肿瘤坏死因子样凋亡微弱诱导剂在心脏重塑及其相关疾病中作用的研究进展

任满意、张小娟综述，钟敬泉审校

肿瘤坏死因子样凋亡微弱诱导剂在心脏重塑及其相关疾病中作用的研究进展

任满意、张小娟综述，钟敬泉审校

心力衰竭的病理生理基础是心脏重塑，它能造成心肌细胞增殖、肥大、坏死、凋亡、自噬、间质纤维化、心室扩张和收缩功能不全等结构和功能的改变。研究表明肿瘤坏死因子样凋亡微弱诱导剂（TWEAK）通过与它的受体成纤维细胞生长因子诱导早期反应蛋白14（Fn14）结合参与了这一过程。

肿瘤坏死因子样凋亡微弱诱导剂；成纤维细胞生长因子诱导早期反应蛋白14；心脏重塑；机制

心力衰竭（心衰）是一种复杂的临床综合征，它是由任何能损害心室充盈或射血的心脏结构和功能异常所致。心衰的病理生理基础是心脏重塑。心脏重塑被定义为基因组表达、分子、细胞及间质的改变所造成的业已为临床所证实的在损伤后心脏大小、形状及功能的改变。在细胞水平，心脏重塑表现为心肌细胞增殖、肥大、坏死、凋亡、自噬、纤维化、增长的胶原纤维和成纤维细胞增殖。心肌细胞是参与心脏重塑过程中的主要细胞。其他的成分包括间质、成纤维细胞、胶原和冠状动脉血管。

作为肿瘤坏死因子超家族的新成员之一，肿瘤坏死因子样凋亡微弱诱导剂（TWEAK）是一种近来已明确具有多种功能的细胞因子，它能调节多种生物学过程包括增生、迁移、凋亡、分化、血管生成和炎症[1]。TWEAK通过与它的受体成纤维细胞生长因子诱导早期反应蛋白14（Fn14）结合发挥作用。这种结合能够激活各种细胞内的信号通路包括经典和非经典的核转录因子кB（NF-кB）通路[2]和有丝分裂原活化蛋白激酶通路[3]。

研究表明TWEAK/Fn14轴与多种心血管疾病密切相关，这些疾病包括心衰、心肌梗死和高血压[4-10]。本文将总结已有的证据，对TWEAK/Fn14在心脏重塑及其相关疾病中作用的研究进展做一综述。

1 肿瘤坏死因子样凋亡微弱诱导剂和成纤维细胞生长因子诱导早期反应蛋白14的结构与表达

1997年，Chicheportiche等研究发现，TWEAK 基因位于染色体17p13.1上，由249个氨基酸组成，是一种II型膜蛋白，其N端包含疏水键，允许其N端插入细胞膜，C端胞外区域包含其受体结合位点[11]。因其具有由β夹心结构组成的肿瘤坏死因子同源结构域，故属其超家族成员。生化分析显示TWEAK是同源三聚体分子，在β折叠间的二硫键结构模式类似于肿瘤坏死因子超家族配体B细胞刺激因子、增殖诱导配体和外异蛋白A[12]。TWEAK在细胞内质网合成初是一种膜结合蛋白，很快被氟林蛋白酶水解成具有生物学特性的由156个氨基酸构成的可溶性片段[1,11]。2001年，Fn14被证实为TWEAK的受体，是迄今为止最小的肿瘤坏死因子受体超家族成员[13]。人类Fn14基因位于染色体16p13.3上，为编码129个氨基酸的I型膜蛋白[14]。它随后被信号肽水解成由102个氨基酸组成的细胞表面受体[13]。

TWEAK广泛表达于各种组织和器官，如心脏、血管、胰腺、小肠、大脑、肺、卵巢和骨骼肌，在肝和肾也有低水平的表达[11]。在心脏、肾、肺及胎盘可见Fn14信使核糖核酸（mRNA）高表达[14,15]。在心血管系统，TWEAK和Fn14 mRNA或蛋白可表达于心肌细胞[16-19]、人内皮细胞[13,18]和平滑肌细胞[20]，此外，Fn14 mRNA还可表达于心肌成纤维细胞[21]。

2 在心肌肥厚中的作用

血流动力学容量负荷过重会发生离心性肥厚，而压力超负荷会导致向心性肥厚。心肌细胞肥大导致胚胎基因激活和再表达，进而促进已经衰竭的心肌细胞发生收缩功能不全。从表达全长TWEAK的成年小鼠上分离的心肌细胞证实细胞的肥大伴随着心肌的伸长和细胞宽度的减少，并且表现出细胞缩短减小和细胞松弛延长，和对照组相比，全长TWEAK转基因小鼠的心脏重量与体重之比明显增加，TWEAK诱导的左室心肌离心性肥厚不依赖于心肌细胞的肿瘤坏死因子信号通路，但至少部分依靠Fn14来激活NF-кB通路[17]。而另一项动物实验证实，结扎肺动脉后压力超负荷所致的右心室向心性肥厚在敲除Fn14基因的小鼠要比对照组减轻很多，因为实验组心肌细胞的大小显著小于对照组[6]。众所周知，有丝分裂原活化蛋白激酶/细胞外调节蛋白激酶1和2通路参与了心肌肥厚且TWEAK能通过与Fn14结合来激活有丝分裂原活化蛋白激酶通路[3]。因此，TWEAK-Fn14轴也可能通过激活上述通路促进心肌肥厚。

3 在心脏间质纤维化中的作用

心脏纤维化是指由心肌成纤维细胞介导的细胞外基质的进行性聚积。心脏间质纤维化是不良心脏重塑的标志，能促进心肌僵硬、使其舒张和收缩功能受损和发生心律失常。在扩张型心肌病全长TWEAK转基因小鼠上，可观察到心肌及其血管周围出现了进行性的纤维化，在终末期心脏纤维化最明显[16]。在体实验表明，Fn14在自发性高血压大鼠的心肌纤维中起着重要作用，因为Fn14在左心室的表达水平明显升高，而培哚普利能通过减少Fn14的表达来减轻心肌纤维化[9]。进一步的离体实验证实，TWEAK能过与Fn14受体结合激活NF-кB和P38丝裂原活化蛋白激酶信号通路来促进大鼠心肌成纤维细胞增殖和胶原合成[21,22]。最新的研究表明，敲除Fn14基因的小鼠能减轻因肺动脉结扎所致的右心室纤维化[6]。细胞实验证实Fn14激活能通过心肌素相关转录因子A信号通路诱导胶原表达、心肌纤维细胞增殖和肌纤维母细胞分化[6]。综上，这些证据表明TWEAK/ Fn14轴参与了心肌纤维化。

4 在心肌细胞增殖中的作用

传统观点认为，心肌细胞仅仅在胎儿出生前增殖，在出生之后不久即终止分化。成人心肌肥厚也是业已存在的心肌细胞发生扩大，但无增殖。然而，早在20世纪50年代中期Linzbach 等[23]已研究发现，在已心衰的人心脏上仍可见心肌细胞增殖。近年来人和动物的实验研究进一步证实了这一假说，发现在失代偿的心脏可见心肌细胞增殖[24]。上述研究表明，心肌细胞增殖参与了心室重塑的病理过程。

近来的研究证实，TWEAK能通过促进有丝分裂和诱导DNA合成从而诱导出生后的大鼠心肌细胞增殖。进一步研究表明，TWEAK通过Fn14信号通路介导DNA合成是细胞增殖的前提[19]。TWEAK/ Fn14相互作用的机制是TWEAK能激活磷酯酰肌醇3激酶、细胞外调节蛋白激酶和糖原合成酶激酶-3β亚型通路，通过它们的相互协同最终促进心肌细胞增殖。与新生的心肌细胞不同，由于成年的心肌细胞表达Fn14减少，故TWEAK几乎不能诱导其增殖。但是，TWEAK能显著诱导过表达Fn14的成年心肌细胞合成DNA。因此，推测TWEAK/Fn14也许在心肌细胞增殖中起着重要作用，因为来自心衰的心肌细胞Fn14的表达水平明显升高。然而，过表达TWEAK的转基因小鼠却显示进行性的心室功能不全而无任何心肌细胞增殖的证据[16]。因此，TWEAK能否促进在体的心肌细胞增殖仍需进一步研究。

5 在扩张型心肌病心脏收缩功能不全中的作用

心脏收缩功能不全是心脏失代偿的重要标志，它源自机械应力、缺血和某些激素，并由心脏不良重塑所致。Jain等[16]研究发现，全长TWEAK转基因小鼠能发生进行性扩张型心肌病随后发生心衰，并伴有明显的双心室扩大，这和其的心脏重量与体重之比以及肺湿重与干重比值的增加是一致的。扩张型心肌病的进展使全长TWEAK转基因小鼠的死亡率增加，仅50%能在半年后存活，而在对照组是100%存活。与全长TWEAK转基因小鼠相比，腺病毒转染TWEAK的小鼠血液中循环的TWEAK明显升高，在2至3周后更快地进展至心功能不全和心脏扩张。与全长TWEAK转基因小鼠类似，腺病毒转染TWEAK小鼠表现出显著的心脏扩大、心脏重量与体重之比明显增大、在体心室进行性扩张以及受损的收缩功能和胚胎基因程序改变。而缺乏Fn14受体的小鼠能正常存活且心脏功能正常，表明TWEAK诱导的心脏功能不全是通过Fn14实现的。新近研究证实，TWEAK能通过Fn14/肿瘤坏死因子受体相关因子2/NF-кB依赖的信号通路经下调过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α诱导扩张型心肌病心脏收缩功能不全[7]。上述结果表明，TWEAK/Fn14及其下游信号通路参与了扩张型心肌病所致的心衰。因此，针对上述通路进行干预治疗，有可能延缓心衰进程。

6 在急性心肌梗死后心脏重塑中的作用

不良心肌梗死后心脏重塑是一种病理过程，这一过程涉及在梗死和非梗死心肌中心肌细胞和细胞外基质结构和功能的进行性改变，并导致明显的左室腔扩张、间质纤维化、心肌细胞肥大、凋亡和收缩功能降低。研究表明TWEAK/ Fn14参与了心肌梗死后心脏重塑的病理过程。临床研究发现可溶性TWEAK在急性ST段抬高性心肌梗死病人明显升高[8]。在结扎左前降支导致大鼠急性心肌梗死的模型中，能观察到左室Fn14 mRNA和蛋白水平快速而持久性升高。除了在心肌梗死4周后TWEAK mRNA 水平有4.2倍的增长外，TWEAK mRNA和蛋白水平在心肌梗死组和对照组无差别[18]。与此结果类似，另一项研究证实TWEAK和Fn14 在小鼠梗死心肌中表达上调，重组可溶性TWEAK可通过诱发心脏破裂增加小鼠急性心肌梗死后的死亡率。这一作用是因重组TWEAK能上调大量细胞因子如γ干扰素、T细胞表达和分泌的活性调节蛋白和单核细胞趋化蛋白-1的表达，而这些细胞因子能招募炎性细胞并促进梗死边缘区炎症反应所致[25]。Chorianopoulos等[11]研究发现TWEAK和Fn14在小鼠左室非梗死心肌也显著上调。而且，在急性心肌梗死后第28天，TWEAK诱导的非梗死心肌T细胞表达和分泌的活性调节蛋白和单核细胞趋化蛋白-1表达的明显升高与TWEAK和Fn14和表达上调同时并存[17]。鉴于这两个表达升高的基因是依赖于NF-кB的，推测TWEAK/Fn14轴可能通过激活NF-кB信号通路促进急性心肌梗死后心脏重塑。近来研究表明，NF-κB抑制剂可能通过肿瘤坏死因子α及基质金属蛋白酶-9表达，降低胶原降解并抑制胶原合成来降低老龄小鼠急性心肌梗死后心脏破裂率，改善心室重构[26]。因此，应用针对TWEAK/Fn14/ NF-кB轴的特异性抗体或抑制剂来抑制急性心肌梗死后的心室重塑是可能的。

7 对急性心肌梗死或心力衰竭的预测价值

对急性ST段抬高性心肌梗死病人，入院时升高的可溶性TWEAK水平预示着短期预后不良且与住院时间的长短显著相关[8]。而与急性ST段抬高性心肌梗死或扩张型心肌病患者可溶性TWEAK水平升高的发现结果相反的是，近来的一项研究表明，在慢性稳定性心衰可溶性TWEAK水平显著降低[4]。而且，低的可溶性TWEAK水平能独立地预测晚期非缺血性心衰的病死率[5]和慢性稳定性心衰预后不良[4]。

总之，TWEAK-Fn14轴在心脏重塑包括心肌细胞肥大、间质纤维化、心肌细胞增殖、收缩功能不全和急性心肌梗死后重塑中发挥着重要的作用。升高和降低的可溶性TWEAK水平对急性心肌梗死和心衰病人预后有潜在的预测价值。目前研究表明TWEAK/ Fn14可能是心脏重塑及其相关疾病的一个新的治疗靶点，但其详细的作用机制尚需进一步研究。当前，针对类风湿性关节炎、红斑狼疮和实体肿瘤而研发的TWEAK及F14特异性抗体已进入I期临床试验阶段[27]；相信不久的将来，针对TWEAK/Fn14轴的特异性抗体也会应用于心脏重塑及其相关疾病的治疗中。

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250012 山东省济南市，山东省胸科医院 心内科（任满意、张小娟）；山东大学齐鲁医院 心内科（钟敬泉），

任满意 主治医师 博士研究生 主要从事心力衰竭、心律失常和冠心病的基础与临床研究 Email:renmy@163.com 通讯作者：钟敬泉Email:zjq_dr@163.com

R541

A

1000-3614（2014）03-0238-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2014.03.022

2013-11-12）

（助理编辑：曹洪红）