腫瘤壞死因子相關蛋白3 在心肌纖維化作用的研究進展

安榮 文霄敏 常小倩 劉衛生

在多種心血管疾病的發生和發展過程中，心肌纖維化都參與其中。 近年來， C1q 腫瘤壞死因子相關蛋白3(c1q/tumor necrosis factorrelated protein 3，CTRP3)對心肌纖維化的作用受到廣泛關注。 揭示CTRP3 在心肌纖維化發生發展中的作用及機制，將為心肌纖維化提供新的研究方向，為心臟重構的防治提供可能的新思路。

1.心肌纖維化概況

心肌纖維化是心肌損傷及心功能障礙的重要標志之一，指的是Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的沉積，以及細胞外基質(extracellular matrix， ECM)交聯，導致機械傳感的改變，室壁應力的加強，以及心臟彈性和舒張功能受損[1-3]，構成了大多數心臟疾病的病理基礎，參與到各種心血管疾病當中。

(1)心肌纖維化特點 在心肌纖維化過程中，肌成纖維細胞由成纖維細胞增殖、活化、遷移及轉化而來。 肌成纖維細胞為心肌纖維化中主要的效應細胞，具有更強的遷移、增殖并分泌細胞外基質的能力，因此是造成病理性心肌纖維化的主要細胞[4]。 心肌膠原蛋白以約占心肌膠原總數85%的Ⅰ型膠原蛋白和約占心肌膠原總數的11%的Ⅲ型膠原蛋白為主，分別用于保持心室壁的強度和彈性。 各型膠原的比例失調、排列紊亂或濃度異常，都將加劇心肌纖維化，增加室壁僵硬度，降低室壁順應性，從而減弱心肌舒張功能，導致心臟舒張功能障礙。 冠狀動脈周圍的心肌纖維化，會導致局部血供不足，加重心肌壞死程度[5]。

(2)心肌纖維化的機制 1)腎素-血管緊張素-醛固酮系統(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)國內外研究表明，RAAS 的激活是心肌纖維化的主要原因，血管緊張素Ⅱ可激活心肌成纖維細胞，合成大量細胞外基質成分，在RAAS中發揮主要的生物學效應。 而作為RAAS 的抑制劑，血管緊張素轉化酶抑制劑和血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑可有效減少巨噬細胞和單核細胞并抑制心肌纖維化[6-8]。

2)細胞因子 轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)被認為是最主要的促纖維化生長因子，通過激活其下游介質結締組織生長因子，促進成纖維細胞的增殖、遷移及分化，誘導細胞外基質分泌，增加細胞凋亡，從而加劇心肌纖維化[9]。 TGF-β 還可通過影響解偶聯蛋白減弱線粒體的能量代謝，參與到心肌細胞的纖維化[10]。 機械敏感或細胞因子誘導的細胞表面整合素[11]和合成酶[12]的上調可能加重生長因子信號，導致肌成纖維細胞轉分化和促進心肌纖維化。 體外和體內研究表明，內皮素是一種潛在的致纖維化介質，可作用于TGF-β 和血管緊張素[13]下游，并可作為炎癥與纖維化之間的聯系[14]。 促炎癥細胞因子:TNF-α、IL-1β 和IL-6 在纖維性心臟中的表達是一致增高的[15-17]，對成纖維細胞表型和基因表達有重要影響。

3)其他 在心肌纖維化發生過程中， 涉及多種因子參與， 其中主要包括各種炎性因子、氧自由基、血小板源性生長因子等。 這些因子通過不同或相同的信號通路途徑介導心肌纖維化的發生；S100A4 蛋白刺激內皮細胞產生基質金屬蛋白酶-13，促進細胞外基質的重構；另外，心肌成纖維細胞功能異常、交感神經異常興奮、微小RNA(MicroRNA，mRNA)的參與也影響心肌纖維化進程[18-20]。

2.C1q 腫瘤壞死因子相關蛋白3 簡介

C1q 腫瘤壞死因子相關蛋白家族由脂肪細胞分泌的結構高度保守且與脂聯素同源的一組蛋白，CTRP3 為其中一員。 由246 個氨基酸殘基構成的CTRP3，有4 個結構域，分別為:指導蛋白分泌的信號肽、一個或多個保守Cys 殘基的N 末端結構域、可變數目Gly-X-Y 重復的膠原樣結構域和C末端球狀C1q 結構域[21-22]。 CTRP3 具有多種生物學功能，如調節骨與軟骨及糖脂代謝，參與內分泌的調節與自身免疫疾病的轉歸，抑制炎癥反應，心血管的保護作用[22]。

3.CTRP3 與心肌纖維化

近年來的研究表明，CTRP3 對心肌纖維化的發生和發展具有雙向調節作用，但多數研究結果更加傾向于負向調控，既CTRP3 對心肌纖維化的抑制作用，而目前的研究證據尚未統一。

(1) CTRP3 促進心肌纖維化 Ma 等[23]研究顯示，在主動脈縮窄大鼠模型中，過表達CTRP3 的小鼠對壓力超負荷表現出加劇的心臟肥大和心臟功能障礙，相反，心臟中CTRP3 的缺乏導致肥厚的表型減輕。 CTRP3 誘導心肌細胞肥大，可通過在培養基中添加CTRP3 抗體來阻止。 信號通路的檢測表明，壓力過載誘導的轉化生長因子β 活化激酶1(TAK1)-c-Jun N 末端激酶(JNK)通路的活化被CTRP3 的過表達增強，并受到CTRP3 破壞的抑制。 此外，CTRP3 在心肌細胞特異性TAK1 基因敲除小鼠中失去了促肥大作用。 蛋白激酶A(PKA)參與了CTRP3 對TAK1 的激活。 以上證據表明，CTRP3 促進由PKA 激活的TAK1-JNK 信號通路促進壓力超負荷引起的心肌肥大，進而促進心肌纖維化。 這將有助于我們對病理性心臟肥大和心力衰竭機制的理解。

(2) CTRP3 抑制心肌纖維化 Yi 等[24]研究發現，CTRP3 的表達在心肌梗死后的心肌重構階段受到抑制，而補充外源性的CTRP3 后，可減少小鼠心肌梗死面積，抑制心肌纖維化及病理重構，增加心肌梗死小鼠存活率；CTRP3 受到磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信號通路負向調控，CTRP3 可能通過蛋白激酶B-缺氧誘導因子1-血管內皮生長因子(akt-hypoxia-inducing factor-1α-vascular endothelial growth factor，Akt-HIF1-VEGF)通路將信號由心肌細胞傳導至內皮細胞，發揮抑制心肌細胞調亡，促進毛細血管生成，增加血供，保護甚至部分恢復心功能。 該研究證實CTRP3 具有強烈的抗重構和心臟保護作用，這表明CTRP3 可能作為一種新的治療靶點，在減輕缺血后心臟重構、改善心臟功能方面發揮顯著的作用。

另有研究顯示:CTRP3 可使TGF-β1 誘導的平滑肌肌動蛋白表達受到抑制而減少結締組織生長因子、Ⅰ型和Ⅲ型膠原的生成；心肌局部過表達CTRP3 可抑制心肌間質纖維化；CTRP3 激活大鼠心肌細胞和成纖維細胞中AMP 活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)的磷酸化，而AMPK抑制劑腺嘌呤9-β-D-阿糖腺苷(adenine 9-β-D-arabinofuranoside，AraA)或Akt 上游激酶PI3K 的抑制劑(LY294002)可削弱CTRP3 的抗纖維化作用，AraA 預處理還可消除CTRP3 抑制TGF-β1 誘導的Smad3 磷酸化、核轉位以及與p300 結合的作用，逆轉CTRP3 的抗纖維化作用[25]。 因此，CTRP3 通過激活AMPK 來抑制TGF-β1 誘導的Smad3 核轉位和與p300的結合，抑制肌成纖維細胞的表型轉化，從而抑制心肌梗死大鼠的心肌纖維化。 而補充外源性的硫化氫亦可通過減少TGF-β1 的表達而減輕心肌病大鼠的心肌纖維化[26]。 以上發現可能會增進我們對涉及CTRP3 心臟保護作用的分子機制的了解，并為心肌重構的未來治療靶點提供新的見解。

也有研究證明了CTRP3 對外膜成纖維細胞活化的影響:CTRP3 可抑制TGF-β1 誘導的外膜成纖維細胞的激活，抑制成纖維細胞向肌成纖維細胞的表型轉化和成纖維細胞的增殖、遷移及膠原合成，也抑制結締組織生長因子的分泌，通過調節外膜成纖維細胞的反應，揭示了CTRP3 在病理性血管重構中的保護作用[27]。 由此得出，CTRP3 通過抑制TGFβ1 通路從而抑制病理性的血管重構保持血管生理結構與功能并延緩心肌纖維化進展。 體現了CTRP3 可能通過操縱外膜成纖維細胞的反應來改善病理性血管重構的前景，強調增強CTRP3 水平的方法可能是減輕血管重構的治療的合理策略。 然而，需要進一步研究以證明人類治療方法的可行性。

王戈等[28]在主動脈瓣狹窄患者血漿和心肌CTRP3 與心肌纖維化的相關性研究中發現:與對照組相比，主動脈瓣狹窄患者心肌細胞明顯肥大，心肌纖維化程度顯著增加，血漿和心肌細胞CTRP3 含量均明顯升高，且血漿和心肌CTRP3含量與心肌纖維化程度呈正相關。 綜合之前研究結果:CTRP3 能夠降低小鼠缺血心肌細胞死亡，促進心肌細胞再生，減小梗死后纖維化面積，促進血管再生，增加梗死后心肌收縮力等分析，主動脈瓣狹窄患者在心功能代償期因壓力超負荷引起心室重構和心肌纖維化后，CTRP3 為起保護作用而代償性升高。

值得一提的是，Zhang 等[29]的研究發現:在橫主動脈縮窄(transverse aortic constriction，TAC)小鼠模型中，CTRP3 通過抑制p-38 蛋白/cAMP 反應元件結合蛋白(p38/CREB)途徑和下游內質網(endoplasmic reticulum，ER)應激，保護宿主免受TAC 誘導的心臟肥大和心臟功能障礙。 體外實驗同樣表明，CTRP3 在苯腎上腺素誘導的心肌肥大中的抗壓力作用是通過抑制p38/CREB/ER 應力途徑介導的。 主要表現為:CTRP3 的過表達減輕了TAC 術后心功能減弱，心肌纖維化重建，肥大基因和纖維化基因的上調以及對苯腎上腺素誘導的心肌細胞肥大的抑制作用；TAC 后小鼠心臟中p-38 和p-CREB 明顯上調，CTRP3 缺乏明顯加重了這一作用，而CTRP3 過表達則抑制了這一作用。 由此得出CTRP3 通過抑制p38/CREB 通路來保護宿主免受壓力超負荷過載所致的病理性心肌肥厚和纖維化，進而改善心功能。 此研究與之前提到的Ma 等的研究結果:CTRP3 促進心肌肥厚而加重心肌纖維化恰恰相反。 或許由于CTRP3 的終止表達和過度表達的方法存在顯著差異，可能導致不同的表型，所以體現出CTRP3 在心肌肥厚方面發揮不同的作用。 這也提示我們，CTRP3 在不同條件下可能發揮不同的影響和作用機制，尤其在病理性心肌肥厚中的作用和機制值得我們進一步研究。

另有證據支持以下觀點:間歇運動可升高心梗大鼠心肌CTRP3 水平，激活蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(AKT/mTOR)通路，抑制心肌細胞凋亡，改善心臟病理性重構，提高心功能[30]；CTRP3 通過AMP 活化蛋白激酶/過氧化物酶體增殖活化受體γ 輔助活化因子1α(AMPK/PGC-1α)通路促進心肌細胞線粒體生物生成和能量的產生，改善線粒體功能[31]和促進肌絲鈣敏感性直接增加心肌細胞的收縮性[32]，抑制心肌細胞的炎癥和凋亡，改善阿霉素處理后的心臟毒性[33]，CTRP3 通過激活AMPKα 信號通路、減弱炎癥反應和細胞凋亡來預防膿毒癥誘導的小鼠心肌功能障礙[34]，CTRP3 還可能促進骨髓中干細胞的歸巢和/或刺激常駐心臟干細胞分化[35]，從而保護心肌細胞，改善心功能。

目前關于CTRP3 促進心肌纖維這一作用還需大量研究證實，或許在心肌受損早期，CTRP3 為了維持有效的心臟泵功能而短暫促進心肌纖維化也未可知，但不可否認這將會這是一個新的研究方向，分子通路、病理模型、檢測方法與時機、基因表達的調控等或許都是下一步的研究重點。

4.結語和展望

CTRP3 對心肌纖維化的調節作用復雜且多重。 既可以加劇心肌細胞肥大和心功能障礙促進心肌纖維化，也可以抑制成纖維細胞向肌成纖維細胞的轉化，減少細胞外基質增生等機制抑制心肌纖維化。 但目前CTRP3 影響心肌纖維化的機制鮮有研究，特別是CTRP3 對心肌纖維化正、負兩種不同作用，是因為不同的疾病模型所致還是脂肪組織衍生的CTRP3 在不同的病理情況下對心臟CTRP3 庫的不同影響所致，這還需要大量深入的研究來證實。 目前關于CTRP3 對于心肌纖維化作用的研究大多集中于細胞實驗和動物實驗，還缺乏相關臨床試驗的研究，而且我們對CTRP3 在體內特異性受體及其作用機制還知之甚少。 進一步深入探究CTRP3 對心肌纖維化的調節作用、信號轉導通路和探索其上下游分子的特異性受體，可揭示心肌纖維化的機制，對心肌纖維化的有效防治具有重要的理論意義和臨床指導價值。