病毒性心肌炎心肌纖維化機制的研究進展

李　樂　張彩玲

（1.浙江工業大學 藥學院；2.杭州人才專修學院，浙江 杭州310014）お

關鍵詞：病毒性心肌炎；心肌纖維化；作用機制

中圖分類號：R725.4文獻標識碼：A文章編號：1673-2197（2009）01-0137-03

病毒性心肌炎（Viral Myocarditis，VMC）是感染病毒引起心肌細胞的變性、壞死、間質炎癥細胞浸潤及纖維滲出為主的疾病。能夠引起VMC的主要是柯薩奇B組病毒（Coxsackievirus group B₃，CVB₃）感染，有50%以上的VMC和25%的擴張型心肌病（dilated cardiomyopathy，DCM）與之密切相關。

1 心肌纖維化的分類

心肌纖維化（myocardial fibrosis，MF） 是指在心肌細胞外基質（extracellular matrix，ECM） 中膠原纖維過量積聚、膠原含量顯著升高或膠原成分發生改變。根據組織學特征可將MF分為2類：反應性纖維化，包括間質纖維化和血管周圍纖維化，是對心肌負荷或炎癥的反應；修復性纖維化是對心肌細胞壞死的反應，常發生于心肌間質，病毒性心肌炎各期心臟間質皆可見到膠原纖維增生。急性期有少量修復性纖維化，恢復期為修復性大量纖維化和反應性纖維化，慢性期大量單純反應性纖維化。

2 心肌纖維化的發病機制

目前趨向性的觀點認為，MF 的發生主要是心肌膠原合成與降解失衡的結果。膠原的過度合成見于肥厚型心肌病等，主要影響左室的舒張功能。膠原的過度降解見于擴張型心肌病等，常伴有基質金屬蛋白酶（Matrix Metalloprot-einases，MMPs） 家系活性增加，主要影響左室的收縮功能。近年來在這方面進行了很多研究，取得了系列進展。

2.1 病毒直接損傷

CVB₃重復感染可導致MF 和心室重構，使室壁僵硬而影響心臟的收縮和舒張功能，是心力衰竭發生的重要原因之一^[1]。病毒性炎癥及其它原因引起的心肌細胞損傷、炎性壞死，可激活相應的巨噬細胞，釋放多種細胞因子和生長因子等，誘導心肌成纖維細胞表型發生轉變，如心肌成纖維細胞合成組織內ECM 的能力增強，最終將導致MF^[2]。

2.2 膠原酶

膠原酶是基質金屬蛋白酶（MMPs，含鋅離子的內肽酶）家族的一部分，MMPs 是一組由成纖維細胞、平滑肌細胞、內皮細胞、巨噬細胞、中性粒細胞等合成分泌，參與細胞外基質降解的一類鋅、鈣離子依賴的內源性蛋白水解酶家族，是細胞外基質降解的生理調節因子。迄今為止，已發現23 種MMPs 成員，按MMPs 底物分類，為膠原酶（MMP-1、MMP-8 和MMP-13）、明膠酶（MMP-2 和MMP-9）、基質溶解素（MMP-3） 和膜型（MT-MMPs）^[3]。MMP-1 作用底物為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅹ型膠原及明膠；MMP-13 的主要作用底物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原；MMP-2 的主要作用底物為明膠和層粘連蛋白，以及Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ型膠原和纖維連接蛋白、彈性蛋白；MMP-9 的主要作用底物為明膠和蛋白聚糖，以及Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ型膠原和纖維連接蛋白、彈性蛋白；MMP-3 的主要作用底物為蛋白聚糖、纖維連接蛋白、明膠以及Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ型膠原。MMPs 可以基礎表達，也可以由多種因素誘導表達，其生物合成及活性調節發生在以下多個水平：基因轉錄調節，酶原的活化，MMPs 的特異性抑制物^[4]。其中以MMP-1更為重要，以酶原方式分泌，降解成活性形式后可清除多種膠原；MMP-13，研究發現其對I、Ⅱ型膠原的降解作用較MMP-1、MMP-8均要強；而MMP-14是膜型基質金屬蛋白酶（MTl—MMP），活化的MMP-14可以促使MMP-2和MMP-13前體轉變為活性的MMP-2和MMP-13，同時可以直接降解ECM蛋白如I型膠原和纖維連接素（Fibroneetin，fn）。組織金屬蛋白酶抑制因子（Tissue inhibitor of matrix metalloproteinase，TIMP） 是近年來發現的抑制MMPs 活性的一組多功能因子家族，現已發現4 種，分別命名為TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4。MMP 與TIMP 以1∶1的比例形成MMP-TIMP 復合體，從而阻斷MMP 與底物結合，抑制MMP 的活性，降低膠原的降解^[3]。MMPs的異常參與了許多心血管疾病的發病過程，MMPs 的表達和活性過度增強或MMPs/ TIMPs 比例失調，可導致正常的心肌膠原蛋白過度降解，被缺乏連接結構的纖維取代，使心臟組織重構，引起心腔擴大、室壁變薄，導致腦功能惡化及心肌纖維化^[3]。在VMC 慢性期，由于細胞介導的自身免疫、心臟組織內病毒RNA 的持續存在和細胞凋亡促使心肌纖維生成持續增多，膠原降解系統中的MMP-1、MMP-3 等MMPs 的表達仍持續下調，而TIMP 的高表達從恢復期一直持續到慢性期，MMPs/TIMPs 比值持續升高，心臟結構蛋白的降解也隨之減弱或停止，而TIMP-1 還可以促進成纖維細胞、平滑肌細胞的增殖，愈加使得心肌間的膠原含量增加，發生過度沉積，膠原含量持續增高，膠原合成活動占主導地位^[5]。

2.3 腎素-血管緊張素-醛固酮系統（RAAS）

血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）和醛固酮（ALD） 對于MF 則起到了核心作用^[6]。在心肌成纖維細胞，AngⅡ 通過血管緊張素Ⅱ1型受體（ AT1R） 激活細胞外信號調節激酶（ ERK），使成纖維細胞增殖；AngⅡ增加冠狀動脈的通透性，刺激成纖維細胞合成和膠原分泌，通過抑制MMPs，減少膠原的降解；AngⅡ能誘導腎上腺髓質分泌兒茶酚胺，使成纖維細胞迅速分裂增生，導致左室肥大和MF；AngⅡ刺激ALD 的分泌，ALD通過與心肌成纖維細胞膜上高親合力的Ⅰ型受體結合使Ⅲ型膠原堆積，促使MF 的形成。循環中AngⅡ和ALD 均可致MF，但前者既促進膠原纖維沉積又抑制膠原降解，后者也能刺激成纖維細胞合成膠原但對膠原酶活性沒有影響。

2.4 心肌纖維化的調控性細胞因子

比較清楚的有AngII-BK系統、ET-NO系統、血小板衍生的生長因子（PDGF）和血栓素（TXA₂）-PGI2系統等?，F己證實，AngII、ET和PDGF為致MF的因子，而BK、NO和PGI2為抑制MF的因子。近年來的研究表明，轉移生長因子β、結締組織生長因子以及腫瘤壞死因子參與調控NF，尤其轉移生長因子β在上述各系統與膠原代謝之間起到橋梁作用。

2.4.1 腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-a，TNF-a）

通過調節MMPs而調節ECM重構，而ECM不良重構是MF的原因。TNF-a的過度表達可引起進行性心室肥厚和擴張，伴有MMP-2和MMP-9活性明顯增高，膠原合成、沉積和變性增強而未變性的膠原則減少；而抗TNF-a治療則使MMP-2和MMP-9的活性減弱，可防止后續的膠原合成、沉積和變性^[7]。膠原合成增加時，尚可發現TGF-β1和TGF-β2蛋白水平增高。TNF-a可誘導膠原含量增加并影響上述酶活性，同時TNF-a也是細胞凋亡蛋白家族重要成員。

2.4.2 轉移生長因子β（transforming growth factorβ，TGFβ）

活化的TGF-β1 抑制ECM降解、增加ECM mRNA 表達和蛋白質合成。 RAAS激活、Ang Ⅱ增高引起MF 均由TGF-β1 增加所致，TGF-β1 增加成了諸多因素所致MF 的共同通路^[6]。Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白合成增加，可被激活的TGF-β1 自分泌/旁分泌調節，參與MF。研究表明，TGF-β1 促進Ⅰ型膠原蛋白合成和mRNA 表達，阻斷Smad3 表達，可消除TGF-β1 的上述作用。MMPs 參與MF 的發病也與TGF-β1 有關^[7]。因此，抑制TGFβ的表達勢必會減輕心肌纖維化病變。研究發現，應用抗TGFβ抗體可以明顯減輕細胞外基質的合成，所以抗 TGFβ抗體是目前抗纖維化治療中最提倡的方法之一。但由于TGFβ過度表達時有致纖維化作用，而在正常表達時能控制免疫反應和炎癥，抑制細胞增殖，并有抑制腫瘤的作用。阻斷TGFβ可能對機體產生多種難以預料影響，由于其正面效應的存在限制TGFβ抗體的使用，所以尋找纖維化過程中TGFβ的下游轉導因子作為抗纖維化靶點，可能比直接阻斷TGFβ的作用更理想。

TGFβ通過與其受體結合發揮生物學效應，目前研究比較清楚的是TGFβ-Smad通路和TGF-β活化激酶途徑。TGFβ-Smads 通路^[8]Smad 的命名源于首先發現的兩種蛋白，即果蠅的Mad 蛋白以及線蟲的Smad 蛋白。根據Smads分子結構和功能相似性分為3組：①R-Smads （受體Smads），包括Smad1、2、3、5、8。Smad 1、5、8 主要由骨形成蛋白激活，Smad2、3 則由TGFβ、激活素激活；②Co-Smad 就是Smad4，是和R-Smads結合的轉導分子；③I-Smads （抑制Smads），包括Smad6、7，作為信號轉導的負反饋調節，可牢固結合TGF RⅠ，抑制RSmads 被TGF RⅠ磷酸化。TGF RⅠ激活后，其絲氨酸和蘇氨酸蛋白激酶將磷酸化受體調節Smad-P3 蛋白，磷酸化的Smad-P3 蛋白，進而與Smad4蛋白形成復合物。活化的復合物轉移到核內與其他同時合成的核轉錄因子（如激活蛋白1） 相互作用，激活含有Smad 結合元件的靶基因轉錄。TGF-β活化激酶途徑^[9]，該途徑與TGFβ-Smads 途徑存在著協同作用。在TGFβ刺激下，TGFβ活化激酶結合蛋白被活化，導致其與TGFβ活化激酶途徑絲P蘇氨酸蛋白激酶結構域結合。TGFβ活化激酶途徑再激活p38MAPK激酶家族中的絲裂原活化蛋白激酶激酶（Mitogen-activated protein Kinase Kinase，MKK） 6/PMKK3/PMKK4，經由MKK6/PMKK3 或MKK4 激活p38MAPK，p38 MAPK直接使活化轉錄因子2 磷酸化，增強活化轉錄因子2 的轉錄活性，與TGFβ-Smads 通路協同刺激TGFβ誘導的轉錄。

2.4.3 一氧化氮（NO） 和內皮素（ ET）

NO是由內皮型一氧化氮合酶（Nitric oxide synthase，eNOS） 合成和釋放。在血管平滑肌內的NO，可激活鳥苷酸環化酶，使細胞內cGMP 升高，后者可抑制腎素的釋放，繼而明顯減少心肌局部AngⅠ的轉化，降低AngⅡ，減少MF^[10]。 ET由心肌細胞和成纖維細胞合成和分泌，既可促進心肌細胞、血管平滑肌細胞等合成和釋放AngⅡ，又是ALD 合成和釋放的強效調節劑；ET-1也是一種成纖維細胞的有絲分裂原，ET 受體拮抗劑可抑制成纖維細胞的增殖和MF；心衰時，在血管緊張素轉化酶慢性抑制下能提高NO 的產生，此時緩激肽可部分通過抑制局部內皮系統而阻止MF^[11]。

2.4.4 結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）

CTGF 是一種富含半胱氨酸的分泌肽，屬于即刻早期基因、高度保守的CCN（cyr61，CGTF，nov）多肽家族，廣泛存在于人類的組織器官中，與動脈粥樣硬化、器官纖維化等疾病密切相關。它與TGF-β1 有許多相似的生物學功能，被認為是TGF-β的下游介質，其異常表達在MF 過程中起重要作用^[12]。有研究^[13]發現在“兩腎一夾”的高血壓大鼠模型中，在左心室心肌纖維化中可觀察到CTGF的表達明顯增加。在培養的人心臟的成纖維細胞中Ang Ⅱ通過激活Ang Ⅱ受體1，可誘導CTGF mRNA 的迅速表達^[6]。因此，阻斷CTGF 表達或減弱其活性，可能是一種更特異、更有效的預防心肌纖維化的手段。

2.5 細胞凋亡與心肌纖維化細胞

有人認為多種病毒可以觸發細胞凋亡從而加快了MF進程，細胞凋亡是引起VMC向心肌病轉變的重要機制^[14]；有人用免疫組化方法和掃描電鏡研究擴張型心肌病心肌標本時發現心肌細胞減少與炎癥和細胞壞死無關，認為心肌細胞以及心肌間質細胞的凋亡可能是主要原因^[15]；以超氧化物刺激心肌細胞可見與構成DNA有關的組蛋白增多和原位雜交缺口末端標記陽性，提示細胞凋亡；同時超氧化物可以刺激心臟成纖維細胞增生和TGFβ表達增多，通過這兩方面作用超氧化物可致MF。

2.6 其它因素

研究發現^[6]，非膠原性ECM成分如纖維連接蛋白（Fn）、玻粘連接蛋白（Vitronectin，Vn）、層粘連蛋白（Laminin，LM）、整合素（Integrin）以及透明質酸等，除了與膠原共同構成細胞外骨架外，尚直接或間接介導細胞內外的雙向信號轉導，在細胞的遷移、增殖和分化等方面發揮重要作用，在MF過程中，亦發揮重要作用；肥大細胞參與了MF 的發病過程，機制可能與其合成、分泌多種細胞因子、黏附分子（ 如TGF-β、bFGF 和TNF-α） 等相關^[16]。在CVB₃誘導鼠纖維化模型中用雷帕霉素抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamyein，mTOR），可降低ECM的沉積，減少ECM 的產生，提示mTOR 也可通過影響基質的形成而參與膠原的調控，在MF 中也起一定的作用^[17]。Ang Ⅱ和ALD 刺激心肌成纖維細胞增生和膠原合成均涉及細胞內Ca₂+ 增加。新近研究提示^[18]，ADAMTS-1（一種新的金屬蛋白酶）也參與急慢性病毒性心肌炎心肌纖維化的形成。

3 結語

綜上所述，心肌纖維化是一個復雜的病理過程，涉及病毒直接損傷、膠原酶系統、循環和心臟局部腎素—血管緊張素—醛固酮系統（RAAS）、致纖維化細胞因子、非膠原性ECM成分的變化、細胞凋亡，免疫系統，細胞信號調節等諸多因素，針對上述調控因素來研制新藥和治療措施以預防和治療心肌纖維化，具有重要的現實意義。目前現代醫學對其確切的發病機制尚未完全闡明，應該加大力度進一步深入研究。

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（責任編輯：姜付平）