細胞因子在心肌組織結構重構中的作用研究進展

陳 維 綜述，胡 蓉 審校

(重慶醫科大學附屬第二醫院心內科，重慶 400010)

隨著我國人口老齡化進程的加劇，心臟疾病已成為日漸增長的公共衛生問題。心肌組織結構重構是許多心臟疾病的共同病理特征，與高血壓、心肌病、心臟瓣膜病和心肌梗死等密切相關。而心臟結構的不良重塑將引起心肌僵硬度增加、收縮力下降、冠狀動脈血流儲備降低等臨床表現，心臟結構的不良重塑是導致心力衰竭的關鍵因素，也是導致患者死亡的主要原因之一。心肌組織結構重構的特性在病理上表現為心肌纖維化的形成，在細胞水平上表現出心肌細胞病理性肥大和心肌間質成纖維細胞的增殖及細胞外基質蛋白沉積。新近研究揭示炎癥信號和免疫細胞的活化在心肌組織結構重構中起重要調控作用，如轉化生長因子(TGF)、神經體液因子例如血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)、白細胞介素(IL)、結締組織生長因子(CTGF)、血小板衍生生長因子(PDGF)等均參與該病理生理過程。本文就這些細胞因子在心肌組織結構重構中的作用進行綜述。

1TGF-β

TGF-β在肥厚和纖維化的心臟中高表達，被認為是激活心臟纖維化形成機制的主要細胞因子和關鍵介質之一。TGF-β有3種配體：TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3，在正常組織修復和病理性纖維化中TGF-β1的表達上調。TGFβ1可以調控靶基因的轉錄，在組織的修復和纖維化、炎癥中起到關鍵作用[1]。TGF-β1發揮作用有2種途徑即所謂的經典途徑和非經典途徑，經典和非經典TGF-β信號通路對血管內皮細胞和血管平滑肌細胞的增殖、遷移和分化具有重要的調控作用。經典途徑的TGF-β1以蛋白水解的形式被激活后與TGF-β Ⅰ型和Ⅱ型受體結合。對于成纖維細胞而言，TGF-β1受體是一種激活素連接激酶5(ALK-5)。ALK-5可以磷酸化Smad2/3，磷酸化后的Smad2/3與Smad4結合后轉位進入細胞核并激活基因轉錄從而引起細胞纖維化的表達[2]。非經典途徑信號的TGF-β1激活MAPK信號級聯反應協調轉錄程序，MAPK家族的信號級聯可以將細胞外信息通過與跨膜受體蛋白結合后傳遞至細胞核中，從而導致心肌細胞中炎性和纖維化基因的表達增加[3]。TGF-β通過上述途徑激活配體后可以上調基質組織抑制劑金屬蛋白酶(TIMP)的表達，同時抑制基質金屬蛋白酶(MMP)的表達來促進基質的沉積。TGF-β信號通路的活化有助于心肌纖維化形成，在心肌梗死的愈合邊緣TGF-β/Smad3通路被明顯地誘導激活并且表現出對心肌梗死的保護作用[4]。在風濕性心臟病患者心臟瓣膜中也發現TGF-β/MAPK的激活明顯增加[5]。一項研究表明，在小鼠心臟中抑制TGF-β對成纖維細胞的活化(無論是用中和抗體將TGF-β中和亦或是使用阻斷劑阻斷Smad 的磷酸化)，可以減少小鼠心肌細胞的纖維化[6]。但該研究也發現使用中和抗體全面阻斷TGF-β后也降低了小鼠心肌細胞對損傷性刺激的適應能力，最終致使血管重塑不良并導致死亡率增加[6]。只有當中和性抗體與病變心肌細胞靶向結合時，才能改善心臟功能、降低心肌肥厚而不增加死亡率。抑制TGF-β信號通路作為藥物的靶點已經表現出良好的應用前景，但目前臨床上要想靶向地阻斷TGF-β仍有困難。TGF-β涉及的靶細胞種類多且生理效應復雜，精準地闡述TGF-β信號通路在心臟結構重構中的作用將有利于研發出更加特異性和更優化的治療方案。

2 Ang Ⅱ

腎素-血管緊張素系統-醛固酮(RAAS)已被發現100多年，該系統中最活躍的成分——Ang Ⅱ除了與高血壓相關外，還參與其他眾多的病理生理作用，如細胞周期控制、代謝調節、凋亡和免疫，這些重要的生理病理作用往往與心血管結構重塑、腎病進展、糖尿病胰島素代謝異常等密切相關。在心臟成纖維細胞中，Ang Ⅱ激活Smad3和細胞外信號調節激酶來誘導膠原蛋白的表達；Ang Ⅱ激活Smad3和細胞外信號調節激酶的過程是需要依賴IL-6的介導下方可完成[7]。Ang Ⅱ導致心肌纖維化的另一個機制可能與miR-29b有關。一項研究發現miR-29b的過表達可以抑制Ang Ⅱ誘導的纖維化，心臟miR-29b的過表達能夠通過阻斷TGF-β/ Smad3信號傳導來預防Ang Ⅱ誘導的心臟纖維化和心臟功能障礙[8]。這項研究確定了Ang Ⅱ通過TGF-β/ Smad3依賴性機制下調miR-29b介導高血壓性心肌纖維化，并提出無創超聲微泡介導的miR-29b是治療高血壓心臟病的一種新療法。此外，一項研究表明血管緊張素受體抑制劑可以減輕非梗阻性肥厚型心肌病患者的心肌肥大和纖維化進程[9]。目前在臨床實踐中血管緊張素受體抑制劑具有逆轉心肌結構重構的臨床療效。與20世紀80年代相比，心力衰竭的病死率已經降低了50%～80%，而這一驚人成就的取得得益于心力衰竭機制的闡明和RAAS的積極應用。著名心臟病學專家BRAUNWALD將RAAS阻斷劑列為近百年心血管領域影響最大的幾種藥物之一，針對神經內分泌系統為靶點的藥物已經展現出光明的前景。

3IL

3.1IL-6 IL-6是一種多功能的炎癥細胞因子,參與多種心血管病變的發生發展過程。IL-6可以調節心肌肥大，IL-6家族的成員通過跨膜gp130蛋白亞基發出信號，進而使下游第二信使磷酸化，從而又激活信號轉導和轉錄激活[10]。IL-6對心肌細胞和非心肌細胞有多種作用，輸注IL-6可以誘導心肌肥大、纖維化和功能障礙。一項相關研究發現用高鹽飲食同時喂養正常小鼠(對照組)和IL-6基因敲除的小鼠(實驗組)，結果表明雖然2組小鼠的血壓都有相似程度的升高；但與實驗組相比，對照組小鼠的左心室射血分數下降程度、心肌纖維化和巨噬細胞浸潤程度更為嚴重[11]。這表明IL-6的敲除并不會阻止高鹽誘導的高血壓和心臟肥大的發生，但可以防止心臟功能障礙、心肌炎癥和纖維化的發展。IL-6水平的升高與冠心病風險的逐步升高有關，有研究表明，IL-6是心血管死亡和全因死亡較強且獨立的預測因子[12]。一項薈萃分析也表明，具有IL-6基因多態性的亞洲人患冠心病的易感性增加[13]。托珠單抗是針對IL-6R的人源化抗單克隆抗體,有研究表明，托珠單抗可抑制非ST段抬高型心肌梗死患者的心肌炎性反應,并減少肌鈣蛋白T釋放[14]。IL-6參與眾多心臟疾病的病理過程，但是目前對IL-6信號通路了解并不十分完善，需要進一步探索IL-6作為潛在治療靶標的機制。

3.2IL-33 IL-33是Th2細胞的活化因子，能夠刺激肥大細胞產生炎癥因子。IL-33主要由心臟成纖維細胞表達，其表達受循環壓力的上調[15]。IL-33的受體ST2有跨膜ST2同工型和可溶性ST2同工型這2個主要的類型，IL-33與膜結合的ST2L受體結合，在心肌中起著抗心肌肥大和纖維化的作用[16]。IL-33對培養的靜止細胞幾乎沒有影響，但在腎上腺素或Ang Ⅱ等刺激下，IL-33發揮著劑量依賴性的抗肥大作用。動物實驗中，敲除IL-33基因后會加劇心肌炎性反應及心臟重塑事件[16]。IL-33的受體ST2已經被證明是心肌纖維化和心力衰竭進展的標志物，并且可以作為預測心血管疾病患者預后的生物學指標[17]。有關IL-33的很多研究尚停留在細胞水平或動物模型中，隨著研究的不斷深入將更加精準地評價IL-33對人類心臟疾病的作用機制，并將其應用于預防或治療心臟疾病。

3.3IL-1 IL-1家族由2種激動劑(IL-1α、IL-1β)和1種拮抗劑(IL-1RA)組成。IL-1β是一種促炎性細胞因子，在心力衰竭中會逐漸升高，可能起著負性肌力的作用。關于心肌細胞培養物和動物實驗表明，IL-1β調節著心肌的收縮和舒張[18]。IL-1β缺陷型小鼠可減輕壓力超負荷引起的心臟肥大和功能障礙，在小鼠中注射IL-1β可導致小鼠心臟功能障礙[19]。接受IL-1β受體阻滯劑的心力衰竭患者表現出運動能力和耗氧量增加，這表明IL-1β阻滯可能成為一種潛在的藥物治療新策略[18]。在一項臨床隨機對照研究中，使用IL-1阻斷劑anakinra治療HFpEF(射血分數保留性心力衰竭)患者14 d可后顯著降低全身炎性反應，并且改善了患者的有氧運動能力[20]。同樣，在針對HErEF(射血分數下降心力衰竭)患者的隨機對照實驗中，使用anakinra治療后同樣也能降低患者血漿C反應蛋白水平并且能改善患者生活質量[21]。因此，IL-1可能是治療心力衰竭的一個新靶點，針對IL-1為靶點的藥物有望為心力衰竭患者帶來新的曙光。

3.4IL-10 IL-10是由輔助性T淋巴細胞分泌的一種抗炎性細胞因子，可以抑制巨噬細胞向心臟浸潤。IL-10可以降低腫瘤壞死因子α(TNF-α)的mRNA穩定性，對小鼠頸動脈損傷后炎癥介導的內膜增生有抑制作用[22]。小鼠的IL-10基因敲除后加劇了異丙腎上腺素和TAC(橫向主動動脈縮窄)引起的心臟肥大和病理性重塑；而補充IL-10則通過激活STAT3和核因子-κB(NF-κB)來抑制，甚至逆轉TAC誘導的心臟重塑[23]。另一項相關研究也表明，用Ang Ⅱ處理IL-10基因敲除的小鼠表現出心室擴張繼而出現心功能惡化的表現，而在野生型小鼠中輸注Ang Ⅱ則心臟功能正常[24]。IL-10有著很強的抗炎作用，但是目前臨床試驗尚未取得明顯的凈獲益[25]。從抗炎性細胞因子的角度設計心血管藥物可能是未來的一個藥物研發方向，但對于IL-10的作用機制及臨床應用還有待進一步研究。

4CTGF

CTGF也被稱為CCN2，是細胞外基質分泌的CCN(Cyr61、CTGF和Nov)蛋白家族的成員，在包括心臟纖維化等的纖維化疾病中高表達[26]。CCN2具有多種生物學作用，參與細胞增殖、細胞黏附、細胞遷移和細胞外基質的產生，特別是對心臟纖維化的致病過程至關重要。一項動物研究表明，與生理鹽水對照組相比，暴露于Ang Ⅱ的動物心肌中CCN2 mRNA在6 h達到高峰，而TGF-β在3 d才達到高峰[27]。該研究還表明響應CCN2的作用，浸潤的纖維細胞能夠促進細胞外基質沉積，從而促進纖維化發展[27]。另一項動物研究表明，使用CCN2抗體可改善小鼠胸主動脈縮窄后超負荷的心臟出現不良的左心室重塑和左心室功能障礙[28]。同時有研究表明，葫蘆素Ⅰ可以通過靶向阻斷CTGF/TGF-β信號傳導從而起到改善心肌肥大的作用[29]。也有研究表明，中藥黃芪甲苷能夠改善慢性心力衰竭模型大鼠心臟功能,減輕心臟纖維化的程度，可能是與其抑制心肌組織CTGF的過度表達有關，并呈現劑量的依賴性[30]。CCN2可能是心肌纖維化的治療靶標，可能是逆轉心臟組織不良重構的新方向，但其臨床作用仍需大規模實驗來證實。

5PDGF

PDGF由一個復雜的同二聚體或異二聚體生長因子家族組成，包括PDGF-AA、PDGF-AB、PDGF-BB、PDGF-CC和PDGF-DD，它們通過作用于PDGFRα和PDGFRβ受體發揮作用[31]。心肌梗死后，上皮細胞、巨噬細胞和成纖維細胞中的PDGF A、D顯著增加，其促血管生成及纖維化的作用短期內對心臟損傷部位起著重要的修復作用，但其長期過度表達會最終導致心力衰竭[32]。動物實驗表明，注射PDGF 的α受體阻斷劑可以減輕壓力超負荷引起的心房纖顫，而輸注PDGF-AA會刺激正常心臟發生心房纖顫[32]。有研究表明，伊馬替尼可以減少心肌成纖維細胞中PDGFRα活化從而降低心臟纖維化，該研究指出，伊馬替尼可能是心臟纖維化的潛在治療選擇[33]。PDGF信號通路與心血管疾病及其他纖維化疾病密切相關，但考慮PDGF信號途徑有關分子的復雜性，目前針對該途徑開發抗纖維化劑可能會十分困難。

綜上所述，細胞因子對心肌細胞及人體的影響既存在有利的方面也存在不利的方面，其中部分作用機制尚未研究清楚，如何利用細胞因子改善心臟不良重構并降低不良反應仍亟需進一步研究。細胞因子是心臟結構重塑中的關鍵調節因子，針對這些細胞因子開發激動劑或拮抗劑有望為改善心力衰竭等患者的癥狀、降低心血管疾病死亡率、改善預后提供新的治療策略。