖，增強Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白基因表達，降低膠原酶活性，從而影響膠原清除。宋秉春等[7]主張醛固酮可合成心肌成纖維細胞、增加心肌間質分泌及心肌Ⅰ型、Ⅲ型膠原纖維含量等。大量臨床試驗證實，血管緊張素受體拮抗劑(ARB)和血管緊張素轉化酶抑制劑(ACEI)可降低高血壓病人血壓，顯著減少巨噬細胞和單核細胞數量，減輕心肌纖維化。醛固酮是一種獨立于AngⅡ的心血管危險因素因子，其增加還原型輔酶Ⅱ氧化酶和超氧陰離子濃度，降低血管內皮一氧化氮(NO)活性，調節冠狀動脈和周圍血管的炎癥，是影響心肌纖維化的重要因素之一[8-9]。除了循環中RAAS系統外，AngⅡ和醛固酮還以自分泌和旁分泌的方式在心臟組織局部發揮致纖維化的作用。

2 細胞因子

心肌纖維化發生與轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、AngⅡ、醛固酮、鈣離子、兒茶酚胺、堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)、胰島素樣生長因子-1(IGF-1)、整合素、細胞黏附分子、干擾素-γ、糖皮質激素等細胞因子有關。

ECM在心肌中過多沉積導致心肌硬化、心臟收縮和舒張功能下降。其主要由心肌組織中的Ⅰ型和Ⅲ型纖維膠原組成。研究證實，TGF-β是導致心肌纖維化的一個重要細胞因子，與Ⅰ型、Ⅱ型膠原纖維上的轉化生長因子-β1(TGF-β1)受體結合并激活TGF-β1/Smad通路，引起CFs分化為肌成纖維細胞，參與ECM蛋白的合成。AngⅡ被認為是一種局部生長調控劑，可激活Ⅰ型受體，促使心臟成纖維細胞分化為肌成纖維細胞，大量合成ECM，導致心肌纖維化，還可使細胞膜上Ca2+通道被激活，使細胞內Ca2+增加，促進CFs的有絲分裂、增殖和Ⅰ型、Ⅲ型膠原基因高表達，引發纖維化。肖一佳等[10]主張血中兒茶酚胺可直接作用于心肌細胞，使其膜上的Ca2+通道被磷酸化，引起Ca2+內流增加，間接作用于其β受體，激活G蛋白和腺苷酸環化酶，升高細胞內環腺苷酸水平，引起心肌細胞壞死和凋亡。還能促進心肌蛋白合成膠原沉積，導致心肌纖維化。醛固酮能通過劑量依賴性方式刺激膠原合成，其與血流動力學因素無關，但這種作用可被其拮抗劑螺內酯逆轉。醛固酮可與心肌成纖維細胞膜上高親合力的Ⅰ型受體結合，促進Ⅲ型膠原堆積。在此過程中對基質金屬蛋白酶(MMPs)無影響；長期輸注醛固酮可增加血管緊張素Ⅱ1型受體(AT1)、血管緊張素轉換酶(ACE)、內皮素(ET)及其受體等的合成，提示醛固酮一定程度上是經過以上因素的間接作用而引發纖維化。

3 血管內皮功能障礙和心血管活性物質

血管內皮細胞是單層連續細胞，其覆蓋血管腔的表面并表達對特定組織的內皮特異的細胞表面蛋白。冠狀動脈內皮可調節心肌細胞和心肌成纖維細胞的代謝，影響心肌纖維化的進程。內皮及其所分泌的緩激肽、ET、NO、前列環素I2、結締組織生長因子(connective tissue growth factor，CTGF)、血栓素A2、利鈉肽、脫氧皮質酮及血小板衍生生長因子等血管活性物質，在心肌纖維化的發生與轉歸中起關鍵作用。緩激肽產生于組織中的激肽酶Ⅱ降解過程中，其抑制膠原增生，而AngⅡ有激肽酶Ⅱ的活性，如果抑制AngⅡ，則可減少緩激肽降解，升高局部緩激肽濃度。ET是一種由心肌成纖維細胞和心肌細胞合成和分泌的生物肽活性物質，具有收縮血管、促進心臟成纖維細胞增殖及膠原合成的作用。聶慧娟等[11]認為ET通過自分泌、旁分泌途徑引起強烈的收縮血管作用，增加 AngⅡ合成，導致膠原積聚而引發心肌纖維化。NO可抑制腎素釋放、 影響AngⅡ生成和防止血漿中ET水平過高，其合成或分泌不足均可促使AngⅡ誘發心肌纖維化。NO還能夠經過濃度依賴途徑抑制膠原蛋白合成而降低心肌纖維化，被認為是一種有效的抗心肌纖維化因子。前列環素I2以濃度依賴方式使體外培養的心臟成纖維細胞合成膠原下降及基質金屬蛋白酶-1(MMP-1)活性顯著增加，而在膠原降解過程中，MMPs主要發揮負責Ⅰ型和Ⅲ型膠原降解的關鍵作用。CTGF是TGF-β的下游介質，往往作為其他始動因子的中間環節，經過促進細胞的有絲分裂、CFs增殖和遷移、ECM沉積、形成肉芽組織、合成膠原及誘導細胞凋亡的方式發揮促纖維化作用[12]。而直接誘導纖維化的作用不明顯。CTGF亦是一種CFs中膠原蛋白合成的有效調節因子，其可增加人缺血心肌組織表達，并和參與ECM重塑的基因有關。

4 MMPs/MMPs組織抑制因子(TIMPs)

心肌纖維化是指心肌中膠原纖維的過度沉積，尤其是由膠原纖維合成和降解不平衡所致。膠原纖維的降解受胞外MMPs及TIMPs共同調節。MMPs是鋅依賴性內肽酶，是控制ECM平衡的主要酶和心肌梗死后心臟重塑的因素[13]。樊小容等[14]研究認為MMPs組織抑制因子-1(TIMP-1)是一類廣泛存在于體液和組織中的糖蛋白，幾乎能夠抑制所有MMPs活性，主要抑制MMP-1、基質金屬蛋白酶-3(MMP-3)、基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)活性。TIMP-1和MMPs等在膠原降解系統發揮共同維系正常心肌結構和功能的作用，TIMP-1/MMPs比值變化引起膠原合成及降解失衡，導致心肌纖維化。Hung等[15]證實，醛固酮可誘導TIMP-1的表達，降低MMP-1活性，促進膠原蛋白聚集及心肌纖維化。

5 microRNA

microRNA是一類內源性非編碼短鏈RNA。多種microRNA不僅在心肌梗死后心肌重構與心肌纖維化的慢性過程中發揮作用，而且在腫瘤、神經系統疾病及衰老的病理過程中調節機體細胞增殖、分化、代謝與凋亡。microRNA的類型不同其作用也不同[16]，miR-24、miR-29、miR-208a、miR-590、miR-199b、miR-433、miR-146、miR-154等具有抗纖維化作用，而miR-21、miR-34a、miR-503、miR-133等可促進纖維化發生。

肖紅梅等[17]認為，miR-24上調可減少心肌纖維化及心臟成纖維細胞的分化和遷移。而Thum[18]觀察發現，miR-29分泌減少能夠使膠原蛋白、彈性蛋白以及原纖維蛋白基因編碼的抑制得到解除，增加ECM，引發心肌纖維化。van Rooij等[19]首次發現miR-208有誘發心肌肥厚及纖維化的作用。高輝等[20]證實，miR-590能夠使AngⅡ誘導的TGF-βⅡ型受體、心肌成纖維細胞分化和膠原蛋白高表達受到抑制。Xiao等[21]研究證實，間歇性有氧運動可經miR-29a和miR-101a的表達上調，抑制TGF-β1通路活化，降低心肌梗死后的纖維化和疤痕形成。亦有觀察發現，miR-21表達增強可使ERK-絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路抑制因子SPRY1被抑制，從而使心肌成纖維細胞該信號通路活性增強，促進成纖維細胞存活并分泌生長因子；也可抑制TGF-βⅢ型受體，增加膠原產生，導致心肌纖維化[22-23]。Br?nnum等[24]進一步證實了miR-21可在程序性死亡因子(PDCD)4和 SPRY1上起作用，參與內皮-間質細胞和上皮-間質細胞的轉化，促進心臟重塑。Huang等[25]研究認為，miR-34a能夠使TGF-β促心肌纖維化效應增強，而TGF-β又能促進miR-34a表達。Matkovich等[26]觀察發現增強心肌細胞miR-133過表達可以減弱壓力負荷誘導的纖維化和減少心肌細胞凋亡。

6 脂肪因子和糜酶

脂肪因子既能通過MAPK GSG路徑特異性增加膠原纖維的合成， 也能經P38 MAPK、信號轉導與轉錄激活子(STAT)方式緩解心肌纖維化；并影響心肌纖維化進程。但目前研究發現，脂肪因子大多與高血脂、高血壓等致病因素共同發揮致心肌纖維化作用[27]，單一脂肪因子對心肌纖維化無明顯影響。脂肪因子是構成促纖維化和抑制纖維化的復雜調節網絡，參與心肌纖維化的發生和發展過程。有研究證實，糜酶對AngⅡ的生成和維持，尤其是心室AngⅡ的生成發揮著關鍵作用[28]。

7 氧化應激反應

大量研究表明，氧化應激影響肝、肺、肺動脈、神經系統和心臟的纖維化形成，尤其在形成心肌纖維化過程中發揮重要作用。一方面，心肌受損后活性氧增加能直接使心肌成纖維細胞被激活，誘導其分化和增殖，促進ECM合成，引發心肌纖維化；另一方面，可間接參與到如細胞因子、生長因子和AngⅡ對于成纖維細胞功能及 ECM代謝的影響，進而引起心肌纖維化[29]。

8 免疫炎癥反應

在心肌纖維化發病中免疫炎癥反應起著重要作用，產生的炎性因子[腫瘤壞死因子α(TNF-α)、干擾素-γ、白細胞介素-6(IL-6)、白細胞介素1β(IL-1β)、C反應蛋白]可多途徑導致心肌纖維化，其機制復雜，目前并未有明確的信號通路。王禹川等[30]認為炎性因子促進成纖維細胞的表達，改變心肌間質成分，并促進成纖維細胞的遷移，且氧自由基能以多方式誘發心肌纖維化。研究表明急性心肌梗死早期炎性細胞因子包括TNF-α、IL-6、IL-1β合成和釋放增加；醛固酮治療4～5周，左、右心室壁中血管損傷與否，均出現巨噬細胞、T淋巴細胞浸潤，單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)、細胞間黏附分子1(ICAM-1)、TNF-α等炎性因子的高表達。炎性細胞和炎性因子表達量和活性增強，使靜止狀態的成纖維細胞增殖并分化為肌成纖維細胞，增加膠原沉積，引發心肌纖維化。

9 其 他

一些研究表明，甲狀腺素[31]能直接興奮交感神經系統和RAAS系統，間接誘發心肌纖維化；亦可使心率增快、心肌收縮力及外周血管阻力增強，間接使RAAS系統激活，導致心肌纖維化；宋文信等[32]通過注射左旋甲狀腺素給新西蘭白兔制造甲狀腺功能亢進模型，觀察發現左旋甲狀腺素可導致心肌增厚和心肌間質纖維化，同時指出RAAS可能與甲亢性心肌病的發生、發展有關。

10 結 語

心肌纖維化的發病機制相對復雜，其主要過程可分為CFs的激活與ECM的合成或異常沉積。其中涉及的影響因素包括：RASS系統、細胞因子、炎性因子的介導作用、內皮功能障礙及心血管活性物質、MMPs系統、microRNA、氧化應激、免疫炎癥反應、脂肪因子以及糜酶的異常等。以上因素的影響尚未十分明確，大部分研究只是在科研基礎層面停滯不前，有待結合臨床工作進一步研究。加強對心肌纖維化機制的理解，為心肌纖維化的治療提供新的有效靶點是目前心血管研究的熱點及難點。應根據具體靶點開發相對應的藥物，以阻斷或減緩心肌纖維化進程，保護心功能，并提供治療心力衰竭的新方法。