肥大細胞介質與心肌重構研究進展

熊曉蘭 肖 超 賈曉麗 張世忠

(三峽大學醫學院，湖北 宜昌 443002)

肥大細胞在誘導心臟重塑的過程中發揮雙重作用，既可以刺激膠原蛋白合成導致纖維化(在高血壓和缺血再灌注中)，也可以誘導基質金屬酶(MMPs)活化使膠原降解并最終導致心室擴張。肥大細胞在各種心臟病理狀況下的功能可能是通過信號通路進行調控的，這些信號從肌細胞、間質細胞及肥大細胞中傳出就如同神經激素的作用一樣，從而引起不同的肥大細胞釋放介質。本文對目前心肌重構中心臟肥大細胞釋放的主要活性介質及其作用進行綜述。

1 腫瘤壞死因子(TNF)-α

TNF-α是一種促炎性細胞因子，心臟中肥大細胞是TNF-α的重要來源。使用標記技術分析犬類心臟可發現幾乎所有的TNF-α都募集在心肌肥大細胞周圍。缺血再灌注實驗中也可發現心臟肥大細胞是TNF-α的主要來源，并且在梗死區域(非遠程區域)可以看到肥大細胞釋放TNF-α〔1〕。使用酮替芬和色甘酸鈉(肥大細胞穩定劑)能夠防止再灌注心肌TNF-α水平上升〔2〕。在肥大細胞缺陷大鼠心臟容量超負荷5 d之后，其心臟中幾乎檢測不到TNF-α;相反，野生型大鼠在心臟容量超負荷的情況下心肌中TNF-α水平會急劇增加〔3〕。TNF-α可以激活MMPs〔4〕，使用TNF-α對大鼠進行灌注后，大鼠心臟發生膠原降解和心功能障礙〔5〕。而在心臟容量超負荷時抑制TNF-α能夠防止膠原降解〔6〕。TNF-α也可以在高血壓中發揮促纖維化作用，因為TNF-α能夠通過增加血管緊張素(Ang)Ⅱ-1型受體(AT1R)刺激膠原蛋白的產生〔7〕。此外，Sun等〔8〕研究表明，局部產生的TNF-α調節結締組織生長因子(CTGF)和轉化生長因子(TGF)-β表達，并通過刺激心臟肥大和纖維化參與心臟重塑，最終導致心室功能障礙。CTGF作為TGF-β的慢性纖維化下游介質的作用是眾所周知的，其在激活時刺激成纖維細胞分化為成肌纖維細胞，而成纖維細胞是心臟重塑中膠原合成的關鍵細胞。Sriramula等〔9〕研究發現AngⅡ作用的野生型小鼠CTGF和TGF-β表達增強，而TNF-α 缺陷鼠未增強，表明Ang Ⅱ對心臟肥大和纖維化的影響是由TNF-α介導增強的心肌CTGF和TGF-β表達介導的。Ang Ⅱ和TNF-α都可以激活心肌細胞中的p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和c-Jun-N末端激酶(JNK)信號通路〔10〕。 MAPK是AngⅡ影響組織結構的重要調節劑，它一定程度上作用于Ang Ⅱ誘導的TGF-β，繼而調節CTGF，導致心臟重塑〔11〕。證據表明，TNF-α和Ang Ⅱ共有的最重要的下游信號分子之一是核轉錄因子(NF)-κB。 NF-κB不僅參與促炎細胞因子的激活，而且參與誘導氧化應激和亞硝化〔12〕。實驗表明在Ang Ⅱ處理組TNF-α缺陷小鼠的NF-κB mRNA表達下調，其心臟組織中NF-κB活性也減弱〔13〕。這些結果表明TNF-α抑制的成效可能是由MAPK/TGF-β/NF-κB途徑介導。Ang Ⅱ誘導的心臟肥大和高血壓依賴于還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶的存在，以及氧化應激的發生和NF-κB的活化，并且伴隨產生TNF-α。更重要的是，Ang Ⅱ誘導的高血壓和肥厚反應可以通過阻斷TNF-α介導的氧化應激和MAPK/TGF-β/NF-κB通路預防〔9〕。臨床上已經開始利用依那西普對TNF-α的抑制作用控制高血壓〔14～16〕，所以這些信號通路的存在可能提示其對治療或預防心室重構大有裨益。

2 組 胺

組胺是一種自體活性物質，自然狀態下以無活性方式存儲在肥大細胞和嗜堿性粒細胞的顆粒中〔17〕。心臟缺血再灌導致各種類型的心律失常時心臟組織中的肥大細胞脫顆粒釋放組胺，繼而發生心室重構。Frangogiannis等〔18〕發現犬類心臟缺血再灌注損傷之后的心肌肥大細胞脫顆粒釋放的組胺和心臟淋巴中出現的組胺水平增加了2倍。而且在此模型中，無論是在缺血期還是在再灌注期間使用組胺2型受體(H2)拮抗劑(可阻斷組H2但不阻斷H1)，梗死面積均減少〔19〕。有趣的是，這并不會改善心臟功能，而研究發現H2受體拮抗劑法莫替丁可以降低血漿腦鈉肽(BNP)水平(左心室肥大的標志物)，并縮短舒張期和收縮期左心室直徑，同時改善紐約心功能分級(NYHA)〔20〕。組胺對細胞外基質的調節作用還不甚清楚。但在肺成纖維細胞中結締組織生長因子mRNA上調〔21〕，而類風濕滑膜組織的滑膜成纖維細胞在組胺的作用下釋放MMP-1和MMP-3，以及前列腺素(PG)E2〔22〕。心臟成纖維細胞在組胺作用下釋放的PGE2及PGI 2，6-酮-PGF1α等穩定代謝物可以起到心臟保護作用〔23〕，這都為我們克服心臟疾病做出了指導。

3 糜蛋白酶Ⅱ

心臟糜酶主要由心臟的肥大細胞合成,內皮細胞和間質細胞也可少量分泌〔24〕。心臟肥大細胞釋放的糜蛋白酶既可以直接作用于MMP,也可以促進AngⅡ和TGF-β的生成及活化，產生膠原降解反應及導致心臟纖維化，而且糜酶是已知的最強有力的活化局部組織AngⅡ的物質。已經發現在豬心肌缺血再灌注實驗中，其心肌梗死的遠程區域和梗死區域都可以發現糜蛋白酶的活化增加。而糜蛋白酶抑制劑可降低這些區域發生壞死的風險〔25〕。肥大細胞產生的糜蛋白酶還能夠將無活性的AngⅠ轉換至有活性的AngⅡ〔26〕，而AngⅡ更是與心室重構有不可分割的關聯。研究發現，AT1拮抗劑能夠有效降低倉鼠心肌梗死死亡率〔27〕。心臟發生缺血之后，AngⅡ的形成對刺激交感神經釋放去甲腎上腺素非常重要〔28〕。豚鼠心臟缺血再灌注后，心臟肥大細胞產生大量AngⅡ〔29〕，這些AngⅡ能夠增加去甲腎上腺素水平并誘導心律失常。糜蛋白酶能否促進體內膠原合成及膠原降解的平衡尚不清楚。通過糜蛋白酶產生TGF-β及使Smad通路活化，新生兒心臟成纖維細胞增殖并產生膠原〔30〕。研究發現心臟肥大細胞是腎素的來源〔29,31〕。肥大細胞產生的腎素對AngⅡ的產生有顯著幫助，這與糜蛋白酶產生促纖維化的結果一致。糜蛋白酶可激活MMP-2和MMP-9〔32〕，在二尖瓣關閉不全的犬體內糜蛋白酶活性增高，同時其膠原也大量降解。事實上，在豬類心臟缺血再灌時使用糜蛋白酶抑制劑能夠使MMP-9活化減少〔33〕。另外，糜蛋白酶能夠活化干細胞因子(SCF)和TGF-β〔25，34〕，肥大細胞產生的糜蛋白酶能夠將休眠型的TGF-β裂解轉化為有活性的形式。總的來說糜蛋白酶和AngⅡ關系密切，若能清楚認知，將對我們研制逆轉心室重構方案起到重要作用。

4 類胰蛋白酶

類胰蛋白酶主要由肥大細胞釋放，在心臟中類胰蛋白酶起促纖維化作用。研究發現，在自發性高血壓大鼠心臟中類胰蛋白酶增加〔35〕。而類胰蛋白酶可以引起離體成年大鼠心肌成纖維細胞增殖，并轉化成肌成纖維細胞，產生膠原蛋白〔35,36〕。研究發現類胰蛋白酶主要通過激活心臟肥大細胞和促進糜酶釋放誘導心臟纖維化〔37〕。這些影響通過類胰蛋白酶活化蛋白酶活化受體(PAR)-2產生，PAR-2的產生能夠誘導細胞外信號調節激酶(ERK)1/2磷酸化。從自發性高血壓大鼠心臟分離的心臟成纖維細胞有同樣的選擇性激活模式，但阻斷PAR-2能防止纖維化的發生，這些結果揭示了心室重構的秘密，也為治療和預防心室重構提供了研究方向。

5 TGF-β

心肌中TGF-β的主要來源是心臟成纖維細胞，其次來自于心臟肥大細胞。TGF-β存在于一個龐大的信號傳導家族，它介導的信號傳導通路功能多樣且高效，能通過多種刺激(包括pH變化，高血糖，活性氧的產生，機械拉伸和血管活性激素例如AngⅡ)來增加表達〔38〕。在心臟中TGF-β的促纖維化作用已經有據可查〔39～41〕。TGF-β和隨后的Smad蛋白通路的活化可介導新生兒心臟成纖維細胞的增殖和膠原的產生〔42〕。 TGF-β信號傳導的激活導致Smad蛋白——特別是Smad2/3的磷酸化，Smad2/3與Smad4形成功能性轉錄復合物以啟動轉錄反應〔43〕。除Smad介導的轉錄，TGF-β還可激活其他信號通路，包括ERK，JNK，TGF-β激活激酶(TAK)1和p38 MAPK〔44〕。細胞內環素(cAMP)可抑制成纖維細胞轉化和膠原合成。最近，cAMP已顯示可以通過多種細胞內信號傳導途徑發揮抗纖維化作用。一個是通過cAMP反應元件結合蛋白(CREB)和Smad之間的關鍵轉錄共激活因子的競爭抑制Smad介導的轉錄〔45〕。另一個是由TGF-β激活的某些非Smad信號通路的cAMP介導的抑制，包括ERK1/2和JNK MAP激酶〔46〕。此外，Jahanyar等〔47〕通過對左心室輔助裝置植入患者心肌組織的研究發現核心蛋白多糖分子通過直接抑制TGF-β途徑及抑制心力衰竭患者心臟的前纖維化作用而潛在地參與逆向心臟重塑。TGF-β作用途徑繁多，機制復雜，若能靶向抑制TGF-β，心室重構的治療和預防指日可待。