Rho家族蛋白在心房纤维化病理发生过程中的作用

陈慧林 郑兰荣 谢东辉

皖南医学院弋矶山医院急诊内科（安徽芜湖 241001）

心房颤动是心血管疾病中常见心律失常之一。既往研究提示心房纤维化，氧化应激，局部炎症反应，内皮/心内膜功能障碍，心脏自主神经系统功能紊乱等与房颤发生和维持有关。心房纤维化即心房间质成纤维细胞过度增殖，出现胶原纤维沉积。心房纤维化导致的心房扩大、心房收缩功能障碍、心房内电活动的不均一性传导等是房颤发生的重要病理基础。近期研究发现Rho蛋白功能异常也是房颤的致病因素之一。Rho家族包括22种成员，当前研究主要集中在RhoA及Rac1两个重要成员，发现这两者在心房纤维化的形成机制中发挥重要作用，RhoA及Rac1可以通过激活多种信号途径增加心房肌细胞内氧化应激，促进心房间质纤维化导致心房重构，是房颤发生的重要基础之一。

1 Rho家族概述

Rho家族是小G蛋白Ras超家族的一个亚家族，是一组分子量在20～25 kD的小分子GTP结合蛋白，具有GTP酶活性。在哺乳动物体内，Rho家族［1］包括22种成员，Rho GTP酶是控制真核细胞中多种信号传导途径的分子开关，其生物学功能的发挥依靠于GTP酶在有活性的GTP结合形式和无活性的GDP结合形式之间的循环。Rho家族蛋白参与细胞骨架重构、基因转录调控以及细胞信号转导等多种生理过程，从而影响细胞极性、细胞黏附、细胞增殖和运动能力［2-3］。Rho家族蛋白的RhoA、Rac1能够增加心房肌细胞内的氧化应激，减少心肌纤维能量供应、诱导心肌细胞肥大和凋亡，引起的间质纤维化还能导致细胞间连接的异常分布及心房电传导紊乱，进一步加剧心房扩大和收缩功能障碍。

2 RhoA在心房纤维化中的作用

RhoA的下游效应子Rho激酶（Rho kinase，ROCK）属于丝/苏氨酸蛋白激酶家族成员，ROCK有ROCK1、ROCK2两种亚型。RhoA/ROCK通路广泛参与心血管系统的多种生理病理过程。

肾素-血管紧张素-醛固酮系统在心房纤维化中发挥重要作用，该系统中的主要活性成分血管紧张素Ⅱ（AngiotensionⅡ，AngⅡ）可经多种信号途径促进心房纤维化［4］。AngⅡ刺激可以上调心房成纤维细胞和心肌细胞中转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）的表达［5］。有研究［6］发现TGF-β下游Rho A/ROCK信号通路在腹膜纤维化过程中具有重要作用。为了探究RhoA/ROCK-1通路是否参与心房纤维化的发生过程，CHEN等［7］发现在糖尿病模型大鼠心房纤维化过程中，RhoA、ROCK1、ROCK2的mRNA及蛋白表达明显增加，并上调Ⅰ/Ⅲ型胶原的表达。而使用ROCK抑制剂法舒地尔后可以抑制此效应，从而降低了心房的纤维化程度，提示Rho A/ROCK通路参与心房纤维化发生的过程。LIU等［8］利用犬快速房颤模型研究发现，与对照组相比房颤犬左心房组织中TGF-β1、Rho A、ROCK-1及CTGF表达增加，心房胶原含量显著增加。进一步在细胞水平研究发现，AngⅡ可以诱导心房成纤维细胞增殖并上调TGF-β1、ROCK-1、CTGF的表达，该效应均可以被AngⅡ受体拮抗剂氯沙坦抑制，而ROCK-1特异性抑制剂Y27632可以抑制AngⅡ诱导的ROCK-1、CTGF的上调，而对TGF-β1的上调无抑制作用。同时TGF-β1可以诱导心房成纤维细胞中ROCK-1、CTGF的表达显著上调，且ROCK-1、CTGF的表达具有显著正相关性，Y27632可以抑制TGF-β1诱导的CTGF的表达。以上强烈提示TGF-β1、Rho A/ROCK-1、CTGF均是Ang Ⅱ的下游因子，可能存在AngⅡ/TGF-β1/RhoA/ROCK-1/CTGF信号轴，促进成纤维细胞的激活和增殖及心房间质中胶原纤维的沉积，在心房纤维化和心房结构重塑中发挥重要作用。

3 Rac1在心房纤维化中的作用

3.1 Rac1激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶多项研究［9-11］证实在房颤、高血压、糖尿病等心肌纤维化动物模型中，NADPH氧化酶的活性和活性氧（reactive oxygen species，ROS）的生成增加并促进心肌纤维化。NADH/NADPH氧化酶是ROS生成的主要来源。大量ROS积累超过机体抗氧化防御能力后会引起氧化损伤，氧化损伤可以引起L-型钙通道蛋白表达下调，心肌细胞氧化损伤和凋亡，成纤维细胞的异常增殖和表型转换等最终改变心房的电重构和结构重构，从而诱发和加重房颤。

ADAM等［12］对心肌特异性持续激活表达Rac1的转基因鼠（RacET mice）的研究发现，RacET小鼠心房肌细胞中Rac1的表达及活性增加，NADPH氧化酶的活性增加，同时RacET小鼠心房胶原含量增多，房颤的发生率也显著增加。从而推断Rac1通过激活NADPH氧化酶的途径诱发心房的结构重构。该研究进一步发现使用他汀类药物抑制Rac1活性时，NADPH氧化酶的活性和RacET小鼠房颤的发生率均下降，并且发现Rac1和NADPH氧化酶活性存在直接相关性。由此判断Rac1很有可能是NADPH氧化酶激活的上游信号分子，通过Rac1/NADPH通路促进房颤的发生。

ADAM进一步研究发现房颤患者左房中NADPH氧化酶的活性和胶原纤维含量增加，Rac1活性增加且与NADPH氧化酶的活性具有直接相关性［12］。以上的研究结果均证实激活的Rac1促进心房纤维化和房颤的发生，并判断Rac1很有可能是NADPH氧化酶激活的上游信号分子，通过Rac1/NADPH通路诱导生成大量ROS，增加心房氧化应激负荷，触发局部炎症反应，增加心房间质胶原沉积，促进房颤的发生和维持。

3.2 Rac1通路下游激活CTGFCTGF能够促进成纤维细胞增殖、表型转换［13］，促进细胞外基质的沉积并抑制其降解［14］。ADAM等［15］发现房颤患者左心房间质纤维化加重，AngⅡ浓度、CTGF、N-钙粘蛋白、连接蛋白43的表达均上调。然后对RacET小鼠研究发现AngⅡ诱导的心肌细胞及成纤维细胞中CTGF显著增加，N-钙粘蛋白和连接蛋白43的表达亦显著上调，而通过辛伐他汀或Rac1特异性阻断NSC23766抑制Rac1的活性后，可以显著地抑制AngⅡ诱导的CTGF、N-钙粘蛋白、连接蛋白43的上调表达。进一步用重组CTGF和CTGF的小干扰RNA处理心肌细胞及成纤维细胞后发现N-钙粘蛋白和连接蛋白43的表达受CTGF的调控。

ADAM等［16］在进一步的研究中发现，心房中Rac1通过CTGF使赖氨酰氧化酶的表达增加，使用NSC23766特异抑制Rac1活性后可以有效地抑制该通路的激活。综上所述，AngⅡ通过Rac1/CTGF途径，调控N-钙粘蛋白、连接蛋白43和赖氨酰氧化酶的表达。CTGF对心房间质重构及纤维化具有重要作用；赖氨酰氧化酶能够催化细胞外基质蛋白交联进而稳定细胞外基质；N-钙粘蛋白和连接蛋白43的表达增加也可导致心房电传导异常及间质纤维化［17-18］，这些改变均可促进房颤的发生和维持。

3.3 Rac1通路下游激活NF-κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）研究发现Rac1可通过凋亡信号调节激酶1与下游的转录因子NF-κB途径诱导心肌细胞肥厚［19］。但Rac1激活NF-κB途径是否参与心房纤维化并不清楚。血小板源性生长因子（platelet derivative growth factor，PDGF）的表达受AngⅡ调节［20］，而AngⅡ与其受体结合后可以激活下游Rac1，因此PDGF及Rac1参与AngⅡ激活的多个信号通路分子，但PDGF及Rac1二者之间的相互关系并不清楚。在心脏压力超负荷小鼠模型中，心房间质中肥大细胞侵润，心房纤维化加重并伴有PDGF-A表达显著增加［21］；另有研究发现在房颤患者右心耳及犬快速房颤模型中，心房纤维化程度加重，并伴有PDGF-B及PDGF受体β表达明显升高［22］。PDGF-B是重要的促有丝分裂因子，可促进成纤维细胞增殖、胶原蛋白分泌，在心房纤维化进程中起重要作用。以上均提示PDGF与心房纤维化有强烈关联。

YANG等［23］为了探究PDGF、Rac1和NF-κB之间的相互关系及其对心房纤维化的作用，他发现房颤患者和腹主动脉缩窄大鼠心房组织中PDGF的含量和Rac1的活性有正相关性，腹主动脉缩窄模型大鼠心房纤维化加重，心房组织Ⅰ型胶原α1链、Ⅲ型胶原α1链、心房钠尿肽等纤维化标记物表达明显升高；并且Ang Ⅱ、PDGF、Rac1、NF-κB表达增加。进一步研究发现房颤患者左房纤维化程度及PDGF、Rac1、NF-κB等的表达均较窦性心律患者增加。相关性分析显示，左房中AngⅡ与PDGF、Rac1、NF-κB均呈显著正相关；同时，在PDGF、Rac1以及NF-κB之间也具有显著正相关关系。单独或联合运用厄贝沙坦和（或）辛伐他汀干预均可降低AngⅡ、PDGF、Rac1及NF-κB的表达量，并且伴有心房纤维化程度的缓解。提示AngⅡ、PDGF、Rac1及NF-κB均参与心房纤维化的形成。

AngⅡ在上调PDGF表达和激活Rac1活性这两个方面具有共同的信号传导通路［24-25］。因此推断可能存在由AngⅡ所诱导的PDGF-Rac1-NF-κB信号轴参与心房纤维化的形成，RAS抑制剂和他汀类药物可阻断这一信号通路，从而逆转AngⅡ介导的心房纤维化。同时也提示PDGF可能是治疗干预心房纤维化的新靶点之一。

4 小结

随着对心房纤维化研究的深入，人们发现促进其发生发展的分子学机制错综复杂，多条通路相互影响。Rho家族蛋白在多个节点参与调控了心房纤维化的发生发展。但是，Rho家族蛋白在心房纤维化和房颤中的作用机制远未阐明，受到Rho家族蛋白各种成员之间复杂的相互作用，以及Rho蛋白的细胞内定位等多项因素的影响。进一步对Rho家族蛋白在房颤发病中的作用进行深入研究将有助于更好地阐明心房纤维化和房颤的发生发展机制。

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