心外膜脂肪組織介導心臟病理生理改變機制的研究進展

戰吟戈, 萇 亞(綜述)，劉 達，劉 剛(審校)

(河北醫科大學第一醫院心臟中心，河北 石家莊 050031)

近年來隨著我國人民經濟生活水平的提高，心血管疾病正逐漸成為目前我國人口的主要死亡原因。同時肥胖在人群中的流行率也逐年增高，越來越多的研究證實相較于其他部位脂肪組織而言心外膜脂肪組織(epicardial adipose tissue,EAT)可能是肥胖致心血管疾病發病的主要源頭。隨著對EAT研究的增多，可得知EAT不僅作為心臟生理性保護組織存在，同時還具備代謝功能以及旁分泌功能。EAT可分泌多種細胞活性因子經由旁分泌途徑作用于相鄰的心肌組織或冠狀動脈血管組織。越來越多的證據證實EAT可以顯著誘導其相鄰心肌組織發生組織纖維化等心血管疾病重要致病基質。筆者回顧了近年來有關EAT的研究文獻，旨在對EAT的病理學致病機制及臨床應用價值進行詳盡闡述。

1 EAT的解剖分布

EAT是指位于心肌組織與臟層心外膜之間的脂肪組織[1]。EAT與心周脂肪組織具有不同的胚胎學起源，EAT起源于中胚層，而心周脂肪組織起源于原始間葉細胞[1]。EAT與心周脂肪組織具有不同的血供來源，EAT血供主要來源于冠狀動脈，心周脂肪血供來源于非冠狀動脈血管[1]。體重指數正常成年個體的EAT重量約占心臟的20%，覆蓋面積約占心臟表面積的80%。研究顯示，成人心臟EAT主要分布于房室間溝和心室間溝內，EAT多可浸潤入其相鄰心肌組織內[2]。故EAT分泌的多種細胞因子可通過旁分泌及內分泌途徑作用于心肌組織[3]。研究建議將冠狀動脈周EAT與心肌組織外EAT進行進一步分類，但關于兩者功能學差異的研究并無確切的結論[4]。

2 EAT的生理作用

研究顯示，EAT主體為脂肪組織，并包含豐富的神經節、神經纖維、炎癥因子、基質血管和免疫細胞[5]，EAT中脂肪細胞體積相較于皮下脂肪和其他部位脂肪組織明顯更小[6]，且EAT不僅是脂肪儲存器官，還作為代謝器官參與脂質和能量代謝[1]。與其他部位脂肪組織相比，EAT中脂解及脂肪合成等游離脂肪酸代謝程度更高，EAT利用冠狀動脈血管內的游離脂肪酸進行氧化反應以為相鄰心肌組織提供能量消耗。EAT不僅為心臟器官提供機械性保護外，同時預防心肌組織受到高游離脂肪酸誘導酸毒性的損害[7]。關于EAT的供能作用及脂肪酸利用機制目前仍不明確。EAT可能是通過其分泌的多種活性產物調節冠狀動脈血管壁張力從而介導游離脂肪酸透壁及利用[3]。研究顯示，棕色脂肪標志物解耦連蛋白1(uncoupling protein 1,UCP-1)在EAT的表達水平明顯高于人體其他部位脂肪組織[8]。 故EAT的性質可能與棕色脂肪組織相同。

3 EAT的心血管致病機制

過去30年，人群中的肥胖流行率越來越高，且肥胖與高血壓、冠心病及心房顫動(atrial fibrillation,AF)等心臟疾病發病機制具有高度關聯性。研究證明肥胖患者EAT致使心臟疾病發病的機制可能主要包括為分泌活性物質、細胞自噬、炎癥、氧化應激及自主神經功能障礙等途徑。

3.1EAT旁分泌及內分泌作用 近年來關于EAT的功能研究及闡述越來越清晰[9]。研究顯示EAT作為分泌器官可分泌多種活性因子從而影響心肌組織和冠狀動脈[10]。EAT分泌的多種細胞因子可通過擴散作用通過冠狀動脈壁，從而通過該途徑作用于心肌細胞及血管平滑肌細胞。研究結果顯示EAT分泌的激活素A(activin，A)[11]、轉化生長因子(transforming growth factors,TGFs)[12]、金屬蛋白酶[13]等活性因子是纖維重塑的直接介質。在大鼠左心房組織培養模型中，利用人EAT制備的組織培養基培養左心房組織過程中，顯示EAT會誘導大鼠心房組織出現明顯纖維化[11]。EAT分泌炎癥因子和趨化因子誘導心肌組織產生促炎狀態，促炎狀態可增強促腎上腺皮質激素釋放從而產生促纖維化作用，導致心肌細胞電生理功能發生改變，并在AF中發揮強有力的預測作用[14]。

3.2EAT與炎癥 EAT中除了大量脂肪細胞外還富含前脂肪細胞、巨噬細胞、基質細胞及淋巴細胞。EAT中的免疫細胞可分泌多種炎癥因子和趨化因子從而誘導致病性炎癥狀態[15]。同樣的冠心病患者EAT中炎癥因子表達水平明顯升高，并且分泌的趨化因子可誘導巨噬細胞和T細胞聚集[16]，而抗炎因子脂聯素的表達水平則明顯下調。冠心病患者EAT中促炎因子核因子活化B細胞κ輕鏈增強子(nuclear factor κappa-light-chain-enhancer of activated B cells,NF-κB)、應激活化蛋白激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素1(interleukin-1,IL-1)、白細胞介素6(interleukin-6,IL-6)的表達水平明顯升高[16]。EAT的慢性炎癥狀態可能是由于脂多糖誘導Toll樣受體(toll-like receptors,TLRs)激活從而介導NF-κB向細胞核內轉移，致使細胞內IL-6,IL-1和TNF-α的轉錄表達水平明顯上調[17]。EAT中促炎因子TNF-α和趨化因子MCP-1的水平升高可導致巨噬細胞M1表達水平升高，從而介導冠狀動脈壁發生病理性重構[18]。EAT的心臟損傷作用還表現在其分泌的炎癥因子可激活Activin A通路從而導致心肌組織纖維化的形成[19]。研究顯示，與對照組EAT相比，糖尿病患者EAT會導致心肌組織出現收縮性功能障礙，其主要機制為Akt-Ser473 磷酸化炎癥調節通路功能障礙以及Smad2促纖維化通路激活[20]。

3.3EAT與細胞自噬 自噬是細胞維持自身穩態的重要機制，病理性誘因可激活細胞出現自噬反應中的展開蛋白反應，該反應在早期是維持細胞能量和營養穩態的重要機制。過度的展開蛋白反應所介導的自噬反應失控是心血管疾病重要的早期病理性反應，所以自噬失控與心血管疾病的發病呈明顯正性相關[21]。EAT中自噬水平失調可導致脂肪組織增加促炎細胞因子的表達以及降低抗炎因子脂聯素的表達[22]。這些結論均證明EAT中自噬活動可介導脂肪組織長期處于炎癥狀態。與皮下脂肪相比，EAT中AMP依賴蛋白激酶(adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase,AMPK)的活性形式p-AMPK增加，因此可能激活EAT中自噬作用的發生。Burgeiro等[21]曾對心力衰竭患者EAT進行研究顯示，其自噬相關基因表達水平升高，同時與自噬相關蛋白的表達水平也顯著升高(Beclin-1和LC3B-II)，且AF患者與竇律相比其心肌組織中自噬活性及LC3B-II表達水平也顯著提高[23]。Beclin-1可誘導自噬體的形成，并促使Bcl-2等凋亡調控蛋白與之結合并致后者失活[24]。EAT中Beclin-1 mRNA和蛋白表達水平明顯升高。故此在自噬過程中Beclin-1和LC3B-II起到關鍵性作用。

3.4EAT與氧化應激 近年關于EAT的研究顯示其產生的過量線粒體活性氧(reactive oxygen species,ROS)可以在早期激活炎癥通路[25]。而EAT中線粒體氧化磷酸化能力受損及EAT中脂聯素濃度降低與心血管疾病密切相關[26]。且相較于皮下脂肪組織，EAT中氧化應激相關蛋白的mRNA表達水平明顯更高，特別是ROS產物表達水平升高[27]。抗氧化酶Catalase的主要作用是將ROS H2O2代謝分解為氧氣和水從而起到細胞保護作用。而在EAT中Catalase表達水平較其他部位脂肪組織明顯下調[27]。在早期心肌電生理重構中氧化應激反應起到了至關重要的作用[28]。同時氧化應激產物的失控性高表達會顯著導致心肌組織發生病理性損傷[29]。相應的，EAT中的UCP-1可通過產熱減輕EAT中氧化應激反應過程中的失衡狀態，從而起到維持組織穩態的作用，病理狀態下UCP-1表達水平受損可能是EAT發生氧化應激失衡及其介導心肌損傷的重要機制[30]。

3.5EAT與自主神經功能障礙 心臟自主神經系統神經節位于EAT內，可調控心臟自主神經輸入端[31]。副交感神經可通過介導心肌細胞超極化可導致心房動作電位時程縮短以及心房異質性增加從而誘發AF[32]。同時交感神經系統可以直接通過β-腎上腺素激活心肌細胞內Ca2+增加導致AF或室性心律失常發作[33]。研究證實EAT體積增加可引起心臟自主神經系統張力改變誘發室性心律失常[34]。近年來關于病理狀態下EAT誘導自主神經系統功能障礙機制的研究十分缺乏。

綜上所述，EAT是通過多種途徑共同發揮其致心血管疾病作用的。EAT通過旁分泌以及內分泌分泌大量細胞因子、炎癥因子、趨化因子以及各種蛋白激酶，作用于臨近的心肌組織，從而激活心肌組織炎癥通路、氧化應激通路以及細胞自噬活性等多條病理通路，誘導心肌細胞發生慢性炎癥、細胞自噬、局部自主神經功能障礙以及細胞膜離子通道功能性改變等病理改變。心肌組織根據本身特性，針對病理損傷從而繼發性激活基質金屬蛋白酶等修補酶對心肌損傷進行修補，從而形成心肌纖維化形成。同時心臟血管系統在慢性炎癥、氧化應激作用下，從而損傷內皮細胞并導致冠狀動脈粥樣硬化形成。但目前研究多集中在心肌細胞病理通路的研究，而EAT促心血管疾病的病理通路并非線性而呈網狀，故在未來需要針對EAT促心血管疾病通路之間關聯性及調節作用進一步研究。

4 EAT與心血管疾病

4.1EAT與冠狀動脈粥樣硬化 EAT分泌大量促炎因子浸潤心血管組織，其在冠狀動脈粥樣硬化斑塊中的炎癥過程中起重要作用。EAT會通過分泌 TNF-α、MCP-1、IL-6、IL-1、PAI-1以及大量其他炎癥因子致使心肌組織處于炎癥狀態[1]。同時研究證實EAT與冠心病患者冠狀動脈粥樣斑塊具有明顯相關性[35]，EAT在冠狀動脈粥樣斑塊形成早期過程起到重要作用[36]。校正年齡、性別、吸煙及高血壓等傳統危險因素后，結果顯示在中國人群中EAT與亞臨床動脈粥樣硬化具有明顯相關性[37]。研究顯示，EAT體積與冠狀動脈狹窄程度具有顯著的強相關性[38]。雖然EAT僅占人體脂肪組織的比重很小，但相較于內臟脂肪組織而言EAT在冠心病形成過程中起重要作用。冠心病患者EAT中瘦素(Leptin)的表達水平明顯升高，Leptin是由脂肪細胞生產的，其與脂肪組織分泌的很多活性因子共同參與心血管疾病的發病機制[39]。在冠狀動脈鈣化受試者中，EAT體積更高而其計算機斷層成像(computed tomography,CT)密度更低，并與血清炎性標志物共同反映受試者主要不良心血管事件[40]，這表明EAT功能性失調可能與早期不穩定斑塊及冠狀動脈炎癥狀態相關[41]。故EAT在冠狀動脈粥樣硬化過程中起重要作用，并且可以作為危險因子用以預測臨床病變程度及手術術后預后[42]。

4.2EAT與AF 研究顯示EAT體積增加在AF發作過程中也起到重要作用，相比陣發性AF受試者，持續性AF受試者EAT體積和血清炎癥標志物表達水平明顯更高[43]。臨床Logistic回歸分析表明較高的LA-EAT/Total-EAT比值與圍手術期AF發作成強相關[44]。人EAT中cTGF高表達與心房組織纖維化明顯相關，并可作為AF的獨立危險因子[12]。同時目前研究顯示長鏈非編碼RNA及mRNA的表達水平也可以作為AF的重要預測因子[45-46]。在AF射頻消融術中EAT同樣具有明確的指導意義，應用CT三維重構EAT模型后與消融術中電解剖模型融合對比，可發現左心房EAT與副交感神經反應部位及CFAE電位部位高度重疊[47]。故在EAT重構模型指導下行AF消融也同樣可獲得長期成功，這是因為其可去除AF發作和維持的重要病理基質。同時AF射頻消融術后EAT體積及其分泌的炎癥標志物可作為AF復發的預測因子[48]。同時EAT體積也可以被用于預測AF患者卒中或不良心血管事件[49]。

4.3EAT與心力衰竭 EAT不僅可影響心肌電生理重構，同樣會引起心肌組織發生結構性重構。肥胖模型中EAT可介導心臟舒張功能障礙、收縮壓及右心室壓力升高和心肌間質纖維化[50]。臨床研究發現冠心病受試者EAT中分泌的脂肪因子蛋白及其mRNA表達水平與左心室舒張功能障礙明顯強相關[51]。這種血流動力學改變及心臟結構性重構是心力衰竭的重要發病基質。研究人EAT中長鏈非編碼RNA(lncRNA)表達顯示，其表達水平升高促使心肌組織發生炎癥狀態，從而損傷心肌組織收縮功能進而誘發臨床期心力衰竭[52]。心動超聲圖檢查EAT厚度值可以用來預測心力衰竭患者預后，EAT厚度超過10 mm 預示心力衰竭患者心律失常和臨床事件發生率顯著增高[53]。目前研究多針對EAT致心血管疾病發病機制的研究，而缺乏針對EAT致心功能障礙機制的研究。

回顧近年來多項EAT致病作用的相關研究，可發現在臨床上EAT是致冠狀動脈粥樣硬化、心功能障礙以及心律失常等多種心血管疾病的重要危險因子。EAT體積及厚度可作為各項心血管疾病的臨床風險預測因子。CT檢查EAT體積及密度，同時結合血清炎性標志物如Leptin可以共同反映冠狀動脈粥樣硬化患者主要不良心血管事件。在AF患者中,左心房EAT體積與AF發作具有明顯相關性，同時可根據LA-EAT/Total-EAT比值同樣可以用來預測心臟手術圍手術期AF發作的可能性。目前關于EAT的臨床研究十分缺乏，且關于EAT的檢查方法及疾病風險評價的標準仍未統一。未來我們需要大樣本多中心臨床研究，用來總結EAT在各種相關心血管疾病預后風險評估中的作用，確定出統一的具有臨床意義的風險預測標準。

5 EAT與臨床治療策略

隨著近年來針對EAT及心血管疾病發病機制的研究增多，對于EAT的促病機制的了解也越發清晰。但是對于EAT促病機制的有效治療策略及靶點仍缺乏系統的研究。根據目前有限的臨床治療策略研究，他汀類藥物可減少EAT體積并降低EAT的CT密度值，從而抑制EAT相關炎癥標志物及降低心血管疾病的發生[54]。他汀類藥物的治療作用主要是通過減少脂肪細胞數量、血管或組織炎癥來誘導EAT代謝活性降低，從而減少心血管疾病的發生[55]。同樣的美托洛爾治療可以預防EAT浸潤及左心房纖維化，降低脂肪細胞培養誘導心肌成纖維細胞膠原的合成，減少TGF-β1等活性因子的表達，美托洛爾可顯著降低EAT的脂肪代謝作用[56]。在犬AF動物模型研究中，二甲雙胍治療可減少心內膜下復蘇比(endocardial return percentage,ERP)離散度的增加，縮短心肌易損性窗口，降低快速心房激動介導的ROS的產生和NF-κB磷酸化，以及EAT中IL-6、TNF-α和TGFs表達水平的上調，同時二甲雙胍治療也可以阻止心房纖維化及脂肪浸潤，故二甲雙胍也可以作為預防和治療AF的潛在治療選擇[57]。而達格列凈的治療也可以降低血漿TNF-α水平、EAT體積和P波離散度，從而預防心房組織發生電重構及結構性重構[58]。同樣的胰高血糖素樣肽1受體拮抗劑的治療也可以降低EAT厚度，這種治療作用呈劑量依賴性[59]。近年來針對EAT相關心血管疾病的治療策略的研究仍不系統及詳細，雖然發現部分藥物對于EAT致心血管疾病具有阻斷效果，但藥物作用靶點及心臟保護機制仍不明確，未來這一方面的研究仍是EAT研究中的熱點。

6 結 論

隨著越來越多的基礎研究和臨床研究證實EAT會促進冠心病、心律失常及心功能障礙等多種心血管疾病的發生。但EAT的功能是十分復雜的，不僅是代謝器官同時也是分泌器官，故其與心肌組織之間相互作用會更加復雜。可能與炎癥調節、氧化應激、自噬作用及自主神經系統等多種機制有關。在未來的研究中如果可以進一步明確EAT的致心血管疾病機制，將會為臨床提供新穎且高價值的心血管疾病治療靶點，并且在臨床實踐中EAT體積作為易于測量獲得的影像學指標，可以用來準確地評估或預測患者心血管疾病的發生及預后情況。而針對改善局部血供、減輕體重和藥物干預是否可以阻斷EAT的促心血管疾病作用仍不明確，這些臨床問題需要進一步的研究。