CTRPs在心臟重構(gòu)中的作用及其運動調(diào)控的分子機制

唐菊麗，柳華，楊翼

(武漢體育學院a.研究生院，b.健康科學學院，c.體質(zhì)監(jiān)測與慢病干預研究中心，武漢 430079)

中國心血管疾病患病率處于持續(xù)上升階段，針對心血管疾病的防治工作仍充滿挑戰(zhàn)。據(jù)國家心血管疾病中心統(tǒng)計，目前心血管疾病患病人數(shù)約3.3億，其死亡率在所有致死病因中居首位[1]。中國心血管疾病負擔日益加重，已成為重大的公共衛(wèi)生問題，故防治心血管疾病十分緊迫。不適宜刺激和疾病(長期超負荷運動、衰老、肥胖、糖尿病、心肌梗死等)均可增加心血管疾病的患病風險，使心臟發(fā)生病理性重構(gòu)，導致心肌間質(zhì)纖維化、心肌細胞凋亡、病理性肥大以及心肌血管生成障礙等病理變化。心臟病理性重構(gòu)是導致多種心血管疾病發(fā)展為心力衰竭的重要原因[2]。作為健康生活方式的重要組成部分，“運動是良醫(yī)”理念已深入人心。適宜運動誘導的心臟生理性重構(gòu)不僅能促進正常人群心臟健康，還能降低心血管疾病發(fā)生率，改善患者的心功能[3-4]。近年來，關(guān)于補體C1q/腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白(complement-C1q/tumor necrosis factor-related proteins，CTRPs)的研究取得較大發(fā)展，其在調(diào)節(jié)內(nèi)分泌、免疫和心血管系統(tǒng)的生理代謝方面發(fā)揮重要作用[5]。現(xiàn)就CTRPs在心臟重構(gòu)中的作用及其運動調(diào)控的分子機制予以綜述。

1 CTRPs概述

CTRPs是一類高度保守的脂聯(lián)素同源類似物家族，屬于脂肪細胞因子家族成員，其結(jié)構(gòu)包含N端信號肽、短的可變區(qū)、膠原樣結(jié)構(gòu)域及C端與補體C1q同源的球形結(jié)構(gòu)域。CTRPs家族有15個成員，其中CTRP1、CTRP3、CTRP5、CTRP6和CTRP9對病理性心臟重構(gòu)具有調(diào)節(jié)作用。

CTRP1主要存在于基質(zhì)血管細胞中，是判斷心肌梗死的重要指標之一。有研究顯示，急性心肌梗死組患者的CTRP1水平明顯高于正常對照組[6-7]，且冠狀動脈疾病患者的血清CTRP1水平隨疾病嚴重程度而升高[8]。缺乏CTRP1小鼠在缺血再灌注損傷后的心肌梗死面積顯著增加，同時伴有細胞凋亡和炎癥反應，而補充外源性CTRP1后，細胞凋亡與炎癥反應明顯減輕，提示CTRP1是一種具有抗凋亡和抗炎作用的外源性心肌保護因子[9-10]。

CTRP3主要表達于脂肪組織，以內(nèi)分泌的形式經(jīng)循環(huán)到達機體多個組織器官[11]，對心臟和冠狀動脈具有保護作用，且可抑制左心室重構(gòu)。CTRP3在體內(nèi)表達不受糖脂代謝的影響，在整個過程中能夠穩(wěn)定地發(fā)揮心臟保護作用[11-12]。

CTRP5大量表達于血清和脂肪細胞中，其表達水平與代謝疾病密切相關(guān)[13-14]。研究發(fā)現(xiàn)，支架內(nèi)再狹窄患者的血清CTRP5水平明顯高于經(jīng)皮冠狀動脈介入治療術(shù)后未狹窄患者，提示血清CTRP5水平升高可作為急性心肌梗死后的危險指標[15]。

CTRP6也存在于基質(zhì)血管細胞中，主要參與細胞增殖、脂質(zhì)代謝、胰島素敏感性、能量平衡和心臟保護等[16-17]。其表達具有性別差異，與雄性小鼠相比，雌性小鼠脂肪組織中的CTRP6信使RNA水平明顯升高[16]。在人體中，心肌過表達CTRP6可抑制心肌間質(zhì)纖維化，顯著改善心肌梗死后的心功能[18]。

在CTRPs家族中，CTRP9與脂聯(lián)素的同源性最高且與其具有共同受體，可參與調(diào)節(jié)糖脂代謝和內(nèi)皮功能，在正常心臟局部特異性高表達，對心血管疾病作用廣泛，而在糖尿病小鼠和心臟缺血再灌注損傷后血清CTRP9水平降低[19-20]。CTRP9是一種重要的心臟保護因子，外源性補充CTRP9能夠保護缺血心肌，當CTRP9增加到1 μg/mL時保護作用明顯，但持續(xù)增加劑量并不具有疊加效應[21]。

2 CTRPs對心臟重構(gòu)的作用

心臟主要由心肌間質(zhì)、心肌細胞和心肌血管構(gòu)成[3]。因此，CTRPs對心臟重構(gòu)的作用主要表現(xiàn)在對三者的影響上，其可抑制心肌間質(zhì)纖維化，抑制心肌細胞凋亡和病理性肥大以及促進心肌血管新生。CTRPs對心臟重構(gòu)的影響及其運動調(diào)控的作用機制見圖1、表1。

Exercise：運動；CTRP：補體C1q/腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白；Akt：蛋白激酶B；mTOR：哺乳動物雷帕霉素靶蛋白；ACC：乙酰輔酶A羧化酶；AMPK：AMP活化蛋白激酶；TGF-β1：轉(zhuǎn)化生長因子-β1；TLR4：Toll樣受體4；NF-κB：核因子κB；Smad2/3:膜受體調(diào)控蛋白Smad2/3；HIF-1α：缺氧誘導因子1α；VEGF：血管內(nèi)皮生長因子；PGC-1α：過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α；RhoA：Ras同源基因家族成員A；MRTF-A：心肌素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子A

表1 CTRPs對心臟重構(gòu)的影響及其運動調(diào)控的作用機制

2.1抑制心肌間質(zhì)纖維化 心肌間質(zhì)纖維化是指由于細胞外基質(zhì)合成增加而降解不足導致的細胞外基質(zhì)過度沉積的病理變化，是導致心臟功能障礙和心電異常的主要誘因[22-23]。CTRP3、CTRP6、CTRP9均可抑制心肌梗死大鼠心肌間質(zhì)纖維化的發(fā)生。

CTRP3可通過激活AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)抑制轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)誘導的Smad3核轉(zhuǎn)位及與P300結(jié)合，減少成纖維細胞數(shù)量及其增殖和遷移，減少Ⅰ和Ⅲ型膠原蛋白表達，進而發(fā)揮抑制心肌梗死大鼠心肌間質(zhì)纖維化的作用[22]，且無論在體內(nèi)還是體外CTRP3均能發(fā)揮該作用[24]。

CTRP6可通過抑制成纖維細胞與心肌成纖維細胞間的轉(zhuǎn)換及TGF-β1誘導的成纖維細胞遷移，從而抑制心肌梗死后的心肌間質(zhì)纖維化[25]。進一步實驗表明，大鼠心肌細胞胞質(zhì)內(nèi)表達的CTRP6可通過抑制TGF-β1誘導的Ras同源基因家族成員A活化及心肌素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子A核轉(zhuǎn)位，減少心肌成纖維細胞分化、遷移和細胞外基質(zhì)蛋白表達，從而減緩心肌梗死后的心肌間質(zhì)纖維化進程[9,26]。

CTRP9可通過減少Ⅰ和Ⅲ型膠原蛋白表達來抑制左心房纖維化，心肌梗死大鼠血管注射CTRP9 7 d后TGF-β1水平降低，推測其可能通過抑制Toll樣受體4/核因子κB/Smad2/3蛋白信號通路實現(xiàn)[27]。因此，外源性注射CTRP9有望成為心肌梗死早期有效的備選療法之一。

2.2抑制心肌細胞凋亡和病理性肥大 心血管疾病成為死亡的主要原因是成年心臟的再生能力有限[28]。因此，單個成人心肌細胞主要通過增大細胞體積以減小心室壁應力。心肌細胞生理性肥大可保存或增強收縮功能，不會出現(xiàn)間質(zhì)纖維化和細胞凋亡，而病理性肥大通常伴有Ⅰ型膠原蛋白和肌成纖維細胞活性增加，間質(zhì)纖維化以及心肌細胞凋亡，最終發(fā)展為心力衰竭[29]。根據(jù)目前的研究結(jié)果，CTRPs家族中的CTRP1、CTRP3、CTRP5、CTRP9均可抑制心肌細胞凋亡。

CTRP1過表達可激活CTRP1-Sirt1-核因子E2相關(guān)因子2，提高經(jīng)脂多糖處理小鼠的存活率和心功能，抑制心肌炎癥、氧化損傷和細胞凋亡，而不影響正常代謝[30]。另外，CTRP1還能夠逆轉(zhuǎn)血管緊張素Ⅱ誘導的病理性心肌肥厚，其具體機制為CTRP1通過磷酸二酯酶1～4/環(huán)腺苷酸/蛋白激酶A/肝激酶B1途徑激活AMPK，而AMPK在預防心肌細胞病理性肥大和缺血再灌注損傷中具有重要作用，因此靶向給予CTRP1可能是逆轉(zhuǎn)病理性心肌肥厚的一種有效治療策略[31]。

脂肪因子培養(yǎng)基能減少缺氧誘導的心肌細胞凋亡，對離體培養(yǎng)的心肌細胞具有保護作用。然而當該培養(yǎng)基中CTRP3水平降低時，其心肌保護作用減弱，進一步研究證實內(nèi)源性CTRP3可通過激活下游蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路，抑制心肌細胞凋亡，從而改善病理性心臟重構(gòu)和心功能[32-33]。

心肌梗死后心肌細胞缺血缺氧不僅會直接導致心肌細胞線粒體損傷，同時也能上調(diào)心肌細胞CTRP5的表達和分泌。研究顯示，CTRP5可通過激活AMPK調(diào)節(jié)心肌細胞脂肪酸代謝，從而抑制心肌細胞凋亡[32]。

CTRP9可通過促進心肌細胞中蛋白激酶A和AMPK下游靶點乙酰輔酶A羧化酶磷酸化，激活自噬和抗凋亡途徑，進而發(fā)揮抑制心肌細胞凋亡、保護缺血心肌、改善心肌細胞病理性肥大的作用[34]。研究發(fā)現(xiàn)，使用腹腔植入滲透泵給予急性心肌梗死小鼠6周的CTRP9干預可以增加動物存活率，顯著減少心肌細胞凋亡[35]。

2.3促進心肌血管新生 血管新生被認為是維持灌注的一種整體反應，也為心肌細胞肥大等過程提供充足的營養(yǎng)供應[36]，對于改善心臟重構(gòu)、維護心功能具有重要意義。CTRPs家族中的CTRP3、CTRP5、CTRP9均有促進心肌血管新生的作用。

外源性給予CTRP3可激活蛋白激酶B/缺氧誘導因子1α/血管內(nèi)皮生長因子信號通路，促進心肌梗死大鼠梗死邊緣區(qū)血管再生[37]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，CTRP3可通過激活胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2和促分裂原活化的蛋白激酶促進內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞增殖；此外，CTRP3預處理的心肌細胞培養(yǎng)基可顯著增加血管內(nèi)皮細胞管狀結(jié)構(gòu)形成[38]。

CTRP5可濃度依賴性地誘導基質(zhì)金屬蛋白酶2、細胞周期蛋白D1和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)在人主動脈血管平滑肌細胞中表達，從而促進人主動脈血管平滑肌細胞增殖和遷移，進而增加血管韌性并促進血管新生[39]。

CTRP9參與血管穩(wěn)態(tài)，用CTRP9孵育人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞可減輕氧化型低密度脂蛋白誘導的內(nèi)皮損傷，促進人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞增殖，加速其遷移和新生血管的形成[40]。但CTRP9的血管內(nèi)皮保護作用依賴于AMPK/過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α信號通路[41]。

2.4運動對心臟重構(gòu)的影響及其CTRPs的調(diào)節(jié)

2.4.1運動對心肌間質(zhì)的影響及其CTRPs的調(diào)節(jié) 有氧運動和間歇運動均能促進CTRPs表達[42-43]，進而發(fā)揮抑制心肌間質(zhì)纖維化的作用。但運動強度存在一個安全上限，超過此上限可能會導致心肌膠原沉積增加，促進心肌間質(zhì)纖維化[44]。對于運動員，心肌間質(zhì)纖維化程度與從事耐力運動的強度和年限顯著相關(guān)，而與年齡、體重、身高和體表面積等無關(guān)[45]。此外，有氧運動、間歇運動也能延緩老年大鼠、自發(fā)性高血壓大鼠、2型糖尿病大鼠的心肌間質(zhì)纖維化進程，且中等強度運動對大鼠心肌間質(zhì)纖維化的改善作用要優(yōu)于高強度運動[46-48]。

研究表明，CTRP6能夠抑制TGF-β1誘導的心肌成纖維細胞分化、遷移和細胞外基質(zhì)蛋白表達[49]。且高強度運動組TGF-β1水平均顯著高于安靜組和中等強度運動組，這種差異隨著運動時間的增加而加大；而中等強度運動組與安靜組TGF-β1水平差異無統(tǒng)計學意義[22]。因此推測，長期高強度耐力運動可能通過抑制CTRP6表達，上調(diào)TGF-β1，從而促進心肌間質(zhì)纖維化進程；中等強度運動不影響CTRP6的表達水平，與張鳳[50]的研究結(jié)果一致。

2.4.2運動對心肌細胞的影響及其CTRPs的調(diào)節(jié) 有氧運動可抑制心肌細胞凋亡，從運動時長看，長期有氧運動小鼠的心肌細胞凋亡指數(shù)明顯低于短期有氧運動小鼠[51]。從運動強度看，低強度和中等強度運動均能提高抗凋亡的信號強度，但僅中等強度運動能夠顯著降低心肌細胞凋亡水平[52]。對于不同年齡段大鼠而言，游泳運動可降低老齡大鼠心肌細胞凋亡水平而不影響成年大鼠心肌細胞凋亡過程[53]。且運動能夠改善壓力超負荷、衰老等病理刺激引起的心肌細胞肥大[54-55]。

研究顯示，8周有氧運動可顯著升高CTRP3和CTRP5表達水平[43]。且8周間歇跑臺運動能有效增加CTRP3基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達，尤其是心肌梗死邊緣區(qū)CTRP3的表達，從而激活下游蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路，抑制心肌梗死大鼠心肌細胞凋亡，改善心肌梗死心臟病理性重構(gòu)，且心肌梗死心臟功能改善與CTRP3水平升高呈正相關(guān)[42,56]。

不同強度的負荷運動對CTRP9的影響不同，健康受試者單次高強度間歇訓練后即刻血清CTRP9水平顯著上升，且與AMPK顯著相關(guān)，AMPK是生物能量代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵分子，能夠保護心肌細胞，抑制細胞凋亡[57]。因此推測，CTRP9與細胞凋亡也存在一定聯(lián)系，有待進一步研究證實。

2.4.3運動對心肌血管的影響及其CTRPs的調(diào)節(jié) 運動可以動員、激活血管生成因子的表達與分泌，耐力運動和抗阻訓練均可誘導血管新生[58]。高強度間歇訓練可在4周內(nèi)誘導內(nèi)皮細胞增殖和毛細血管生長[58]。也有研究顯示，抗阻運動對血管生成有積極影響[59]，機械振動則可加速血管再灌注，升高血管再生調(diào)節(jié)因子的表達水平[60-61]。因此，乳酸閾值水平以上的訓練均會誘導新血管的生長。席悅[62]研究發(fā)現(xiàn)，以下三種運動對血管新生均有促進作用，且抗阻訓練>間歇運動>機械振動。宋偉等[63]比較了持續(xù)運動與間歇運動對心臟血管新生的影響，結(jié)果顯示持續(xù)和間歇運動可促進心肌梗死邊緣區(qū)血管新生，且間歇運動的保護效應大于持續(xù)運動。

有研究通過對8名健康青年男性進行單次高強度間歇訓練后發(fā)現(xiàn)，TNF-α和CTRP1水平顯著升高；TNF-α可刺激人的脂肪細胞分泌CTRP1，而TNF-α能夠上調(diào)血管內(nèi)皮細胞中血管內(nèi)皮生長因子受體-2的表達，并誘導人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞增殖，促進血管新生[57]，因此推測CTRP1可能間接參與運動引起的血管新生。

杜麗[64]對20只高血壓雄性大鼠(4周齡)進行6周無負重游泳訓練后，測得心肌組織中CTRP9水平顯著升高，說明游泳運動可上調(diào)CTRP9/脂聯(lián)素及其受體1/AMPK/內(nèi)皮型一氧化氮合酶/一氧化氮信號通路，促進血管舒張，減輕心肌缺血損傷，預防內(nèi)膜增厚并防止血管重構(gòu)[40,65]。

3 小 結(jié)

以往研究多將CTRPs作為用藥靶點，注重外源性給予CTRPs，忽略了運動對CTRPs的調(diào)控作用。不同強度負荷的運動對CTRPs的影響有一定差異，有氧運動和間歇運動均能促進CTRPs表達，但運動強度決定了CTRPs改善心肌間質(zhì)纖維化，抑制心肌細胞凋亡及誘導血管新生的效果，中等強度運動引起的CTRPs變化對心臟重構(gòu)的作用要優(yōu)于高或低強度運動。但由于研究對象、運動干預方式、取樣時間、測試方法等因素的影響，目前對部分CTRPs的心臟重構(gòu)作用仍有待進一步完善，對運動后CTRPs的升高程度、維持時間、網(wǎng)狀調(diào)節(jié)作用、變化規(guī)律及其對身體的影響也有待進一步探索。因此進一步尋找改善心臟重構(gòu)的最佳運動方式及強度，將為不同狀況人群制訂精細化、個性化、針對性運動處方提供新思路。