腫瘤壞死因子-α 在心血管疾病中的作用及研究進展

徐澤炎，張樹龍

(大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院，遼寧 大連 116001)

0 引言

腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor-α，TNF-α)是Carwell等[1]于1975 年發(fā)現(xiàn)的一種誘導(dǎo)腫瘤細胞程序性死亡的物質(zhì)。較多研究表明TNF-α 與胚胎發(fā)育、腫瘤抑制、細胞凋亡、血管生成等生物學(xué)功能有關(guān)[2-5]。TNF-α 在心血管疾病中的研究是近年來研究熱點，TNF-α 對心血管組織重構(gòu)、平滑肌細胞及心肌細胞的增殖具有重要的調(diào)控作用[6-8]，深入探究TNF-α 在心血管發(fā)病機制中的作用，對于指導(dǎo)臨床此類疾病的防治和治療具有重要意義。近年來，研究人員針對TNF-α 在高血壓、心肌梗死、心力衰竭和心房顫動病理機制中的作用展開了較為深入的臨床和基礎(chǔ)研究，本文就此作一綜述。

1 TNF-α 的結(jié)構(gòu)和功能

TNF-α 是由157 個氨基酸殘基組成的多肽分子，大小約 為17KD[9,10]。TNF-α 具 有 成 對 的 三 聚 體TNF 同 源 結(jié) 構(gòu)域(TNFhomology domain，THD)，THD 可與其他TNF 家族蛋白結(jié)合[11]。目前發(fā)現(xiàn)有TNFR1 和TNFR2 兩種受體[14]。TNFR1幾乎表達于所有有核細胞表面[15]，可以被tmTNF-α 和sTNF-α激活，觸發(fā)促炎途徑，參與細胞凋亡、壞死和炎癥因子釋放[16]。TNFR2 主要誘導(dǎo)性表達于免疫細胞和內(nèi)皮細胞表面，可以被tmTNF-α 結(jié)合后激活[17]，參與細胞粘附、遷移、存活和增殖等過程[18]。

2 TNF-α 與心血管疾病

2.1 TNF-α 與高血壓

高血壓是由交感神經(jīng)亢進、血管重構(gòu)、腎素醛固酮系統(tǒng)、血管平滑肌增殖等多因素交叉引起的疾病。Anna 等人[19]研究發(fā)現(xiàn)高血壓患者體內(nèi)TNF-α 顯著升高。Huang 等人的實驗證實TNF-α 抑制劑能顯著減輕鹽敏感高血壓大鼠疾病的進展[20]。由此可見，TNF-α 廣泛參與高血壓的病理過程[21]。研究表明，TNF-α 能激活孤束核背側(cè)神經(jīng)元上的TNFR1 受體，刺激心、腎交感神經(jīng)，對延髓頭端腹外側(cè)區(qū)的交感前運動神經(jīng)元興奮性投射，增加交感神經(jīng)流出，升高動脈血壓[22]。血管重構(gòu)是引起高血壓的重要原因，有研究證實，TNF-α 可以降低血管舒張活性物質(zhì)一氧化氮(NO)的合成，造成血管內(nèi)皮舒張障礙，從而引起血壓升高[23,24]。此外，TNF-α 可以抑制血管內(nèi)皮功能調(diào)節(jié)因子的表達，引起血管重構(gòu)[25]。TNF-α 還可有效促進白介素1(Interleukin 1，IL-1)的分泌，IL-1 調(diào)節(jié)血管平滑肌細胞的增殖、分化過程，最終使管壁增厚、管腔變窄，血管外周阻力大大增加。

腎素- 血管緊張素- 醛固酮系統(tǒng)(renin -angiotensin-aldosterone system，RAAS)過度激活是引起高血壓的重要原因[26]。TNF-α 能夠上調(diào)血管緊張素受體1(angiotensin receptors AT1)的表達，增強血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ)的作用效果[27]，Ang Ⅱ可作為心血管系統(tǒng)的血管收縮劑，升高血壓。

這些結(jié)果提示，TNF-α 通過刺激交感神經(jīng)投射、促進內(nèi)皮舒張障礙和上調(diào)AT1 的表達參與高血壓發(fā)病的多個過程。

2.2 TNF-α 與心肌梗死

心肌梗死死亡率高，過程復(fù)雜。zhang 通過Meta 分析證實[28]，具有TNF-α-308G/A 基因多態(tài)性的男性更容易患心肌梗死。TNF-α 基因多態(tài)性直接影響TNF-α 的轉(zhuǎn)錄、表達及生物活性。Bennet[29]發(fā)現(xiàn)，攜帶TNF-α238 A 等位基因的女性較TNF-α238 G 等位基因的對照組心梗風(fēng)險更低。在吸煙人群中，TNF-α806 C/T 多態(tài)性大大增加了其心梗易感性[30]。由此可見，TNF-α 可能參與心肌梗死過程。盡管心梗后及時手術(shù)使血管再通，仍有超1/3 的心肌出現(xiàn)缺血再灌注損傷。研究顯示，TNF-α 水平是缺血再灌注損傷的獨立決定因素，高水平的TNF-α 與缺血再灌注損傷的發(fā)生密切相關(guān)[31]。這引起了研究者的猜想：TNF-α 能否作為心肌缺血再灌注損傷的一個治療靶點？但TNF-α 基因敲除小鼠身上卻得出相反的結(jié)論[32]，TNF-α 基因敲除小鼠心臟的缺血面積并未減輕。為深入探究機制，Michael 將研究進一步細化，分別在TNFR1 和TNFR2 基因敲除小鼠上構(gòu)建缺血再灌注模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TNFR1 敲除小鼠缺血面積明顯減少，TNFR2 敲除后缺血面積并無明顯改變。從而表明TNF-α 通過與TNFR1 結(jié)合，加重心梗后的缺血/再灌注損傷。TNFR2 可能并不參與心梗后心肌缺血過程。而TNF-α 基因敲除小鼠缺血面積無改變，可能因為TNF-α 基因敲除后，其他炎癥因子表達代償增強，替代TNF-α 在心肌梗死

過程中發(fā)揮作用。心肌缺血-再灌注損傷后，出現(xiàn)收縮性功能障礙、心肌細胞凋亡以及心臟結(jié)構(gòu)改變，這些變化被稱為心臟結(jié)構(gòu)重塑。心梗多伴隨炎癥反應(yīng)，炎癥程度是結(jié)構(gòu)重塑的重要影響因素。Monden[32]和Hamid T[33]先后證實，TNFR1 通過促進心肌細胞肥大和凋亡，加重炎癥和纖維化反應(yīng)，使心臟發(fā)生結(jié)構(gòu)重塑。而TNFR2 通過降低炎癥因子水平[34]，減輕炎癥反應(yīng)損傷，增加血管生成因子VEGF 表達，加速梗死區(qū)域血管新生，改善結(jié)構(gòu)重塑。此外，心梗后高炎狀態(tài)也影響心臟收縮。Wang發(fā)現(xiàn)[35]，冠脈結(jié)扎后一周使用TNF-α 抑制劑，有效減輕梗死區(qū)白細胞積累和炎癥因子(TNF-α、IL-6、MCP-1)的水平，自噬減輕、凋亡增多，左室收縮障礙減輕。這證實了TNF-α 影響心臟收縮，TNF-α 通過結(jié)合兩種受體發(fā)揮截然相反的作用[33]。TNFR1 通過激活NF-κB 炎癥通路，加強內(nèi)皮細胞表達血管細胞黏附因子-1(VCAM-1)和細胞間黏附因子-1(ICAM-1)，增加梗死區(qū)域中性粒細胞的浸潤，延遲超氧化物和穿孔素等物質(zhì)對心肌的毒性作用，影響心臟收縮功能，增加梗塞后死亡率。而TNFR2則能緩解TNFR1的效應(yīng)。此外，TNF-α也影響心梗復(fù)發(fā)。一項臨床研究顯示[36]，心梗后患者血漿中TNF-α 濃度升高，且其升高程度與心梗復(fù)發(fā)情況正相關(guān)。因此，TNF-α 通過影響心肌缺血再灌注、心臟結(jié)構(gòu)重塑和心肌收縮障礙等過程，參與心肌梗死。

2.3 TNF-α 與心力衰竭

心力衰竭是大部分心血管疾病的最終結(jié)局。Levine 早在1990 年發(fā)現(xiàn)，充血性心衰患者血中TNF-α 升高[37]，且這種升高與RAAS 的激活相關(guān)。這使研究者對TNF-α 在調(diào)節(jié)心臟結(jié)構(gòu)和功能，尤其在心衰進展中的作用產(chǎn)生了興趣。Kubota[38]和Franco[39]的研究表明，過表達TNF-α 的轉(zhuǎn)基因小鼠左室射血分?jǐn)?shù)下降，左室擴張，且射血分?jǐn)?shù)下降程度取決于TNF-α 的劑量。這可能與TNF-α 增加誘生型一氧化氮合酶(NOS)的mRNA，促進一氧化氮(NO)合成有關(guān)。過量的NO 刺激心肌細胞內(nèi)cGMP 水平，阻斷鈣離子內(nèi)流，降低心肌收縮力，導(dǎo)致心臟收縮障礙[40]。為進一步確定TNF-α 在心臟收縮中的作用，Biykem[41]輸注TNF-α 一段時間后停止，發(fā)現(xiàn)心衰部分逆轉(zhuǎn)。而輸注TNF-α 抑制劑則明顯改善心衰降低的左室射血分?jǐn)?shù)。Pagani 在狗心衰模型中也得到了相同的結(jié)論[42]。這些結(jié)果均證實了TNF-α 在心衰中的重要作用，抑制TNF-α 可以逆轉(zhuǎn)心衰。除了影響心臟收縮功能，TNF-α 也參與促進心肌細胞肥大。Dibbs 發(fā)現(xiàn)，過表達tmTNF-α 的轉(zhuǎn)基因小鼠心臟膠原含量增多，心肌細胞面積增大，心肌細胞肥大，心臟呈向心性肥厚[43]。Biykem[41]也得到了相似的結(jié)論，持續(xù)輸注TNF-α 引起大鼠心肌細胞肥大和膠原蛋白降解，導(dǎo)致漸進性左室功能障礙和左室結(jié)構(gòu)重塑[41]。心肌細胞凋亡是心衰患者心臟功能障礙的主要機制[44]。Krown 證實，TNF-α 通過NO 途徑或抑制原癌基因Bcl-4 的表達促進心肌凋亡[45]，也可以通過參與線粒體局部損傷和氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致心肌細胞凋亡，引起進行性左室功能障礙[46]。心肌細胞肥大和凋亡后心臟正常結(jié)構(gòu)改變，成纖維細胞激活，細胞外基質(zhì)蛋白沉積，心臟結(jié)構(gòu)重塑。TNF-α 也參與調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)蛋白的生成。TNF-α 上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶因子(如MMP-9 和 MMP-13)、下調(diào)蛋白酶抑制因子的表達，促進左室心肌纖維化、左室擴張和結(jié)構(gòu)重構(gòu)[47,48]因此，TNF-α通過加重心臟收縮障礙、促進心肌細胞肥大和凋亡、上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶表達參與心衰的病理過程。

2.4 TNF-α 與心房顫動

房顫是常見的心律失常之一，但其具體機制尚未完全闡明。可以確定的是，房顫的產(chǎn)生除了需要 “異搏點”觸發(fā)沖動，心房也要形成易于沖動傳遞的“基質(zhì)”。“基質(zhì)”的形成涉及心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)、電重構(gòu)等多個病理生理過程。Lee 發(fā)現(xiàn)肺靜脈心肌細胞與TNF-α共孵育7-10小時后，細胞膜L型鈣電流(Ica-L)減少，Na+-Ca2+交換增加，細胞內(nèi)鈣瞬變衰減時間延長，肌漿網(wǎng)鈣含量和對應(yīng)的ATP 酶表達降低，舒張期細胞內(nèi)鈣含量增多，最終表現(xiàn)為肺靜脈心肌細胞延遲后除極，更易自發(fā)激活[49]。此外，TNF-α 也參與心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)。Tomoyuki 發(fā)現(xiàn)TNF-α 可促進成纖維細胞分化、侵襲和分泌基質(zhì)金屬蛋白，參與心肌纖維化過程[50]。反過來，心肌成纖維細胞在Ang II 的作用下也高表達TNF-α[50]，形成一個促心肌纖維化環(huán)路。除了結(jié)構(gòu)重構(gòu)，TNF-α 在電重構(gòu)中也發(fā)揮作用。TNF-α 可以短時間內(nèi)迅速增加細胞內(nèi)Ca2+強度導(dǎo)致心律失常的發(fā)生[51]，或通過促進iNOS的過表達和氧化劑的產(chǎn)生下調(diào)大鼠心室肌細胞瞬時外向鉀電流[52,53]，也可通過PKA 途徑逆轉(zhuǎn)延遲整流鉀電流的作用[54]。對大鼠心房肌的研究顯示，TNF-α 可以通過NO 依賴性機制引起動作電位的顯著延長導(dǎo)致心律不齊的發(fā)生[55]。

3 展望

TNF-α 在免疫炎癥反應(yīng)、生長抑制、細胞增殖分化過程中發(fā)揮重要作用。目前抗TNF-α 藥物已在腫瘤及自身免疫病中大量應(yīng)用，但在心血管疾病中仍處于摸索階段。上述研究總結(jié)了TNF-α 在心血管疾病發(fā)生發(fā)展中的作用，也為抗TNF-α 藥物在心血管系統(tǒng)的應(yīng)用提供了重要的理論基礎(chǔ)，為預(yù)防心血管疾病的發(fā)病、減少并發(fā)癥、降低患者死亡率帶來了新曙光。