心肌梗死后心肌纖維化的發生機制、診斷及治療的相關研究進展

劉亦偉，周靜，高峰

（延安大學附屬醫院心腦血管病醫院 心內科，陜西 延安 716000）

0 前言

心肌梗死又稱心肌缺血性壞死，是由于冠狀動脈供血中斷，致供血區持續缺血缺氧而導致的心肌壞死，目前我國約有2.9億心血管病患者，其中心肌梗死患者約1100萬。近年來。我國心肌梗死死亡率總體呈上升態勢，2002～2016年城鄉地區急性心肌梗死患者增加了約4.6倍，嚴重威脅著人民群眾的身體健康[1]。針對心肌梗死施行缺血-再灌注措施，可恢復部分心肌細胞的正常功能，但仍然難以逆轉心室重塑。在發生心肌梗死的部位，早期局灶性纖維化瘢痕形成使得心肌愈合并防止心臟破裂，存活的心肌可以代償性維持正常心臟功能，但晚期將逐漸演變至心肌纖維化。心肌纖維化分為兩種類型:間質纖維化和替代性纖維化。纖維化會導致心臟電和機械功能的不利變化，如心臟電傳導功能異常，心肌僵硬度增加，機械性能減低，心室舒張功能減退，引起心室擴張，心力衰竭，誘發惡性心律失常，甚至猝死。有關心肌纖維化的發生機制、影響因素及其治療的研究已經成為心肌梗死研究的熱點，現將近年的相關研究進行綜述。

1 心肌纖維化的發生機制

目前研究認為，心肌纖維化的發生機制較為復雜，受到多因素的相互影響，以下分別進行討論。

1.1 腎素血管緊張素醛固酮系統（renin-angio-tensinaldosterone system，RAAS）

RAAS系統的激活是心肌纖維化發生的主要原因，其通過釋放血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）、醛固酮等活性物質增加心臟前后負荷，發揮生物學作用。AngⅡ通過增加冠脈血管的通透性，促進血液中的各種促生長因子（如血小板源性生長因子、堿性成纖維細胞生長因子等）滲入心肌間質，刺激心臟成纖維細胞的增殖和分泌，同時直接誘導心臟成纖維細胞向肌成纖維細胞轉化。還可以通過血管緊張素轉換酶（ACE）2-血管緊張素（1-7）-Mas受體（MasR）軸，刺激心肌細胞分泌大量細胞外基質如Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白、纖維連接蛋白、層粘連蛋白等，導致心肌重塑的發生[2]。醛固酮經過磷脂酸肌醇-3激酶／核因子-KB信號通路，促進金屬蛋白酶組織抑制因子-1（tissue inhibitors of MMPs，TlMP-1）的表達[3]。TIMP-1是一種體內廣泛存在的糖蛋白，通過抑制基質金屬蛋白酶（matrix metaIIoproteinases，MMPs）（主要是MMP-1、MMP-3、MMP-9）的活性，導致細胞外基質中膠原合成及降解失衡。研究發現，在心肌梗死后，MMPs/TIMP-1/MMPs誘導劑的失衡，與心肌梗死后梗死面積、左室功能及臨床預后密切相關[4]。

1.2 細胞因子

1.2.1 轉化生長因子β（分為TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3）

TGF-β1是其主要活性形式，TGF-β1與體內肺、肝、腎等多臟器的纖維化高度相關，目前研究已經證實TGF-β可通過smad通路引發廣泛的心臟成纖維細胞轉錄及心肌外泌體的分泌，誘導心肌細胞的心肌梗死表型[5]；并可受醛固酮的刺激，誘導MMPs組織抑制劑合成、抑制MMPs生成,增加心肌細胞間黏附，保持心肌纖維母細胞生存能力。

1.2.2 心肌營養素（CT-1）及半乳糖凝素（Gal-3）

Gal-3是β-半乳糖苷結合凝集素家族的成員，在心臟、腎臟、脂肪及炎癥細胞中都有表達。心肌梗死患者血清中Gal-3的水平升高，其升高水平與某些血清中細胞外基質標志物相關。Gal-3通過其促纖維化和促炎癥特性，在不同病理狀態下，如高血壓、肥胖癥、高脂血癥和壓力超負荷中發揮作用。Ibarrola J等[6]發現,在心肌炎癥和心肌纖維化中，Gal-3常常作為CT-1的下游介質出現，經過蛋白質組學分析顯示，心肌梗死后心臟成纖維細胞中的Gal-3與其他促纖維化和促炎癥標記物平行地被CT-1上調,而Gal-3進而介導CT-1的促炎性和纖維化性心肌作用，同時，CT-1也參與調控細胞外基質Ⅰ型和Ⅲ型膠原的表達。

1.2.3 胰島素樣生長因子Ⅰ（insulin like growth factor，IGF-Ⅰ）

是一種具有促生長作用的多肽類物質，其分泌細胞廣泛分布在人體肝、腎、肺、心、腦和腸等組織中，IGF-Ⅰ作為一種信號分子，在多個信號傳導軸上都發揮著重要作用，IGF-Ⅰ與其受體結合后，通過激活信號轉導通路，誘導心臟成纖維細胞增殖分化。IGF-Ⅰ還可以促進血管緊張素Ⅰ型受體的細胞表達，增加體內醛固酮水平，協同RAAS系統，間接參與纖維化。Aguirre GA等[7]提出，IGF-Ⅰ的部分缺失及缺陷條件下的過度表達使心肌收縮力降低，改變AngⅡ敏感性，促進間質纖維化以及細胞外基質膠原蛋白的分泌，并改變心肌細胞鈣動力學、心臟結構和功能性蛋白質的相關基因的表達模式，證實了IGF-Ⅰ在心肌纖維化中發揮的潛在作用。

1.2.4 肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）

是一種可調節多種細胞生長、運動和形態發生的多功能因子，是可抑制心肌纖維化的生長因子，其受體廣泛表達于心血管系統，包括心肌細胞、血管內皮細胞和平滑肌細胞中，通過磷酸化受體和激活下游信號通路，發揮形態發生、干細胞維持和免疫調節的作用。心肌梗死中的心肌細胞死亡包括凋亡、自噬和壞死。Liu J等[8]證實，在缺氧條件下，HGF可顯著降低抗凋亡蛋白Bcl-2與自噬相關蛋白Beclin1的結合，誘導抗凋亡蛋白Bcl-2對促凋亡蛋白Bax的螯合使促凋亡蛋白Bax失活，從而抑制細胞凋亡。另一方面，HGF可顯著增加自噬相關Beclin 1-Vps44-Atg14L復合物的形成，促進心肌細胞自噬，改善心肌梗死后的心臟重塑。

1.3 炎癥反應

心肌梗死后，在梗死區域啟動炎癥免疫反應，引起中性粒細胞、單核巨噬細胞、肥大細胞、調節性T細胞等炎性細胞聚集，釋放各種促炎性細胞因子及趨化因子如IL-1β，TGF-β、TNF-α，誘導心臟成纖維細胞的增殖分化，刺激細胞外基質的大量分泌，導致心臟從最初的炎癥階段向再分化的促纖維化階段轉變，在心臟修復的初始炎癥階段，TLR4配體（如脂多糖或丹皮多糖）激活其各自的心臟成纖維細胞受體，誘導以高水平TNF-α，IL-12和單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）分泌增加為特征的促炎癥細胞因子譜，導致促炎癥M1巨噬細胞的極化。隨著TLR4配體水平的降低和肉芽組織的開始形成，TGF-β1對心臟成纖維細胞的影響變得更加顯著，產生了抗炎細胞因子特征（低TNF-α、高IL-10和高IL-5水平），當其與單核細胞共培養時，使單核細胞偏向修復性M2巨噬細胞，導致炎癥消退并啟動修復階段[9]。

1.4 氣體信號分子

氣體信號分子作為體內重要的調節性遞質，參與心肌梗死后心肌纖維化的過程之中，如一氧化氮起到抗炎，擴張血管，抗血小板黏附聚集，拮抗血管內皮平滑肌增殖，保護內皮細胞的作用，在缺血再灌注期間，一氧化氮靶向針對心肌細胞線粒體連接蛋白，直接或間接上調或下調縫隙連接和半通道，通過影響心肌電合胞體的縫隙連接蛋白，對心肌梗死的近遠期預后發揮重要作用。Shvedova M等[10]發現，一氧化氮敏感的鳥苷酸環化酶/環狀鳥苷3'，5'-單磷酸依賴性蛋白激酶I型信號通路可防止心肌梗死期間的缺血再灌注損傷。硫化氫（H2S）可通過上調神經調節蛋白1/酪氨酸激酶受體2（ErbB2），保護線粒體正常功能，降低內質網應激反應，抑制炎癥反應，拮抗心肌細胞凋亡，從而發揮抗炎、抗氧化應激、調節血管再生的作用。Greasley A等[11]證實，H2S誘導硒代半胱氨酸裂解酶（SCLY）/硒同系物（H2Se）信號傳導，接著引起硒蛋白（包括谷胱甘肽過氧化物酶和硫氧還蛋白還原酶）的更高表達，刺激調控細胞氧化應激反應的重要轉錄因子Nrf2靶向的下游基因，通過增強一組抗氧化劑蛋白來防止心臟肥大，改善心肌纖維化。

1.5 細胞自噬

細胞自噬是指細胞內一些損壞的蛋白或細胞器被雙層膜結構的自噬小泡包裹后，送入溶酶體中進行降解的過程。細胞自噬的主要過程是內質網應激反應，即當各種原因導致心肌細胞內質網穩態失衡，在內質網內出現誤折疊蛋白異常聚集并導致內質網應激性蛋白分泌增加，細胞識別錯誤折疊蛋白，通過溶酶體將其降解。在心肌梗死后，缺血、缺氧、炎癥反應等條件會引起心肌細胞內質網應激反應，導致細胞自噬增加，吞噬受損的線粒體及清除內質網誤折疊蛋白，幫助細胞穩態地恢復，促進心肌細胞存活。Yan CH等[12]發現，面對氧化應激誘導的心肌損傷，抑癌基因E1A基因的細胞阻遏物（CREG1）誘導的自噬是維持心臟功能所必需的，實驗證實，CREG1缺陷影響溶酶體的成熟并降低自噬調節相關蛋白Rab7的表達，加劇心肌纖維化的發生。反過來，重組CREG1蛋白的外源輸注可完全逆轉小鼠的心肌纖維化。目前認為，細胞自噬是一把雙刃劍，一方面自噬可以吞噬降解受損的細胞器，為心肌細胞提供能量和原料；另一方面，過度的細胞自噬會對心肌細胞造成損傷，導致心肌纖維化的發生。未來對于自噬的研究應強調自噬與心肌纖維化不同階段之間的關系，以及自噬流量和選擇性自噬等，自噬將成為心肌纖維化的潛在治療靶點。

2 心肌梗死后心肌纖維化的診斷

對于心肌梗死后心肌纖維化的診斷，金標準為組織病理學檢查，光鏡下可見心肌細胞肥大或萎縮、核固縮、心內膜下心肌細胞彌漫性空泡變、多灶性的心肌梗死灶或瘢痕，可見細胞外基質大量增生。但其是一種有創的檢查方式，并且取材困難，收集到的組織有限，假陰性的發生率很高，因此并不是評估心肌梗死后心肌纖維化的理想方法，故臨床多采用實驗室檢查，影像學檢查等手段綜合評估心肌纖維化。

2.1 實驗室檢查

目前針對心肌纖維化的實驗室檢查，包括Gal-3檢測，MMPs檢測以及NLRP3炎癥小體檢測等。Gal-3作為一種炎性因子，參與到心肌纖維化的過程之中，研究發現[6]，血液中的Gal-3含量與心室重構的發生發展、心衰的發生呈正相關。在發生心肌梗死后，心臟梗死區及非梗死區均可見Gal-3mRNA明顯表達，并且在梗死后7天達高峰，其中非梗死區域相對梗死區域Gal-3mRNA表達較少，繼續治療后將逐漸降低，因此常將Gal-3作為預測心功能的重要指標，是心肌纖維化的重要標志物之一。MMPs屬于依賴鋅離子的基質金屬蛋白酶，其中MMP-9在急性心肌梗死后迅速升高，與心室重構呈正相關，將MMP-9抑制劑丹參酚酸B用于心肌梗死小鼠，可顯著減緩其左室重構[4]。NLRP3炎癥小體是近年來發現的參與炎癥免疫應答的蛋白質復合體，與體內多個器官的炎癥反應都有密切關系，NLRP3作用機制之一是通過促進巨噬細胞分泌IL-l、IL-13和TNF-α等，影響心肌纖維化的發生發展，其常被認為可以用來作為心肌纖維化的觀測指標之一。

2.2 影像學檢查

過去影像學檢查常作為心肌纖維化的間接觀測指標，而近年來新出現的影像學技術，為我們判斷心肌纖維化提供更多的證據。基于心臟磁共振技術的延遲釓增強-心臟磁共振成像（LGE-CMR），通過造影劑在纖維瘢痕組織中停留的時間較正常組織長，因而延遲顯像時的信號高，即表現為強化影的原理，可以明確心臟房室壁延遲強化情況，準確清晰地識別心肌纖維化程度，為選擇合適的手術術式以及患者預后判斷提供協助[13]。而另一項同樣托生于心臟磁共振技術的Tl Mapping技術，是通過圖像的信號強度來定量判斷心肌組織的T1弛豫時間的一種成像分析技術，集中應用于心臟細胞外體積分數（ECV）的定量化評價心肌纖維化的程度，ECV不受心率、釓對比劑注射計量，血細胞比容的影響，作為一個獨立指標，可以在不同患者之間進行對比分析，能夠很好地反映心肌纖維化的程度。

3 心肌梗死后心肌纖維化的治療

3.1 RAAS系統拮抗劑

RAAS系統的拮抗藥物，是臨床上最常應用于逆轉心肌纖維化的藥物，包括血管緊張素Ⅱ拮抗劑（ARB），血管緊張素轉換酶抑制劑（ACEI），醛固酮受體拮抗劑。ARB類藥物一方面通過抑制AngⅡ與血管緊張素Ⅰ型受體的結合，阻斷參與細胞增殖、分化、凋亡以及免疫調節的Janus激酶/信號轉導與轉錄激活子（JAK/STAT）通路，減少促凋亡蛋白Bax的表達，降低凋亡復合物Bax-bcl -2復合物的形成，抑制細胞凋亡過程中最主要的終末剪切酶caspase-3的激活以延緩心肌纖維化[14]。另一方面，ARB可促進AngⅡ與Ⅱ型受體的結合而發揮有利作用，顯著減低血管內膜增生，促進骨膜蛋白表達而抑制心室重構。同時ARB還可通過調節心房鈉尿肽（ANP）及氨基末端腦鈉肽前體（NTpro-BNP）的濃度，發揮改善心肌纖維化的作用。ACEI類藥物通過抑制AngⅡ的生成，減少緩激肽的降解，增加緩激肽活性，抑制血管內皮素的生成，促進一氧化氮的生成，擴張血管，抑制炎性反應，逆轉心室重塑。研究證實[15]，ACEI可以防止一氧化氮合酶抑制劑誘導的心臟成纖維細胞向纖維化型轉變，可使心臟成纖維細胞的類型持續改變為炎癥性和纖維化程度較低的類型，從而影響心肌纖維化。醛固酮受體拮抗劑可改善血管內皮細胞功能，促進血管內皮一氧化氮的生成，延緩心肌纖維化的進程。Hori Y等[16]發現，醛固酮受體拮抗劑依普利酮可抑制異丙腎上腺素誘導的心臟成纖維細胞中11β-熱休克蛋白1和膠原蛋白-Ⅰ的表達，延緩左室纖維化的進展。

3.2 他汀類藥物

作為3-羥基-3甲基戊二酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶抑制劑，他汀類藥物主要通過減少炎癥細胞如巨噬細胞和炎癥因子如TGF-β1、血小板衍生生長因子、血管內皮生長因子等的浸潤和釋放，穩定血管內皮細胞一氧化氮合酶及降低氧化應激反應，調控血脂，發揮穩定粥樣斑塊、降低血中C反應蛋白水平、減少血小板聚集黏附、改善血管平滑肌功能、抑制血管平滑肌增殖、減少冠脈巨噬細胞分化及泡沫細胞形成的作用，這稱之為他汀的“多效性”。Liping An[17]等發現，阿托伐他汀（Ato）可通過抑制心肌組織中與細胞遷移分化相關的RhoA/Rho激酶的過度表達，進一步上調內皮型一氧化氮合酶水平，從而改善心力衰竭大鼠的左室重構和心臟功能，且該作用與降低血膽固醇無關。Jingchao Lu等[18]還證實，在氨氯地平治療的基礎上，加入Ato可進一步抑制MMP-2和MMP-9的表達和活性，調節MMP-2/TIMP-2和MMP-9/TIMP-1的失衡，改善心肌纖維化。

3.3 體外震波技術

體外心臟震波技術（cardiac shock wave therapy，CSWT）利用高壓強、低能量的脈沖波，通過周圍組織介質的反射、加強，在目標靶點極短時間內形成高能量沖擊波，能量沖擊波誘導氣穴效應，產生機械剪切力、內向爆炸力，可影響缺血心肌組織中血管內皮細胞生長因子的釋放，增強血管生成、促進內皮祖細胞歸巢，減少氧化應激。Zhang Y等發現CSWT可抑制急性心肌梗死后細胞凋亡和炎癥分子的表達，機制如下[19]：CSWT可以通過抑制細胞凋亡的JNK通路的激活、改善心肌梗死后心肌細胞線粒體膜的完整性和降低細胞色素c的通透性來抑制線粒體凋亡途徑、增加抗凋亡蛋白Bcl-2的表達水平以及降低促凋亡蛋白Bax和終末剪切酶Caspase-3的表達水平來減輕急性心肌梗死導致的心肌細胞凋亡。CSWT也可應用于心肌缺血的治療中，心肌灌注成像結果表明，與單獨的藥物治療相比，CSWT與藥物的結合能顯著減少缺血心肌的面積，CSWT能有效改善穩定型心絞痛患者的心肌功能和灌注[20]。

3.4 中藥治療

中醫藥對于治療心肌纖維化，也有獨到的見解。研究發現[21]，在小鼠心肌梗死模型中，給予丹參紅花提取物（SCE）能顯著增加存活率，改善心臟功能，并抑制心肌組織炎癥。SCE治療還降低了Smad3啟動子的H3K4三甲基化和H3K36三甲基化的水平及其在心臟成纖維細胞中的轉錄，這有助于抑制心肌纖維化相關基因的表達。此外，黃芪提取物黃芪甲苷Ⅳ可抑制NLRP3炎癥小體的激活，顯著降低心臟組織中NLRP3、Caspase-1和IL-18的表達水平，逆轉心肌纖維化[22]。

4 結語

心肌纖維化，作為一種心臟病理生理狀態，出現在許多心血管疾病的病程中，心肌纖維化的研究，對于改善心肌梗死患者的遠期預后有極大的意義，近年來，對于心肌梗死后心肌纖維化的研究愈加深入，基因組學方面研究層出不窮，如Chiang MH等的最新研究[23]發現，多種miRNA都參與了心肌梗死后心肌纖維化的調控，其中miRNA-26a與心肌梗死患者的肌酸激酶、肌酸激酶同工酶和肌鈣蛋白I的水平密切相關，通過作用于致病基因（ataxia-telangiectasia mutated,ATM）靶點，有效降低ATM基因的表達，減少凋亡蛋白的釋放及I型膠原蛋白和結締組織生長因子的生成。通過調控miRNA-26a，有望靶向治療心肌梗死，改善心肌纖維化，還可應用于臨床對于心肌梗死的檢測，并預測住院死亡率，判斷心肌梗死患者的預后情況等。隨著人們對于心肌梗死后心肌纖維化研究的不斷深入，多因素多機制混雜影響的心肌梗死后心肌纖維化機制終將揭開神秘的面紗，對于臨床治療心肌梗死后心肌纖維化也將會有新的認識，廣大患者的生活質量將得到巨大提升。