氧化应激致心室重构的研究进展

朱凯媛，蔡 辉

(1.南京中医药大学，江苏 南京 210029;2.南京军区南京总医院中西医结合科，江苏南京 210002)

心室重构是指心肌对压力或容量超负荷产生代偿性、适应性改变，包括心肌细胞肥大、间质纤维化和心肌细胞凋亡等，进而发展为心力衰竭。心室重构不仅表现为几何形态学的改变，也体现在细胞间信号传导、细胞外基质及基因表达的改变上，是许多严重心血管疾病末期的共同通路。而氧化应激在心室重构的发生发展过程中发挥着重要作用，活性氧(ROS)可以通过多种途径促进心肌肥厚、间质纤维化和心肌细胞凋亡，从而导致心室重构。现就近年来氧化应激与心室重构的关系及相关药物治疗作一简要综述。

1 氧化应激概述

1.1 ROS的产生与来源 氧化应激指机体受到各种有害刺激后，组织间或细胞内氧自由基的产生与抗氧化之间失衡，进而造成组织损伤，引发各类疾病。血管内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞均能产生ROS。ROS主要包括超氧阴离子(O2·)、羟自由基(OH·)、过氧化氢(H2O2)、一氧化氮(NO·)等。体内ROS的来源多种多样，除线粒体电子传递链外，还有还原型辅酶I/还原型辅酶Ⅱ(NADH/NADPH氧化酶)、黄嘌呤氧化酶(XO)、髓过氧化物酶(MPO)、脂氧合酶(LO)、一氧化氮合酶(NOS)等［1］，各种途径相互联系相互影响，其中 NADH/NADPH氧化酶是生成ROS的“心脏”［2］。

1.2 ROS的效应 生理情况下体内的ROS生成与清除间处于动态平衡状态，具有杀死有害微生物、调节免疫等独特作用。而在病理条件下，当ROS累积超过机体抗氧化防御能力时，生成与清除间的动态平衡被打破，ROS快速累积，引起脂质、蛋白质和核酸的氧化损伤，从而引起氧化应激，最终导致组织损伤，疾病的发生。另有研究发现，ROS还可作为细胞间信号转导调控某些基因的表达，紫外线照射、电磁辐射、吸烟也能促使ROS产生，导致氧化应激［3］。

2 氧化应激与心室重构

2.1 氧化应激与炎性因子 心肌细胞在缺氧损伤情况下炎性细胞因子表达水平升高，触发炎症反应，包括促炎症反应分子及黏附分子的表达增强和细胞定向迁移，抑制心肌收缩力，加重心功能恶化，引起心室重构。大量炎性细胞因子累积还可加速成纤维细胞的分化，胶原异常沉积导致心肌细胞结构变化，进一步加速心室重构的进程。李恩等［4］通过罗格列酮对心肌梗死大鼠心室重构的影响及其炎性因子关系的研究发现，炎性因子如肿瘤坏死因子 α(TNF-α)、干扰素 γ(IFN-γ)、白细胞介素 1β(IL-1β)在心肌梗死大鼠心肌细胞表达明显升高，说明其参与了梗死后的心室重构过程，且其表达与左室功能密切相关。IFN-γ和TNF-α是已知的触发增加ROS表达的炎性细胞因子，Kurokawa等［5］通过对谷胱甘肽耗尽的大鼠原始高氧化状态下心室重构和心律失常的研究发现，模型大鼠IFN-γ和TNF-α表达含量增加，BSO(L-buthionine-sulfoximine，30 mmol·L-1，连续 14 d)注射可抑制 γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽系统，IFN-γ和TNF-α的表达水平在BSO处理的大鼠中没有增加，组织学检查发现经BSO处理的大鼠心室结构没有异常，说明BSO可抑制心室重构的炎症反应。另有研究发现核因子κB(NF-κB)的激活在心室重构中起重要作用，NF-κB信号通路与心肌细胞凋亡、平滑肌细胞增殖和炎症反应有密切关联，在心室重构中，NF-κB激活，其下游因子白细胞介素1(IL-1)、白细胞介素6(IL-6)和TNF-α等表达增加，这些炎性因子具有促进心肌纤维化和心肌细胞凋亡的作用，NF-κB激活，还可进一步上调诱导型NOS/NO的表达，加重心肌组织损伤［6］。

2.2 氧化应激与心肌细胞凋亡 ROS引起的细胞凋亡效应要强于其所引起的细胞增殖现象，是炎症介导与机械应力性损伤的早期事件，细胞凋亡在心肌缺血再灌注(I/R)损伤、心力衰竭等病理进程中发挥重要作用，参与心室重构的全过程。心肌细胞凋亡主要通过两条途径产生，即线粒体途径和死亡受体途径，其中，线粒体途径在细胞凋亡过程中扮演着重要角色，可由氧化应激、缺血缺氧和I/R等病理因素诱导，凋亡时线粒体结构和功能发生亚结构水平上的重构，并将凋亡基因调节蛋白(包括细胞色素C等)释放入细胞质中，进一步诱导细胞凋亡的发生。而细胞表面受体(例如细胞因子和G蛋白偶联受体)活化后产生的ROS，可直接与蛋白质、DNA和脂质体反应，引起蛋白质氧化、DNA链断裂、细胞膜脂质过氧化等变化，导致心肌细胞凋亡。李贵芝等［7］研究结果显示内皮型一氧化氮合酶(eNOS)在调节心肌细胞凋亡过程中发挥着重要作用，eNOS可减缓心肌损伤后的心室重构，发挥心肌保护作用。糖尿病大鼠心肌组织的丙二醛(MDA)含量增加，而超氧化物歧化酶(SOD)活力降低，eNOS表达明显减少，表明心肌细胞在高糖环境中氧化应激增强，保护效应减弱，导致了心肌细胞损害和间质胶原增生等组织结构改变。

2.3 氧化应激与心肌纤维化 心肌纤维化可影响室壁僵硬度、心室顺应性以及心脏舒张等功能。心肌实质组织减少，可间接影响收缩功能，最终可导致心室重构、心功能不全的发生。而氧化应激损伤在心肌纤维化发生发展中的作用越来越受到关注，ROS可激活成纤维细胞，使心肌细胞凋亡、心肌纤维化，最终导致心室扩张、心功能衰退、心室重构。丁贵娥等［8］通过研究Exendin-4抗氧化应激减轻糖尿病心肌病心肌纤维化的实验发现，Exendin-4可以通过提高糖尿病大鼠心肌抗氧化物质血红素加氧酶-1(HO-1)的含量减弱氧化应激，减轻心肌纤维化，对心室重构有一定的防治作用。Rafacho等［9］研究表明，烟草烟雾暴露可增加间质胶原容积分数，而胶原蛋白的积累与传导异常和渐进性心功能不全有关，虽然在烟草暴露两周组中胶原的增加与死亡率增加无相关性，但可导致左心室功能障碍。另有很强的证据显示，NADPH氧化酶与间质纤维化的发展有关，在压力超负荷模型中，NADPH氧化酶2缺乏的小鼠间质纤维化受到抑制。此研究数据表明，NADPH氧化酶活性可以通过不同途径调节参与心肌纤维化和心肌肥厚。

2.4 氧化应激与脂质过氧化 近年来研究发现脂肪组织可分泌大量具有生物活性的因子，同时有些因子可以直接或间接地通过ROS调节心肌肥大。冯俊等［10］研究发现Apelin是一种新发现的由脂肪组织细胞产生和分泌的脂肪素，可通过与孤儿G蛋白受体APJ耦联发挥其生物作用。通过对细胞ROS的研究发现，Apelin可以降低细胞的ROS水平，表明其具有抗氧化作用，提示其可能是通过抗氧化作用来降低心肌肥大细胞［3H］亮氨酸的摄入以及细胞面积减少。本研究发现在给予SOD的抑制剂DETC后，Apelin降低ROS的作用被抑制，因此提示Apelin的作用在ROS的降解过程。Azevedo等［11］通过对脂溶性维生素A缺乏的大鼠引起心室重构的研究发现，组织维生素A缺乏可通过增加左心室舒张末期容积引起心室扩大，它充分证明了心室扩张在心室重构中起着关键的作用，生化、遗传和结构的改变是进行性心室功能障碍的原因，此研究证实组织维生素A缺乏可刺激心脏重构和心功能不全。边云飞等［12］研究发现内源性硫化氢是体内含硫氨基酸的代谢终末产物，在心血管系统中发挥重要的生理效应，包括负性肌力、舒张血管、抑制血管重构等，研究发现缺血的心肌组织中H2S水平下降，外源性给予硫化氢(H2S)供体硫化氢钠(NaHS)后可减少心内膜下心肌坏死、炎性细胞浸润、脂质过氧化产物，包括心肌和血浆MDA、共轭二烯也都减少，其作用机制可能与H2S直接清除氧自由基和减少脂质过氧化反应有关。

2.5 氧化应激与细胞信号传导 氧化应激对细胞结构和功能有直接作用，并可激活心室重构中的信号分子，刺激心肌生长、基质重构和细胞功能障碍，ROS依赖的细胞内信号传导的调制与心室重构有关，涉及激活数个下游信号通路。首先，ROS广泛激活肥大信号激酶和转录因子。ROS刺激酪氨酸激酶(Src)、蛋白激酶C(PKC)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和c-Jun氨基端激酶(JNK)的激活。低水平的H2O2与MAPK的激活和蛋白质的合成有关，而高水平H2O2刺激MAPK、JNK和蛋白激酶B(Akt)诱导细胞凋亡;其次，ROS诱导细胞凋亡是心室重构与心力衰竭的另一个重要因素，这由ROS介导的DNA和线粒体损伤与凋亡信号激酶的激活引起的;另外，ROS可引起DNA链断裂，激活聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1(PARP-1)。PARP-1调节多种炎症介质的表达，促进心室重构的进展;ROS还可激活基质金属蛋白酶(MMPs)，它是一种非活性形式，并且由ROS与该前肽自抑制域与半胱氨酸靶向相互作用后转录活化，MMPs在正常的组织重构过程中发挥举足轻重的作用，如细胞迁移、侵袭、增殖和凋亡，MMPs在心衰中表达增加。另有证据显示，ROS可刺激NF-κB，Ets转录因子和转录激活因子(AP-1)促进MMP的表达。由于MMP可以被ROS激活，因此在心室重构中MMP的激活依赖于ROS的增加，持续的MMP活化可影响心肌的结构特性，促进心室重构的形成［13］。

3 抗氧化药物干预心室重构的研究进展

3.1 西药 已有大量研究证明，多种抗氧化剂可延缓心室重构的发生发展，如他汀类、血管紧张素转换酶抑制剂类(ACEI)、血管紧张素抑制剂以及维生素E、维生素C等。他汀类药物可阻止氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)对NOS的下调，通过抑制ox-LDL的吸收与产生，降低类异戊二烯的生物合成，减少血管及内皮细胞超氧阴离子的形成而发挥其抗氧化效应。氟伐他汀能够延缓扩张型心肌病的心室重构，改善心脏功能，发挥对心脏的保护作用，这可能与氟伐他汀的抗氧化应激作用相关［14］。Inamoto等［15］研究表明，间歇低氧可能通过氧化应激和炎症诱导导致心室重构，匹伐他汀可以通过抑制氧化应激和炎症反应至少部分防止间歇低氧诱导的形态学改变。Vanzelli等［16］通过对卡维地洛联合有氧运动改善小鼠心肌收缩和重构的综合效应研究显示，增加运动耐量，改善心室功能和减少心脏重构与提高心血管疾病生存率关系密切，在接受卡维地洛治疗组中，提高运动耐量可限制重建心室收缩力和抗心室重构。Nishioka等［17］通过研究小鼠对塞利洛尔减少氧化应激和低氧应激诱导的左心室重构发现，尽管塞利洛尔100 mg·d-1的治疗没有产生血流动力学改变，但这个剂量可显著降低氧化应激和超氧化物的产生。因此，塞利洛尔可能减弱血管周围纤维化和通过减少氧化应激的影响减弱暴露于低氧中的小鼠心肌恶化。Xie等［18］研究HDAC抑制剂对心室重构的作用发现，HDAC抑制剂对临床常见的压力超负荷和I/R损伤引起的心室重构有一定的功效。鉴于临床尚无有效药物治疗压力负荷和I/R诱导的左室重构，目前需要经FDA批准HDAC抑制剂在人类的运用是引人关注的。Nagai等［19］通过对二十碳五烯酸(EPA)研究发现，EPA可有效抑制C反应蛋白(CRP)对超负荷引起的心脏重构的不良反应，其作用通过减弱炎症反应和氧化应激产生。这些研究结果也支持使用EPA作为一种治疗慢性压力超负荷引起心室重构的新策略。

3.2 中药 目前中医药作为抗氧化治疗的一部分在我国已取得一定进展。近年研究发现，多种中药及其中药成分可通过抑制ROS产生、清除自由基以及对抗脂质过氧化反应等改善心肌供血及心功能，防治心室重构。郭洁文等［20］发现三七总皂苷可抑制模型大鼠ACE2的释放，还对脂质过氧化反应及TNF-α的释放有抑制作用，还可通过抑制MMP的释放来进一步减轻心肌细胞损伤。杨琳等［21］发现三七总皂苷能提高内源性SOD活性，降低线粒体DNA相对含量及MDA含量，证明了三七总皂苷有保护心肌、改善心室重构的作用。杨海波等［22］发现黄芪苷Ⅳ可降低心衰患者的内皮素水平，进而降低平均动脉压及毛细血管楔压，并增加心输出量，进一步改善患者的心功能，达到改善心室重构的目的，从而证明了黄芪有益气养心、利水消肿之功效。张蓓蓓等［23］发现丹参酮ⅡA可以抑制心肌成纤维细胞增殖和血管内皮素1(ET-1)的表达，还能抑制血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)诱导的ROS合成和ERK磷酸化，从而阻止心肌纤维化。Li等［24］通过研究芪参益气对减弱左室重构大鼠炎症和纤维化的实验发现，模型组动物通过减少收缩和舒张心肌血流动力学改变，减弱抗氧化防御(减少SOD活性)与增加心肌ROS的产生(上调MDA和NADPH氧化酶)，研究提示芪参益气治疗能减轻氧化应激改变上述的心脏重构的指标(胶原蛋白Ⅱ和Ⅲ)以及MMP-2和 MMP-9，同时它也降低 TNFα-NF-kB和 IL-6-STAT3。

4 小结与展望

氧化应激作为心室重构的发病机制之一，在疾病的进程中发挥着重要作用，并与其他病理生理机制相互联系相互作用，共同促进心室重构的发生发展。然而，ROS的作用机制现仍不十分清楚，有待进一步研究发现，比如体内哪些因素是启动ROS产生的关键点;在不同血管部位ROS的生物效应是否一致;由ROS引起的多条信号通路在血管病理生理状态下如何整合等。抗氧化剂有可能成为治疗或预防心室重构的新靶点，继续寻找副作用小、耐受性好的抗氧化剂，并观察抗氧化剂治疗在心室重构患者中的长期应用，并针对ROS在心室重构过程中的信号传导途径及干预方式进一步研究开发新药，寻找治疗突破口。

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