Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1在急性心肌梗死后心臟破裂中的研究進(jìn)展

李 幸，王 鈞，楊毅寧

(新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，烏魯木齊 830011)

急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)嚴(yán)重危害人類健康，而心臟破裂作為AMI最嚴(yán)重的并發(fā)癥所帶來(lái)的臨床問(wèn)題顯得越來(lái)越突出。值得關(guān)注的是，目前冠心病的藥物治療在心肌重構(gòu)和心臟破裂中所起到的主要作用是抑制癥狀的進(jìn)一步惡化，但最終并不能阻止其進(jìn)展。因此，為了制訂更多有效合理的策略以對(duì)抗心肌重構(gòu)，降低心臟破裂發(fā)生率，需要進(jìn)一步闡明其生物分子機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，健康成人心臟中的Wnt信號(hào)通路是靜止的，而心肌梗死后這條信號(hào)通路會(huì)被激活，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)干預(yù)該途徑，進(jìn)而促進(jìn)心肌梗死后梗死區(qū)的愈合[1-2]。大多數(shù)研究認(rèn)為抑制Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是有益的，但也有研究認(rèn)為激活Wnt信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)是有益的[1-2]。Wnt信號(hào)通路抑制因子FrzA/可溶性frizzled相關(guān)蛋白1(soluble frizzled related protein-1,sFRP-1)成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并廣泛應(yīng)用于心肌梗死治療中，有可能成為未來(lái)基因靶向預(yù)防及控制心肌梗死后心臟破裂的治療途徑之一。現(xiàn)從膠原重構(gòu)、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡等方面闡述FrzA/sFRP-1在AMI后心臟破裂中的發(fā)病機(jī)制。

1 Wnt信號(hào)通路與FrzA/sFRP-1

Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是一種高度保守的途徑，調(diào)節(jié)多種細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程。正常生理?xiàng)l件下，Wnt信號(hào)是靜態(tài)的。Wnt蛋白富含著半胱氨酸的糖基化蛋白，可與相應(yīng)的細(xì)胞膜受體結(jié)合作用，因此它與細(xì)胞增殖、分化、凋亡等過(guò)程密切相關(guān)[3-4]。Wnt信號(hào)通路的經(jīng)典途徑如下：心肌細(xì)胞壞死后可釋放有害的刺激信號(hào)，繼而結(jié)合卷曲受體蛋白，激活dvl信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，與此同時(shí)抑制糖原合成酶激酶3β活性，以減少β聯(lián)蛋白(β-catenin)的降解，最終轉(zhuǎn)錄因子在細(xì)胞核中被激活，影響靶基因的表達(dá)。

Frizzled家族成員以完整的膜蛋白為主。Wnt與Fz受體結(jié)合，以修飾蛋白質(zhì)的下游區(qū)域，從而完成Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的傳遞[4]。FrzA/sFRP-1通過(guò)將Wnt與其富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域(結(jié)構(gòu)類似于卷曲受體的同源區(qū)域)結(jié)合來(lái)調(diào)控Wnt，但因其無(wú)法通過(guò)穿膜區(qū)，不能使Wnt蛋白與質(zhì)膜上的卷曲受體結(jié)合，最終負(fù)向的調(diào)控Wnt信號(hào)通路[5]。另一方面，內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中β-catenin的水平也降低，所以FrzA/sFRP-1的主要作用是抑制經(jīng)典Wnt通路。

2 Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1與心臟破裂

FrzA/sFRP-1阻止Wnt蛋白與卷曲受體結(jié)合，并通過(guò)特異性競(jìng)爭(zhēng)抑制Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。Malekar等[6]研究表明，Wnt信號(hào)通路的過(guò)度激活加速了心肌重構(gòu)進(jìn)展，從而參與了調(diào)節(jié)梗死區(qū)、非梗死區(qū)及交界區(qū)纖維化、膠原聚集、心室重構(gòu)等病理生理過(guò)程。隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)心臟破裂分子機(jī)制研究的不斷深入,研究表明涉及心肌間質(zhì)的缺血損傷和影響心室重構(gòu)的因素也可能影響心臟破裂的發(fā)生[6-8]。因此，F(xiàn)rzA基因的過(guò)表達(dá)可以減少梗死面積，降低炎性細(xì)胞浸潤(rùn)的程度，并減少梗死和交界區(qū)域中的膠原蛋白積聚，進(jìn)而減輕心室重構(gòu)，改善心功能。阻斷Wnt信號(hào)通路可能是預(yù)防AMI后心臟破裂的新的治療途徑。

2.1Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1與膠原重構(gòu) 膠原是人體各組織器官的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，作為功能性蛋白，在人體內(nèi)不斷形成和降解，處于動(dòng)態(tài)平衡。心肌細(xì)胞之間主要由纖維網(wǎng)狀基質(zhì)連接支持，這些心肌間質(zhì)影響心臟結(jié)構(gòu)和功能的完整性[7]。Kim等[8]在轉(zhuǎn)基因小鼠心臟中建立表達(dá)基質(zhì)金屬蛋白酶1的心臟模型，研究表明基質(zhì)金屬蛋白酶1的表達(dá)可導(dǎo)致心臟間質(zhì)膠原減少，從而加劇心臟收縮和舒張功能障礙。因此，心肌梗死是由細(xì)胞外基質(zhì)合成和代謝降解失衡所引起心臟組織形態(tài)和功能的改變，該過(guò)程受多種因素影響。心肌梗死時(shí)左心室重構(gòu)的病理生理機(jī)制主要體現(xiàn)在心肌纖維化、心肌細(xì)胞外基質(zhì)中膠原纖維過(guò)度積聚、膠原水平顯著增加，引起心臟結(jié)構(gòu)和功能的改變，導(dǎo)致心臟破裂。可見(jiàn)，在心血管疾病發(fā)展成為心肌梗死的過(guò)程中，膠原重構(gòu)的作用不容忽視，而單純心臟纖維化或合并實(shí)質(zhì)細(xì)胞的喪失可增加心臟破裂的風(fēng)險(xiǎn)。

心肌細(xì)胞是成熟個(gè)體中的永久細(xì)胞，并且無(wú)法通過(guò)自身有絲分裂增生來(lái)補(bǔ)償已壞死的心肌細(xì)胞,而是通過(guò)形成纖維化增生，在心肌梗死的邊界中形成反應(yīng)性纖維化，導(dǎo)致心肌膠原蛋白積聚增加，發(fā)生心室舒張功能障礙和異常充盈，同時(shí)也可引起心肌收縮力下降[9]。心臟破裂常見(jiàn)于心肌梗死的交界區(qū)，值得注意的是心肌梗死后心臟不同區(qū)域發(fā)生心室膠原重構(gòu)程度存在差異，其中以梗死區(qū)膠原沉積最為顯著[10]。由于不同區(qū)域膠原沉積程度存在差異性，導(dǎo)致心肌梗死后不同部位發(fā)生心臟破裂可能性的不同，最常見(jiàn)部位為心室游離壁，其次為心室間隔破裂。AMI發(fā)生1周后梗死區(qū)域纖維化已基本形成，梗死區(qū)的膠原沉積增加心臟僵硬度并抵抗擴(kuò)張[11]，而在交界區(qū)和非梗死區(qū)，心肌間質(zhì)間膠原纖維大量聚集，導(dǎo)致心室收縮功能下降，心臟結(jié)構(gòu)受損[12]。因此，心肌梗死后發(fā)生的心室重塑主要表現(xiàn)為膠原在梗死區(qū)沉積的程度，有研究通過(guò)FrzA/sFRP-1介入Wnt信號(hào)通路后發(fā)現(xiàn)，交界區(qū)和非梗死區(qū)的膠原沉積程度明顯減少[13]。同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn)采用FrzA/sFRP-1干預(yù)Wnt信號(hào)通路能有效改善膠原分布，進(jìn)一步阻止交界區(qū)和非梗死區(qū)膠原沉積，從而達(dá)到延緩心室重塑，改善心功能的目的[14]。

Alfaro等[1]通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生小鼠間充質(zhì)干細(xì)胞過(guò)表達(dá)Wnt抑制因子，在心肌梗死周圍注射Wnt抑制因子、間充質(zhì)干細(xì)胞后血管密度增加，梗死面積減少，心肌功能增強(qiáng)。Mirotsou等[15]和He等[16]研究提示W(wǎng)nt抑制因子過(guò)表達(dá)可以改善膠原分布，繼而阻止心室壁變薄，預(yù)防心臟破裂的發(fā)生。大多數(shù)研究認(rèn)為，Wnt抑制因子過(guò)表達(dá)可通過(guò)抑制Wnt/frizzled信號(hào)通路進(jìn)而抑制心臟重構(gòu)[17-18]。Hoehn等[19]通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)使慢性心肌梗死的小鼠過(guò)表達(dá)心肌蛋白磷酸酶2A，發(fā)現(xiàn)小鼠心肌重構(gòu)不良，經(jīng)典蛋白激酶B/絲氨酸蛋白激酶/β-catenin途徑中斷的。因此將基因靶向干預(yù)左心室重構(gòu)作為切入點(diǎn)，可能有助于闡明心臟破裂的發(fā)病機(jī)制。同時(shí)Wnt抑制因子可能有效抑制膠原蛋白聚集，最終降低心臟破裂發(fā)生率。

2.2Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1對(duì)炎癥反應(yīng)的作用 炎癥反應(yīng)所致的微血管通透性改變影響AMI發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)歸。有研究表明，炎癥反應(yīng)本身作為機(jī)體防御反應(yīng)可通過(guò)間質(zhì)細(xì)胞的再生形成肉芽組織進(jìn)而恢復(fù)血流動(dòng)力學(xué)，最終推動(dòng)心室和瘢痕重構(gòu)。炎癥反應(yīng)也會(huì)通過(guò)增加巨噬細(xì)胞的遷移和分化，使心室擴(kuò)張，增加心臟破裂風(fēng)險(xiǎn)[20]。Hakuno等[20]建立小鼠心肌梗死模型發(fā)現(xiàn)，α1微球蛋白在急性期分布于梗死區(qū)和邊界區(qū)，反映α1微球蛋白結(jié)合巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，α1微球蛋白可激活蛋白激酶B、核因子κB和胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并增強(qiáng)炎癥以及巨噬細(xì)胞遷移和極化，同時(shí)抑制培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞和心臟成纖維細(xì)胞中的纖維發(fā)生相關(guān)信使RNA表達(dá)，因此心肌內(nèi)α1微球蛋白可加劇梗死區(qū)和邊界區(qū)的巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，以及炎癥和基質(zhì)金屬蛋白酶9的信使RNA表達(dá)，進(jìn)而阻止心臟梗死區(qū)纖維化，最終在心肌梗死中引起急性心臟破裂。研究發(fā)現(xiàn)心肌梗死進(jìn)展過(guò)程中，巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)程度也不斷加劇，進(jìn)一步促進(jìn)炎癥反應(yīng)，并增加基質(zhì)金屬蛋白酶活性和左心室重構(gòu)。因此,心肌梗死后激活炎癥反應(yīng)可進(jìn)一步損傷心肌細(xì)胞，抑制炎癥反應(yīng)可減少巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)程度，最終降低心臟破裂發(fā)生率。

Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1基因過(guò)表達(dá)可抑制Wnt/β-catenin轉(zhuǎn)導(dǎo)的激活，從而減少心肌細(xì)胞的損傷，有效抑制心室重構(gòu)過(guò)程、改善心功能[21]。Laurent等[22]研究指出Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1通過(guò)調(diào)節(jié)維持AMI后促炎因子及抗炎因子的平衡，從而抑制中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，減少梗死面積，促進(jìn)瘢痕形成和梗死區(qū)愈合，而不是通過(guò)改變中性粒細(xì)胞的性質(zhì)。細(xì)胞間黏附分子1和血管細(xì)胞黏附分子1作為機(jī)體炎癥反應(yīng)兩個(gè)主要的黏附分子，在心肌細(xì)胞受到損傷時(shí)表達(dá)加強(qiáng)。有研究發(fā)現(xiàn)炎癥反應(yīng)的兩種主要的黏附分子細(xì)胞間黏附分子1和血管細(xì)胞黏附分子1可以應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)檢測(cè)，研究表明腫瘤壞死因子α可通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞炎性因子損傷心肌細(xì)胞，而Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1基因可干預(yù)腫瘤壞死因子α以減弱炎性因子的表現(xiàn)水平[23]。Barandon等[24]在小鼠冠狀動(dòng)脈結(jié)扎模型中發(fā)現(xiàn)Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1的過(guò)表達(dá)能夠減少梗死面積，改善心臟功能。后續(xù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1過(guò)表達(dá)會(huì)降低白細(xì)胞介素6(前炎性因子)的表達(dá)，而白細(xì)胞介素10(抗炎因子)表達(dá)反而增加，維持了損傷修復(fù)時(shí)炎性因子的平衡，進(jìn)而增加梗死區(qū)域的血流量[22]。

2.3Wnt抑制因子FrzA/sFRP-1與細(xì)胞凋亡 心肌細(xì)胞的異常凋亡是心血管疾病發(fā)生和發(fā)展的重要中間過(guò)程，會(huì)造成心肌細(xì)胞的完全不可逆性損傷，破壞心臟的正常結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增加心臟破裂的風(fēng)險(xiǎn)。早期檢測(cè)和控制這種異常細(xì)胞凋亡有利于維持不同的病理?xiàng)l件下心肌組織的正常結(jié)構(gòu)[25]。因此，通過(guò)干預(yù)心肌細(xì)胞的異常凋亡來(lái)預(yù)防和治療心血管疾病可能是一種潛在的治療方法[26]。

目前Bax、Bcl-2參與心臟病理狀態(tài)下心肌細(xì)胞凋亡的機(jī)制已受到廣泛關(guān)注[27-28]。在正常情況下Bax主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，當(dāng)受病理?xiàng)l件下刺激時(shí)，線粒體膜電位喪失，Bax進(jìn)入線粒體，促進(jìn)線粒體中各種凋亡分子的流出，從而啟動(dòng)了細(xì)胞凋亡過(guò)程[29-30]。有研究發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞凋亡過(guò)程中Bax表達(dá)上調(diào)，相反Bcl-2的表達(dá)顯著下調(diào)[30-31]。在氧化應(yīng)激中，活性氧物質(zhì)誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡使心肌細(xì)胞的數(shù)量減少。臨床研究中約一半的患者在AMI后24 h內(nèi)出現(xiàn)心室游離壁破裂現(xiàn)象，值得注意的是其中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)的證據(jù)。鑒于細(xì)胞凋亡在心臟破裂的重要作用，Beranek[32]發(fā)現(xiàn)患者心臟破裂的發(fā)生可能通過(guò)非炎癥病理過(guò)程(即細(xì)胞凋亡)削弱心室壁的結(jié)構(gòu)和功能。Fang等[31]研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡是心肌梗死早期和心肌細(xì)胞主要的死亡形式，通過(guò)下調(diào)角蛋白1基因?qū)е陆堑鞍?和Bax蛋白表達(dá)減少，Bcl-2表達(dá)增加，細(xì)胞凋亡減少，缺血再灌注通過(guò)外在和內(nèi)在途徑誘導(dǎo)程序性細(xì)胞死亡。同時(shí)還有研究發(fā)現(xiàn)抑制caspase-1活性可減少心肌梗死區(qū)面積和心肌細(xì)胞凋亡，這可能是由于caspase-1基因?yàn)榇俚蛲龌颍瑥亩箤?shí)驗(yàn)中心肌梗死后細(xì)胞凋亡率降低[33]。Matsusaka等[34]發(fā)現(xiàn)p53可能通過(guò)誘導(dǎo)促凋亡通路參與心肌梗死后的心臟破裂。p53的抑制可能是一種潛在有用的治療策略來(lái)管理心肌梗死后患者。Kaga等[35]用糖原合成酶激酶3β抑制劑鋰或SB251763模擬心肌缺血再灌注后發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞中大量核β-catenin聚集，而心肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡明顯減少，這說(shuō)明Wnt經(jīng)典轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的核β-catenin過(guò)表達(dá)，可能會(huì)減少心肌細(xì)胞的凋亡，從而改善缺血再灌注損傷。有研究表明Wnt3a為經(jīng)典Wnt信號(hào)通路，具有促細(xì)胞凋亡作用，用小干擾RNA沉默核β-catenin或是負(fù)性調(diào)節(jié)TcF的表達(dá)都可以顯著抑制Wnt3a誘導(dǎo)的caspase活化，表現(xiàn)出抗凋亡作用，進(jìn)而發(fā)揮Sfrp2的體內(nèi)保護(hù)作用，并突出其對(duì)缺血性心臟的治療潛力[36]。FrzA/sFRP-1是Wnt途徑的天然抑制劑，有研究通過(guò)FrzA/sFRP-1與Fz受體競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合Wnt3a蛋白，阻止Wnt3a-Fz-LPR5/6復(fù)合體的形成，表明抑制Wnt信號(hào)通路活性，可以減少心肌細(xì)胞的凋亡和改善心功能[37]。有研究通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[24]建立FrzA/sFRP-1過(guò)度表現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)基因小鼠模型，結(jié)果顯示，F(xiàn)rzA/sFRP-1過(guò)度干預(yù)可顯著降低心臟破裂風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)白細(xì)胞浸潤(rùn)程度下降，基質(zhì)金屬蛋白酶2和基質(zhì)金屬蛋白酶9的活性降低，膠原分布明顯改善，毛細(xì)血管密度增加。有研究使用腫瘤壞死因子α刺激H9c2心肌細(xì)胞建立心肌炎性損傷模型,以模擬體內(nèi)心力衰竭狀態(tài),研究表明通過(guò)Wnt信號(hào)通路的激活可促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡[38]。FrzA/sFRP-1基因的干涉可抑制心肌細(xì)胞Wnt信號(hào)通路的表達(dá),可有效減輕心肌細(xì)胞的凋亡[38]。這也間接表明未來(lái)在防治心血管疾病方面干預(yù)心肌細(xì)胞的異常凋亡可能是一個(gè)潛在的途徑。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著治療方法的更新和完善，AMI患者的住院病死率明顯降低，但AMI合并心臟破裂的發(fā)生率仍然非常高。近年來(lái)，利用FrzA/sFRP-1靶向干預(yù)抑制Wnt信號(hào)通路對(duì)AMI后心臟破裂的基因治療開(kāi)始受到廣泛重視。Wnt信號(hào)通路與心臟破裂存在聯(lián)系，目前的轉(zhuǎn)基因或基因敲除方法完全阻斷了Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，然而，心肌梗死后心臟破裂率沒(méi)有降低。因此，使用FrzA/sFRP-1作為干預(yù)靶標(biāo)相對(duì)于基因敲除來(lái)阻斷Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑更可行且更安全。然而，F(xiàn)rzA/sFRP-1降低心臟破裂發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的具體機(jī)制一直處于探索階段。

總之，應(yīng)更加注重FrzA/sFRP-1相關(guān)的探索研究，尋求多中心，多領(lǐng)域合作，以闡明FrzA/sFRP-1具體機(jī)制，從而為AMI后心臟破裂診治提供理論依據(jù)和防治策略。