心肌纖維化與AMPK-mTOR-ULK1信號通路研究進展

劉志強 張翠 董文敬 劉振 孫經武

濱州醫學院附屬醫院心內科，濱州 256603

隨著社會環境、生活方式的改變及醫療技術的不斷發展，心血管疾病的發病率及檢出率呈逐年增高的趨勢；心肌纖維化伴隨著多種心血管疾病的發生，是心血管系統疾患的病理學基礎，其發生過程中有心肌細胞凋亡、成纖維細胞（CFs）增生以及瘢痕組織過度沉積，均會促使纖維化的發展［1］。研究證實，多種機制可造成心肌纖維化，包括氧化應激、炎癥反應、細胞死亡等［2］。腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）-雷帕霉素靶蛋白（mTOR）-Unc-51 樣自噬激活激酶1（ULK1）信號通路在心肌纖維化發展過程中起到了重要作用，可減輕心肌纖維化，并且可改善心血管功能，本文就AMPK-mTOR-ULK1 信號通路與心肌纖維化的最新研究展開系統綜述。

心肌纖維化的概述

心肌纖維化被認為是細胞外基質（ECM）的過度積累與CFs 的異常增生。ECM 是由膠原蛋白、層粘連蛋白、蛋白聚糖以及其他幾種糖蛋白組成［3］。當心肌受到損傷時，激活CFs，從而產生大量的膠原纖維，心肌的主要成分是膠原蛋白Ⅰ型和Ⅲ型［4］。心肌纖維化可造成心肌泵功能受損，導致收縮舒張功能障礙，這也是多種心血管疾病的共同病理過程［5］。心肌纖維化可大致分為浸潤性血管周圍纖維化、反應性間質纖維化和替代纖維化3種亞型［6-8］。

心肌纖維化的發生發展與炎癥反應、氧化應激、神經體液等多種因素有關。心肌細胞發生損傷時，機體處于應激條件，可激活β 腎上腺素能受體，從而誘導白細胞介素、腫瘤壞死因子等炎癥細胞因子的表達，促使心肌纖維化的發生發展，引發心肌重塑［9］。心肌細胞中均存在氧化還原反應，且長期維持在平衡狀態，當心肌受損或死亡時可打破此平衡，進而發生氧化應激，因此氧化應激也被定義為活性氧（ROS）生成與降解的失衡或氧化與抗氧化平衡的打破［10］。當ROS大量生成時，會導致蛋白質過氧化和細胞死亡，還可激活轉錄因子促使細胞凋亡，進一步誘導心肌纖維化的發生［11-12］。有研究證實，ROS 顯著增加時，可激活轉化生長因子β1/Smad 通路，導致纖維蛋白增加，致使心肌纖維化［13］。腎素-血管緊張素-醛固酮系統（RAAS）對機體維持正常穩態起著重要作用，當RAAS 過度激活時，可導致心血管疾病的發生。有研究證實，血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）可影響收縮壓導致心肌纖維化［14］，應用卡托普利（AngⅡ受體拮抗劑）可降低膠原蛋白，并減輕心肌纖維化［15］。

AMPK-mTOR-ULK1信號通路概述

AMPK 是一磷酸腺苷（AMP）依賴的蛋白激酶，是生物能量代謝調節的關鍵分子［16］。其中AMPK 包括三個亞基，一個催化亞基（α 亞基），兩個調節亞基（β 亞基、γ 亞基），并且以異源三聚體的形式存在。AMPK 是基于磷酸化的信號通路，具有級聯放大的特點，且對于自噬發揮著重要作用［17］。自噬是細胞內普遍存在的，有助于維持細胞內環境平衡的分解代謝過程，在維持細胞的生長發育上起到了重要作用［18］。許多研究表明，自噬在心肌纖維化中起著重要作用［19-21］。AMPK 被上游的激酶所激活，從而使AMPK 通路進一步向下傳導，從而參與多種生物過程；從細胞水平來看，AMPK 通路可促進細胞增殖和凋亡；從個體水平來看，具有調控代謝的作用［22］。AMPK 激活后可以直接磷酸化mTOR上游結節性硬化復合物，以及mTOR復合物的亞基調節相關蛋白，從而降低mTOR 活性，進一步促進ULK1 磷酸化從而激活自噬［23-25］。也可直接磷酸化ULK1 來調節自噬［26］。

AMPK-mTOR-ULK1對CFs及ECM的影響

心肌細胞和CFs 在心臟中占很大比重，是數量最多的細胞。ECM 是一種復雜而動態的結構，可提供細胞所在的支架［3］。Han和Zhou［27］研究發現，特定的CFs群在心肌損傷后修復起著重要作用，并且多種信號通路均可參與調節CFs，從而減輕心臟纖維化并促進損傷后的心臟修復。Yang等［28］研究發現，Ang Ⅱ可促進磷酸化mTOR 的表達及下調AMPK 磷酸化水平，從而使CFs 自噬、凋亡失衡以及細胞損傷，并且通過試驗證實了給予微小核糖核酸122-5p 抑制劑可通過激活AMPK/mTOR 信號通路顯著改善CFs，進而對抗心肌纖維化。

心肌纖維化主要是ECM 的過度積累，而ECM 蛋白主要由肌成纖維細胞（MFB）產生。MFB 是病理重塑中的主要介質細胞，當心肌受到大量刺激（如機械刺激、生長因子），可誘導CFs 分化，CFs 可分化為MFB［29］，MFB 產生時會分泌膠原蛋白，而膠原蛋白的大量沉積，對于調節纖維化的進展至關重要［30-31］。雖然MFB 對于ECM 分泌至關重要，但長期存在和持續激活會導致器官纖維化的發生和心功能不全。

研究發現，抑制連續的MFB 分化并將其維持在生理需要量，則可以避免纖維化發生［32］。在傷口愈合中，MFB轉分化是重要的表現形式，可產生分泌和重塑ECM 的促纖維化效應細胞，從而造成纖維化的發生［33］。AMPK 磷酸化可抑制MFB 分化。研究表明，黃芩苷可通過調節AMPK 信號通路的激活來抑制ECM增殖，從而抑制心臟纖維化［34］。

Kong 等［35］研究證實，姜黃素通過激活自噬有效減少了肝細胞中上皮-間充質轉化的發生并抑制了ECM 的產生、肝細胞中的ROS 和氧化應激水平，從而調節自噬AMPK 和mTOR 的上游信號通路，導致肝細胞自噬，抑制纖維化。也有研究發現，腎纖維化的主要特征是MFB 的活化、大量ECM在腎臟中的沉積，最終導致腎臟纖維化，并通過試驗證實解毒通絡保腎方通過AMPK 通路增強腎小管上皮細胞的自噬活性來抑制糖尿病腎病腎纖維化［36］。

AMPK-mTOR-ULK1信號通路與心肌纖維化的試驗研究

炎癥因子、氧化應激、RAAS 等因素在心肌纖維化起始有重要作用。Huang 等［37］和Wang 等［38］試驗證明，給予異丙腎上腺素（ISO）誘導后的心肌纖維化大鼠，在應用皂苷后，通過AMPK/mTOR/ULK1 途徑增強基礎自噬來抑制炎性細胞浸潤，減少膠原纖維蛋白的沉積和心肌細胞凋亡，從而改善心功能與心肌纖維化。Huang 等［39］研究表明，炎癥因子可促進纖維化的發生發展，小檗堿（BBR）可顯著激活白介素-1β 抑制的自噬。 BBR 刺激的自噬可通過AMPK-mTOR-ULK1 信號通路來進行表達，且表達隨著信號通路的抑制而減弱［39-40］。TSC2是一種三磷酸鳥苷酶激活蛋白，TSC2 磷酸化可抑制mTOR 的活性，研究顯示，當應用藥物抑制TSC2 磷酸化，會使mTOR 過度激活，從而造成心臟超負荷及多種心臟疾病［41］。

研究表明，抗衰老蛋白可羅索（Klotho）可通過調節AMPK/mTOR信號傳導減輕心肌炎癥及氧化應激，并減少心臟纖維化，進而改善心肌梗死小鼠的心臟重塑［42］。Zhao等［43］研究發現，ISO 誘導的纖維化大鼠在四苗永安湯治療后，可能通過調節AMPK抑制下游的蛋白激酶B/mTOR途徑減少其纖維化損傷和膠原纖維沉積，從而改善心臟功能。Ang Ⅱ可以顯著提高C 型利鈉肽（CNP）蛋白質水平在CFs中的表達，且過量Ang Ⅱ誘導的轉化生長因子-β1 可導致心臟纖維化和重塑；研究證實，CNP 可通過磷酸化AMP 來激活AMPK 通路，對抗心肌纖維化［33］。研究發現，褪黑激素可顯著增加AMPK 和ULK1 的表達，并降低mTOR 表達，從而激活自噬，使血管平滑肌細胞鈣化減少［44］。

以上研究表明，壓力負荷、氧化應激、炎癥因子等因素可促進心肌纖維化的發生，并且溝通激活AMPK-mTOR-ULK1信號通路可對抗纖維化。

總 結

綜上所述，AMPK 信號通路對心肌成纖維細胞的增殖起著抑制作用，并且可減少ECM 的沉積，由此可證明AMPK在心肌纖維化過程中起到了重要作用。

心臟纖維化的嚴重程度與心臟病患者的不良結局之間存在明確的關聯。 我們總結了心肌纖維化與AMPK-mTOR-ULK1 信號通路的特點，以及兩者間的相關性，盡管在AMPK-mTOR-ULK1 信號通路與心臟纖維化之間的研究中取得了一定成果，但仍有許多問題有待解決，未來仍需要繼續深入探索。

作者貢獻聲明劉志強：醞釀和設計試驗，起草文章；張翠、董文敬、劉振：指導；孫經武：對文章的知識性內容作批評性審閱，獲取研究經費，行政、技術或材料支持，指導，支持性貢獻