心房顫動中心房纖維化機(jī)制的研究進(jìn)展

彭麟越，韓薇

心房顫動（房顫，AF）是一種與心力衰竭，中風(fēng)以及高住院和死亡風(fēng)險相關(guān)的疾病，且患病率逐年上升。目前的治療方法包括藥物治療和射頻消融[1]。但抗心律失常藥物的致心律失常作用和手術(shù)引起的組織損傷問題不容忽視，因此尋找一種新的治療方法非常重要。房顫的病理生理機(jī)制復(fù)雜，離子通道功能障礙、纖維化、氧化應(yīng)激等多種因素都參與了其發(fā)生和發(fā)展[2]。近年來，多項研究證明纖維化可導(dǎo)致心房的傳導(dǎo)不均和折返，在房顫的誘導(dǎo)和維持中起著重要作用，是與房顫相關(guān)的心房結(jié)構(gòu)重塑的標(biāo)志。目前尚不完全清楚心房纖維化的確切機(jī)制，有研究表明成纖維細(xì)胞的激活和分化及細(xì)胞外基質(zhì)的過度沉積與心房纖維化的關(guān)系密切。本文就房顫與纖維化的關(guān)系及心房纖維化所涉及的分子機(jī)制作一綜述。

1 心房纖維化與房顫

房顫會導(dǎo)致心房的結(jié)構(gòu)重構(gòu)，主要包括心肌纖維化增加和心肌細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的改變。心臟纖維化表現(xiàn)為間質(zhì)膠原沉積增多, 排列紊亂，密度增大，Ⅰ型/Ⅲ型膠原比例失調(diào)[3]。其中，成纖維細(xì)胞的增殖和分化及細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的過度累積是心肌纖維化的重要基礎(chǔ)[4]。其發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，主要與血管緊張素Ⅱ（AngⅡ），轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β），微小RNA（microRNA）等調(diào)節(jié)因子密切相關(guān)[5]。

房顫與心房纖維化互相作用，互相促進(jìn)。纖維化是由多種與房顫誘發(fā)相關(guān)的病理因素導(dǎo)致的，包括細(xì)胞牽拉，神經(jīng)體液激活，氧化應(yīng)激等[5]。與竇性心律患者相比，房顫患者的心房組織中纖維化的程度增加，膠原累積增多[6]，且纖維化的嚴(yán)重程度與房顫持續(xù)時間與嚴(yán)重程度顯著相關(guān)。心房纖維化可通過多種機(jī)制促進(jìn)房顫的誘發(fā)和維持。首先，纖維組織在縱向上物理分離心房肌纖維，打斷心肌細(xì)胞的連續(xù)性，形成傳導(dǎo)的物理屏障，導(dǎo)致心肌細(xì)胞區(qū)域耦合減少，局部微折返，促進(jìn)房性心律失常的發(fā)生，為房顫的維持提供了基礎(chǔ)[7]。其次，成纖維細(xì)胞可直接影響心肌細(xì)胞的電活動，在心肌細(xì)胞-成纖維細(xì)胞共同培養(yǎng)時，發(fā)現(xiàn)了廣泛的心肌細(xì)胞-成纖維細(xì)胞電相互作用，可導(dǎo)致自發(fā)的異位電活動和折返產(chǎn)生[8]，有利于房顫的誘導(dǎo)和維持。除了直接的電相互作用外，成纖維細(xì)胞還通過旁分泌因子影響心肌細(xì)胞的電生物活性，具體表現(xiàn)為心肌傳導(dǎo)速度降低，動作電位時程延長和靜息膜電位增加[9]。盡管在體外研究中成纖維細(xì)胞可通過不同途徑影響心肌細(xì)胞的電活動，但其在體內(nèi)的作用是否相同仍不清楚。

2 心房纖維化的形成

2.1 成纖維細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)與纖維化正常的心臟主要由四種細(xì)胞類型所構(gòu)成，包括心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞[10]，每種細(xì)胞類型的比例隨物種的不同而變化。其中，成纖維細(xì)胞為小的紡錘狀細(xì)胞，可控制細(xì)胞外基質(zhì)的組成，占心臟細(xì)胞數(shù)量的大部分，約為細(xì)胞總數(shù)的40%～60%，占心臟總體積的10%～15%[11]。生理情況下，成纖維細(xì)胞處于靜止?fàn)顟B(tài)，細(xì)胞外基質(zhì)中的膠原形成與分解處于動態(tài)平衡狀態(tài)，但病理情況下，在血管緊張素Ⅱ，TGF-β等一系列細(xì)胞因子和機(jī)械應(yīng)力的刺激下，成纖維細(xì)胞發(fā)生增殖和分化，轉(zhuǎn)變?yōu)榧〕衫w維細(xì)胞，其合成和分泌細(xì)胞外基質(zhì)的能力增強(qiáng)，表達(dá)α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）并具有收縮活性，α-SMA的表達(dá)被認(rèn)為是成纖維細(xì)胞激活和分化為肌成纖維細(xì)胞的標(biāo)志[12]，而成纖維細(xì)胞增殖活化為肌成纖維細(xì)胞是心臟纖維化發(fā)生的標(biāo)志。目前，肌成纖維細(xì)胞的來源尚不清楚，除了常駐的成纖維細(xì)胞外，骨髓衍生細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、血管周細(xì)胞等也是其來源之一[13]。

正常的心臟間質(zhì)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 可以為心臟提供結(jié)構(gòu)和功能支持，主要由膠原纖維構(gòu)成，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型膠原。Ⅰ型膠原的含量約占85%, 其纖維較粗，抗?fàn)坷芰^強(qiáng)，主要用于維持房室壁的強(qiáng)度，Ⅲ型膠原纖維約占11%, 其纖維較細(xì)長，具有較好的伸展性。此外，細(xì)胞外基質(zhì)還包括纖連蛋白、層粘連蛋白、彈性蛋白、蛋白聚糖和糖蛋白，它們都是成纖維細(xì)胞所分泌的，可由多種生長因子誘導(dǎo)產(chǎn)生，包括血小板衍生生長因子（PDGF）、堿性成纖維細(xì)胞生長因子（BFGF）和TGF-β等[14]。

2.2 心臟纖維化的形式心臟纖維化主要有兩種形式：反應(yīng)性纖維化和修復(fù)性纖維化。在反應(yīng)性纖維化中，成纖維細(xì)胞增殖，并分化為肌成纖維細(xì)胞，產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)，主要在血管周圍和心肌肌束周圍累積，使正常的纖維束周圍的薄纖維組織層變厚[13]。而修復(fù)性纖維化是指當(dāng)心肌細(xì)胞死亡時，成纖維細(xì)胞可替代死亡的心肌細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)性纖維化，保持肌束的完整性，但這種修復(fù)會產(chǎn)生明顯的縱向傳導(dǎo)障礙[15]。

3 心房纖維化的相關(guān)信號通路

3.1 血管緊張素Ⅱ腎素-血管緊張素系統(tǒng)主要通過血管緊張素-Ⅱ產(chǎn)生效應(yīng)，是成纖維細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)劑。血管緊張素Ⅱ可誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖和分化，在心房纖維化和房顫的發(fā)展中起重要作用。AngⅡ通過刺激AngⅡ的Ⅰ型受體（AT1R）來觸發(fā)房顫。研究顯示，房顫患者血漿中的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（ACE2）活性升高，且與晚期左心房的結(jié)構(gòu)重塑顯著相關(guān)[16]。此外，房顫患者的心房組織樣本中血管緊張素Ⅱ的水平升高，且AngⅡ的增加伴隨著膠原蛋白Ⅰ和Ⅲ的增加[17]。在動物模型中，注射AngⅡ可導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)心房增大，纖維化增強(qiáng)等心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)的表型，可使房顫的誘發(fā)率和持續(xù)時間增加[18]。體外試驗中，將AngⅡ轉(zhuǎn)入成纖維細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)其可使膠原蛋白的分泌增加[19]。AngⅡ誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞增殖主要是通過自分泌/旁分泌的因子介導(dǎo)的[20]。以往研究顯示，心臟成纖維細(xì)胞表面表達(dá)ATR1，且AngⅡ以劑量依賴性方式刺激膠原合成[17]。最近研究表明，成纖維細(xì)胞核上也存在AT1R和AT2R，細(xì)胞內(nèi)的AngⅡ可能通過激活核AT1R和AT2R來控制成纖維細(xì)胞功能，從而參與結(jié)構(gòu)重塑[21]。3.2 TGF-β1 作為目前研究最廣泛的致纖維化因子，TGF-β有三種配體，分別為：TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，其在體內(nèi)和體外實驗中均可促進(jìn)α-SMA的表達(dá)，但TGF-β1是目前研究最為廣泛，作用最為強(qiáng)烈的致纖維化因子[22]。在心臟成纖維細(xì)胞中，激活的TGF-β1可與I型轉(zhuǎn)化生長因子受體（TβR-Ⅰ）相結(jié)合，促進(jìn)Smad2/3的磷酸化，其磷酸化的產(chǎn)物可與Smad4結(jié)合成復(fù)合體，進(jìn)入細(xì)胞核后可以誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞中α-SMA的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)成纖維細(xì)胞激活分化，使膠原產(chǎn)生增加。在過表達(dá)TGF-β1的轉(zhuǎn)基因的小鼠模型中，出現(xiàn)了選擇性的心房纖維化，而心室結(jié)構(gòu)無改變，這種纖維化使房顫的易感性增加[23]。最近研究表明，心房與心室對TGF-β1刺激的纖維化的反應(yīng)差異主要是由心房中豐富的利鈉肽清除受體（NPR-C）介導(dǎo)的，將小鼠的NPR-C敲除后，心房纖維化和房顫誘發(fā)率明顯降低，而在離體成纖維細(xì)胞中，NPR-C敲除將導(dǎo)致膠原蛋白減少[24]。

3.3 微小RNA（miRNA）最近幾年，miRNA在心臟重塑中的作用引起了人們的注意，miRNA是18～22個核苷酸的核糖核酸（RNA）序列，與信使RNA（mRNA）的非翻譯區(qū)結(jié)合并調(diào)節(jié)基因的表達(dá)[25]。miRNA在與房顫相關(guān)的纖維化中起著重要作用，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種miRNA直接靶向纖維化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的膜受體，例如TGF-β及其受體受到多種miRNA的調(diào)節(jié)[26]， 而miR-29的過表達(dá)可抑制膠原蛋白增加[27]。多數(shù)與心房纖維化相關(guān)的miRNA在房顫時均下調(diào)，但miR-21是個例外，其在房顫時上調(diào)。在離體的人心臟成纖維細(xì)胞中，miR-21通過抑制TGF-β/Smad2信號通路抑制成纖維細(xì)胞的增殖[6]。此外，在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，miR-21可通過促進(jìn)Smad7的降解，從而抑制其對TGF-β1/Smad信號的抑制，促進(jìn)心房纖維化[28]。最近研究表明，miR-21可與N末端腦鈉肽前體（NT-proBNP）作為房顫時的生物標(biāo)志物，與心房重構(gòu)密切相關(guān)[29]。目前研究人員正積極研究與纖維化相關(guān)的miRNA的信號傳導(dǎo)，但主要挑戰(zhàn)是每個miRNA的靶基因眾多，且同時有多種miRNA參與纖維化進(jìn)程，故難以進(jìn)行特異性靶向治療[25]。

3.4 瞬時受體電位（TRP）成纖維細(xì)胞表面有許多離子通道，包括鉀通道[K(Ca)3.1, KV1.5和1.6，KV4.2和4.3，Kir2.1和Kir2.3]，鈉通道（NaV1.2、1.3、1.5和1.7）[30]。研究顯示成纖維細(xì)胞含有瞬時受體電位通道[31]，但其中大多數(shù)通道的功能尚不清楚。最近研究表明，成纖維細(xì)胞膜上的TRP通道在成纖維細(xì)胞的激活中起重要作用，是成纖維細(xì)胞分化的重要激活劑[31]。TRP通道包含6個亞家族[31]，其中3個在成纖維細(xì)胞中很重要，分別為經(jīng)典TRP（TRPC），M型TRP和香草素TRP家族。電刺激誘發(fā)房顫的山羊和心動過速誘發(fā)的心力衰竭犬的心房中，TRPC3表達(dá)上調(diào)。在快速起搏誘導(dǎo)的房顫犬的成纖維細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，TRPC3可導(dǎo)致鈣離子內(nèi)流增加，激活鈣調(diào)磷酸酶（Ca N）信號通路，引起下游細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶磷酸化（P-ERK），導(dǎo)致心房纖維化。新生大鼠心房成纖維細(xì)胞中，TRPC3的抑制劑吡唑-3（pyrazole-3）通過TGF-β/Smad2/3信號通路顯著減輕了AngⅡ誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞遷移和增殖及膠原的上調(diào)[32]。

4 總結(jié)與展望

心臟纖維化的發(fā)生機(jī)制涉及多種分子途徑，其相對重要性取決于導(dǎo)致纖維化反應(yīng)的根本原因。抑制纖維化以預(yù)防房顫的概念在20年前得到了研究支持，并被認(rèn)為是開創(chuàng)房顫新療法的潛在方向。上游治療是指通過抑制心臟重構(gòu)和抗氧化應(yīng)激等多種途徑減少房顫發(fā)生，即在房顫的結(jié)構(gòu)重塑尚可逆轉(zhuǎn)時治療。目前針對血管緊張素/醛固酮系統(tǒng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)重構(gòu)的相關(guān)治療藥物研究已取得一定進(jìn)展。通過抑制纖維化而預(yù)防房顫的第一個靶標(biāo)就是腎素-血管緊張素系統(tǒng)，但其研究結(jié)果表明其在房顫的一級預(yù)防中效果較好，而無有力證據(jù)支持其在二級預(yù)防中的作用。隨后的研究證明，通過多種信號傳導(dǎo)靶標(biāo)預(yù)防纖維化的潛力，包括TGF-β[33]、miRNA[34]、TRP通道[31]等，但具體目標(biāo)是否在臨床上切實可行和有效尚待確定。

由于心房纖維化的形成因素復(fù)雜，其機(jī)制也有不同，各種機(jī)制間存在復(fù)雜關(guān)系，未來需對心房纖維化的發(fā)病機(jī)制進(jìn)一步探究，以期通過抑制纖維化來阻止房顫的發(fā)生和維持，為房顫的治療提供新的靶點(diǎn)和思路。