脂肪因子在心肌缺血再灌注损伤中的研究进展

朱丽雯，谭延振，张正斌，张 冰，冯 攀，马继鹏，文 亮，罗文平

作者单位:712000咸阳市，陕西中医药大学第二临床医学院（朱丽雯，罗文平）；710032西安市，空军军医大学第一附属医院心血管外科（谭延振、张 冰、冯 攀、马继鹏），老年病科（张正斌），心血管内科（文 亮）

1 心肌缺血再灌注损伤概述

缺血性心脏病发病率和死亡率高，是全世界患者的主要死亡原因。目前，药物溶栓、介入、冠状动脉旁路移植术等血管再通和心脏辅助技术是治疗缺血性心脏病的有效手段，再通技术使缺血区域动脉血流重新恢复的同时也使心肌组织面临“二次打击”，表现为心肌细胞坏死、组织结构紊乱和器官功能损害进一步加重，即心肌缺血再灌注（myocardial ischemia reperfusion，MI／R）［1］损伤。 MI／R 损伤是缺血性心脏病临床治疗效果不佳的主要原因之一，氧自由基释放，细胞内钙超载，心肌能量代谢障碍，中性粒细胞浸润，血管内皮损伤，细胞凋亡均参与了MI／R损伤，最终表现为毛细血管阻塞，心肌有效再灌注血流不足、心肌电活动紊乱和心功能不全等［2-3］。肥胖、糖尿病和代谢综合征不仅是心血管疾病的高危因素，而且降低心肌对缺血再灌注的耐受性，脂肪因子失衡在其中起着关键作用［4］。尽管目前已有部分报道证实心脏缺血预处理、后处理，靶向药物干预和四肢等远端缺血预适应可减轻MI／R损伤，但临床上尚没有成熟、有效的干预手段可以减少 MI／R 损伤［5］。

2 脂肪因子与心血管疾病的研究现状概述

脂肪组织不仅具有能量储存功能，而且可以分泌大量影响能量代谢、血管炎性反应和免疫的活性因子，新近的观点指出脂肪可能是人体内最大的内分泌器官。脂肪因子由白色脂肪表达分泌，在功能及结构上与细胞因子高度相似［6］。脂肪因子既包括脂肪细胞分泌的细胞因子［如脂联素（adiponectin，APN）］，也包括脂肪间质细胞（如巨噬细胞）分泌的细胞因子［如肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素-6（interleukin-6，IL-6）］。腹部、臀部和四肢等处的脂肪远离心脏和血管，分泌的脂肪因子构成了外周脂肪因子的主要来源。外周脂肪因子通过内分泌的方式作用于心血管系统。血管或心脏周围脂肪组织分泌的脂肪因子主要通过旁分泌影响心脏或血管［7］。生理情况下，脂肪组织通过脂肪因子参与维持正常心血管功能。但在肥胖、糖尿病、心肌梗死和心衰等病理条件下，脂肪组织发生表型转换，脂肪因子分泌谱会发生“质”和“量”的变化。目前已知的脂肪因子种类众多，功能复杂，并且广泛参与心肌缺血的病理进程。瘦素、APN、补体C1q肿瘤坏死因子相关蛋白（C1q tumor necrosis factor related protein，CTRP）家族、分泌型卷曲相关蛋白（secreted frizzled-related protein，Sfrp）等脂肪因子已被证实具有抗炎抗氧化和心脏保护作用。而脂肪组织中的单核巨噬细胞分泌的抵抗素则促炎、促氧化，加重动脉硬化和MI／R损伤。另外几个新近发现的脂肪因子（如内脂素）与MI／R损伤有关，但其机制目前尚不完全明确。而且脂肪因子在缺血性心脏病中的作用也依赖个体肥胖程度的不同有所变化，即出现“肥胖悖论”（肥胖患者发生心血管疾病时死亡率反而降低）［8］。因此，明确发生心肌损伤时各脂肪因子的动态变化以及各脂肪因子对损伤心肌的作用及机制，为临床寻找缺血性心脏病的关键预警、预后分子及干预靶点提供新的思路和途径。

3 脂肪因子与MI／R损伤

3.1 瘦素 瘦素是第一个被证实的脂肪因子，由ob基因编码，主要由脂肪组织分泌，瘦素受体（Ob-R）有6种剪接变异体（a至f），其中Ob-Rb主要介导瘦素的生物学功能。循环中瘦素以内分泌的方式参与调节机体能量平衡、食欲控制、动脉硬化、血压调节等［9］。心脏和血管也能分泌瘦素，以自分泌或旁分泌的方式参与调节心血管功能［10］。冠心病和慢性心衰患者瘦素水平明显增高，且血清瘦素水平和心血管疾病危险因素呈正相关［11］，而且血清瘦素水平是糖尿病患者发生缺血性心脏病的独立危险因素［12］。一项最新的临床研究表明瘦素与冠心病的相关性还依赖体重指数［13］。当MI／R时，患者体内瘦素水平也会发生变化。有临床研究表明选择性冠状动脉旁路移植术后的患者血清瘦素水平较术前显著增加［14］。而存在糖尿病等基础疾病会钝化缺血性心脏病患者瘦素的适应性分泌［15］。研究显示瘦素通过多种机制抗MI／R损伤。瘦素通过抑制线粒体膜电位下降和减少线粒体细胞色素C的释放量抑制心肌细胞凋亡［16］。生存信号磷酯酰肌醇-3激酶-丝氨酸／苏氨酸激酶（PI3K-Akt）、细胞外调节蛋白激酶（ERK1／2）和Janus激酶信号传导及转录激活因子（JAK／STAT3）信号通路参与瘦素介导的心肌保护作用［17］。通过观察Ob-Rb心肌特异性敲除的小鼠在急性心梗后各生存信号的变化，发现STAT3，PI3K和Akt通路明显被抑制，心脏糖脂代谢和线粒体功能受损，激活STAT3信号通路后，心肌受损的代谢功能恢复，心脏结构和功能显著改善［18］。另外，瘦素也可能参与增强长寿小鼠心脏对MI／R的耐受能力。研究发现较同源野生系小鼠，αMUPA转基因小鼠系（长寿小鼠模型）体内瘦素水平明显增高，其心脏更耐受MI／R，表现为术后梗死面积减少和心脏收缩功能明显改善，而使用瘦素中和抗体或抑制瘦素通路后，αMUPA小鼠心脏Akt和STAT磷酸化水平显著降低，耐受 MI／R作用消失［19］。提示内源性瘦素可能参与增加长寿小鼠对MI／R的耐受性。除了直接的心肌保护外，瘦素还能减轻动脉硬化。有研究表明外源性给予重组瘦素能增加低密度脂蛋白受体敲除小鼠体内的APN水平，降低动脉粥样硬化病灶面积［20］。另外 也有研究者发现瘦素会加重心肌细胞损伤，小鼠心脏M／IR之后，心肌瘦素的表达水平上调。且局部高表达的瘦素激活Smad2通路，同时下调STAT3通路损害心脏射血功能，促进心脏重构［10］。

3.2 APN APN是由脂肪细胞分泌的激素样蛋白，广泛参与葡萄糖和脂质代谢，具有胰岛素敏感性，可以控制疾病早期的炎症反应，与瘦素不同，APN在缺血性心脏病及MI／R中的保护作用较为确切。一些临床观察结果表明血浆APN的浓度在2型糖尿病患者体内显著减少，与冠状动脉疾病的风险呈负相关，增加患者体内的APN水平可以保护心肌免受缺血的损伤［21］。研究证明APN可以通过钙网蛋白（calreticulin，CRT）介导的抗凋亡和抗氧化途径发挥心肌保护作用［22］。低APN血症会抑制自噬，从而导致糖尿病患者MI／R损伤，APN受体激动剂可以恢复蛋白激酶介导的自噬体形成和抗氧化介导的自噬体清除［23］。 MI／R 时，APN 敲除小鼠心肌钙／钙调依赖性蛋白激酶Ⅱ-胞浆受磷蛋白（CaMKIIPLB）磷酸化水平和 SR Ca2＋-ATPase 酶（SERCA2）活性降低，而外源性球型或全长 APN能激活CaMKII-PLB／SERCA2通路发挥抗MI／R损伤的作用［24］。另外，还有研究指出APN不仅由脂肪细胞分泌，心肌细胞也可以合成和分泌APN，这些由心肌细胞产生的APN可能通过旁分泌或者自分泌的方式发挥心肌保护的作用。CP-3（CD36的八肽受体）预处理能上调心肌APN表达水平，APN以旁分泌和内分泌作用减少MI／R后活性氧的生成，抑制心肌细胞凋亡［25］。另外，APN还参与介导心肌缺血预处理对心肌损伤的保护。缺血预处理后，心脏APN表达上调，用siRNA特异性敲低心脏APN后，蛋白激酶被抑制，缺血预处理对心肌梗死的保护作用减弱［26］。另外，I型糖尿病也会抑制心脏APN信号通路，即 AdipoR／Caveolin-3／STAT3轴，降低缺血后处理对大鼠心脏的保护作用［27］。

3.3 抵抗素 抵抗素是近年来新发现的脂肪因子，已被证实与糖脂代谢和炎症性疾病密切相关，血清抵抗素水平在肥胖、溃疡性结肠炎等慢性炎症性疾病患者中明显升高［28］。临床研究证实抵抗素与不良心血管事件发生发展密切相关，而且主要机制可能与炎症相关。一项最近的临床研究纳入1 913名患有动脉粥样硬化性心血管疾病的多族裔受试者，在平均随访7.2年后发现血清抵抗素水平越高，心衰、冠心病等心血管不良事件发生率也越高［29］。另外通过测量130例稳定性冠心病患者血清抵抗素水平，通过Cox回归分析后发现血清抵抗素水平越高，患者全因病死率和心衰及其心血管事件风险也越高［30］。综上，抵抗素不仅与不良心血管疾病的发生有关，而且和心血管疾病的严重程度相关。缺血心肌再灌注后，短时间内活性氧（reactive oxygen species，ROS）的爆发引发的氧化损伤是缺血再灌注的主要原因之一。有临床研究指出，MI／R后，机体抵抗素水平与体内氧化应激水平和心肌损伤程度正相关。在经历冠状动脉旁路移植术后，患者血清抵抗素水平明显升高，并且与氧化应激标记物（髓过氧化物酶、8-异前列腺素）和心肌损伤程度（肌钙蛋白T）呈正相关［14］。冠状动脉内皮细胞氧化损伤和能量代谢障碍是MI／R后微血管灌注不足的主要原因之一。抵抗素处理后可损害人冠状动脉内皮细胞胰岛素代谢通路、增加细胞氧化应激、抑制一氧化氮合成。另外抵抗素也可直接作用于心肌细胞，人源性抵抗素处理可促进心肌细胞肥大、抑制心肌细胞收缩、诱导胰岛素抵抗、增加心肌TNF-α分泌［31］。尽管如此，抵抗素在MI／R中的作用仍然存在争议。有研究报道了不同结果，抵抗素可以通过激活PI3K／Akt和蛋白激酶C信号通路保护心肌细胞，同时还可以在内皮细胞和平滑肌细胞中激活Akt信号通路，最终通过抑制心肌细胞凋亡，减小梗死面积，从而在MI／R中发挥心脏保护作用［32］。而且也有研究指出抵抗素可能在增强MI／R损伤非药物治疗中发挥新的功能。MI／R小鼠尾静脉注入抵抗素预处理的脂肪间充质干细胞（adipose-derived mesenchymal stem cells，ADSCs）后，较溶媒预处理的ADSCs组，小鼠左心室射血分数明显改善，MI／R诱导的心肌纤维化、心肌细胞凋亡明显降低，而梗死周边区域血管生成明显增加，进一步的研究证实抵抗素通过激活ERK1／2-MMP-9信号通路促进ADSCs在缺血微环境中的增殖和迁移，进而增强ADSCs对MI／R 的疗效［33］。

3.4 CTRPs CTRPs家族是APN同源异构分子家族，一共有15个成员，其结构高度保守，具有调节糖脂代谢、抗炎、抗凋亡和促进血管生成等重要作用［34］。目前的研究已经明确CTRP3和 CTRP9与心血管疾病有着密切的联系。临床研究发现缺血性心脏病时，患者血浆CTRP3水平显著下降。研究证明心肌梗死降低了脂肪组织CTRP3表达水平，同时减少循环系统中CTRP3量。进一步的机制研究证实CTRP3通过激活Akt减少心肌细胞凋亡，抑制心肌间质纤维化，增加心肌缺血后血管再生，从而发挥心肌保护作用［35］。CTRP9是新发现的脂肪因子，蛋白水解酶裂解后释放出的球状区域是其在循环中存在的主要形式。CTRP9可与脂联素受体1（AdipoR1）和神经-钙黏蛋白结合，激活多种信号传导发挥生物学作用。CTRP9主要调节心肌细胞和内皮细胞的功能发挥保护心血管系统的作用，研究表明MI／R后，过表达CTRP9可以减少心肌梗死面积并且减轻低氧诱导的心肌细胞凋亡［36］。同时CTRP9通过调节CRT，激活PKA-CREB通路，抑制心肌细胞凋亡，抗 MI／R 引起的心肌损伤［37］。

3.5 内脂素 内脂素，又名烟酰胺磷酸核糖转移酶。细胞外内脂素主要由脂肪细胞分泌，是脂肪因子的新成员，具有调节氧化应激反应，细胞凋亡和炎症等多种功能，广泛参与调节肥胖，糖尿病，动脉粥样硬化和心血管疾病等多种病理进程［38］。有研究表明内脂素是冠心病的独立危险因素，且与冠脉狭窄程度成正相关［39］。通过检测100例急性心肌梗死经皮冠状动脉介入术后患者血清内脂素水平，经Spearman相关分析显示，内脂素水平与心肌肌钙蛋白、肌酸激酶同工酶、C反应蛋白、低密度脂蛋白胆固醇呈正相关，表明内脂素与MI／R心肌损伤的严重程度正相关［40］。机制研究认为内脂素参与MI／R时的心肌保护。内酯素活性被抑制引起心肌细胞烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD＋）合成不足和ATP浓度降低是心肌缺血、MI／R和压力超负荷等病理条件下心肌损伤的关键机制。外源性给予内脂素后可通过上调心脑等靶器官NAD的表达，提高能量代谢和氧化还原的生物合成，改善心脑等重要器官对缺血损伤的耐受性［38，41］。 内脂素还可以激活 PI3KAkt、MEK1／2-Erk1／2 MAPK 等促生存蛋白激酶，降低细胞线粒体通透性，减少细胞色素C的释放，进而抑制MI／R引起的心肌细胞、血管内皮细胞凋亡［42］。另外，内脂素也参与缺血预处理介导的心肌保护，缺血预处理能刺激心肌组织内脂素表达上调，进而增加细胞自噬流、促进自噬体溶酶体融合，加速溶酶体降解，从而增加心肌的缺血耐受［43］。总体而言，内脂素的保护作用虽然较为明确，但机制尚不完全清楚。

3.6 趋化素 趋化素的经典作用是趋化炎性细胞、调节脂肪细胞分化［44］。近年来大量的研究证实白色脂肪组织及心脏血管周围的脂肪细胞表达分泌高浓度的趋化素及趋化素受体ChemR23，表明趋化素也是一种脂肪因子。有研究表明在冠状动脉粥样硬化病变区域的泡沫细胞，血管平滑肌细胞及周围的脂肪组织中都检测到了高水平的趋化素［45］，且局部产生的趋化素通过介导细胞间黏附分子-1和E-选择素相互作用趋化炎性细胞，增加金属蛋白酶含量、促进脂肪细胞分化，加重血管炎症和冠脉硬化［46］。另外，动脉中膜和内皮层中均表达趋化素受体ChemR23，血管旁脂肪分泌的趋化素，通过旁分泌激活ChemR23抑制一氧化氮合酶生成，引起血管收缩，而且肥胖大鼠来源的中小动脉收缩更为剧烈，表明内源性趋化素可能是血管收缩因子［47］。研究发现心外膜脂肪组织中也高表达分泌趋化素，较循环中的趋化素而言，心外膜脂肪中的趋化素能更为特异地反映冠脉狭窄和心肌损伤的严重程度［48］。最近一项研究也证实，炎性刺激能上调心肌细胞趋化素的表达，趋化素处理可通过抑制Akt磷酸化、增加caspase-9的裂解，直接诱导心肌细胞凋亡［49］。综上，趋化素可能参与MI／R的早期炎症反应，抑制趋化素有望促进MI／R早期的心肌修复［50-51］。

3.7 Sfrp Sfrp是较新发现的蛋白家族，Sfrp家族由五个成员组成（Sfrp1、Sfrp2、Sfrp3、Sfrp4、Sfrp5），主要表达于脂肪细胞，Sfrp1、Sfrp2和Sfrp5因它们的序列相似而被归类为Sfrp1子家族，其中Sfrp5和Sfrp1与心血管疾病关系密切［52］。Sfrp5在白色脂肪组织中表达水平较高，实验表明与野生型小鼠相比，Sfrp5基因敲除小鼠MI／R后心肌损伤程度更为严重，表现为心肌梗死面积更大，心肌细胞凋亡增加，心脏功能减弱。而外源性给予Sfrp5，可通过激活Wnt5a／JNK信号通路减轻MI／R后炎症反应，发挥心肌保护作用，证实Sfrp 5可能是具有抗炎作用的心肌保护因子［53］。另有研究表明Sfrp1也是一种抗炎脂肪因子，体外研究证实Sfrp1可以阻断中性粒细胞的激活和炎性因子的释放。通过移植高表达Sfrp1的骨髓单核细胞到心梗区域，发现缺血局部中性粒细胞的聚集和炎性因子的含量明显降低，梗死面积减小［54］。另外，Sfrp1对心肌细胞也有直接的保护作用。Sfrp1可以通过抑制Wnt信号传导增加细胞活力、减少缺氧复氧引起的心肌细胞凋亡［55］。值得注意的是，Sfrp1的作用可能也与其所处位置有关，心肌毒性药物多柔比星减小心肌细胞胞内Sfrp1含量，而增加 Sfrp1分泌。乳鼠心肌细胞胞内的Sfrp1通过与多聚ADP核糖聚合酶-1相互作用可保护细胞不受多柔比星损害，而胞外分泌的Sfrp1加重多柔比星诱导的心肌损害，表明Sfrp1可能具有多重作用，且具有位置依赖性［56］。尽管目前尚没有MI／R等刺激条件对心肌细胞Sfrp1定位影响及胞内胞外Sfrp1是否在心肌缺血或MI／R中作用不同的相关报道，但上述结果可能会为进一步的研究提供新的思路。

3.7 TNF-α TNF-α主要由炎症细胞产生，发挥促炎作用。TNF-α也可由脂肪细胞产生，因此被认为是非特异的脂肪因子，TNF-α与心血管疾病密切相关［57］。 TNF-α 在 MI／R 损伤过程中的经典作用是通过与肿瘤坏死因子受体 1（TNF-receptor 1，TNFR1）结合引发炎症反应，引起血管内皮细胞和血管平滑肌细胞的功能紊乱和心肌炎性损伤［58］。最近的一项研究发现Notch1信号通路受损可能是介导TNF-α加重 MI／R心肌损伤的新通路。给予TNF-α拮抗剂依那西普能激活Notch1信号改善MI／R后心脏收缩功能、减少心肌细胞凋亡，扩大梗死面积。利用siRNA特异性敲除心肌notch1通路后，心肌超氧化物、过氧亚硝酸盐生成明显增加，同时依那西普对心肌的保护作用明显减弱，证实TNF-α抑制剂可能通过Notch1介导的氧化／硝化抑制来预防MI／R 损伤［59］。 TNF-α 还对其他脂肪因子有调节作用。有研究报道创伤后（创伤后3天），TNF-α诱导机体APN下调，进而增加MI／R后心肌超氧化物和一氧化氮的产生以及过氧亚硝酸盐的形成，最终表现为心肌对MI／R的敏感性增加，给予依那西普后可诱导增加血浆APN水平，抑制创伤后氧化／硝化应激和心肌对MI／R的敏感性［60］。上述作用主要由过量的TNF-α与TNFR1结合激活下游通路介导的，另外心脏也被检测表达TNFR2，TNFR2的激活对心脏具有保护作用，是多种心肌保护策略的关键机制。慢性持续缺氧可以促进心脏对缺血的耐受，机制研究证实慢性持续缺氧维持心脏较低浓度的TNF-α，同时增加TNFR2在心肌的表达，低浓度的TNF-α能较为特异地结合TNFR2，上调锰超氧化物歧化酶等保护性氧化还原信号，减少MI／R后心脏的梗死面积［61］。

3.9 IL-6 IL-6是由一系列细胞产生的多功能细胞因子，在心脏血管周围的脂肪细胞在病理刺激下也分泌IL-6，IL-6通过与IL-6受体（IL-6R）结合激活靶细胞，募集由gp130蛋白形成的二聚体，启动下游信号通路，参与机体炎症反应和组织损伤［62］。IL-6导致动脉粥样硬化斑块不稳定，参与MI／R心肌损伤，并且与冠心病患者的心肌损伤程度和高死亡率相关［63］。临床实验使用IL-6单抗观察MI或MI／R患者体内炎症水平和心肌损伤程度的变化。给予抗托珠单抗（IL-6受体拮抗剂）可以显著降低非ST段抬高型心肌梗死（ST-segment elevation myocardial infarction，STEMI）患者经皮冠状动脉介入术后机体C反应蛋白和心肌损伤标记物肌钙蛋白T水平，表明抑制IL-6有利于通过减轻炎症水平产生MI／R后的心肌保护［64］。另一项临床研究也发现抑制IL-6R也可以显著降低NSTEMI患者外周血中补体C5a受体1和C5a受体2的表达，且两者均与肌钙蛋白T水平降低正相关。另外，可溶性IL-6R水平也被证实与急性心肌梗死患者经皮冠状动脉介入术后心肌再灌注量减少有关［65］。机制方面，IL-6是炎症与心血管疾病之间的经典“桥梁分子”，几个最近的报道揭示了IL-6在MI／R中的新通路。在大鼠中，心肺转流（cardiopulmonary bypass，CPB）会增加大鼠神经生长因子前体（nerve growth factor precursor，proNGF）的释放，而且引起下丘脑和心肌细胞凋亡，中和IL-6后通过降低proNGF，减少CPB诱导的心脏自主神经功能，并且可以减少心肌细胞凋亡［66］。针对已经取得的基础和临床研究结果，也有研究在探索针对MI／R时更加靶向的给药途径，如纳米颗粒等，并取得了一定的进展［67］。

总之，脂肪因子在心血管疾病中发挥着重要的作用，随着研究的深入，脂肪因子家族成员越来越多，其中炎性脂肪因子，如IL-6、趋化素、TNF-α和抵抗素等促进MI／R损伤，介导肥胖、胰岛素抵抗等基础疾病与心肌损伤。而瘦素、APN、CTRPs、内脂素、Sfrp家族等可能增加心脏对病理刺激的耐受，维持脂肪因子的动态可能是缺血性心脏病和MI／R损伤的关键问题，期待未来有更多的具有临床潜力的脂肪因子被发现，为心血管疾病的防治提供新的靶点。