CXCL12/CXCR4轴与心肌梗死关系的研究进展

谢麟臻，应磊，胡智盛，李娜，王雪娇，汪洋

(温州医科大学，浙江温州325035)



·综述·

CXCL12/CXCR4轴与心肌梗死关系的研究进展

谢麟臻，应磊，胡智盛，李娜，王雪娇，汪洋

(温州医科大学，浙江温州325035)

趋化因子CXCL12是趋化因子受体CXCR4的特异性配体。CXCL12/CXCR4轴能通过介导干或祖细胞向梗死部位归巢、提高间充质细胞存活率、促进血管再生、减少心肌细胞凋亡对心肌梗死心脏发挥保护作用，但也存在引起内皮过度增生导致血管腔狭窄和心肌梗死后再狭窄的可能。CXCL12/CXCR4轴在心肌梗死过程中的确切作用尚不明确。

心肌梗死;CXCR4；CXCL12；CXCL12/CXCR4轴

心肌梗死是指因冠状动脉供血急剧减少或中断，使相应心肌发生持久而严重的缺血导致的心肌坏死。急性心肌梗死起病突然，严重者可并发心力衰竭、心律失常甚至休克。世界卫生组织预测，到2020年急性心肌梗死将成为全球第一大死因。近年来研究表明，CXCL12/CXCR4轴与心肌梗死的发病、进展、预后有着密切联系，本文就其研究进展作简要综述。

1　CXCL12及CXCR4概述

CXCL12属于CXC类趋化因子, 广泛表达于心、肝、肾、脑、骨髓等组织中，是高度保守的小分子蛋白；小鼠的CXCL12基因有92%的同源性。CXCR4属于CXCR类G蛋白耦联受体，同样高度保守；人与小鼠的CXCR4基因有89%同源性，在干细胞、祖细胞、单核细胞、淋巴细胞、肿瘤细胞等广泛表达。CXCL12与CXCR4相结合介导细胞内效应是通过经典的G蛋白耦联途径完成的。CXCR4信号主要耦合到Gαi亚基，刺激异三聚体G蛋白解离；αi单体抑制腺苷酸环化酶的活性，并触发MAPK和PI3K通路，而β-γ二聚体通过磷脂酶C的激活触发细胞内钙动员。CXCL12的降解受到DPP4调控。DPP4是一种细胞表面的丝氨酸蛋白酶，在肠、肝、胰腺、胎盘、胸腺等广泛表达,并通过调节许多细胞因子和趋化因子调控机体的生理功能。已经证明，CXCL12可以被血浆和缺血性心脏组织中的DPP4降解。

2　CXCL12/CXCR4轴对心肌梗死心脏保护作用

2.1介导干或祖细胞向梗死部位归巢骨髓间充质干细胞是骨髓中的一类自我复制、无限增殖具有多向分化潜能的成体干细胞，而祖细胞是其彻底分化前的中间细胞，是未分化的多能或专能干细胞。移植女性心脏的男性患者心脏中可以检测到Y染色体，同时也存在Y染色体阴性的未分化细胞，这说明干或祖细胞参与了心肌再生与修复的过程。经过缺氧预处理的Lin(-)c-kit(+)小鼠祖细胞CXCR4表达量升高，移植后对心肌的保护能力较常氧预处理的Lin(-)c-kit(+)更强。体外实验证实，缺氧能增加骨髓间充质干细胞中CXCR4的表达，同时发现CXCR4介导的骨髓间充质干细胞向CXCL12的迁移需要PI3K / AKT信号参与。心肌缺血时CXCL12显著上调，心肌梗死和缺血再灌注损伤后心内或心肌内注射CXCL12有助于缩小梗死面积，增加心脏功能。CXCR4及其配体CXCL12表达于心肌细胞和成纤维细胞。Agarwal等[1]在对小鼠模型的研究中发现，急性心肌梗死后梗死区CXCL12表达立即升高并在24 h内达到峰值，而 CXCR4的升高则在48 h之后。从出现的时间看，起着心脏保护作用的应该是梗死区上升的CXCL12而非CXCR4。Thackeray等[2]研究发现,梗死区CXCR4的升高与炎细胞的浸润在时间和部位上同步进行，但两者之间的确切关系尚无定论。使用DPP4抑制剂MK-0626抑制DPP4之后，CXCL12的降解减少，循环中的内皮祖细胞的数量上升，同时血管壁内皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表达水平上升[3]。甲状旁腺激素能够提高心肌梗死患者的生存率并改善心功能，可能的机制就包括甲状旁腺激素能够抑制DPP4的活性从而减少梗死区CXCL12的降解，进而促进CXCR4(+)干细胞向梗死部位的归巢[4]。心肌梗死后如何有效动员干或祖细胞使之归巢到梗死区发挥保护作用、进而改善心功能已经成为当下研究的热点之一。

2.2提高间充质细胞存活率间充质干细胞分泌CXCL12，并通过CXCL12/ CXCR4轴增加祖细胞的存活；移植的间充质干细胞过表达CXCL12，在心肌梗死后24～48 h提高心肌细胞生存率并增加新生血管的密度，然而这一过程中并没有心肌再生的证据。在氧化应激的情况下，CXCL12/ CXCR4轴能通过增加细胞自噬作用而提高间充质细胞的存活率[5]。移植过表达CXCR4的间充质干细胞能够减少心室重塑，这一过程中间充质干细胞释放MMP-9，MMP-9能够疏松梗死灶细胞之间的连接，从而有助于细胞进入梗死区域[6]。Tang等[7]证实间充质干细胞分泌的血管内皮生长因子(VEGF)不仅能促进血管新生，还能通过CXCL12/ CXCR4轴介导心肌干细胞向梗死灶归巢进而改善心脏功能。

2.3促进血管再生小鼠心肌梗死模型研究表明，梗死区CXCL12的增加能够上调VEGF的含量，而VEGF促进血管再生，进而而加速侧支循环建立，从而发挥心脏保护功能。内皮祖细胞可提高缺血组织的血管新生能力，促进损伤血管的修复和再内皮化。CXCL12在内皮祖细胞向缺血性组织的迁移过程中起着重要作用。缺血性损伤后不久，血浆和缺血组织中CXCL12的水平就开始增加，CXCL12的增加是由于低氧上调HIF-1α， 而HIF-1α通过结合CXCL12的启动子和启动其转录上调CXCL12[8]。阻断CXCL12或使用CXCR4抑制剂可以减少小鼠模型损伤诱导的内膜和平滑肌细胞增生[9]。

2.4减少心肌细胞凋亡 研究证实，CXCL12 / CXCR4轴能够促进抗凋亡因子的释放从而减少心肌细胞的凋亡、提高心肌细胞生存率、发挥心肌保护作用。向心肌梗死模型小鼠的心肌内注射CXCL12，72 h后梗死灶周围心肌凋亡数量明显少于空白对照组。缺血缺氧的心肌通过CXCL12/ CXCR4轴以自分泌或旁分泌的方式磷酸化AKT或ERK 1/2，进而通过PI3K/AKT或MAPK/ERK1/2通路减少心肌细胞凋亡；两者相比较而言，近年来的研究结果更倾向于PI3K/AKT通路。移植同种异基因心脏的大鼠在心肌注射c-kit(+)心肌干细胞后，注射部位CXCL12的表达量上升并促进抗凋亡因子的释放、减少心肌细胞凋亡，大鼠存活率明显提高[10]。

3　CXCL12/CXCR4轴对心肌梗死心脏负性作用

CXCR4(+/-)基因缺陷的杂合小鼠心肌梗死时梗死面积较正常鼠小，新生血管密度、内皮细胞数也低于正常小鼠，然而两种小鼠在心肌梗死后的心脏功能变化并没有明显差异[11]。这一结果表明，心肌梗死时CXCL12/CXCR4轴的作用并不完全是正性作用，可能有某些负性作用抵消了保护作用。小鼠模型经CXCR4抑制剂AMD3100处理后，M-CSF失去了促进损伤诱导内膜增生的能力，这意味着CXCR4促进损伤处新生内膜炎细胞浸润，由此引发的炎性反应可能导致基质的降解和心肌细胞的凋亡。Chen等[12]发现，CXCR4的过表达增加大鼠心肌梗死面积、降低心脏功能。这可能与炎性细胞的招募增强、TNF-α的表达上升和心肌细胞的凋亡增加相关。但另有结果表明在心肌梗死后CXCR4心脏功能改变或心肌重塑的过程与CXCR4没有明显关联。

阻断CXCL12/CXCR4轴通过干扰CXCR4(+)平滑肌祖细胞和炎细胞向损伤部位的聚集可减轻内膜增生，CXCR4促使内皮祖细胞归巢到损伤的血管并促进其分化。CXCR4缺陷的小鼠在受到损伤时会形成较正常内皮更大面积的内膜损伤，同时损伤部位平滑肌细胞的增殖水平低于正常[13]。CXCL12/CXCR4轴引起的内皮过度增生有导致血管腔狭窄和心肌梗死后再狭窄的可能。

4　CXCL12/CXCR4轴在心肌梗死治疗中的应用

目前已经有临床研究使用间充质干细胞治疗心肌梗死，并取得良好效果。在一项为期5年的对急性心肌梗死患者PCI术后的随访研究中，9位自体移植骨髓间充质干细胞患者的心功能明显优于对照组[14]。Meta分析也验证了骨髓干细胞疗法治疗心肌梗死的可行性[15]。

间充质干细胞移植治疗不但较传统的药物治疗更为安全，而且易于获取，避免了伦理学问题，但是却存在植入细胞存活率低、很快凋亡、归巢能力弱的问题，真正能起作用的干细胞只有大约1%。其治疗效率低下的原因之一在于间充质干细胞很容易丢失表面的CXCR4分子。不过已经有方法可以将重组CXCR4分子快速整合到间充质干细胞细胞膜上[16]，CXCL12/CXCR4轴所介导的间充质干细胞移植有可能成为心肌梗死治疗的新手段。

CXCR4抑制剂AMD3100已被批准作为造血干细胞的激动剂与G-CSF联用治疗非霍奇金淋巴瘤和多发性骨髓瘤患者，而且多种CXCR4抑制剂正处在临床研究阶段[17]。AMD3100能够促进干或祖细胞动员，使用CXCR4抑制剂来治疗心肌梗死的方法在理论上极具前景。但需要注意的是，阻断CXCL12/CXCR4轴可能会加重心肌梗死后心肌的受损程度；CXCR4水平升高也可能会降低干细胞的归巢效率[18]。针对CXCL12/CXCR4轴另一种增加祖细胞动员的可能途径在于提高祖细胞CXCL12的含量。有报道对1例19个月龄晚期心衰患儿使用G-CSF 和DPP4抑制剂的双重注射，结果患儿祖细胞动员增加并心衰症状缓解[19]。但是另有随机双盲临床试验表明，对心肌梗死后成功进行血运重建的患者联合使用G-CSF和DPP4抑制剂并不能改善患者的预后。

目前，CXCL12 / CXCR4轴在心肌梗死过程中究竟发挥何种作用仍然不是十分明确。随着对CXCL12/ CXCR4轴的结构、功能、信号转导及抑制剂等问题的深入探讨，其在心肌梗死中的作用将进一步明确，并有可能成为心血管疾病防治的新靶标。

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汪洋(E-mail: wangydh995@163.com)

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R542.2+2

A

1002-266X(2016)33-0102-03

2016-03-22)