心肌梗死后心肌再生相關調節機制的研究進展

馬逸夫 劉婷婷 孫芳玲 田 欣 王宇峰 鄭瑞芳 邢建國 王 文,,4▲

1.首都醫科大學宣武醫院實驗動物室，北京 100053；2.北京市老年病醫療研究中心，北京 100053；3.新疆維吾爾自治區藥物研究所，新疆烏魯木齊 830002；4.北京市腦重大疾病研究院，北京 100069

冠狀動脈急性、持續性缺血缺氧后，心肌細胞會死亡，成纖維細胞為補充死亡的心肌細胞，大量增殖，最終形成瘢痕組織，瘢痕組織收縮能力較差，最終導致心力衰竭。因此促進心肌再生、減少瘢痕面積對于心肌梗死后心臟功能的改善具有重要意義。心臟作為一個細胞有絲分裂的終末分化器官[1]，一直以來被認為不可再生。但Porrello 等[2-3]，在2011 年發現在切除新生小鼠心尖或誘導心肌梗死后，在約21 d 內發生了心肌再生，并且結扎部位僅留有極小的殘留瘢痕。與發育階段比較，發育完成后的心肌在損傷后的再生過程更為復雜，包括清除受損或死亡組織、調節炎癥、抑制過度活躍的纖維化及重建和整合心肌細胞、細胞外基質、血管和淋巴系統等一系列過程[4]。近些年來對于心肌細胞內源性再生的研究越來越多，其中以研究誘導心肌細胞增殖來緩解心肌梗死的成果最為突出，同時也有一些研究涉及到通過促進心臟祖細胞的分化來緩解心肌梗死[5]。本文對目前促進調控心臟再生的microRNA、信號通路和細胞因子等幾個方面的研究進展進行綜述。

1 microRNA 與心肌再生

microRNA 是由大約22 個核苷酸長的非編碼真核RNA 組成的小片段。研究表明，其具有使成體心肌細胞重新進入細胞周期的潛力，可以通過表達與心肌細胞再生相關的microRNA，促進通路中心與心肌細胞再生相關的基因表達，從而促進心肌梗死區域心肌細胞的再生[6]。已有大量研究表明microRNA 可以作為調節因子，調節心肌細胞的有絲分裂與心肌細胞的增殖，減少瘢痕形成，改善心肌梗死后的心功能。值得注意的是，不同的microRNA 發揮作用的方式不同，有些microRNA 的表達會誘導成年小鼠心肌梗死后心肌細胞的增殖從而緩解心肌梗死；而有些microRNA 在哺乳動物心肌細胞增殖過程中則起到抑制作用[7]。

microRNA-210、microRNA-19a、microRNA-19b等均在心肌細胞增殖過程中發揮促進作用。Arif 等[8]將microRNA-210 模擬物作用于成年大鼠心肌細胞，結果顯示，microRNA-210 模擬物可以上調β-catenin表達水平，從而激活Wnt 信號通路，促進心肌細胞增殖，減少瘢痕組織的生成，改善心功能。microRNA-19a 和microRNA-19b 同樣被證明可以調節心肌梗死后的心肌細胞增殖[9-10]，microRNA-19a/19b 可以作為一個治療心肌梗死的靶點[11]。Gao 等[12]發現，在心肌梗死后，microRNA-19a/19b 的表達可促進心肌細胞增殖，促進心臟再生，同時，顯著減少心肌梗死面積。其作用機制與上調CCNB1、CCND1 和CDK1 等細胞周期相關基因表達水平有關[13]。此外，還有一些microRNA在心肌再生中發揮著促進作用。例如，microRNA-590和microRNA-199a 在心肌梗死后會誘導成年小鼠心臟再生[4]。同樣，microRNA-302 的表達可以促進心肌梗死后的心肌再生，其通過抑制Hippo 通路發揮作用[14-15]。microRNA-509、microRNA-17 和microRNA-204等的表達會誘導成年小鼠心肌梗死后心肌細胞的增殖，緩解心肌梗死[16]。

相反，一些microRNA 的表達會抑制成年小鼠心肌梗死后心肌細胞的增殖。研究表明，microRNA-195對于調節哺乳動物心肌梗死后的心臟再生起到重要作用[17]。Porrello 等[3]建立microRNA-195 過表達的小鼠模型，發現microRNA-195 的過表達會損害1 日齡小鼠心臟的再生，導致心肌梗死后心肌纖維化的加重。同時證明1 日齡小鼠心肌梗死后新形成的心肌細胞大多數來源于預先存在的心肌細胞。而抑制microRNA-195 的過表達會誘導成人心肌細胞的增殖，促進心肌再生，改善心肌梗死后的心功能。此外，Cai 等[18]發現microRNA-195 通過抑制心臟中許多與細胞周期相關基因的表達來調節新生鼠的心臟再生。有研究發現microRNA-21 是細胞生長、分化和細胞凋亡的重要調控因子[19]。Cheng 等[20]在心梗模型鼠中發現抑制microRNA-21 可以促進心肌細胞的增殖，緩解心肌梗死造成的心肌損傷，其機制是microRNA-21 可以通過靶基因SPRY2，阻斷腎上腺素能受體刺激誘導心肌細胞生長[21]。此外，Wang 等[22]研究表明，microRNA-21通過PTEN/Akt 通路增強細胞存活率，同時會促進心肌祖細胞的分化，使心肌再生。通過對microRNA-128表達小鼠模型的研究，發現microRNA-128 的表達會抑制心肌細胞增殖，阻礙心臟再生，同時心肌的收縮能力也會受到影響[23]。另一項研究表明，通過建立microRNA-128 基因敲除模型，發現在心肌梗死后microRNA-128 缺失的小鼠心肌細胞的數量會增加[24]。Zhou 等[25]發現microRNA-128 的缺失會導致心肌細胞的去分化和細胞周期重新進入，進一步增殖出新的心肌細胞[26]。此外，microRNA-304 的表達在哺乳動物心肌細胞增殖過程中同樣起到抑制作用[27]。

2 信號通路與心肌再生

信號通路是由一系列不同的蛋白組成，通過一種或幾種信號的不同組合產生不同的反應實現細胞間信息傳遞，從而完成某一生物功能的調節。目前發現Hippo-YAP、Notch、Wnt/β-catenin 等信號通路可以參與調節心肌梗死后的心肌再生。

2.1 Hippo-YAP 信號通路

Hippo-YAP 是眾多參與調節心肌細胞增殖的通路之一，該通路由一組保守的激酶構成，在哺乳動物中，Hippo 信號通路上游的膜蛋白受體感受到胞外環境的生長抑制信號后，經過一系列激酶的磷酸化反應，最終作用于下游效應因子YAP 和TAZ，發揮調控細胞增殖、發育的作用[25]。同時，YAP 可以通過激活PI3K-AKT 通路，刺激心肌細胞增殖[28]。在發生心肌梗死后的修復階段，YAP 通過胰島素樣生長因子和WNT 信號通路促進細胞增殖[29]。有研究人員在Hippo通路下游效應因子YAP 缺陷的心肌梗死小鼠心臟中觀察到了再生的心肌，而這些心肌主要來自于增殖的心肌細胞[30]。YAP 是ERBB2 信號轉導的關鍵介質，ERBB2 作為一種表皮生長因子受體，Aharonov 等[31]證明在小鼠心肌梗死模型中，YAP 的磷酸化激活可以促進ERBB2 的過表達，進而促進心肌細胞的增殖再生。

2.2 Notch 信號通路

Notch 信號通路主要由4 個受體與5 個配體組成[32]，影響著細胞分化，增殖、凋亡和再生[33]。Notch 信號通路被證明與調節心肌細胞增殖有關[34]，實驗表明，Notch信號通路通過促進BMP10 的表達，促進成熟心肌細胞的增殖[35]。研究人員發現，斑馬魚心室損傷可以激活再生反應中的Notch 通路[36]。但是也有研究表明，Notch 信號的過度激活也會抑制心肌細胞增殖[34]。

2.3 Wnt/β-catenin 信號通路

Wnt/β-catenin 信號通路是調控再生過程的主要信號通路之一。Wnt 信號通路在心臟損傷后被激活，促進心臟再生[37]。GSK-3α 和GSK-3β 作為經典的Wnt 通路的調節因子，通過調控對磷酸化介導的βcatenin 靶向蛋白酶體的降解，在心肌細胞的增殖與心肌梗死的修復中發揮重要作用[38]。GSK-3β 的化學抑制或基因敲除已被證明可以誘導心肌細胞重新進入細胞周期，促進心肌細胞增殖[39]。此外，研究發現敲除GSK-3 等位基因中的3 個基因，可以促進心肌細胞的增殖，減少瘢痕形成，改善心肌梗死后的心臟功能[40]。

2.4 其他信號通路

此外，還有一些信號通路在心肌再生中發揮著重要作用。Jak/Stat 信號通路是與心肌再生密切相關的信號通路。研究表明抑制斑馬魚中的該信號的傳導可減少心肌細胞增殖并增加心臟損傷后的瘢痕形成[41]。對心肌細胞的研究表明，PI3K-AKT 信號激活后，處于有絲分裂期和細胞動力學期的新生和成年心肌細胞數量增加[42]。此外，Wu 等[43]研究發現，低密度脂蛋白6 通過ING5/P21 途徑調節心肌梗死后心肌細胞的增殖，緩解瘢痕組織造成的心肌收縮能力下降的問題。

3 細胞因子與心肌再生

細胞因子是由免疫細胞和某些非免疫細胞經刺激后合成、分泌的一類具有廣泛生物學活性的小分子蛋白質，一般通過結合相應受體來調節細胞生長、增殖和分化。研究發現Pitx2、OSM、Gp130、GATA-4 等細胞因子在心肌再生中起到了重要的調節作用，其可以使心肌細胞重新進入細胞周期，從而調節心肌細胞的增殖[44]。

Pitx2 的表達可以使發生梗死后的成年小鼠心肌細胞有效再生[45]。Tao 等[45]發現Pitx2 通過促進心肌細胞增殖，促進心臟再生。此外，Pitx2 可以通過抑制活性氧促進心肌再生。OSM 是一種多效分泌蛋白，是調控小鼠心臟細胞增殖的關鍵上游因子。Gp130 是一種OSM 的共受體，是改善心臟損傷后心臟再生的潛在治療靶點[46]。Gp130 的條件性激活可以促進梗死后的心肌細胞增殖和心臟再生[47]，其促增殖作用是由Y357磷酸化介導的，并且不依賴于Hippo 途徑，而是STAT3、Erk/MAPK、mTORC1、Hippo 和Notch 這些通路共同參與了對Gp130 的調控，促進心肌細胞增殖和心臟再生。細胞因子E2F-2，在細胞周期中與口袋蛋白形成復雜的網絡，調節心肌細胞增殖和分化[13]。E2F-2 的過表達可以刺激心肌細胞循環。小鼠靶向表達E2F-2后，心肌細胞數量明顯增加，同時磷酸化組蛋白-H3和Aurora-激酶陽性心肌細胞明顯增加[48]。GATA-4在心臟增殖過程中起關鍵作用，GATA-4 增加會促進損傷后的心肌細胞增殖[49]。此外，Tbx20 和Meis等也可以調控梗死小鼠的心肌細胞促進心肌細胞增殖[50]。

4 結論與展望

綜上所述，microRNA、細胞因子等在心血管疾病中發揮了關鍵作用，在心肌梗死中microRNA 的抑制與過表達對于促進心肌細胞的增殖具有積極作用。Pitx2、Gp130、GATA-4 等細胞因子也通過一些特定的信號通路發揮作用?，F有研究表明的內源性促進心肌再生的策略，為心臟受損區域補充功能性心肌細胞、促進心臟受損之后的組織修復提供了潛在的可能性。但大多數研究仍然處于初步階段，由于動物模型的限制，這些調節作用的認識仍然比較局限，將其應用于臨床仍亟需更深入、更完善的研究。相信在不斷的研究后，通過刺激一些內源性因子的表達，促進成熟心肌細胞重新進入細胞周期，促進心肌細胞的增殖來補充受損區域的治療方法，會安全有效地應用于臨床治療當中。