肥大细胞介质与心肌重构研究进展

熊晓兰 肖 超 贾晓丽 张世忠

(三峡大学医学院，湖北 宜昌 443002)

肥大细胞在诱导心脏重塑的过程中发挥双重作用，既可以刺激胶原蛋白合成导致纤维化(在高血压和缺血再灌注中)，也可以诱导基质金属酶(MMPs)活化使胶原降解并最终导致心室扩张。肥大细胞在各种心脏病理状况下的功能可能是通过信号通路进行调控的，这些信号从肌细胞、间质细胞及肥大细胞中传出就如同神经激素的作用一样，从而引起不同的肥大细胞释放介质。本文对目前心肌重构中心脏肥大细胞释放的主要活性介质及其作用进行综述。

1 肿瘤坏死因子(TNF)-α

TNF-α是一种促炎性细胞因子，心脏中肥大细胞是TNF-α的重要来源。使用标记技术分析犬类心脏可发现几乎所有的TNF-α都募集在心肌肥大细胞周围。缺血再灌注实验中也可发现心脏肥大细胞是TNF-α的主要来源，并且在梗死区域(非远程区域)可以看到肥大细胞释放TNF-α〔1〕。使用酮替芬和色甘酸钠(肥大细胞稳定剂)能够防止再灌注心肌TNF-α水平上升〔2〕。在肥大细胞缺陷大鼠心脏容量超负荷5 d之后，其心脏中几乎检测不到TNF-α;相反，野生型大鼠在心脏容量超负荷的情况下心肌中TNF-α水平会急剧增加〔3〕。TNF-α可以激活MMPs〔4〕，使用TNF-α对大鼠进行灌注后，大鼠心脏发生胶原降解和心功能障碍〔5〕。而在心脏容量超负荷时抑制TNF-α能够防止胶原降解〔6〕。TNF-α也可以在高血压中发挥促纤维化作用，因为TNF-α能够通过增加血管紧张素(Ang)Ⅱ-1型受体(AT1R)刺激胶原蛋白的产生〔7〕。此外，Sun等〔8〕研究表明，局部产生的TNF-α调节结缔组织生长因子(CTGF)和转化生长因子(TGF)-β表达，并通过刺激心脏肥大和纤维化参与心脏重塑，最终导致心室功能障碍。CTGF作为TGF-β的慢性纤维化下游介质的作用是众所周知的，其在激活时刺激成纤维细胞分化为成肌纤维细胞，而成纤维细胞是心脏重塑中胶原合成的关键细胞。Sriramula等〔9〕研究发现AngⅡ作用的野生型小鼠CTGF和TGF-β表达增强，而TNF-α 缺陷鼠未增强，表明Ang Ⅱ对心脏肥大和纤维化的影响是由TNF-α介导增强的心肌CTGF和TGF-β表达介导的。Ang Ⅱ和TNF-α都可以激活心肌细胞中的p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和c-Jun-N末端激酶(JNK)信号通路〔10〕。 MAPK是AngⅡ影响组织结构的重要调节剂，它一定程度上作用于Ang Ⅱ诱导的TGF-β，继而调节CTGF，导致心脏重塑〔11〕。证据表明，TNF-α和Ang Ⅱ共有的最重要的下游信号分子之一是核转录因子(NF)-κB。 NF-κB不仅参与促炎细胞因子的激活，而且参与诱导氧化应激和亚硝化〔12〕。实验表明在Ang Ⅱ处理组TNF-α缺陷小鼠的NF-κB mRNA表达下调，其心脏组织中NF-κB活性也减弱〔13〕。这些结果表明TNF-α抑制的成效可能是由MAPK/TGF-β/NF-κB途径介导。Ang Ⅱ诱导的心脏肥大和高血压依赖于还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶的存在，以及氧化应激的发生和NF-κB的活化，并且伴随产生TNF-α。更重要的是，Ang Ⅱ诱导的高血压和肥厚反应可以通过阻断TNF-α介导的氧化应激和MAPK/TGF-β/NF-κB通路预防〔9〕。临床上已经开始利用依那西普对TNF-α的抑制作用控制高血压〔14～16〕，所以这些信号通路的存在可能提示其对治疗或预防心室重构大有裨益。

2 组 胺

组胺是一种自体活性物质，自然状态下以无活性方式存储在肥大细胞和嗜碱性粒细胞的颗粒中〔17〕。心脏缺血再灌导致各种类型的心律失常时心脏组织中的肥大细胞脱颗粒释放组胺，继而发生心室重构。Frangogiannis等〔18〕发现犬类心脏缺血再灌注损伤之后的心肌肥大细胞脱颗粒释放的组胺和心脏淋巴中出现的组胺水平增加了2倍。而且在此模型中，无论是在缺血期还是在再灌注期间使用组胺2型受体(H2)拮抗剂(可阻断组H2但不阻断H1)，梗死面积均减少〔19〕。有趣的是，这并不会改善心脏功能，而研究发现H2受体拮抗剂法莫替丁可以降低血浆脑钠肽(BNP)水平(左心室肥大的标志物)，并缩短舒张期和收缩期左心室直径，同时改善纽约心功能分级(NYHA)〔20〕。组胺对细胞外基质的调节作用还不甚清楚。但在肺成纤维细胞中结缔组织生长因子mRNA上调〔21〕，而类风湿滑膜组织的滑膜成纤维细胞在组胺的作用下释放MMP-1和MMP-3，以及前列腺素(PG)E2〔22〕。心脏成纤维细胞在组胺作用下释放的PGE2及PGI 2，6-酮-PGF1α等稳定代谢物可以起到心脏保护作用〔23〕，这都为我们克服心脏疾病做出了指导。

3 糜蛋白酶Ⅱ

心脏糜酶主要由心脏的肥大细胞合成,内皮细胞和间质细胞也可少量分泌〔24〕。心脏肥大细胞释放的糜蛋白酶既可以直接作用于MMP,也可以促进AngⅡ和TGF-β的生成及活化，产生胶原降解反应及导致心脏纤维化，而且糜酶是已知的最强有力的活化局部组织AngⅡ的物质。已经发现在猪心肌缺血再灌注实验中，其心肌梗死的远程区域和梗死区域都可以发现糜蛋白酶的活化增加。而糜蛋白酶抑制剂可降低这些区域发生坏死的风险〔25〕。肥大细胞产生的糜蛋白酶还能够将无活性的AngⅠ转换至有活性的AngⅡ〔26〕，而AngⅡ更是与心室重构有不可分割的关联。研究发现，AT1拮抗剂能够有效降低仓鼠心肌梗死死亡率〔27〕。心脏发生缺血之后，AngⅡ的形成对刺激交感神经释放去甲肾上腺素非常重要〔28〕。豚鼠心脏缺血再灌注后，心脏肥大细胞产生大量AngⅡ〔29〕，这些AngⅡ能够增加去甲肾上腺素水平并诱导心律失常。糜蛋白酶能否促进体内胶原合成及胶原降解的平衡尚不清楚。通过糜蛋白酶产生TGF-β及使Smad通路活化，新生儿心脏成纤维细胞增殖并产生胶原〔30〕。研究发现心脏肥大细胞是肾素的来源〔29,31〕。肥大细胞产生的肾素对AngⅡ的产生有显著帮助，这与糜蛋白酶产生促纤维化的结果一致。糜蛋白酶可激活MMP-2和MMP-9〔32〕，在二尖瓣关闭不全的犬体内糜蛋白酶活性增高，同时其胶原也大量降解。事实上，在猪类心脏缺血再灌时使用糜蛋白酶抑制剂能够使MMP-9活化减少〔33〕。另外，糜蛋白酶能够活化干细胞因子(SCF)和TGF-β〔25，34〕，肥大细胞产生的糜蛋白酶能够将休眠型的TGF-β裂解转化为有活性的形式。总的来说糜蛋白酶和AngⅡ关系密切，若能清楚认知，将对我们研制逆转心室重构方案起到重要作用。

4 类胰蛋白酶

类胰蛋白酶主要由肥大细胞释放，在心脏中类胰蛋白酶起促纤维化作用。研究发现，在自发性高血压大鼠心脏中类胰蛋白酶增加〔35〕。而类胰蛋白酶可以引起离体成年大鼠心肌成纤维细胞增殖，并转化成肌成纤维细胞，产生胶原蛋白〔35,36〕。研究发现类胰蛋白酶主要通过激活心脏肥大细胞和促进糜酶释放诱导心脏纤维化〔37〕。这些影响通过类胰蛋白酶活化蛋白酶活化受体(PAR)-2产生，PAR-2的产生能够诱导细胞外信号调节激酶(ERK)1/2磷酸化。从自发性高血压大鼠心脏分离的心脏成纤维细胞有同样的选择性激活模式，但阻断PAR-2能防止纤维化的发生，这些结果揭示了心室重构的秘密，也为治疗和预防心室重构提供了研究方向。

5 TGF-β

心肌中TGF-β的主要来源是心脏成纤维细胞，其次来自于心脏肥大细胞。TGF-β存在于一个庞大的信号传导家族，它介导的信号传导通路功能多样且高效，能通过多种刺激(包括pH变化，高血糖，活性氧的产生，机械拉伸和血管活性激素例如AngⅡ)来增加表达〔38〕。在心脏中TGF-β的促纤维化作用已经有据可查〔39～41〕。TGF-β和随后的Smad蛋白通路的活化可介导新生儿心脏成纤维细胞的增殖和胶原的产生〔42〕。 TGF-β信号传导的激活导致Smad蛋白——特别是Smad2/3的磷酸化，Smad2/3与Smad4形成功能性转录复合物以启动转录反应〔43〕。除Smad介导的转录，TGF-β还可激活其他信号通路，包括ERK，JNK，TGF-β激活激酶(TAK)1和p38 MAPK〔44〕。细胞内环素(cAMP)可抑制成纤维细胞转化和胶原合成。最近，cAMP已显示可以通过多种细胞内信号传导途径发挥抗纤维化作用。一个是通过cAMP反应元件结合蛋白(CREB)和Smad之间的关键转录共激活因子的竞争抑制Smad介导的转录〔45〕。另一个是由TGF-β激活的某些非Smad信号通路的cAMP介导的抑制，包括ERK1/2和JNK MAP激酶〔46〕。此外，Jahanyar等〔47〕通过对左心室辅助装置植入患者心肌组织的研究发现核心蛋白多糖分子通过直接抑制TGF-β途径及抑制心力衰竭患者心脏的前纤维化作用而潜在地参与逆向心脏重塑。TGF-β作用途径繁多，机制复杂，若能靶向抑制TGF-β，心室重构的治疗和预防指日可待。