貓肥厚型心肌病與心肌纖維化

陳香凝，劉萌萌

(海南大學動物科技學院，?？?570228)

1 貓肥厚型心肌病的概述

肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM)是貓最常見的心臟病，其典型特征為左心室室壁增厚，導致左心室肥大，該病影響10%～15%的寵物貓種群[1-2]。大約23%的HCM患貓在5年之內因心臟病死亡,在突然死亡的心臟病貓中，常見心肌纖維化病理，該病理變化被認為是導致貓心因性猝死的重要風險因素[3-5]。據報道，HCM在老年貓尤其高發，其中原發性HCM概率可高達29%[6]。目前認為貓的HCM多為非遺傳性，雖然已證實部分貓品種高發HCM[7-12]，但迄今為止，只有在緬因貓與布偶貓等少數貓品種中證實了與MYBPC3基因突變相關的遺傳性HCM[13]。大多數HCM貓發病原因仍不明確。內分泌疾病、高血壓、脫水、炎癥、腫瘤等疾病都可能引起貓左心室肥厚[14]。大部分HCM患貓處于亞臨床狀態，但是一旦疾病發展到終末期，HCM患貓可能出現充血性心力衰竭(congestive heart failure，CHF)、動脈血栓栓塞(arterial thromboembolism，ATE)，甚至猝死。目前臨床上常用的HCM檢查方法包括超聲心動圖、胸部X線檢查以及心臟生物標志物檢測，其中超聲心動圖是診斷貓HCM的金標準。對于大部分平均體型的貓來說，在M型超聲或者2D超聲掃查的超聲心動圖上，舒張期末期左心室壁厚<5 mm被認為是正常，≥6 mm則提示為肥厚。對于左心室壁厚在5～6 mm之間的貓，應結合其體型、家族病史、左心房和左心室的形態及功能進行定量評估[15]。在病理學上，HCM貓的心肌有3個主要特征：左心室明顯增厚、心肌細胞紊亂和纖維化。大多數貓表現為室間隔和左心室游離壁的向心性增厚，導致左心室腔縮小，同時伴有心肌纖維排列紊亂，心肌細胞以垂直和傾斜的角度排列、冠狀動脈壁異常增厚和心肌纖維化[16]。

目前，用于治療貓HCM的藥物很少，并且大多是對癥治療。如心衰時常用髓袢利尿藥藥物呋塞米、血管緊張素轉換酶抑制劑貝那普利[17-18]；預防ATE常用抗血小板藥物氯吡格雷、阿司匹林[19-20]等。新型的肌節蛋白抑制劑——馬瓦卡坦(mavacamten)MYK-461及其替代物MYK-581具有治療貓HCM的潛力，其作用機制是抑制肌節力從而降低收縮力，減少左心室流出道阻塞，改善心室舒張功能[21-23]。然而該藥物雖然目前在貓HCM模型上表現出有改善心室舒張作用[24]，但其在臨床上對貓HCM的治療效果與安全性評價尚缺乏有力的循證醫學證據。而對于貓的心肌纖維化問題，目前尚無針對性的治療藥物，鑒于心肌纖維化的臨床重要性，新型抗纖維化藥物亟需開發。

2 HCM貓的心肌纖維化特點

心肌纖維化是由于細胞外基質(extracellular matrix，ECM)合成增多、降解不足從而引起的ECM蛋白過度沉積，可導致心臟功能障礙和心電異常[25]。心肌纖維化是貓HCM的標志，臨床上，心肌纖維化的貓可能出現室性心動過速、左心室功能障礙、心力衰竭以及心源性猝死[4]。根據心肌病變過程，心肌纖維化分為兩種不同的類型：間質性心肌纖維化和替代性心肌纖維化[26]。間質性心肌纖維化是指在不同因素影響下，以膠原纖維為代表的ECM合成異常增多，并在細胞間或血管周圍沉積，該病變通?？赡?。而替代性心肌纖維化則是由于心肌細胞損傷壞死后，引起膠原纖維原替代肌細胞，此時病程往往不可逆。在疾病的晚期，心肌間質纖維化也會發展成替代性纖維化[27-28]。

HCM貓心肌纖維化的發展呈動態變化。在亞臨床HCM貓的心肌組織中，與正常貓相比，其組織中中性粒細胞和膠原含量增多，出現小動脈壁肥大和不同程度的間質纖維化，心肌纖維排列輕度紊亂，這表明HCM疾病初期的貓的心肌存在炎性變化，并在此過程伴有膠原沉積增加[29]。隨著疾病的發展，心肌整體細胞數量減少，心肌間質巨噬細胞增多，心肌細胞排列紊亂，血管周圍出現明顯的纖維化灶[30-31]。在疾病發展的終末期伴有單核細胞浸潤和多灶性大面積心肌纖維化[32]，并且出現左心室管腔和左心房擴張，左心室大量纖維組織沉積和病理性壁內冠狀動脈數量增加的現象。近期，對貓HCM心肌超微結構變化的研究確定了最終HCM心臟能量耗盡是心肌中線粒體結構發生改變的結果[33-34]。為了更好地了解這一系列復雜的病理變化，探索貓心肌纖維化發病的潛在機制必不可少。

3 心肌纖維化的發病機制

關于貓心肌纖維化的發病機制，目前鮮有報道，鑒于貓與人HCM病理變化的相似性[2]，在人類醫學方向關于心肌纖維化發病機制的研究進展，可作為貓心肌纖維化發病機制的重要參考。心肌損傷后，由于其對損傷的響應，會出現一系列復雜的ECM重塑過程，ECM的過度重塑可造成心肌纖維化，引起心臟的幾何形狀和力學性能的改變，最終發生心衰。目前已知心肌纖維化的形成與腎素-血管緊張素-醛固酮系統(renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS)過度激活、細胞因子調控、ECM調節失衡以及microRNA的調控有關。

負責調節機體體液平衡的RAAS是心肌纖維化研究的經典對象。在該系統中，腎素水解血管緊張素原釋放血管緊張素I(angiotensin I，AngI)，而血管緊張素轉換酶(angiotensin coverting enzyme,ACE)可以將AngI轉化為血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)以及促進醛固酮的分泌,從而引起心肌纖維化。AngⅡ可以作用于血管緊張素1型受體(angiotensin Ⅱ type 1 receptor，AT1R)，通過絡氨酸激酶的途徑使細胞外信號調節激酶激活，然而大量的AT1R可導致細胞肥大、血管收縮、炎性細胞因子釋放，使心肌成纖維細胞合成大量的纖連蛋白和膠原蛋白，進而以旁分泌或自分泌的方式發揮促纖維化作用。血管緊張素2型受體(angiotensin Ⅱ type 2 receptor，AT2R)則是可釋放緩激肽從而減輕氧化應激、抗炎及抗纖維化。過量的AngII和醛固酮通過調節心臟中的細胞因子和趨化因子的表達引起炎癥和心血管重塑。AngⅡ可以通過心肌細胞和心肌成纖維細胞誘導轉化生長因子β(transforming growth factor beta,TGF-β)的轉錄和蛋白表達從而刺激膠原蛋白合成，并結合心肌成纖維細胞膜上的高親和力I型受體，使III型膠原水平升高，導致ECM沉積和膠原含量增加，從而引發心肌纖維化[35-42]。

已有研究表明,TGF-β是由一類結構及功能相關的多肽生長因子組成，最初在免疫系統的網絡調節中發現，其有多個亞型，如TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3[43]。由于在正常心臟組織中，TGF-β1調節多種不同類型細胞的信號傳導和功能，因此最常作為心肌纖維化發生發展的研究靶點[44-45]。激活的TGF-β1主要通過與TGFβ受體Ⅱ(TGFβ receptor type-2,TβRⅡ)的結合導致Ⅰ型受體ALK5和Ⅰ型受體ALK1的磷酸化，進而激活典型通路Smad2/3、Smad1/5/8途徑，以及非典型通路，包括ERK、JNK、p38MAPK、PI3K/Akt及其下游靶基因的表達。磷酸化后的信號分子具有生物學活性,能夠促進Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白合成和沉積、增強成纖維細胞的活力,進而導致心肌纖維化或心肌重塑的發生[43，46-50]。在發生輕度和重度心肌纖維化的貓中,TGF-β2和TGF-β3在心肌細胞的表達水平升高，伴有Ⅰ型和Ⅲ型膠原的沉積，而TGF-β1未見明顯變化[51]。目前TGF-β在貓心肌纖維化中的作用尚不明確，具體機制還有待深究。最新的一項關于貓HCM發病機制的研究指出， HCM貓心肌中促炎因子與包括TGF-β在內的促纖維化因子顯著增多，先前研究已證實，隨著年齡的增長，貓心肌由促炎因子高表達狀態轉為促纖維化因子高表達。在貓HCM疾病發展的初期，心肌中有大量炎癥因子的存在，如IL-1、IL-2、IL-4、IL-6、IL-18、IFN-γ、TNF-α[52]。這些炎癥因子也參與心肌修復，代償性心室肥厚和心肌調節以改變血流動力學。心肌損傷初期發生炎癥反應可能有益，但一直處在炎癥狀態下易導致心肌進一步損傷和纖維化，此時心肌由促炎狀態轉變為高表達TGF-β以及ECM重塑酶的促纖維化狀態[30，53-57]。

在正常的ECM中，心肌間質的膠原蛋白可以保持心的形態和功能，主要的膠原成分是Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白，Ⅰ型約占80%，Ⅲ型約占12%。而基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)及其組織抑制劑(tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMPs)可以互相調節從而降解膠原蛋白，維持ECM的穩定。當心臟受到損傷時，主要由活化的成纖維細胞——肌成纖維細胞介導ECM重塑。心臟損傷初期，炎性細胞和介質聚集在損傷區域，誘導成纖維細胞激活分化為肌成纖維細胞。具有高度收縮性的α-平滑肌肌動蛋白通過特殊的細胞表面結構與ECM連接，重塑周圍的ECM。當成纖維細胞過度激活時可導致MMPs與TIMPs產生與代謝失調，引起ECM蛋白的過度沉積而造成心肌纖維化[58-61]。在正常的貓心臟中，心肌細胞表達TIMP-3、TIMP-2；正常的心肌成纖維細胞表達MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13、MMP-14和TIMP-1。而在發生輕度和重度心肌纖維化的貓中，MMP-2的表達量增加，但TIMP-2的表達量降低，這可能是MMP2過度降解膠原蛋白的結果[51]。

除了上述描述的機制外，近期有研究發現心肌纖維化與miRNA的調控有關。miRNA是小的非編碼的RNA，被稱為mRNA表達和蛋白質水平的重要轉錄后調節因子。人類醫學研究發現，miRNA-21可以通過TGF-β/Smads信號通路促進成纖維細胞的增殖與分化以及通過MAPK/ERK、PTEN/MMP-2信號通路抑制成纖維細胞的凋亡從而加重心肌纖維化的發展，而含有micRNA-378的微泡可通過抑制MAPK的磷酸化來減輕心肌纖維化[62]。在一項貓的研究中發現MiR-381-3p和MiR-486-3p在HCM貓血清中顯著表達，并且預測在心血管信號通路中調節蛋白磷酸酶2、調節亞基B(PPP2R2C)和miR-320e可能參與了HCM的病理通路，具體機制有待深入研究[63]。血清中的miRNA是各種疾病的潛在生物標志物，因為它們在血清中穩定存在[64]。然而，目前尚不清楚血清中的miRNA在多大程度上反映了特定組織的損傷。

4 貓的抗心肌纖維化藥物的發展現狀

由于RAAS的激活在心血管疾病的發病機制中起著核心作用，阻斷RAAS被認為是最有效的心臟保護干預措施之一，通常使用血管緊張素轉換酶抑制劑(angiotensin-coverting enzyme inhibitor,ACEI)抑制血管緊張素轉化酶活性，減少AngⅡ及醛固酮的合成，從而減少Ⅰ型膠原的合成和沉積，發揮抑制纖維化的作用[65]。然而有研究表明，在獸醫臨床上常常使用的ACEI貝那普利，雖然患有心臟病的貓對其耐受性良好，但其對貓心臟病的治療效果有待進一步的研究[18]。AT1R阻斷劑替米沙坦是貓高血壓的新型治療藥物，研究證據表明，在高血壓性左心室肥厚的大鼠模型中，替米沙坦通過抑制心肌的瘦素信號通路，改善心功能以及心肌纖維化重塑[66]。醛固酮受體阻斷劑螺內酯是貓CHF時常用的利尿藥物之一，在一項關于家族性HCM的緬因貓的研究中，螺內酯改善了左心室的舒張功能，減少左心室肥厚。在心肌肌鈣蛋白T轉基因大鼠HCM模型中，螺內酯逆轉了間質纖維化，減少了50%的心肌細胞紊亂，并在治療10周內通過二尖瓣流入速度測量評估發現其可以改善心舒張功能[67-68]。托拉塞米是一種與呋塞米相似的強效髓袢利尿劑，可用于貓的CHF治療。除利尿作用外，托拉塞米還具有抗心肌纖維化的功能，其可以通過糾正賴氨醯胺氧化酶過表達和增強膠原交聯的能力從而起到對抗心纖維化的作用[69-70]。

5 貓的抗心肌纖維化藥物的未來方向

在人類醫學領域，抗心肌纖維化藥物的相關研究與應用較多，主要是作用于RAAS以及TGF-β1信號通路。除上述提到的ACEI、AT1R阻斷劑等針對RAAS的藥物外，通過TGF-β1信號通路干預心肌纖維化的藥物也有報道。他汀類藥物可以通過干預TGF-β1和MMPs信號通路阻止或逆轉心肌纖維化的進展，例如，普伐他汀在AngⅡ過表達的小鼠成纖維細胞中表現出抑制MMP-3和MMP-9能力[71]；阿托伐他汀可以作用于TGF-β1信號通路從而降低膠原沉積[72]；GW788388被鑒定為ALK5和TβRⅡ的有效抑制劑[73]，也具有抗心肌纖維化的潛力。Liu等[74]在小鼠模型中研究表明，富含亮氨酸的α-2糖蛋白1(leucine-rich α-2 glycoprotein 1,LRG1)可以通過與TGF-β1競爭TβRⅡ結合來抑制心肌成纖維細胞的活化，而PPARβ/δ和TGF-β1可以通過SMRT共同調節LRG1的表達，起到抑制纖維化的作用，并且發現血清LRG1水平的升高與心室功能不全和心衰密切相關。這一結果在貓的血清研究中得以證明，與健康貓相比，CHF貓血清中的LRG1顯著增加，表明LRG1可能與CHF貓的心臟重塑相關[75]。

近年來，miRNA、干細胞、外泌體以及中醫藥物等也是抗心肌纖維化新藥研發的熱點，未來也可能成為對抗貓心肌纖維化藥物研發的方向[76-78]。無論如何，治療心肌纖維化都是通過調節其病理生理學機制從而達到治療或逆轉的效果，目前在貓關于心肌纖維化的機制以及臨床前藥理學研究均需進一步探索，因此開發新型藥物用于治療貓HCM以及心肌纖維化的工作任重而道遠。

6 小 結

目前獸醫臨床上治療貓HCM的手段有限，貓HCM的特征性病理變化-心肌纖維化對疾病的轉歸起著重要的作用。研究心肌纖維化在貓HCM發展過程中的作用機制，有助于為治療疾病提供新思路。鑒于RAAS以及TGF-β1信號通路在心肌纖維化發展中的重要性，探索有效的靶向抑制RAAS以及TGF-β1信號通路將是貓心肌纖維化藥物未來開發的重點方向。