Toll样受体4信号通路与有氧运动康复疗法干预慢性心肌损伤



Toll样受体4信号通路与有氧运动康复疗法干预慢性心肌损伤

屈红林刘瑞莲

(宜春学院体育科学研究所，江西宜春336000)

关键词〔〕TLR4信号通路；有氧运动；康复疗法；慢性心肌损伤

第一作者：屈红林(1977-)，男，副教授，硕士，主要从事重大疾病及其康复研究。

Toll样受体(TLRs)为Toll蛋白家庭中的一个成员，TLR4是最早发现、研究最深的TLRs。随着TLR4在心肌损伤中的作用进一步阐明，其在心脏疾病中的治疗作用将会产生广阔的应用前景。TLR4信号通路的鉴定对于诊断慢性心肌损伤的病理检查具有较好的借鉴价值，同时，有氧运动康复疗法作为一种非药物疗法，日益受到广泛的关注，有氧运动康复疗法可改善心肌功能，使心肌产生适应性变化。本文就TLR4信号通路与有氧运动康复疗法干预慢性心肌损伤进行综述。

1慢性心肌损伤的产生机制

1.1心肌缺血引发心肌损伤心肌缺血是引发心肌损伤的常见原因之一，如心肌缺血引起的心肌细胞死亡成为冠心病患者最重要的致死原因。心肌细胞损伤包括凋亡和坏死两种形式。任何原因引起的冠状动脉阻塞使富含氧气的动脉血难以运输到相应的供血区，都可诱发心肌缺血，而随着心肌缺血状态的持续，将不可避免地诱导心肌发生以坏死为主的细胞死亡，最终导致严重的心肌梗死并可诱发心力衰竭。

1.2心肌缺氧诱发慢性心肌损伤心肌组织作为心脏舒缩活动的动力装置，主要承担心脏代谢的需要。在正常情况下，心肌需要的能量可通过氧化磷酸化过程供给，但当心肌处于长期缺氧状态时，则因能量代谢紊乱，影响其形态、结构及功能变化，诱发冠心病、慢性阻塞性肺疾病、睡眠呼吸暂停、高原病等病理改变。有研究已经证实长期缺氧可引起机体抗氧化防御系统受损，并诱发氧自由基的大量生成，使机体的氧自由基产生和清除的动态平衡遭到破坏，引起脂质、蛋白质和DNA的氧化损伤〔1〕。也有研究〔2〕发现Nagar-Olsen染色显示缺血缺氧心肌对复红液的着色强，分化时也不易脱色呈红色，而正常的心肌组织对分化液的抵抗力差，易脱色，多呈黄色或黄棕色。

1.3氧化应激引起慢性心肌损伤近年来大量研究〔3〕表明，多种病理或医疗造成的缺血缺氧及再灌注损伤的心肌组织引起的应激和脂质过氧化反应，导致氧自由基的产生过量，使心肌细胞处于活性氧或相关物质过量聚集的状态，对细胞产生多种毒性作用物质，同时还可能引起心肌细胞凋亡的出现，导致不可逆转的损伤。由于发生脂质过氧化反应的氧自由基对不饱和共价键有一种特殊的亲和力，较容易攻击生物膜磷脂中的不饱和脂肪酸，诱发脂质过氧化反应，还可使硫基(-SH)氧化，功能蛋白失活，此外，除损害细胞膜的完整性，还可因不饱和脂肪酸的变化影响细胞膜的流动性〔4〕。脂质过氧化反应致细胞膜受损常可导致膜通道包括Na+-K+-ATP酶、Na+-Ca2+等状态改变，进而加重心肌细胞的损伤。有时还会因氧化应激造成心肌细胞内DNA的氢键断裂、主链解旋等的DNA受损和碱基降解，重者造成心肌细胞死亡，轻者造成心肌细胞的生物活性改变。也有学者在大鼠心肌缺血再灌注性损伤实验中，发现氧自由基出现的同时，电镜下可见明显的线粒体肿胀、嵴排列紊乱、数量减少至消失，心肌细胞功能紊乱〔5〕。也有研究指出，当心肌组织因慢性心力衰竭引起的损伤时，各组织器官缺血缺氧、细胞内酸中毒、儿茶酚胺分泌物增加等常可通过引发脂质过氧化反应启动内皮功能受损，不断地生成脂质过氧化物损害血管内皮细胞的完整结构。任何原因引起内皮细胞受损时，其调节血管张力、维持凝血和纤溶系统的动态平衡将被打破，抑制血小板的聚集和活性、抗感染、抗氧化等作用下降，造成血管收缩与舒张功能异常，动脉阻力增加，心肌细胞坏死、纤维化，心功能受损，同时这一过程又反过来损伤内皮细胞功能，进一步加重损伤，由此产生恶性循环，致使其心肌慢性损伤加重〔6〕。脂质过氧化反应引起的氧自由基损伤也是在病毒性心肌炎发病过程中的重要致因〔7,8〕。

2慢性心肌损伤的病理改变

慢性心肌损伤的发生、发展过程中可能仅有一种病理改变，也可能包含心肌细胞的绝对或相对性缺血、缺氧、纤维化等多因素导致的心肌细胞损伤，通常有一些小分子蛋白质从细胞膜的破损或是坏死部位漏出，成为通过外周血液检测心肌细胞损伤的重要标志物。

在心肌纤维化过程中，成纤维细胞活化继而分泌大量胶原蛋白是纤维化发生、发展的重要环节，且有多种细胞因子与生长因子可刺激心肌成纤维细胞增殖和表型发生改变。大量研究显示转化生长因子(TGF)-β1作为最明确活跃的致纤维化细胞因子可诱导心肌纤维化，使大鼠心脏成纤维细胞合成和分泌胶原活动正确，Ⅰ型胶原的表达水平升高，而抑制TGF-β1可以逆转心肌纤维化，由此可以推断TGF-β1可成为药物治疗心肌纤维化的靶目标。

徐伟建等〔9〕通过造模发现慢性心肌损伤小鼠心肌间炎症细胞浸润明显，水肿变性，且存在散在的心肌纤维化，光镜下见肥大与变细心肌纤维相间杂，但排列较规则，心肌细胞非特异性退行性改变，空泡变性等较显著，另有小灶状瘢痕和间质纤维化，血管周围纤维化和肌细胞间纤维化较为突出，同时还伴有心内膜非特异性增厚，内膜平滑肌增生肥大；而长时间的慢性心肌损伤还会伴有钙化灶，心肌纤维化相当明显。唐瑶等〔10〕采用阿霉素处理的SD大鼠致慢性心肌损伤模型免疫组化HE染色显示心肌组织明显受损，心肌细胞呈部分水肿和空泡变性，肥大，部分肌源纤维溶解，心肌纤维断裂，出现明显的纤维化，心肌细胞间隙明显增宽，并伴有中性粒细胞及单核、淋巴细胞的浸润，间质内还可见毛细血管扩张性增生。

3有氧运动康复疗法对慢性心肌损伤的干预

以往在慢性心肌损伤疾病的治疗中比较强调休息的重要性，但近年来的大量实验研究〔11〕已经证实中低强度有氧运动可使机体产生良好的适应性效果，同时适宜负荷的运动可使心脏发生运动性心肌肥大、心动徐缓，心搏出量增加及心力储备增强等良性改变，使参与心肌细胞收缩的调节蛋白表达增加。系统的中低强度的有氧运动康复疗法有利于患者机体正常功能的发挥和改善，如有研究指出，有氧运动后心脏内部细微结构发生改变，主要表现在心肌毛细血管数量增加、结构重构、腔表面积增高，心肌纤维直径增加，心肌细胞体积增大，线粒体数量增多、功能增强，内膜和嵴体的体积与密度增大。

袁海平等〔12～14〕研究发现10 w中等强度游泳训练的大鼠心肌细胞内糖原含量明显增加，心脏工作能力有较大提高，心肌内游离Ca2+增加，促进心肌收缩，增强心脏功能。任力等〔15〕通过研究步行、太极拳等有氧运动处方的形式对慢性心力衰竭引起的心肌细胞损伤患者的干预作用，发现虽然运动治疗本身对心肌细胞无影响，但运动一方面可以通过逆转异常的骨骼肌结构与生化改变，增加局部肌肉的剪切力等作用使血管内皮功能得到改善，另一方面通过改善患者的自主神经功能，降低过高的交感神经活性，增加副交感神经张力，减少各种对心肌有毒性作用的介质使心肌细胞的损伤减轻，增加心肌细胞的有氧代谢能力和收缩能力，进而降低患者慢性心肌损伤的标志物浓度，改善心肌损伤的病理程度。高艳玲等〔16,17〕研究发现常规治疗加运动治疗较单纯常规治疗，更有助于改善心肌细胞损伤程度，这一结果显示运动治疗对心肌细胞损伤有明显的改善作用，其作用机制可能是运动训练改善心力衰竭患者的自主神经功能，打破肾素-血管紧张素系统、交感神经系统激活与心肌损伤之间的恶性循环，减轻心肌损伤的结果；相对比而言，单纯进行常规治疗而不加以运动疗法施治，常可引起骨骼肌萎缩、肺换气和心功能降低，体力下降等不良反应，对于其心肌损伤的康复不利。

4TLR4信号通路对慢性心肌损伤干预

TLR主要表达于单核细胞、巨噬细胞、树突细胞、淋巴细胞、多形核细胞及自然杀伤细胞等的表面，可直接识别结合某些病体及其产物共有的高度保守的特定分子结构，对不同病原分子模式进行识别与结合，引发一系列的信号转导，进而释放炎性介质，直至最终激活获得性免疫系统〔18〕。作为人类发现的第一个TLR相关蛋白的TLR4是介导内毒素/脂多糖(LPS)应答的最主要受体〔19，20〕，TLR4为哺乳动物将细胞外抗原识别信息向细胞内传递并引发炎症反应的关键跨膜蛋白，是机体炎性反应链的启动蛋白，外源性配体与内源性配体均可激活TLR4信号通路，通过信号级联反应激活核转录因子(NF)-κB，引起一系列的炎症应答，上调肿瘤细胞坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-1、IL-6等原发性促炎介质基因的表达增加，炎性因子的释放、细胞黏附分子产生和炎症细胞募集等，导致相应炎症介质的合成增加与瀑链式释放、趋化和激活中性粒细胞，活化淋巴细胞，激发针对病毒的炎症反应，促成炎症的发生与发展〔21，22〕，这一促炎介质又反过来以正反馈的级联放大效应进一步激活NF-κB，最终导致不可逆的心肌损伤，其中TNF-α的过度分泌，可以直接损伤心肌细胞，也可导致免疫调节网络功能失常，形成自身免疫反应〔23〕。因此，TLR4信号通路是介导内毒素诱导的炎性反应的最重要通路，此外，其还可识别呼吸道合胞病毒蛋白F、饱和与不饱和脂肪酸、热休克蛋白、透明质酸片段、分枝杆菌病成分、表面活性蛋白A等，作为近年来营养性肥胖、心肌梗死、哮喘、动脉粥样硬化等疾病引起的非细菌性炎症反应的重要判定指标〔24，25〕。TLR4结构可分跨膜域、胞外域和胞内域3个区域，其中胞外域是一段重复的亮氨酸序列，可与CD14结合，介导病原相关分子模式的识别，胞内域为一段与IL-1受体胞内区同源的高度保守序列，又称为Toll/IL-1受体(TIR)区域。在TLR4结合相应配体后，信号转导至TIR区域，再进一步激活NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶信号通路，促进各种炎性细胞因子基因表达的激活〔26〕。内毒素/LPS激活的TLR4/NF-κB信号通路主要是通过髓样分化因子(MyD)88依赖的信号通路和MyD88非依赖的信号通路两种，且两者之间相互作用，相互依赖，共同完成信号转导的过程。TLR4参与心血管系统的炎症反应，严重的感染性疾病常会引起血管内皮损伤，导致血管漏的形成。有研究显示，LPS诱导的炎性反应会引起内皮细胞增生和TLR4表达增加，虽TLR4与LPS的调节机制仍不清楚，但两者相互作用导致血管平滑肌细胞的增生与动脉硬化的发生与发展有密切关系〔27〕。TLR4/NF-κB信号转导通路的活化介导了众多炎症因子的表达，这些炎症因子同时也参与了心肌损伤的炎症反应〔28〕。Pasini等〔29〕研究发现在不稳定性心绞痛患者中，氧化低密度脂蛋白可对通过血液中单核细胞CD14和TLR4的表达上调而引起细胞因子的过度表达，由此推测氧化低密度脂蛋白可能是通过TLR4信号通路产生炎性反应。Oyama等〔30，31〕研究发现TLR4基因缺乏的大鼠心肌梗死范围及炎性反应明显小于对照组，证实TLR4参与了心肌梗死缺血/再灌注损伤的非细菌性炎性反应。也有研究发现慢性应激后可以引起主动脉TLR4 mRNA和下游的IL-6和TNF-α表达增多，同样，TLR4依赖性的NF-κB激活和促有丝分裂原应激激活蛋白激酶磷酸化导致IL-6从巨噬细胞释放〔32〕。王荣平〔33〕研究也发现慢性心理应激后心肌TLR4表达明显增加，应激1 w即达高峰，持续至3 w后逐渐下降，4 w时恢复至正常水平，应激1 d后NF-κB即高表达，2 w后又出现一个高峰，细胞因子在慢性应激后逐渐上升，4 w时达高峰，说明慢性心理应激后可激活TLR4及相关信号通路，且TLR4参与了应激过程。实验研究证实慢性应激激活TLR4并导致下游细胞因子释放，进而导致心脏损伤。Caso等〔34〕研究结果显示TLR4缺陷鼠在亚急性应激后表现出较好的行为状态，持续大脑中动脉阻塞后，缺陷鼠梗死面积较正常鼠小，而用TLR4阻断剂E25564预处理后，减轻了缺血再灌注损伤后的炎症反应，这提示TLR4在心肌损伤中具有重要作用。已经证实，Knuefermann等〔35〕在革兰阴性菌感染休克模型中，LPS引起血管损伤后，作为先天性免疫系统重要组成部分的血管内皮细胞表达TLR4，TLR4激活后分泌大量TNF、IL-1等细胞因子，并可单独或协同介导病原体对心肌细胞的损害，加速充血性心力衰竭的发生，参与动脉粥样硬化的形成〔36,37〕。另有研究表明TLR4的表达水平与左室心肌肥厚程度、心肌收缩功能指数显著相关，且与左室心肌纤维化呈正相关，由此可以判定TLR4信号通路的活化介导免疫炎症反应，可能参与心室肥厚的发生与发展〔38～40〕。

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〔2014-12-07修回〕

(编辑杜娟)

通讯作者：刘瑞莲(1977-)，女，实验师，硕士，主要从事重大疾病的运动康复疗法研究。

基金项目：江西省科技厅科技支撑计划项目(2010BSA12200)；江西省教育厅科技项目(GJJ14706)

中图分类号〔〕G875〔

文献标识码〕A〔

文章编号〕1005-9202(2016)01-0235-04；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.01.107