赖氨酰氧化酶与心肌纤维化的关系研究进展

赵 磊，张曙影，刘 会

(1. 遵义医学院，贵州 遵义 563000； 2. 大连大学附属中山医院 心内科，辽宁 大连 116000；3. 贵州省人民医院 心内科，贵州 贵阳 550002)



综 述

赖氨酰氧化酶与心肌纤维化的关系研究进展

赵 磊1，张曙影2，刘 会3

(1. 遵义医学院，贵州 遵义 563000； 2. 大连大学附属中山医院 心内科，辽宁 大连 116000；3. 贵州省人民医院 心内科，贵州 贵阳 550002)

心肌纤维化是指正常的心肌组织结构中胶原纤维的过量沉积,其胶原浓度和胶原容积分数显著增加、各型胶原比率失调及排列紊乱。这种病理变化是心脏重构的重要体现，是多种心血管病发展的终末阶段。赖氨酸氧化酶(lysyl oxidase，LOX)负责胶原蛋白I型与III型的相互交联，促进胶原纤维的沉积，决定着细胞外间质的稳定。LOX是心肌纤维化过程的关键因子。本文就LOX与心肌纤维化的关系及机制进行综述。

赖氨酸氧化酶；心肌纤维化；盘状结构域受体酪氨酸激酶；转化生长因子β

心肌纤维化是多种心血管病发展的终末阶段，目前认为与心脏舒张功能障碍，心律失常，甚至心源性猝死密切相关。赖氨酸氧化酶(lysyl oxidase，LOX)是胶原纤维和弹性纤维取得成熟及稳定性的关键酶，其过量表达与心肌纤维化的发生发展密切相关。

1 LOX的来源和调控

LOX是铜离子依赖的酶，来源于人类染色体5q23位置的正转录。LOX可以在3个层面进行调控：1)成纤维细胞和肌成纤维细胞合成LOX前体的过程；2)细胞外基质中LOX前体向成熟的酶转化的过程；3)其他细胞因子影响成熟的LOX活性。近年研究发现，晚期糖基化终产物(AGEs)，可以上调LOXmRNA的表达，并且呈剂量依赖性。AGEs可以显著地促进NF-κB 和 核转录因子激活蛋白-1(AP-1)与LOX启动子的绑定，通过这种机制，在人类内皮细胞中AGEs通过AGE/RAGE/MAPK信号途径上调LOX的表达[1]。Potter等[2]指出肌腱注射TGF-β1受体抑制剂的大鼠观察到LOX表达的下降，提示TGF-β1参与调控LOX的转录过程。

2 LOX在心肌纤维化中的作用及机制

2.1 LOX在心肌纤维化中的作用

现在已经被广泛认同的是，LOX的主要作用是在胞外催化赖氨酸诱导的纤维化的胶原蛋白交联。心肌成纤维细胞产生骨原胶原蛋白，而后N末端与C末端被蛋白酶移除，这使他们对LOX的氧化作用更加敏感，导致他们从胶原分子自发的聚合成为纤维[3]。Giampuzzi M[4]的研究指出，在过量表达LOX的cos-7细胞内，胶原蛋白III型启动子的活性提高了12倍，并发现LOX是通过诱导ku70与ku80免疫抗原的绑定来提高启动子的活性。一些研究也证明了LOX的其他作用，它可以使成纤维细胞运动和迁移，并能调控细胞粘附。同时在细胞质、细胞核、细胞信号传导、转录基因的调控中也能被观察到LOX的表达和活动[5-7]。

2.2 LOX介导心肌纤维化可能的机制

2.2.1 盘状结构域受体酪氨酸激酶

盘状结构域受体酪氨酸激酶(DDRs)是进化上高度保守的受体酪氨酸激酶家族之一,包含DDR1和DDR2两个成员,主要介导细胞与细胞外基质间的信号传递[8]。它在心肌成纤维细胞中选择性的表达。Morales等[9]的研究表明：DDR2的分布区域，随着心脏发育，也伴随着动态变化。如果删除掉DDR2基因，这种小鼠的经过10周的成长后，对比正常小鼠，心脏的重量减少，长度减少[10]。这些研究结果提示DDR2在心脏发育过程中，起到至关重要的作用。Chang Y等[11]的研究指出DDR2在心肌成纤维细胞中高度表达。在血管紧张素II刺激的小鼠心肌成纤维细胞中，DDR2、胶原蛋白表达量都增加，并且NF-κB可以调控DDR2的转录，而DDR2与胶原蛋白之间，也有相互促进表达的关系[12]。之前的研究结果提示DDR2对于心脏的发育和结构的稳定性起到重要的作用，推测DDR2可能参与心肌纤维化的过程，并且受到NF-κB的调控。Olaso E等[13]的研究指出，在DDR2表达下降的成纤维细胞中，LOX与胶原蛋白的mRNA表达也降低，暗示着DDR2参与调节LOX的表达，而DDR2调节LOX表达的具体机制，与DDR2是否能影响心肌纤维化的发生发展，暂不清楚。

2.2.2 T淋巴细胞

目前公认的观点是心肌细胞的胞外基质胶原的堆积受到T淋巴细胞的影响。Yu Q[14]的研究显示，在心脏压力负荷导致的心室重构中，细胞外基质的金属酶的表达和活性都与T淋巴细胞的功能密切相关，提示T淋巴细胞影响细胞外基质胶原的可能机制是通过调节金属酶的表达和活性。Zibadi S[15]的研究显示：在高脂饮食诱导的心肌纤维化中，T淋巴细胞可以通过调节LOX的活性来影响心肌纤维化。根据既往的研究报道，推测T淋巴细胞在心肌纤维化中起到很重要的作用，并且可以通过调节LOX与MMPs来参与心肌纤维化的过程。而T淋巴细胞调控LOX的表达涉及的具体信号通路，有待进一步研究。

2.2.3 转化生长因子β

转化生长因子β1(TGF-β1)作为心血管系统中最重要的细胞因子之一，参与了对基质金属蛋白酶系统、肾素-血管紧张素-醛固酮系统以及炎症和免疫系统的调节，促进了心肌纤维化的进展。Hu C等[16]的研究显示：在给予P144(TGF-β1信号通路的抑制剂)的小鼠中，可抑制Smads磷酸化，结果是胶原蛋白I型表达减少，LOX的mRNA和LOX蛋白表达减少，胶原蛋白交联和沉淀减少。提示了TGF-β的表达减少可以抑制LOX的表达，并且可以抑制心肌纤维化的进展，在这个过程中可能涉及Smads信号通路。Voloshenyuk[17]的研究表明，在体外小鼠的心肌成纤维细胞中，PI3K, Smad3, p38-MAPK, JNK 和ERK1/2信号通路的抑制剂可以阻断TGF-β1对LOX的调控，并且观察到PI3K途径的阻滞，可以调低TGF-β1诱导的Smad3磷酸化作用，这些研究提示TGF-β1可以通过PI3K/AKt信号通路调节Smad3磷酸化，进一步调节LOX的表达。因此，TGF-β对LOX的表达起到非常重要的作用，但在心肌纤维化中TGF-β1-PI3K/AKt-Smad3-LOX信号轴是否存在，有待进一步研究。

2.2.4 肾素-血管紧张素-醛固酮系统

肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS系统)的异常，可以促进心衰中心脏结构和功能的紊乱，增加了左心室的舒张末期充盈压，主要是通过自分泌与旁分泌的信号等方式。RAAS系统调控着细胞的增殖，生长，分化，并且可以促进心肌细胞的过度肥大，心肌纤维化和心脏重构。RAAS系统的持续激活也会引起细胞外基质的持续蓄积，降低了左心室的顺应性。血管紧张素II和醛固酮会促进心肌纤维化，可能的机制是影响MMPs的表达[18]。血管紧张素II可能通过Ras相关的C3肉毒素底物1(RAC-1)来上调LOX和CTGF的表达，从而加重心肌纤维化[19]。Adam[20]的研究显示，给予血管紧张素II预处理后，miRNA-21升高。如果使用β-氨基丙腈(BAPN)，一种LOX抑制剂，可以降低miRNA-21的表达。Rac 1超表达的转基因小鼠，随着年龄会有自发性的房颤，并且发现miRNA-21表达上调。这些研究提示血管紧张素II可以调节的RAC活性，再进一步调节LOX，最后调节miRNA21表达，最终影响心肌纤维化。Sakamuri[21]的研究指出，TRAF3相互作用蛋白2(TRAF3IP2)，一种氧化还原反应敏感的细胞质衔接分子，也是核因子NF-kB、激活蛋白-1(AP-1)的上游调控因子，介导着醛固酮诱导的心脏肥大和纤维化，它可以减少细胞质中胶原蛋白I型和III型的表达，并减少LOX的表达，提示TRAF3IP2参与了RAAS诱导的心肌纤维化，可能的途径是减少LOX的表达。

而RAAS系统也参与了之前提到的TGF-β信号通路。在RAAS系统诱导的血管周围炎症导致心脏舒张功能紊乱中，TGF-β是最重要的细胞因子。在一项研究中证明了血管紧张素II与TGF-β诱导的心房重构有关，机制可能是调节骨膜蛋白的表达[22]。最近的研究表明使用托拉塞米可以抑制血管紧张素II诱导TGF-β1表达上调引起的心肌纤维化，而对单纯TGF-β1诱导的心肌纤维化则没有影响[23]，交感神经去除术可以减少血管紧张素的表达，同时也可以抑制TGF-β信号通路[24]。 这些研究提示在血管紧张素II导致心肌纤维化的过程中，TGF-β是重要的信号通路。

综上所述：RAAS系统可能不仅通过TGF-β调控LOX介导的心肌纤维化，也可能通过其他信号途径来调控LOX的表达。

3 LOX的抑制剂

有研究报道长期标准服用托拉塞米可以减少LOX的表达，减少胶原蛋白的连接，增加左心室的顺应性。Adam O[25]的研究证明了在新生的成纤维细胞中，使用托拉塞米，对比呋塞米，LOX的表达明显减少，miR21也同样减少。同时，房颤的老年小鼠中Rac1GTP酶(RacET)的表达是升高的，给予这些小鼠托拉塞米(10 mg/kg·d)和呋塞米(40 mg/kg·d)可以观察到托拉塞米组的RacET、LOX、miR-21表达减少，而呋塞米组则观察不到这些变化。因此对比呋塞米，托拉塞米能降低LOX的表达，这也可能是托拉塞米影响心肌纤维化的机制。

目前公认的LOX抑制剂是β-氨基丙腈(BAPN)，在高脂饮食的小鼠中，应用BAPN可以显著的降低LOX的表达，并通过抑制LOX，可以减少纤维化，减少氧化应激，并且缓解心肌肥厚[26]。有报道指出BAPN可以影响TGF-β通路[27]。而BAPN多应用于实验，鲜少见于临床应用。在另外一个实验中，发现DAP和精氨都能够同等程度的增加LOX-2的活性，而β氨基丙嗪能够抑制LOX-2的活性，并且能够与DAP和精氨竞争。并且，有研究指出存在一种免疫抗体抑制剂(AB0023)，能够抑制LOX-2的活性，与DAP，精氨无竞争[28]。

如果在压力负荷诱导的心肌成纤维细胞中，TGF-β被激活的情况下，应用一种可以阻断Smad2磷酸化的药物-SM16，可以减少LOX mRNA的表达与细胞外基质的合成，延缓了心肌纤维化的进展，但是同时也报道了SM16会增加死亡率，加重左室扩张和炎症性心脏瓣膜病变[29]。这些都提示了尽管SM16可以抑制LOX的表达，延缓心肌纤维化，但SM16的安全性有待进一步探讨。

他汀类药物作为新一代HMG-CoA还原酶的竞争性抑制剂，在治疗冠心病之外的应用近几年也格外受到关注。瑞舒伐他汀可改善急性心肌梗死后心肌纤维化的程度，并且发现高剂量组瑞舒伐他汀的治疗效果明显优于低剂量组，可更加明显的改善心功能，影响预后[30]。刘会等[31]的研究指出，在慢性心力衰竭的患者中，阿托伐他汀能够延缓心肌纤维化，可能通过抑制LOX的表达来实现。在代谢综合征模型小鼠中，给予瑞舒伐他汀治疗6个月后，发现他汀可以减少LOX的表达，并且逆转心肌纤维化[32]。目前确定的是他汀类药物对治疗心肌纤维化的有效性，而具体的机制还有待研究。

4 小 结

健康心脏中，LOX的表达对维持心脏的正常结构，心脏的收缩和舒张功能，均起到重要的作用。病理情况下，LOX作为主要的细胞因子，可以通过催化过多的胶原蛋白交联，引起心肌纤维化，为心血管疾病的发生发展提供了病理基础。因此，在抑制心脏重构层面，LOX已经作为控制心肌纤维化的重要靶细胞因子。而目前LOX引起心肌纤维化的具体信号通路还需要进一步深入研究，为治疗心肌纤维化，改善预后提供更多的理论依据。

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Research progress on the relationship between lysine oxidase and myocardial fibrosis

ZHAO Lei1, ZHANG Shuying2, LIU Hui3

(1.ZunyiMedicalCollege,Zunyi563000,China; 2.DepartmentofCardiology,AffiliatedZhongshanHospitalofDalianUniversity,Dalian116000，China; 3.DepartmentofCardiology,GuizhouProvincialPeople'sHospital,Guiyang550002,China)

Myocardial fibrosis is the excessive deposition of collagen fibers in the normal tissue structure of the myocardium. Consequently, the collagen concentration and the collagen volume fraction increase significantly, and the ratio of collagen is disordered. This pathological change is an important manifestation of cardiac remodeling and the end stage in the development of a variety of cardiovascular diseases. Lysyl oxidase (LOX), which is responsible for the cross-linking of type I and type III collagen, promotes the deposition of collagen fibers and determines the stability of the extracellular matrix. LOX is a key factor in myocardial fibrosis, and the relationship between LOX and myocardial fibrosis is reviewed in this paper.

lysyl oxidase; myocardial fibrosis; DDRs; transform growth factor β

10.11724/jdmu.2017.02.19

赵 磊(1990-)，男，硕士研究生。E-mail：1019849940@qq.com

张曙影，副教授。E-mail：acezhangsy1868@163.com

R541

A

1671-7295(2017)02-0193-04

赵磊，张曙影，刘会.赖氨酰氧化酶与心肌纤维化的关系研究进展[J].大连医科大学学报，2017,39(2)：193-196，201.

2016-11-13；

2017-03-27)