肝素结合性表皮生长因子在心肌重塑中的作用

邵海涛，张连峰

（中国医学科学院，北京协和医学院，医学实验动物研究所，卫生部人类疾病比较医学重点实验室，国家中医药管理局人类疾病动物模型三级实验室，北京 100021）

1 HB-EGF的结构与功能

HB-EGF是表皮生长因子家族（EGF）的成员之一。人和小鼠的HB-EGF基因分别位于第5号和第18号染色体上，序列长约14Kb，有6个外显子和5个内含子组成［1，2］。HB-EGF前体（ProHB-EGF）是一种富含208个氨基酸的跨膜蛋白，包括信号肽、前肽、sol-HB-EGF、近膜区、跨膜区和胞质区，在近膜区由卸离酶剪切脱落成为成熟的HB-EGF［3］。成熟的HB-EGF是一种由86个氨基酸残基构成的糖基化蛋白，约35％的氨基酸与EGF同源，含有两个功能结构域：一为C末端的EGF样结构域，另一为N末端的肝素结构域［1］。HB-EGF在多种组织中表达，在肺、心、脑、骨骼肌表达水平较高［4］。HB-EGF是多种类型细胞的有丝分裂原，包括血管平滑肌细胞、成纤维细胞、角质细胞、乳腺和卵巢肿瘤细胞等。HB-EGF参与一系列生理和病理过程，如胚泡着床、伤口愈合、动脉粥样硬化、肿瘤生长和平滑肌的增生等［5］。

2 HB-EGF的成熟过程及调节

成熟 HB-EGF是由锚定在细胞膜上的前体（ProHB-EGF）剪切而生成。HB-EGF成熟过程是调控它的活性的重要途径之一。HB-EGF成熟过程异常的基因突变可导致小鼠心脏增大，瓣膜畸形，心功能下降［6］。MAPK，PKC和Ca2+等信号分子参与HB-EGF成熟过程的调节。基质金属蛋白酶（MMP），MMP3和 MMP7，四种去整合素蛋白酶（ADAM）ADAM10 9，ADAM 10，ADAM 12，ADAM 17都参与 HB-EGF的成熟过程。这几种蛋白酶的功能作用依细胞类型和生物学环境而定。例如，MMP7在上皮细胞而ADAM12在心肌细胞中发挥作用［7］。

KB-R7785能直接结合ADAM12阻断HB-EGF的成熟，减缓心肌肥厚的进展［8］。ADAM17在扩张型心肌病和梗阻性肥厚型心肌病中均见表达上调［9］。高度特异的HB-EGF成熟抑制剂可以抑制皮肤伤口愈合、心脏肥大、下颌下腺的发育，这表明HB-EGF胞外成熟和释放是各种病理生理过程所必需的［8，10，11］。

3 HB-EGF的受体及信号通路

表皮生长因子受体家族包括 EGFR/ErbB1/ HER1，ErbB2/HER2/Neu、ErbB3/HER3和ErbB4/ HER4。EGFR是一种重要的跨膜受体，参与细胞周期，细胞迁徙，增殖和分化及细胞的凋亡等许多细胞过程。EGFR在心脏的发育和维持心脏正常功能方面发挥着重要作用，EGFR基因敲除小鼠表现为心脏半月瓣扩大。心室特异性ErbB2基因敲除小鼠出现心室扩张和收缩功能减退［12］。HB-EGF是EGFR的配体，除可直接与EGFR和ErbB4结合发挥作用外，还可通过异源二聚化作用间接激活ErbB2和ErbB3。HB-EGF与HER1结合后，诱使受体酪氨酸残基磷酸化，促进细胞迁移和增殖。而与HER4结合主要发挥趋化作用［13］。Nishi［14］等研究发现HB-EGF也可与特异性受体N-精氨酸二碱基转换酶（Nardilysin，NRDc）结合，通过EGFR增强自身诱导细胞迁移的功能。在G蛋白偶联受体（GPCR）配体，如溶血磷脂酸、内皮素-1、血管紧张素Ⅱ介导的EGFR反式激活的过程中，HB-EGF发挥着重要作用，而且，此过程也是ProHB-EGF胞外成熟所必需的［15，16］。HB-EGF能够与某些细胞表面硫酸肝素蛋白多糖（HSPG）结合，使局部HB-EGF浓度增加，从而促进HB-EGF与EGFR的结合，调节其生物学活性［17］。

HB-EGF结合EGFR后，引起受体的二聚化作用，形成同源或异源二聚体。二聚化的受体上特定的酪氨酸残基发生磷酸化，致使细胞内多条信号通路的激活。目前已发现HB-EGF细胞内信号通路包括MAPK/ERK，JNK，PI3K/Akt及 JAK/STAT3通路。激活的信号通路参与不同的细胞外信号反应，与细胞增殖、生存、迁移和分化相关。在血管平滑肌细胞，HB-EGF参与血管紧张素Ⅱ诱导的ERK及p38MAPK信号通路的激活［16］。Reynolds［18］等通过体外实验发现HB-EGF促进大鼠血管平滑肌细胞增殖的作用是通过激活ERK1/2，Akt/p70S6K信号通路实现的。另有研究表明HB-EGF可增加CT-1，IL-6，LIF及CNTF的转录水平，通过高表达的 IL-6激活JAK-STAT3信号通路，促使血管平滑肌细胞增殖［19］。HB-EGF对内皮细胞的增殖没有作用，但是血管内皮生长因子（VEGF）能够诱导血管内皮细胞的HB-EGF表达，实验证明HB-EGF能够通过激活PI3K，MAPK及 eNOS促进内皮细胞的血管再生［20］。利用HB-EGF基因腺病毒绿色荧光蛋白表达载体转染大鼠心肌细胞进行研究，结果发现ERK1/2信号通路参与 HB-EGF引起的心肌肥大［21］。肠缺血再灌注损伤时，HB-EGF表达增加，PI3K和 ERK1/2信号通路激活，给予外源的 HBEGF后，再灌注损伤降低，PI3K和 ERK1/2的磷酸化程度进一步增加。表明HB-EGF可能通过参与激活PI3K和ERK1/2信号通路促进组织修复和肠道渗透屏障的功能恢复［22］。在 HB-EGF对大脑神经细胞增殖作用的研究中发现，HB-EGF能增加ERK和Akt的磷酸化，并且MEK的抑制剂 PD98059和PI3K的抑制剂LY294002降低HB-EGF诱导的细胞增殖，这说明PI3K/AKT及MEK/ERK信号通路参与了HB-EGF诱导的细胞增殖［23］。5-羟色胺通过GPCR促使肾小球系膜细胞增殖，主要是通过诱导HB-EGF脱落，激活下游信号 ERK来完成。而且，外源的HB-EGF刺激人肾小球系膜细胞出现细胞内ERK的磷酸化水平增加［24］。HB-EGF是眼睑发育过程中的重要因子，在眼睑的闭合期间，HB-EGF促使眼睑前缘的形成，主要是通过激活ERK信号途径促使上皮细胞迁移的完成，而不是诱导细胞增殖［25］。HB-EGF的信号途径比较复杂，阐明每个信号分子在疾病中所致的生物学效应，有助于利用这些信号分子研发新的药物。

4 HB-EGF与心肌重塑

心肌重塑是多种心血管疾病发生和发展过程中共有的病理特征，是引起心力衰竭的重要机制，可见于高血压、动脉粥样硬化、心肌梗死、心肌病等。心血管疾病中的心肌重塑主要表现为心肌细胞的重塑和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的重塑，前者主要特征是心肌细胞肥大、坏死和凋亡，后者是细胞外基质的增殖及其成分比例的失衡。近年来，研究发现HB-EGF是一种心脏发育所必需因子，HB-EGF基因敲除小鼠多半在离乳前死亡，存活者虽能正常生长和生育，但寿命较短。HBEGF基因敲除小鼠的主要表型特征为心瓣膜畸形、心肌细胞肥大、心腔扩大、缩短分数降低［26］。HBEGF具有促进心肌细胞肥大、成纤维细胞增生、胶原纤维表达增多的生物学特性，在多种心脏疾病中，如高血压，心肌梗死及心肌病等，HB-EGF表达水平升高。由此可见，HB-EGF在心肌重塑的过程中发挥着一定的作用。

4.1 HB-EGF与高血压

促进心肌细胞肥大是HB-EGF的显著的生物学特性。Mark A.Perrella［27］等研究发现去氧肾上腺素和机械生长刺激能够增加心肌细胞HB-EGF基因的表达，将培养的大鼠心肌细胞置于转染HB-EGF基因的COS细胞的条件培养基中，结果这些细胞内蛋白含量增加，提示HB-EGF可能是心肌肥大的早期反应基因。M.Asakura［8］等进一步证明了 HBEGF通过增加心肌细胞内总蛋白量引起心肌细胞的肥大，HB-EGF还能促进心肌细胞对3H-亮氨酸的摄取。最近研究发现，脂联素通过抑制HB-EGF成熟，EGFR磷酸化以及HB-EGF促蛋白合成发挥抗心肌细胞肥大的作用［28］。Takayuki Fujino［29］等发现自发性高血压大鼠肥厚的左心室中 HB-EGF mRNA和蛋白的表达水平显著增，但是 HB-EGF mRNA表达增高成短暂性，在第9周达到峰值，随后降低。免疫组化显示HB-EGF主要位于心肌细胞膜上，而EGFR主要分布在间质细胞上，尤其是成纤维细胞，HB-EGF可能是通过旁分泌或自分泌的方式调节成纤维细胞的增殖。推测该生长因子可能在高血压病的早期心室肥厚和心肌纤维化中发挥作用。最近研究证实，血清中高HB-EGF的人群有左心室重量增加的表型，推测增加血清中的 HB-EGF与心肌肥大有一定联系［30］。但要确定血清中 HBEGF的水平与心肌肥大进程之间的关系，仍需进一步的探索研究。

4.2 HB-EGF与心肌梗死

Nobuyoshi Tanaka［31］等发现在梗死的大鼠心室可看到HB-EGF和Ⅰ型胶原mRNA表达增加，而EGFR mRNA表达量没有明显变化。在培养的新生大鼠纤维细胞和心肌细胞中发现，前者的HB-RGF和EGFR mRNA表达量较高。同时，免疫组化显示梗死区的HB-EGF蛋白表达增加，尤其在间质成纤维细胞中，而EGFR蛋白表达量没有明显变化。但尚不能明确HB-EGF水平升高是保护性表达，还是心肌损伤后的出现的病理性过表达。为了进一步明确HB-EGF在心肌梗死后心肌重塑过程中的作用，Ushikoshi H［32］等应用腺病毒为载体的 HB-EGF基因转导方法在体内和体外研究HB-EGF的作用，结果显示心肌梗死边缘区过表达HB-EGF没有表现心功能改善和血管生成的作用，反而增加了梗死区内的凋亡，纤维化以及心肌成纤维细胞和巨噬细胞的堆积。过表达HB-EGF不仅没有加剧Fas诱导和氧化应激对原代心肌细胞的凋亡作用，反而使心肌细胞显著肥大，含有F-肌动蛋白的肌原纤维高度浓缩，增大，数目增多。另外，过表达HB-EGF的心肌成纤维细胞表现为明显的增殖。这些结果表明高表达的HB-EGF在心肌梗死过程中发挥着病理作用，进一步加重了梗死后心肌重塑。

4.3 HB-EGF与心肌病

cTnTR141W扩张型心肌病转基因小鼠心脏中HBEGF的表达随年龄增加而增加，并伴有间质纤维化以及Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原的表达增加。HB-EGF是成纤维细胞的有丝分裂原，外源的HB-EGF刺激心肌成纤维细胞后，成纤维细胞明显增殖，胶原纤维表达增加［33］，提示HB-EGF可能加速了扩张型心肌病心肌重塑的进程。Iwamoto［12］等证明 HB-EGF基因敲除小鼠出现严重的扩张型心肌病的病理特征。由此可见，HB-EGF的缺失和高表达对心肌病的发生和发展都起到促进作用。在 cTnTR141W扩张型心肌病转基因小鼠中发现HB-EGF和磷酸化的STAT3表达稳定增高，6月龄转基因小鼠心脏中STAT3的活性显著增高，与临床上晚期扩心病病人相似。并且研究发现经人参皂甙Rb1处理后，心肌病小鼠心脏中HB-EGF和磷酸化的 TAT3的表达均恢复正常［34］。临床上发现先天性扩张型心肌病中磷酸化的STAT3显著增高，而磷酸化的p38MAPK没有明显变化，ERK及JNK没有明显的磷酸化［35］，这可能是在不同疾病中MAPKs选择性激活的结果。这些研究结果表明HB-EGF在扩张型心肌病心肌重塑过程中有可能通过调节STAT3信号通路的活性发挥作用。另外，研究还发现HB-EGF在野生型小鼠心脏组织中的表达随年龄增加而降低［33］，正常人心脏组织中HB-EGF的表达情况是否也是如此，至今仍未见报道。根据以往的研究，发现心脏病变情况下HB-EGF的表达与此相反，推测HB-EGF在维持正常心脏功能方面的作用较小，只有在心脏发生病变时，HB-EGF重新出现高表达，促进心肌细胞肥大以及纤维化的形成，避免心脏快速进入失代偿状态。HB-EGF可能是心肌病及其他心脏疾病心肌重塑的重要的始动因子。

5 结束语

心肌重塑具体的病理生理机制比较复杂，往往是各个系统、各种因子相互协同起着促进的作用。HB-EGF引起的心肌重塑在多种心脏疾病中均会出现，阐明HB-EGF在心肌重塑过程中的作用机制，对于预防和逆转心肌重塑意义重大。随着对HB-EGF生物学特性的深入研究，相信人们能够明确 HBEGF在心肌重塑中的作用机制，为生物制药及临床治疗心肌重塑提供新的思路。

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