巨噬細胞移動抑制因子與心房顫動的研究進展

李珩，尹德春綜述 曲秀芬審校

心房顫動(atrial fibrillation，AF)是最常見的快速性心律失常，在人群中有著較高的發(fā)病率和致殘率。隨著年齡的增長，心房顫動將導致更多的并發(fā)癥，嚴重影響患者的生活質量。眾所周知，心房顫動的發(fā)病機制很復雜，包括電重構、結構重構、氧化應激、炎性反應和遺傳等因素。巨噬細胞移動抑制因子(MIF)是一種多效性炎性細胞因子，具有廣泛的調節(jié)性，參與多種疾病的發(fā)展過程，包括膿毒癥、狼瘡和類風濕性關節(jié)炎等炎性疾病，還有心力衰竭、心肌梗死、心肌炎、快速性心律失常，急性腎損傷、器官纖維化、惡性腫瘤和其他免疫性疾病等。近期多項研究表明，心房顫動患者中檢測到高水平的MIF[1]，MIF在心房顫動的發(fā)展中起到重要作用，因此更好地研究MIF參與心房顫動的機制將是未來的趨勢，抑制MIF將是治療心房顫動的新方法。MIF一直是研究熱點，尤其是類風濕性關節(jié)炎等炎性疾病、腫瘤、動脈粥樣硬化等各種疾病。最近研究表明，MIF在心血管疾病中有至關重要的作用。近年來較多研究分析了MIF與心房顫動的關系，MIF可能參與調節(jié)AF的電重構、結構重構、氧化應激和炎性反應等方面，但是MIF與各個因素的關系及其機制有待進一步研究。

1 MIF的生物結構和特性

1989年，人類首次從活化的T細胞中克隆出MIF cDNA[2], MIF是源自活化T淋巴細胞的可溶性細胞因子，調節(jié)巨噬細胞和T細胞的活化。MIF是一種115個氨基酸的多肽，其真實結構是同型三聚體，形狀為環(huán)形，三聚體結構由被6個α-螺旋包圍的3個β-折疊組成,每個β-折疊均由來自3種單體中的每一個β鏈組成。MIF是一種多功能蛋白，有2種不同的催化活性，具有互變異構酶和硫醇蛋白氧化還原酶(TPOR)的活性[3]。MIF以蛋白質的形式存在于細胞內外，在多種細胞表達，包括單核細胞、巨噬細胞、淋巴細胞、中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、上皮細胞、內皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞和心肌細胞等,其可抑制巨噬細胞遷移、調節(jié)炎性因子、促進巨噬細胞及中性粒細胞等炎性細胞的募集[4]。MIF可結合和激活各種受體，例如CD74、CD44、CXCR2、CXCR4和CXCR7，這些受體之間形成了多種可能的復合物，包括CD74/CD44、CD74 /CXCR2、CD74/CXCR4和CD74/CXCR4/CXCR7，與受體結合后通過ERK1/2、MAPK和AKT等信號傳導途徑激活下游分子[5]。MIF具有TPOR活性，其氧化還原功能是由Cys-Ala-Leu-Cys基序所介導的，提示MIF可能調節(jié)細胞氧化還原過程, MIF能夠在病理相關的氧化和還原狀態(tài)之間進行轉化[3]。MIF作為炎性反應的上游調節(jié)劑，其通過促炎性介質TNF、白介素和組織降解基質金屬蛋白酶(MMP)的釋放來促進炎性反應的發(fā)生，證據(jù)表明，MIF通過上調細胞因子(TNF-α、IL-6和IL-1β)來反調節(jié)糖皮質激素的抗炎活性[3]。最新研究表明，MIF在痛風炎性反應中起著重要的協(xié)調作用，可能與促進IL-1β的釋放和中性粒細胞的募集有關[6]。MIF也可促進體外視網(wǎng)膜色素上皮細胞(RPE)的IL-6、單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)和Ⅰ型膠原蛋白的產(chǎn)生[7]。MIF還可激活NLRP3炎性小體參與炎性反應過程，其還可作為潛在的分子伴侶穩(wěn)定蛋白質的結構[8]。

2 MIF與電重構

近年來，AF的發(fā)生機制一直是研究重點，心房電重構是其中的重要機制。心房的快速顫動引起心肌細胞的電生理變化，這些變化被稱為電重構。電重構以動作電位持續(xù)時間(APD)和不應期縮短為特點，在AF發(fā)生的早期，心肌細胞許多離子電流改變，包括K+電流、Ca2+電流和Na+電流等，Ca2+電流在心肌細胞的動作電位和興奮性中起重要作用。 心肌中存在多種Ca2+通道蛋白，其中電壓依賴性鈣通道分為L型和T型通道，2種電流的減少縮短了有效不應期和APD[9]。研究表明，間隙連接存在于2個相鄰的心房肌細胞間，間隙連接由連接蛋白組成，可通過電流或化學物質，維持心房肌細胞的電和機械偶聯(lián)，心房顫動的心房連接蛋白43(Cx43)表達降低，形成微折返環(huán)，促進心房顫動的發(fā)生[10]。

有學者用人類重組MIF(rMIF)處理AF患者的心房肌細胞，可見L型鈣通道(ICa，L)和T型鈣通道(ICa，T)振幅的降低，2種通道蛋白mRNA表達降低，蛋白酪氨酸激酶家族成員之一(Src)抑制劑可阻止這個過程。這表明MIF可能通過Src激酶下調2種鈣通道的數(shù)量及電流強度，從而改變心肌細胞的電生理，促進心房顫動的發(fā)展[11-12]。MIF是否影響其他離子通道來促進AF有待進一步研究。近期研究表明，MIF與CD74結合后可以誘導肌漿網(wǎng)(SR)Ca2+ATPase的表達，提高Na+/Ca2+交換體(NCX)外排率，ryanodine受體2(RyR2)的磷酸化及鈣/鈣調蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)的活化。依賴CaMKⅡ的RyR2磷酸化可促進SR鈣泄漏，引起心房的觸發(fā)活動，因此MIF信號傳導可誘導心房肌細胞的鈣失調而促進AF的發(fā)生。此外，MIF可加強瞬時向外鉀電流(Ito)和超快速延遲整流鉀電流(IKur)。用抗CD74抗體中和可阻斷MIF介導的鈣超載，降低SR鈣含量和NCX外排率，阻斷MIF介導的鉀電流增加，為心房顫動的治療提供一個新方法[13]。rMIF還可通過ERK1/2誘導Cx43表達的降低[10]。

3 MIF與結構重構

作為心房顫動的另一個重要機制，結構重構是永久性心房顫動的主要原因。心房顫動患者的心房特征是心房擴張、纖維化增加、心肌肥大等，不同患者心房纖維化程度不同。基質金屬蛋白酶(MMPs)可降解細胞外基質成分，包括膠原蛋白、纖連蛋白和層黏連蛋白， 金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)是其抑制劑。MMP和TIMP調節(jié)心房中細胞外基質(ECM)的平衡；研究已經(jīng)證明，心房顫動患者心房組織中MMP-2、MMP3、MMP-9的mRNA和蛋白質表達水平明顯升高，其升高可能與AF風險增加有關。在心房組織中MMP-1和MMP-7 mRNA升高，但在循環(huán)蛋白中無差異，心房顫動患者組織MMP-13 mRNA顯著高于對照組[14]。此外，MMP-9可促進心房纖維化，MMP-9/TIMP-1比率升高，促進心房ECM重塑和心房顫動[15]。

有研究表明，MIF可調節(jié)心臟成纖維細胞(CFs)的增殖和分化。 實驗用小鼠重組MIF處理CFs 48 h可促進CFs的增殖和分泌，MIF上調了CF中與心房纖維化相關的膠原蛋白Ⅰ和Ⅲ、MMP-2、MMP-9和TGF-β的表達水平。其中Src激酶參與了此過程，因此MIF可能通過Src激酶促進CF的增殖和ECM的增加，從而導致AF的結構重塑。由于本實驗的CFs包括心房和心室成纖維細胞，所以更需要心房顫動的心房成纖維細胞進行進一步的實驗[16]。研究發(fā)現(xiàn)血清MIF濃度與AF的左心房直徑呈正相關, 后者可作為心房重塑的參數(shù)[1]，這也映反出MIF參與心房重塑的過程，但尚不能直接證明MIF可導致結構重塑。許多研究表明，MIF參與各器官組織的纖維化，在特發(fā)性肺纖維化(IPF)中，MIF在活動性纖維化區(qū)域過度表達，其參與IPF的發(fā)病，敲低MIF表達可減弱人肺成纖維細胞的增殖和遷移，從而進一步抑制肺纖維化[17-18]。MIF在肥大細胞促進成纖維細胞增殖和膠原蛋白合成中起重要作用，其抗體在很大程度上抑制了此纖維化過程[19]，在AF中MIF是否參與肥大細胞的促纖維化有待研究。

但有相反的觀點認為，MIF有抗纖維化作用，實驗表明MIF過度表達可抑制小鼠CFs合成ECM，MIF通過減弱Smad3的激活上調miR-29b-3p、miR-29c-3p的表達，后者通過靶向促纖維化基因抑制心臟纖維化。反之，MIF缺乏會促進心臟纖維化[20]。腎纖維化中腎小管細胞MIF表達降低，MIF的缺失加劇腎臟纖維化[21]。在心臟中MIF實驗結果的差異性可能是由于實驗取材和實驗環(huán)境等不同導致的，由于心房和心室的差異性，因此取AF動物的心房組織更有助于實驗結果，并需要大量實驗來驗證MIF與心房纖維化的關系?；蛟SMIF在不同器官組織及在同種器官組織不同疾病狀態(tài)下的功能不同。許多研究表明，MIF可誘導多種MMP的表達，其中MMP-2、MMP-9和MMP-13均可參與AF的結構重構，在哮喘的發(fā)作中MIF可通過上調MMP-2參與氣道平滑肌細胞(ASMC)的增殖和遷移，進而促進氣道的重塑[22]。但至今沒有直接證據(jù)表明在AF中MIF與MMP的關系，是否可上調AF心房MMP的表達進而參與心房重構尚需研究。

4 MIF與氧化應激

氧化應激在AF中起到至關重要的作用，其通過影響電重構及結構重構等各個方面參與心房顫動的發(fā)生和維持[23]。在AF心房肌細胞中H2O2可能通過激活Src和PKC誘導MIF的上調[24]。在剛地弓形蟲中發(fā)現(xiàn)NADPH氧化酶4(Nox4)參與了巨噬細胞上調MIF的過程[25]。當心臟發(fā)生缺血再灌注時，細胞內MIF通過其TPOR活性抵抗氧化應激， S-亞硝基化的MIF 可增強TPOR活性[26]。MIF也可誘導抗氧化劑響應元件(ARE)保護各細胞器官免受氧化損傷[27]。目前研究表明，ROS可參與并誘導MIF的產(chǎn)生，反過來MIF能抗氧化應激。目前研究均表明，MIF具有抗氧化應激作用，但AF中MIF與氧化應激的關系尚待研究。雖然MIF可通過其他作用促進心房顫動的發(fā)生發(fā)展，但是MIF可能通過抗氧化應激保護心肌細胞免受損傷，因此MIF在AF中可能具有雙相作用。

5 MIF與炎性反應

眾所周知，炎性反應與AF相關，炎性反應會改變心肌細胞的電生理和心房的結構，導致心房發(fā)生電和結構重塑。參與炎性反應的物質包括炎性細胞因子、NLRP3炎性小體、中性粒細胞[28]、尿酸和凝血酶，這些均參與AF的發(fā)生發(fā)展。

5.1 MIF與NLRP3炎性小體 NLRP3炎性小體是重要的炎性反應信號復合體，心肌細胞和CFs均存在 NLRP3炎性小體，在AF患者的心房中發(fā)現(xiàn)NLRP3炎性小體升高，活性增強，Caspase-1表達增加。NLRP3炎性小體激活可導致SR的Ca2+釋放異常，APD縮短和心房肥大[28]。研究表明MIF介導了NLRP3與中間絲波形蛋白之間相互作用，可激活NLRP3，因此MIF是NLRP3炎性體組裝和激活的關鍵因素。MIF還可能充當NLRP3的伴侶，穩(wěn)定蛋白質，促進其與波形蛋白的相互作用[8]。

5.2 MIF與炎性細胞因子 細胞因子與心房顫動的發(fā)生率或復發(fā)率相關，促進心房炎性反應或纖維化。研究表明MIF可通過誘導炎性因子促進炎性反應，包括TNF、IL-6、IL-1、IL-8、IL-17、IL-18等。 MIF通過激活NLRP3炎性小體上調IL-18和IL-1β[28]。實驗發(fā)現(xiàn)MIF缺陷細胞可導致IL-1受體和TNF受體的下調， MIF上調細胞因子受體表達，放大了細胞因子的炎性反應[29]。MIF可能通過NF-κB、ERK1/2、JNK、AP-1、PI3K/Akt和Jak2/STAT3等途徑調節(jié)多種細胞因子的產(chǎn)生和釋放。在類風濕關節(jié)炎的研究中，學者觀察rhMIF可誘導TNF-α、IFN-γ、IL-1β、IL-6、IL-17A、IL-17F等因子的產(chǎn)生和釋放[30]。推測在AF中，MIF也可誘導細胞因子的產(chǎn)生和釋放。

5.3 MIF與中性粒細胞 中性粒細胞/淋巴細胞比(NLR)被證明可以預測心房顫動的復發(fā)。MIF通過中性粒細胞胞漿抗體(ANCA)誘導中性粒細胞活化[31]。在急性痛風中，MIF促進中性粒細胞積累，而MIF缺陷型小鼠中性粒細胞的積累減少[32]。

5.4 MIF與凝血酶 凝血酶通過與其受體(PAR)結合激活ERK和JNK途徑，刺激細胞因子的產(chǎn)生，增強CF的增殖和促纖維化信號分子Akt和Erk的磷酸化、TGF-β1的表達，導致心房炎性反應和纖維化[33]。多項研究表明，凝血酶可誘導不同細胞(內皮細胞、上皮細胞和成纖維細胞等)MIF的表達，凝血酶可能通過ERK 1/2等途徑誘導內皮細胞MIF的產(chǎn)生[34]。實驗證明部分凝血酶抑制劑可減少心臟炎性反應和纖維化[35]，推測這或許與進一步抑制MIF有關。因此凝血酶介導MIF的產(chǎn)生也可能是心房顫動發(fā)生機制的一部分。

5.5 MIF與尿酸 血清尿酸鹽水平及其存在時間與心房顫動的風險呈正相關[36]。研究表明尿酸可能通過誘導各種炎性因子進而促進心房纖維化，降低尿酸的藥物可減少AF的發(fā)生[37],MIF可能參與尿酸介導的炎性反應。已發(fā)現(xiàn)尿酸(UA)會刺激遭受UA誘發(fā)的腎病大鼠腎小管中MIF上調，MIF抑制劑消除了UA誘導的血管炎性反應和重塑，表明MIF可能參與UA誘導的血管重塑[38]，抗MIF可能對高尿酸血癥的患者有益。推測MIF可能是UA導致心房顫動的重要中介，尚需實驗證明。

6 MIF抑制劑

MIF參與多種疾病，因此MIF抑制劑可作為治療靶標。典型的MIF抑制劑是異唑啉類抑制劑ISO-1，它可抑制MIF的互變異構酶活性，已有研究表明，ISO-1顯著降低了前列腺癌和結腸癌，AV411及其類似物AV1013、SCD-19和CPSI-1306均是MIF的變構抑制劑，MIF互變異構酶抑制劑p425極大地抑制了丙酮酸4-羥苯酯互變異構的活性，阻止了MIF與CD74的結合。4-IPP的苯基嘧啶類化合物通過與MIF互變異構酶活性位點形成共價鍵來抑制MIF的功能。異硫氰酸鹽共價修飾MIF活性位點中的Pro-1殘基，抑制MIF與CD74的結合?；衔颰-614可在體外和體內選擇性抑制MIF。MIF抑制劑可延緩或減輕多種疾病的發(fā)展。MIF抑制劑的研究仍處于臨床前階段，未來研究靶向MIF的藥物或許應聚焦在以下幾個方面：與MIF的活性位點共價結合或修飾干擾其活性；阻斷其與受體結合；影響其傳導途徑的上下游物質。靶向MIF的藥物可能會成為心房顫動一種新的治療手段[39-40]。

7 小結與展望

MIF在心房顫動中起到至關重要的作用，MIF通過影響心肌細胞的鈣通道及誘導鈣失調導致心房電重構；其可抗氧化應激，使心肌細胞免受氧化損傷；也可作為炎性因子的上游介質調控各種炎性因子，誘導中性粒細胞等炎性細胞活化；另外，與心房顫動相關的凝血酶和尿酸可能作為MIF的上游物質誘導MIF的產(chǎn)生。但是MIF在結構重塑中的作用存在爭議，尚需大量實驗驗證；其在心房顫動中與氧化應激的關系需進一步研究，MIF參與心房顫動的機制需要明確。這些途徑均可能是MIF參與心房顫動的復雜途徑，靶向MIF的藥物可能是未來心房顫動治療的關鍵。