半乳糖凝集素3在心肌梗死中的研究进展

颜晶　综述　常静　审校

(重庆医科大学附属第一医院心内科，重庆400016)



半乳糖凝集素3在心肌梗死中的研究进展

颜晶综述常静审校

(重庆医科大学附属第一医院心内科，重庆400016)

【摘要】半乳糖凝集素3作为一种炎症相关因子参与细胞的凋亡、增殖及再生。近年来，研究发现其在心肌梗死后心脏重塑方面亦发挥重要作用，两者有着密切的联系，现就半乳糖凝集素3作为一种心肌梗死后心肌纤维化的标志物的研究进展做一综述。

【关键词】半乳糖凝集素3；心肌梗死；心脏重塑；心肌纤维化

半乳糖凝集素3(galectin-3)作为一种炎症因子，主要通过介导纤维母细胞的激活及巨噬细胞的浸润，参与心、肾、肺、肝脏等器官的炎症和纤维化的病理生理过程。既往大量研究已证实，galectin-3与心力衰竭严重程度密切相关，对心力衰竭短期及长期的病死率均有很高的预测价值，因此临床上已将其作为评估心力衰竭的新型生物标志物。而近年来，galectin-3在心肌梗死后心脏重塑方面逐渐成为新的研究热点，现就该方面的研究进展进行综述。

1galectin-3的结构、产生及作用

galectins属于古老的凝集素家族，具有保守的氨基酸序列，能特异地识别β-糖苷[1]。galectins广泛存在于海绵动物、真菌、昆虫、脊椎动物甚至病毒中[2]。galectins均包含保守的C端糖识别结构域(C-terminal carbohydrate-recognition domain，CRD)，根据CRD的数量和结构组成，家族成员被分为3个亚型：原型(galectin-1、-2、-5、-7、-10、-11、-13和-14)、串联重复型(galectin-4、-6、-8、-9和-12)和嵌合型(galectin-3)[1]。

galectin-3是家族中唯一的脊椎动物嵌合型半乳糖凝集素，分子量为29 000～35 000，由位于14号染色体上的LGALS3单基因编码，其包含6个外显子和5个内含子[2]。galectin-3单一的多肽链形成了2个不同的结构域：N端结构域(N-terminal domain，ND)和CRD。ND包含110～130个氨基酸，由多个脯-甘-丙-酪-脯-甘氨基酸重复序列组成，紧随其后的是3个额外的氨基酸。ND通过Tyr102和相邻的残基与CRD一起参与低聚糖的绑定，还介导多聚体的形成，在凝集素与配体集群的结合中起积极的协同作用。此外，galectin-3磷酸化的位点在ND的Ser6，磷酸化可以降低galectin-3与配体的结合能力，但在1型蛋白磷酸酶的脱磷酸化作用后其结合力可完全恢复。CRD是一个由大约130个氨基酸组成的球状结构，调控整个糖结合位点，在CRD中有一个NWGR序列(天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-精氨酸)，它与Bcl-2蛋白质的BH1有高度同源性，能通过缺乏糖配体的CRD参与galectin-3的交联。NWGR中的色氨酸被亮氨酸置换使galectin-3不能形成同源二聚体结构[2]。galectin-3通过CRD参与细胞间、细胞与细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的相互作用，受体聚集、信号转化和糖蛋白-半乳糖凝集晶格的形成，从而发挥生物效应[2]。

galectin-3主要是由巨噬细胞产生，但许多在心肌梗死过程中发挥重要调控作用的细胞如中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞以及成纤维细胞也被发现可以生产galectin-3[2-3]。galectin-3在细胞核和细胞质中合成后经非经典途径分泌到细胞表面及细胞外间隙[1]。galectin-3表达的调控涉及到大量的转录因子和信号通路(如cAMP-反应元件结合蛋白或NF-κB转录因子)，并取决于细胞类型、外部刺激和环境条件[2]。既往研究显示galectin-3在多种生物进程及不同的病理生理过程中发挥着重要的作用，如细胞凋亡、免疫应答，肿瘤的增殖、转化和转移。近年来发现，galectin-3与心肌纤维化存在密切的联系，可作为心肌纤维化的独立预测因子[4-5]。

2galectin-3与纤维化

心肌损伤后，单核-巨噬细胞系统激活，大量galectin-3被分泌到细胞外间隙，将细胞周期蛋白D1激活，诱导心脏成纤维细胞活化，使细胞骨架蛋白和细胞外Ⅰ型胶原蛋白α-1链的表达增加，在脯氨酰4-羟化酶和热休克蛋白等作用下前胶原链的Pro 和Lys 羟基化及糖基化增强，引起前胶原折叠，并运输至细胞间隙，在Ⅰ型前胶原氨基酸前肽和赖氨酰氧化酶等作用下，前肽N端和C端断裂，胶原形成，并发生聚集、耦联，持续的炎症会促进这个过程不断重复，从而加速心肌纤维化进程[1,3]。此外，galectin-3不仅影响小型元件如Ⅰ型胶原蛋白的合成，还能通过金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP) 和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs) 来减少ECM降解从而进一步促进纤维化[1]。在体外，Sharma等[4]用重组galectin-3处理小鼠纤维母细胞，发现纤维母细胞被激活为成纤维细胞，后者可产生和分泌基质蛋白，包括胶原蛋白、纤维连接蛋白和转化生长因子-β(transforming growth factor，TGF-β)。在体内，也有观察研究证实了galectin-3在心脏纤维化和重构中的重要作用。Sharma等[4]发现在高血压大鼠中galectin-3可促进心脏巨噬细胞浸润，诱导成纤维细胞的增殖，从而促进心肌纤维化过程。此外，在该研究中还通过荧光免疫显微镜技术观察到galectin-3的结合位点在ECM及心肌成纤维细胞。Yu等[3]对galectin-3基因敲除的大鼠和野生型大鼠注入血管紧张素Ⅱ或施以横向主动脉缩窄术以引发心脏重塑，结果显示，野生大鼠出现了左心室肥大、左室舒张末期压力增加及纤维化等表现，而galectin-3基因敲除的大鼠虽也出现左室肥大但却没有发生左心室功能障碍和纤维化，这进一步证实了galectin-3在促纤维化及心室重塑中的作用。除了心肌纤维化，galectin-3在血管[6-7]、肝[8]、肾[9]和肺纤维化[10-11]中均发挥作用。

3galectin-3促进心肌梗死后的心脏重塑

3.1实验室研究

Sanchez-Mas等[12]研究了大鼠心肌梗死后galectin-3在心肌组织中的表达，将大鼠的冠状动脉左前降支持续地结扎，分别将它们在心肌梗死后第1、2、4、12和24周处死，随后的观察发现，galectin-3 mRNA的表达在梗死区域增加，并在心肌梗死后1周达高峰，在接下来的几周逐步减少，其他纤维化标志物如Ⅰ型胶原蛋白、Ⅲ型胶原蛋白和TIMP-1与galectin-3的变化类似，此外经超声心动图评估发现心肌梗死后的大鼠左心室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)显著下降，左心室舒张末期和收缩末期容量显著增加。Hashmi等[13]在动物研究中发现, 心肌梗死后60 min和24 h，galectin-3的mRNA水平和蛋白质表达明显升高，这个实验首次表明了在缺血早期galectin-3在转录及翻译水平均明显升高，同时也显示galectin-3在心肌梗死早期产生于心肌细胞和内皮细胞，这些发现有助于理解急性心肌梗死后心肌的早期反应机制，并对寻找挽救存活心肌的方法有很大的帮助。为了进一步研究galectin-3在心脏重塑的作用，Gonzalez等[14]将galectin-3基因敲除大鼠的冠状动脉结扎，与对照组大鼠比较，galectin-3基因敲除大鼠显示出病死率增加的趋势，而且心肌梗死1周后心肌肥厚和肺淤血加重了，研究者认为出现这些现象是因为galectin-3基因的缺失减弱了巨噬细胞的浸润及纤维化，使梗死面积增大，从而加剧了心脏的不良重塑和心功能障碍，最终导致心力衰竭的发生。

这些研究提示：galectin-3在心肌梗死后的心脏重塑过程中发挥着活跃的作用，它会引起慢性纤维激活和组织纤维化增加从而导致心脏发生重塑。

3.2临床研究

Mayr等[15]报道了心肌梗死后患者左心室功能与galectin-3水平之间的关系。研究中采用心脏磁共振成像(cardiac magnetic resonance，CMR)的增强技术对心肌功能做出了高分辨率描述。29例接受了再灌注治疗的ST段抬高型心肌梗死(ST elevation myocardial infarction，STEMI)患者，4个月后对患者进行了galectin-3测量和CMR检查。结果表明galectin-3水平与LVEF之间的关系没有统计学意义，但仍然发现4个月后galectin-3水平高的患者LVEF明显受损。由于这个研究样本量有限，这些结论并没有很强的说服力。在一个稍大样本(100例)STEMI患者的研究中，在基线和24周时CMR检查，结果显示LVEF在基线和24周之间明显增加，galectin-3的基线与24周时LVEF呈负相关[16]。也有不同的结论，一项包括145例心肌梗死患者的研究发现：急性心肌梗死后3～5 d时的galectin-3水平与LVEF并没有明显关系，研究者分析认为：纳入研究的患者均为左心室功能保留者，且均成功接受了经皮冠状动脉介入术(PCI)治疗可能是得出阴性结果的原因[17]。

大量研究已显示可以将galectin-3作为心力衰竭预后的独立预测因子，而对于其在心肌梗死方面的研究也有报道。Tsai等[18]采集了196例接受PCI治疗的STEMI患者的血样本，发现PCI后6 h的galectin-3水平明显升高，经多变量分析得出结论：升高的galectin-3水平可作为30 d主要不良临床事件(包括终末期的充血性心力衰竭或30 d的死亡)的独立预测因子。在一项包括711例非ST段抬高型急性冠状动脉综合征与STEMI患者的观察研究中，用COX比例风险回归模型分析后得出结论：升高的galectin-3与N端脑利钠肽(N-terminal probrain natriuretic peptide，NT-proBNP)血浆水平是心力衰竭和死亡的独立预测因子[19]。

Szadkowska等[17]研究发现，在心肌梗死早期，galectin-3水平高于中位数的的患者再发心肌梗死的概率明显增高(再梗死原因多为冠状动脉病变发展或支架内再狭窄)，且经ROC曲线分析显示最佳的再梗死预测界限值为18.1 ng/mL，而超敏C反应蛋白对再梗死的预测与galectin-3相比敏感性相似但特异性稍低，在住院期间galectin-3水平升高的心肌梗死患者更容易出现新发心房颤动和心力衰竭。

此外，还有研究发现心肌梗死后galectin-3与某些生物标志物之间也存在密切的关系，如在早期与NT-proBNP存在正相关，但随着时间的推移，galectin-3的水平变化不明显，而NT-proBNP 的水平却明显下降。除了利钠肽，galectin-3与其他ECM标志物，如MMPs-3、 TIMP-1、单细胞趋化蛋白-1和白介素-8也存在重要的联系，它可能影响多种ECM标志物的独立路径，并可能提供巨噬细胞活化与纤维化之间的联系[16]。

以上研究由于样本量小和受心肌梗死后测量时间的影响，这些结论是有限的，需要更大型的临床研究来进一步验证。

4galectin-3——一种治疗的新靶点

4.1盐皮质激素受体拮抗剂

临床上盐皮质激素受体拮抗剂(mineralcorticoid recept antagonist，MRAs)能够改善心肌梗死后慢性心力衰竭患者的生存[20]，其中可能的机制与MRAs对galectin-3表达的逆转有关。Calvier等[21]做的一项高血压大鼠研究显示，使用MRAs治疗后，大鼠心脏和肾脏的galectin-3表达明显减少，因此推测MRAs可能会改变galectin-3的生物活性和随后的左心室重塑。Lax等[22]在一个心肌梗死大鼠模型中(永久性结扎冠状动脉左前降支)对MRAa的治疗效果进行了研究，大鼠被随机分为4组(没有接受治疗组、依普利酮组、螺内酯组和接受假手术组)，4周后死亡，测定梗死心肌中的galectin-3基因表达以及参与galectin-3分子信号通路的分子：TGF-β及其信号蛋白SMAD-3，结果发现MRAs治疗组galectin-3、TGF-β和SMAD-3的表达水平显著降低。经测量胶原容积百分比及Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白和TIMP-1的mRNA表达发现心肌纤维化减弱。该研究提示，心肌梗死后MRAs通过干预galectin-3的信号通路发挥了抗纤维化和抗炎的作用。

4.2galectin-3抑制剂

4.2.1N-乙酰丝-天冬-赖-脯氨酸

N-乙酰丝-天冬-赖-脯氨酸(Ac-SDKP)是一种天然的多肽，具有抗炎抗纤维化的作用。Liu等[23]在大鼠的心包中注入galectin-3后发现巨噬细胞、肥大细胞浸润增强，心肌间质纤维化增加，心脏肥大明显，而加入Ac-SDKP后这些改变即减轻，心脏纤维化减少。该试验提示Ac-SDKP能阻止galectin-3介导的纤维化，从而抑制心脏重塑。

4.2.2果胶

已有研究表明，果胶与galectin-3的CRD结合可以降低galectin-3活性。目前主要用于研究的果胶是经改良后的柑橘果胶(modified citrus pectin，MCP)，一种从柑橘果肉及果皮中提取出来的多糖。在心力衰竭、肾脏疾病[24]和肝脏疾病的研究中均发现了MCP对galectin-3的抑制效应。Calvier等[6]在醛固酮诱导的大鼠心力衰竭模型的研究中发现MCP可以减少Ⅰ型胶原蛋白的生成。在急性肾损伤[24]和高血压肾病模型[25]的研究中还发现MCP能有效地抗纤维化。

4.2.3N-乙酰氨基乳糖

N-乙酰氨基乳糖(N-Lac)也是galectin-3抑制剂和潜在的治疗方法，Yu等[3]用高血压转基因Ren2大鼠做了一个高血压心肌病的模型，在这个试验中对N-Lac做了研究。结果显示：接受N-Lac治疗的Ren2大鼠保留了左室短轴缩短率，而未接受治疗的大鼠的左心室舒张末压力和肺重量均增加。未经N-Lac治疗的Ren2大鼠心脏重塑加快，生存率明显降低，而接受N-Lac治疗的大鼠生存率更高。在另一个接受横向主动脉缩窄术的大鼠模型中，经N-Lac治疗的大鼠心脏重塑不明显。

5结论

已有的动物研究及临床实验均提示galectin-3在心肌梗死中扮演重要角色，对其有效地进行抑制可以阻止心肌纤维化作用从而逆转心脏重塑，改善患者预后，有望在不久的将来成为心肌梗死新的治疗靶点。目前大量深入的研究亦正在进行，有望进一步阐明galectin-3 在心肌梗死中更多的生物学作用。

[ 参 考 文 献 ]

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Research Advances in the Role of Galectin-3 in Myocardial Infarction

YAN Jing, CHANG Jing

(DepartmentofCardiology,TheFirstAffiliatedHospitalofChongqingMedicalUniversity,Chongqing400016,China)

【Abstract】As an inflammatory factor，galectin-3 is involved in the process of cell apoptosis,proliferation and regeneration.Recent studies have found that galectin-3 plays an important role in cardiac remodeling after myocardial infarction and that both have a close relationship.We reviewed the research progress of galectin-3 as a marker of myocardial fibrosis after myocardial infarction in this article.

【Key words】Galectin-3; Myocardial infarction; Cardiac remodeling; Myocardial fibrosis

收稿日期：2015-10-27

【中图分类号】R542.2

【文献标志码】A【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2016.02.000

作者简介：颜晶(1980—)，在读硕士，主要从事心血管疾病临床研究。Email: cgyanjing@126.com通信作者：常静(1969—)，教授，博士，主要从事冠心病方面的临床研究。Email: chang8753@aliyun.com