病毒性心肌炎心肌纤维化机制的研究进展

李　乐　张彩玲

（1.浙江工业大学 药学院；2.杭州人才专修学院，浙江 杭州310014）お

关键词：病毒性心肌炎；心肌纤维化；作用机制

中图分类号：R725.4文献标识码：A文章编号：1673-2197（2009）01-0137-03

病毒性心肌炎（Viral Myocarditis，VMC）是感染病毒引起心肌细胞的变性、坏死、间质炎症细胞浸润及纤维渗出为主的疾病。能够引起VMC的主要是柯萨奇B组病毒（Coxsackievirus group B₃，CVB₃）感染，有50%以上的VMC和25%的扩张型心肌病（dilated cardiomyopathy，DCM）与之密切相关。

1 心肌纤维化的分类

心肌纤维化（myocardial fibrosis，MF） 是指在心肌细胞外基质（extracellular matrix，ECM） 中胶原纤维过量积聚、胶原含量显著升高或胶原成分发生改变。根据组织学特征可将MF分为2类：反应性纤维化，包括间质纤维化和血管周围纤维化，是对心肌负荷或炎症的反应；修复性纤维化是对心肌细胞坏死的反应，常发生于心肌间质，病毒性心肌炎各期心脏间质皆可见到胶原纤维增生。急性期有少量修复性纤维化，恢复期为修复性大量纤维化和反应性纤维化，慢性期大量单纯反应性纤维化。

2 心肌纤维化的发病机制

目前趋向性的观点认为，MF 的发生主要是心肌胶原合成与降解失衡的结果。胶原的过度合成见于肥厚型心肌病等，主要影响左室的舒张功能。胶原的过度降解见于扩张型心肌病等，常伴有基质金属蛋白酶（Matrix Metalloprot-einases，MMPs） 家系活性增加，主要影响左室的收缩功能。近年来在这方面进行了很多研究，取得了系列进展。

2.1 病毒直接损伤

CVB₃重复感染可导致MF 和心室重构，使室壁僵硬而影响心脏的收缩和舒张功能，是心力衰竭发生的重要原因之一^[1]。病毒性炎症及其它原因引起的心肌细胞损伤、炎性坏死，可激活相应的巨噬细胞，释放多种细胞因子和生长因子等，诱导心肌成纤维细胞表型发生转变，如心肌成纤维细胞合成组织内ECM 的能力增强，最终将导致MF^[2]。

2.2 胶原酶

胶原酶是基质金属蛋白酶（MMPs，含锌离子的内肽酶）家族的一部分，MMPs 是一组由成纤维细胞、平滑肌细胞、内皮细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等合成分泌，参与细胞外基质降解的一类锌、钙离子依赖的内源性蛋白水解酶家族，是细胞外基质降解的生理调节因子。迄今为止，已发现23 种MMPs 成员，按MMPs 底物分类，为胶原酶（MMP-1、MMP-8 和MMP-13）、明胶酶（MMP-2 和MMP-9）、基质溶解素（MMP-3） 和膜型（MT-MMPs）^[3]。MMP-1 作用底物为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅹ型胶原及明胶；MMP-13 的主要作用底物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原；MMP-2 的主要作用底物为明胶和层粘连蛋白，以及Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ型胶原和纤维连接蛋白、弹性蛋白；MMP-9 的主要作用底物为明胶和蛋白聚糖，以及Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ型胶原和纤维连接蛋白、弹性蛋白；MMP-3 的主要作用底物为蛋白聚糖、纤维连接蛋白、明胶以及Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ型胶原。MMPs 可以基础表达，也可以由多种因素诱导表达，其生物合成及活性调节发生在以下多个水平：基因转录调节，酶原的活化，MMPs 的特异性抑制物^[4]。其中以MMP-1更为重要，以酶原方式分泌，降解成活性形式后可清除多种胶原；MMP-13，研究发现其对I、Ⅱ型胶原的降解作用较MMP-1、MMP-8均要强；而MMP-14是膜型基质金属蛋白酶（MTl—MMP），活化的MMP-14可以促使MMP-2和MMP-13前体转变为活性的MMP-2和MMP-13，同时可以直接降解ECM蛋白如I型胶原和纤维连接素（Fibroneetin，fn）。组织金属蛋白酶抑制因子（Tissue inhibitor of matrix metalloproteinase，TIMP） 是近年来发现的抑制MMPs 活性的一组多功能因子家族，现已发现4 种，分别命名为TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4。MMP 与TIMP 以1∶1的比例形成MMP-TIMP 复合体，从而阻断MMP 与底物结合，抑制MMP 的活性，降低胶原的降解^[3]。MMPs的异常参与了许多心血管疾病的发病过程，MMPs 的表达和活性过度增强或MMPs/ TIMPs 比例失调，可导致正常的心肌胶原蛋白过度降解，被缺乏连接结构的纤维取代，使心脏组织重构，引起心腔扩大、室壁变薄，导致脑功能恶化及心肌纤维化^[3]。在VMC 慢性期，由于细胞介导的自身免疫、心脏组织内病毒RNA 的持续存在和细胞凋亡促使心肌纤维生成持续增多，胶原降解系统中的MMP-1、MMP-3 等MMPs 的表达仍持续下调，而TIMP 的高表达从恢复期一直持续到慢性期，MMPs/TIMPs 比值持续升高，心脏结构蛋白的降解也随之减弱或停止，而TIMP-1 还可以促进成纤维细胞、平滑肌细胞的增殖，愈加使得心肌间的胶原含量增加，发生过度沉积，胶原含量持续增高，胶原合成活动占主导地位^[5]。

2.3 肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）

血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）和醛固酮（ALD） 对于MF 则起到了核心作用^[6]。在心肌成纤维细胞，AngⅡ 通过血管紧张素Ⅱ1型受体（ AT1R） 激活细胞外信号调节激酶（ ERK），使成纤维细胞增殖；AngⅡ增加冠状动脉的通透性，刺激成纤维细胞合成和胶原分泌，通过抑制MMPs，减少胶原的降解；AngⅡ能诱导肾上腺髓质分泌儿茶酚胺，使成纤维细胞迅速分裂增生，导致左室肥大和MF；AngⅡ刺激ALD 的分泌，ALD通过与心肌成纤维细胞膜上高亲合力的Ⅰ型受体结合使Ⅲ型胶原堆积，促使MF 的形成。循环中AngⅡ和ALD 均可致MF，但前者既促进胶原纤维沉积又抑制胶原降解，后者也能刺激成纤维细胞合成胶原但对胶原酶活性没有影响。

2.4 心肌纤维化的调控性细胞因子

比较清楚的有AngII-BK系统、ET-NO系统、血小板衍生的生长因子（PDGF）和血栓素（TXA₂）-PGI2系统等。现己证实，AngII、ET和PDGF为致MF的因子，而BK、NO和PGI2为抑制MF的因子。近年来的研究表明，转移生长因子β、结缔组织生长因子以及肿瘤坏死因子参与调控NF，尤其转移生长因子β在上述各系统与胶原代谢之间起到桥梁作用。

2.4.1 肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor-a，TNF-a）

通过调节MMPs而调节ECM重构，而ECM不良重构是MF的原因。TNF-a的过度表达可引起进行性心室肥厚和扩张，伴有MMP-2和MMP-9活性明显增高，胶原合成、沉积和变性增强而未变性的胶原则减少；而抗TNF-a治疗则使MMP-2和MMP-9的活性减弱，可防止后续的胶原合成、沉积和变性^[7]。胶原合成增加时，尚可发现TGF-β1和TGF-β2蛋白水平增高。TNF-a可诱导胶原含量增加并影响上述酶活性，同时TNF-a也是细胞凋亡蛋白家族重要成员。

2.4.2 转移生长因子β（transforming growth factorβ，TGFβ）

活化的TGF-β1 抑制ECM降解、增加ECM mRNA 表达和蛋白质合成。 RAAS激活、Ang Ⅱ增高引起MF 均由TGF-β1 增加所致，TGF-β1 增加成了诸多因素所致MF 的共同通路^[6]。Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白合成增加，可被激活的TGF-β1 自分泌/旁分泌调节，参与MF。研究表明，TGF-β1 促进Ⅰ型胶原蛋白合成和mRNA 表达，阻断Smad3 表达，可消除TGF-β1 的上述作用。MMPs 参与MF 的发病也与TGF-β1 有关^[7]。因此，抑制TGFβ的表达势必会减轻心肌纤维化病变。研究发现，应用抗TGFβ抗体可以明显减轻细胞外基质的合成，所以抗 TGFβ抗体是目前抗纤维化治疗中最提倡的方法之一。但由于TGFβ过度表达时有致纤维化作用，而在正常表达时能控制免疫反应和炎症，抑制细胞增殖，并有抑制肿瘤的作用。阻断TGFβ可能对机体产生多种难以预料影响，由于其正面效应的存在限制TGFβ抗体的使用，所以寻找纤维化过程中TGFβ的下游转导因子作为抗纤维化靶点，可能比直接阻断TGFβ的作用更理想。

TGFβ通过与其受体结合发挥生物学效应，目前研究比较清楚的是TGFβ-Smad通路和TGF-β活化激酶途径。TGFβ-Smads 通路^[8]Smad 的命名源于首先发现的两种蛋白，即果蝇的Mad 蛋白以及线虫的Smad 蛋白。根据Smads分子结构和功能相似性分为3组：①R-Smads （受体Smads），包括Smad1、2、3、5、8。Smad 1、5、8 主要由骨形成蛋白激活，Smad2、3 则由TGFβ、激活素激活；②Co-Smad 就是Smad4，是和R-Smads结合的转导分子；③I-Smads （抑制Smads），包括Smad6、7，作为信号转导的负反馈调节，可牢固结合TGF RⅠ，抑制RSmads 被TGF RⅠ磷酸化。TGF RⅠ激活后，其丝氨酸和苏氨酸蛋白激酶将磷酸化受体调节Smad-P3 蛋白，磷酸化的Smad-P3 蛋白，进而与Smad4蛋白形成复合物。活化的复合物转移到核内与其他同时合成的核转录因子（如激活蛋白1） 相互作用，激活含有Smad 结合元件的靶基因转录。TGF-β活化激酶途径^[9]，该途径与TGFβ-Smads 途径存在着协同作用。在TGFβ刺激下，TGFβ活化激酶结合蛋白被活化，导致其与TGFβ活化激酶途径丝P苏氨酸蛋白激酶结构域结合。TGFβ活化激酶途径再激活p38MAPK激酶家族中的丝裂原活化蛋白激酶激酶（Mitogen-activated protein Kinase Kinase，MKK） 6/PMKK3/PMKK4，经由MKK6/PMKK3 或MKK4 激活p38MAPK，p38 MAPK直接使活化转录因子2 磷酸化，增强活化转录因子2 的转录活性，与TGFβ-Smads 通路协同刺激TGFβ诱导的转录。

2.4.3 一氧化氮（NO） 和内皮素（ ET）

NO是由内皮型一氧化氮合酶（Nitric oxide synthase，eNOS） 合成和释放。在血管平滑肌内的NO，可激活鸟苷酸环化酶，使细胞内cGMP 升高，后者可抑制肾素的释放，继而明显减少心肌局部AngⅠ的转化，降低AngⅡ，减少MF^[10]。 ET由心肌细胞和成纤维细胞合成和分泌，既可促进心肌细胞、血管平滑肌细胞等合成和释放AngⅡ，又是ALD 合成和释放的强效调节剂；ET-1也是一种成纤维细胞的有丝分裂原，ET 受体拮抗剂可抑制成纤维细胞的增殖和MF；心衰时，在血管紧张素转化酶慢性抑制下能提高NO 的产生，此时缓激肽可部分通过抑制局部内皮系统而阻止MF^[11]。

2.4.4 结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）

CTGF 是一种富含半胱氨酸的分泌肽，属于即刻早期基因、高度保守的CCN（cyr61，CGTF，nov）多肽家族，广泛存在于人类的组织器官中，与动脉粥样硬化、器官纤维化等疾病密切相关。它与TGF-β1 有许多相似的生物学功能，被认为是TGF-β的下游介质，其异常表达在MF 过程中起重要作用^[12]。有研究^[13]发现在“两肾一夹”的高血压大鼠模型中，在左心室心肌纤维化中可观察到CTGF的表达明显增加。在培养的人心脏的成纤维细胞中Ang Ⅱ通过激活Ang Ⅱ受体1，可诱导CTGF mRNA 的迅速表达^[6]。因此，阻断CTGF 表达或减弱其活性，可能是一种更特异、更有效的预防心肌纤维化的手段。

2.5 细胞凋亡与心肌纤维化细胞

有人认为多种病毒可以触发细胞凋亡从而加快了MF进程，细胞凋亡是引起VMC向心肌病转变的重要机制^[14]；有人用免疫组化方法和扫描电镜研究扩张型心肌病心肌标本时发现心肌细胞减少与炎症和细胞坏死无关，认为心肌细胞以及心肌间质细胞的凋亡可能是主要原因^[15]；以超氧化物刺激心肌细胞可见与构成DNA有关的组蛋白增多和原位杂交缺口末端标记阳性，提示细胞凋亡；同时超氧化物可以刺激心脏成纤维细胞增生和TGFβ表达增多，通过这两方面作用超氧化物可致MF。

2.6 其它因素

研究发现^[6]，非胶原性ECM成分如纤维连接蛋白（Fn）、玻粘连接蛋白（Vitronectin，Vn）、层粘连蛋白（Laminin，LM）、整合素（Integrin）以及透明质酸等，除了与胶原共同构成细胞外骨架外，尚直接或间接介导细胞内外的双向信号转导，在细胞的迁移、增殖和分化等方面发挥重要作用，在MF过程中，亦发挥重要作用；肥大细胞参与了MF 的发病过程，机制可能与其合成、分泌多种细胞因子、黏附分子（ 如TGF-β、bFGF 和TNF-α） 等相关^[16]。在CVB₃诱导鼠纤维化模型中用雷帕霉素抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamyein，mTOR），可降低ECM的沉积，减少ECM 的产生，提示mTOR 也可通过影响基质的形成而参与胶原的调控，在MF 中也起一定的作用^[17]。Ang Ⅱ和ALD 刺激心肌成纤维细胞增生和胶原合成均涉及细胞内Ca₂+ 增加。新近研究提示^[18]，ADAMTS-1（一种新的金属蛋白酶）也参与急慢性病毒性心肌炎心肌纤维化的形成。

3 结语

综上所述，心肌纤维化是一个复杂的病理过程，涉及病毒直接损伤、胶原酶系统、循环和心脏局部肾素—血管紧张素—醛固酮系统（RAAS）、致纤维化细胞因子、非胶原性ECM成分的变化、细胞凋亡，免疫系统，细胞信号调节等诸多因素，针对上述调控因素来研制新药和治疗措施以预防和治疗心肌纤维化，具有重要的现实意义。目前现代医学对其确切的发病机制尚未完全阐明，应该加大力度进一步深入研究。

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（责任编辑：姜付平）