袁文慧 劉劍芳 王夢(mèng)龍 徐瑤 姜慧敏 王震 萬軍

綜 述

心血管疾病中心肌纖維化與自噬的相關(guān)性研究進(jìn)展

袁文慧 劉劍芳 王夢(mèng)龍 徐瑤 姜慧敏 王震 萬軍

心血管疾??； 心肌纖維化機(jī)制； 自噬

心肌纖維化是多種心臟疾病進(jìn)展過程中的一種病理變化，主要以細(xì)胞外膠質(zhì)過量沉積、膠原容積分?jǐn)?shù)顯著升高及膠原比例失調(diào)為特征，可由缺血、缺氧、再灌注損傷等多種因素誘發(fā)，最終導(dǎo)致心肌功能下降及代謝、傳導(dǎo)障礙。自噬是一種由溶酶體介導(dǎo)的高度保守的細(xì)胞機(jī)制，通過對(duì)細(xì)胞內(nèi)一些生物大分子的降解，從而為細(xì)胞重建、再生及修復(fù)提供原料，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和細(xì)胞器再循環(huán)?；A(chǔ)水平的心肌細(xì)胞自噬能夠降解并清除受損的蛋白質(zhì)及細(xì)胞器，從而維持細(xì)胞的代謝及功能。有研究表明，心肌纖維化與心肌細(xì)胞自噬之間存在一定的相關(guān)性，且可通過對(duì)自噬程度的干預(yù)來調(diào)節(jié)心肌纖維化程度，這有望成為改善心肌纖維化及心功能的作用靶點(diǎn)。

1 心肌纖維化及其分子機(jī)制

心肌纖維化（myocardial fibrosis，MF）是以心肌成纖維細(xì)胞增殖和間質(zhì)膠原沉積為基礎(chǔ)，以單位質(zhì)量心肌中膠原濃度增加或心肌膠原容積分?jǐn)?shù)（collagen volume fraction，CVF）增高為特征的病理改變。這種病理變化在多種心血管疾病中存在，可導(dǎo)致心室壁僵硬、心室舒縮功能障礙，現(xiàn)認(rèn)為其與心律失常、心功能障礙甚至心臟性猝死密切相關(guān)。

1.1 細(xì)胞外基質(zhì)成分改變 心肌細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）在維持心臟正常結(jié)構(gòu)和功能中起著舉足輕重的作用，包括膠原蛋白、蛋白多糖、糖蛋白、糖胺多糖及彈力纖維等物質(zhì)，是由心肌成纖維細(xì)胞合成分泌的有形成分，對(duì)心肌有營(yíng)養(yǎng)傳導(dǎo)及維持心臟正常結(jié)構(gòu)功能的作用，對(duì)損傷后的心肌有修復(fù)作用。大量研究表明，ECM的改變與心肌肥厚和心肌纖維化有直接聯(lián)系[1]。

在諸如壓力超負(fù)荷、缺血缺氧等多種病理因素刺激下，心肌成纖維細(xì)胞定向移動(dòng)至受損部位，在局部炎癥因子、細(xì)胞因子及神經(jīng)體液因子的介導(dǎo)下產(chǎn)生大量細(xì)胞外基質(zhì)[2]，這是心肌纖維化發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。

1.2 基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metallo proteinase，MMP） 基質(zhì)金屬蛋白酶屬于鋅依賴型內(nèi)肽酶類，具有降解ECM的重要功能，依據(jù)其結(jié)構(gòu)和底物選擇性大致可分為膠原酶、明膠酶、基質(zhì)溶素、膜型金屬蛋白酶和其他五大類[3]。正常情況下，MMPs多以酶原形式存在，表達(dá)水平較低，活性較弱。在病理因素刺激下心肌成纖維細(xì)胞MMPs被迅速激活，表達(dá)增加，參與ECM的降解，促使ECM成分發(fā)生改變[4]，對(duì)損傷的組織進(jìn)行浸潤(rùn)、重建和修復(fù)。在該過程中，容易造成MMPs活性調(diào)節(jié)失控，導(dǎo)致ECM比例失調(diào)，進(jìn)而誘發(fā)MF、心室重構(gòu)甚至心力衰竭[5]。

1.3 心肌膠原纖維成分比例失調(diào) 纖維膠原蛋白是ECM的主要結(jié)構(gòu)蛋白。已報(bào)道的心肌膠原類型有Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ 型，Ⅰ型和Ⅲ型是構(gòu)成心肌膠原網(wǎng)絡(luò)的主要成分（分別為85%和10%），Ⅰ型膠原纖維決定了心肌和血管的可擴(kuò)張性，而Ⅲ型膠原纖維決定了其順應(yīng)性。膠原纖維的數(shù)量、分布及排列發(fā)生改變均可導(dǎo)致纖維化的發(fā)生。

1.4 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（transforming growth factorbeta，TGF-β） TGF-β是一種可由多種組織細(xì)胞合成的細(xì)胞因子，參與人體許多重要的生理活動(dòng)，如胚胎發(fā)育、免疫調(diào)控及血管生成等。TGF-β家族包含眾多成員，其中心肌中主要的亞型為TGF-β1，與組織纖維化有著密不可分的關(guān)系，TGF-β/Smads信號(hào)通路在其生物學(xué)效應(yīng)的發(fā)揮過程中起著重要作用[5]；亦有研究表明，TGF-β1可通過調(diào)節(jié)瞬時(shí)電位（TRP）通道的通透性發(fā)揮作用[6]。總之，TGF-β1在心肌纖維化中起著重要作用。

1.5 缺血、缺氧的刺激 冠心病是最常見的導(dǎo)致心肌缺血缺氧的病因。缺血損傷的心肌在血運(yùn)重建后功能可能得到一定程度的改善，但若長(zhǎng)時(shí)間不恢復(fù)血液灌注，心肌微環(huán)境會(huì)發(fā)生很大變化，這種變化又進(jìn)一步影響心肌的修復(fù)、重塑[7]。心肌成纖維細(xì)胞在數(shù)目和表型之間的動(dòng)態(tài)平衡，在心肌纖維化的發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用[8]。心肌發(fā)生缺血梗死后，心肌成纖維細(xì)胞是導(dǎo)致心肌纖維化的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞[9]。綜上所述，持續(xù)的缺血缺氧可導(dǎo)致心肌損傷，心肌微環(huán)境也隨之改變，在這種作用下，心肌成纖維細(xì)胞發(fā)生相應(yīng)的變化，最終促使心肌纖維化的發(fā)生。

1.6 腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS） RAAS與心肌纖維化的關(guān)系密切，其中血管緊張素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）和醛固酮（aldosterone，ALD）在 RAAS中起主要的生物學(xué)效應(yīng)[10]。AngⅡ結(jié)合AngⅡ1型（AT1）受體，通過絲裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）途徑，激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracelluar regulated protein kinases，ERK）促使心肌成纖維細(xì)胞增殖，激活膠原蛋白基因、纖維蛋白基因和整合素基因的表達(dá)，從而引起心肌纖維化[11]。而ALD則通過Ⅰ型甾體類激素受體介導(dǎo)，刺激成纖維細(xì)胞合成膠原[12]。

2 心血管疾病中自噬與心肌纖維化的相關(guān)性

自噬是由溶酶體介導(dǎo)的，對(duì)細(xì)胞內(nèi)一些生物大分子進(jìn)行降解，降解產(chǎn)物可作為細(xì)胞重建、再生及修復(fù)的原料，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的再循環(huán)。心肌細(xì)胞自噬能夠降解功能異?；蝈e(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)及受損或老化的細(xì)胞器，從而為細(xì)胞提供能量、促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)及細(xì)胞的自我更新，維持心臟功能和細(xì)胞存活[13]。自噬主要分為三種類型，分別為巨自噬、微自噬及分子伴侶介導(dǎo)的自噬。其中人體最常見的是巨自噬。

2.1 糖尿病性心肌病與自噬 有研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠糖尿病動(dòng)物模型中，心肌細(xì)胞過氧化物產(chǎn)生引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)可以激活自噬，并且對(duì)心肌細(xì)胞間質(zhì)增生及纖維化浸潤(rùn)有一定的抑制作用[14]。然而，也有報(bào)道稱在高脂飲食聯(lián)合低劑量鏈尿佐菌素制成的糖尿病大鼠模型中，自噬水平與纖維化水平具有正相關(guān)性[15]。

2.2 心力衰竭與自噬 在發(fā)生慢性心力衰竭的心肌細(xì)胞中存在著自噬性細(xì)胞死亡[16]。有研究顯示，粒細(xì)胞集落刺激因子對(duì)地鼠心肌細(xì)胞的自噬活動(dòng)及間質(zhì)纖維化均有一定程度的抑制作用，而這種作用可以改善心臟結(jié)構(gòu)重塑及心臟收縮功能，提高地鼠生存率[17]。近期研究表明，在壓力超負(fù)荷心衰中心肌細(xì)胞的線粒體自噬非常明顯，利用自噬抑制劑3－MA可增加線粒體數(shù)量，改善心肌收縮功能，可逆轉(zhuǎn)不良心肌重構(gòu)[18]。

2.3 心肌肥厚與自噬 有研究認(rèn)為，促進(jìn)自噬能夠抑制心肌肥厚，改善心功能紊亂[19,20]；亦有研究認(rèn)為，抑制自噬能夠?qū)剐募》屎馵21]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，在高脂喂養(yǎng)誘導(dǎo)心肌肥厚的過程中，自噬流被阻斷，敲除Akt2能夠抑制過度激活的mTOR，并解除自噬流的阻斷，緩解心肌肥厚[22]。

2.4 心肌缺血再灌注與自噬 心肌缺血再灌注損傷與心肌細(xì)胞自噬密切相關(guān)，但其具體的分子機(jī)制尚存爭(zhēng)議。有研究認(rèn)為，自噬在缺血階段具有保護(hù)作用，而在再灌注階段，自噬是有害的[23]。有研究發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)beclin 1的過表達(dá)能夠促進(jìn)自噬流，同時(shí)抑制促凋亡蛋白Bax的激活，進(jìn)而對(duì)心肌發(fā)揮保護(hù)作用[24]。而Valentim等[25]則通過敲除自噬相關(guān)蛋白beclin1來抑制自噬，發(fā)現(xiàn)自噬被抑制后心肌細(xì)胞的死亡有效減少，故認(rèn)為自噬在心肌缺血再灌注損傷中是有害的。

2.5 擴(kuò)張性心肌病與自噬 在早期擴(kuò)心病兔子模型中，對(duì)自噬的調(diào)節(jié)可改善心肌功能[26]；亦有研究表明，自噬程度的下降可能是擴(kuò)心病心肌細(xì)胞死亡的機(jī)制之一[27]。

綜上所述，在多種心血管疾病中，都有心肌細(xì)胞自噬這一機(jī)制的發(fā)生，其與心肌纖維化有著或正向或負(fù)向的相關(guān)性，且自噬調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用，可以一定程度上影響心肌纖維化的發(fā)展進(jìn)程。已有研究發(fā)現(xiàn)，使用粒細(xì)胞集落刺激因子（G-CSF）治療方案，可以明顯改善慢性心衰心肌的功能，并改善心肌重塑，而這種有利的改變伴隨著自噬的降低及纖維化的減少[28]。另有研究發(fā)現(xiàn)，蛋氨酸酪氨酸激酶受體（c-Met），一種肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體（HGF receptor），不僅在各種急慢性損傷，如心肌缺血性損傷及阿霉素誘導(dǎo)的心臟毒性中對(duì)心肌起著重要的保護(hù)作用，還通過雷帕霉素靶蛋白途徑mTOR對(duì)自噬的調(diào)控起著重要作用。在心肌纖維化過程中，HGF/Met通過抑制TGF-β1和AngⅡ而對(duì)纖維化起到抑制作用，還通過抑制自噬而起到保護(hù)心肌免受缺氧損傷的作用[29]。

3 結(jié)論

自噬與糖尿病性心肌病、慢性心力衰竭、肥厚性心肌病、缺血性心肌病、擴(kuò)張性心肌病等多種心血管疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，而心肌纖維化是各種疾病的發(fā)生過程中一種基本的病理變化。自噬作為機(jī)體應(yīng)激狀態(tài)下的一種自我保護(hù)機(jī)制，在基礎(chǔ)水平狀態(tài)下，對(duì)心肌有保護(hù)作用。然而在缺血、缺氧等各種刺激作用下，自噬對(duì)于心肌纖維化有一定的促進(jìn)作用，進(jìn)而加重心肌重塑，導(dǎo)致心臟功能下降。自噬調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用對(duì)于心肌纖維化有不同程度的影響，其作用機(jī)制尚需進(jìn)一步研究，然而，對(duì)于自噬的調(diào)節(jié)可為心肌纖維化的治療提供新的研究方向。

［1］Fan D，Takawale A，Lee J，et al.Cardiac fibroblasts，fibrosis and extracellular matrix remodeling in heart disease.Fibrogenesis Tissue Repair，2012，5：15.

［2］Ma Y，Halade GV，Lindsey ML.Extracellular matrix and fibroblast communication following myocardial infarction.J Cardiovasc Transl Res，2012，5：848-857.

［3］劉巍，Huber Sally A，李淑清.基質(zhì)金屬蛋白酶研究進(jìn)展.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，45：500-503.

［4］Fan D，Takawale A，Basu R，et al.Differential role of TIMP2 and TIMP3 in cardiac hypertrophy，fibrosis，and diastolic dysfunction.Cardiovasc Res，2014，103：268-280.

［5］蘇景力，宮海濱，呂茜，等.炎癥因子與心肌纖維化.現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2010，10：1559-1561.

［6］韓瑜，韓變梅，柳明洙，等.心肌膠原及代謝.中國(guó)循環(huán)雜志2006，21：315-317.

［7］Mendes AB，F(xiàn)erro M，Rodrigues B，et al.Quantification of left ventricularmyocardialcollagen system in children，young adults，and the elderly.Medicina（B Aires），2012，72：216-220.

［8］Nam YJ，Song K，Luo X，et al.Reprogramming of human fibrob lasts toward a cardiac fate.Proc Natl Acad Sci U S A 2013，110：5588-5593.

［9］Chen CW，Okada M，Proto JD，et al.Human pericytes for ischemic heart repair.Stem Cells，2013，31：305-316.

［10］von Lueder TG，Wang BH，Kompa AR，et al.Angiotensin receptor neprilysin inhibitor LCZ696 attenuates cardiac remodeling and dysfunction aftermyocardialinfarction by reducing cardiac fibrosis and hypertrophy.Circ Heart Fail 2015，8：71-78.

［11］Ramires FJ，Sun Y，Weber KT.Myocardial fibrosis associated with aldosterone or angiotensinⅡ administration：attenuation by calcium channel blockade.J Mol Cell Cardiol，1998，30：475-483.

［12］于瑞，王幼平，崔琳，等.心肌纖維化的發(fā)病機(jī)制及其研究進(jìn)展.中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)生，2015，13：157-160.

［13］Sandoval H，Thiagarajan P，Dasgupta S K，et al.Essential role for Nix in autophagic maturation of erythroid cells.Nature 2008，454：232-235.

［14］Mellor KM，Bell JR，Young MJ，et al.Myocardial autophagy activation and suppressed survival signaling is associated with insulin resistance in fructose-fed mice.J Mol Cell Cardiol 2011，50：1035-1043.

［15］高惠寬.糖尿病大鼠心肌纖維化進(jìn)程中自噬活性的動(dòng)態(tài)變化.首都醫(yī)科大學(xué)，2014.

［16］ TakemuraG， MiyataS， Kawase Y， etal.Autophagic degeneration and death of cardiomyocytesin heartfailure.Autophagy，2006，2：212-214.

［17］ MiyataS， TakemuraG， Kawase Y， etal.Autophagic cardiomyocyte death in cardiomyopathic hamsters and its prevention by granulocyte colony-stimulating factor.Am J Pathol，2006，168：386-397.

［18］ Chaanine AH，Jeong D，Liang L，et al.JNK modulates FOXO3a for the expression of the mitochondrial death and mitophagy marker BNIP3 in pathological hypertrophy and in heart failure.Cell Death Dis，2012，3：265.

［19］ LiY， ChenC， YaoF， etal.AMPK inhibitscardiac hypertrophy by promoting autophagy via mTORC1.Arch Biochem Biophys，2014，558：79-86.

［20］Li MH，Zhang YJ，Yu YH，et al.Berberine improves pressure overload-induced cardiac hypertrophy and dysfunction through enhanced autophagy.Eur J Pharmacol，2014，728：67-76.

［21］ Huang J，Sun W，Huang H，et al.miR-34a modulates angiotensinⅡ-inducedmyocardialhypertrophybydirect inhibition of ATG9A expression and autophagic activity.PLoS One，2014，9：e94382.

［22］Zhang Y，Xu X，Ren J.MTOR overactivation and interrupted autophagy flux in obese hearts：a dicey assembly?Autophagy，2013，9：939-941.

［23］Matsui Y，Takagi H，Qu X，et al.Distinct roles of autophagy in the heart during ischemia and reperfusion：roles of AMP-activated protein kinase and Beclin 1 in mediating autophagy.Circ Res，2007，100：914-922.

［24］ Hamacher-Brady A， Brady NR， Gottlieb RA.Enhancing macroautophagy protects against ischemia/reperfusion injury in cardiac myocytes.J Biol Chem，2006，281：29776-29787.

［25］Valentim L，Laurence KM，Townsend PA，et al.Urocortin inhibits Beclin1-mediated autophagic cell death in cardiac myocytes exposed to ischaemia/reperfusion injury.J Mol Cell Cardiol，2006，40：846-852.

［26］Xie K，Jin B，Li Y，et al.Modulating autophagy improves cardiac function in a ratmodelofearly-stage dilated cardiomyopathy.Cardiology，2013，125：60-68.

［27］ Shimomura H，Terasaki F，Hayashi T，et al.Autophagic degeneration as a possible mechanism of myocardial cell death in dilated cardiomyopathy.Jpn Circ J，2001，65：965-968.

［28］ TakemuraG， MiyataS， KawaseY， etal.Autophagic degeneration and death ofcardiomyocytesin heartfailure.Autophagy，2006，2：212-214.

［29］Gallo S，Gatti S，Sala V，et al.Agonist antibodies activating the Met receptor protect cardiomyoblasts from cobalt chlorideinduced apoptosis and autophagy.Cell Death Dis，2014，5：e1185.

Cardiovascular disease research progress in relationship between autophagy and myocardial fibrosis

Cardiovascular diseases； Mechanisms of cardiac fibrosis； Autophagy

國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：81170208）

430060 湖北省武漢市，武漢大學(xué)人民醫(yī)院心血管內(nèi)科

萬軍，E-mail：wanjun1963@126.com

10．3969/j．issn．1672－5301．2017．03．002

R542.2

A

1672-5301（2017）03-0197-04

2016-10-11）