心肌梗死后心肌再生相关调节机制的研究进展

马逸夫 刘婷婷 孙芳玲 田 欣 王宇峰 郑瑞芳 邢建国 王 文,,4▲

1.首都医科大学宣武医院实验动物室，北京 100053；2.北京市老年病医疗研究中心，北京 100053；3.新疆维吾尔自治区药物研究所，新疆乌鲁木齐 830002；4.北京市脑重大疾病研究院，北京 100069

冠状动脉急性、持续性缺血缺氧后，心肌细胞会死亡，成纤维细胞为补充死亡的心肌细胞，大量增殖，最终形成瘢痕组织，瘢痕组织收缩能力较差，最终导致心力衰竭。因此促进心肌再生、减少瘢痕面积对于心肌梗死后心脏功能的改善具有重要意义。心脏作为一个细胞有丝分裂的终末分化器官[1]，一直以来被认为不可再生。但Porrello 等[2-3]，在2011 年发现在切除新生小鼠心尖或诱导心肌梗死后，在约21 d 内发生了心肌再生，并且结扎部位仅留有极小的残留瘢痕。与发育阶段比较，发育完成后的心肌在损伤后的再生过程更为复杂，包括清除受损或死亡组织、调节炎症、抑制过度活跃的纤维化及重建和整合心肌细胞、细胞外基质、血管和淋巴系统等一系列过程[4]。近些年来对于心肌细胞内源性再生的研究越来越多，其中以研究诱导心肌细胞增殖来缓解心肌梗死的成果最为突出，同时也有一些研究涉及到通过促进心脏祖细胞的分化来缓解心肌梗死[5]。本文对目前促进调控心脏再生的microRNA、信号通路和细胞因子等几个方面的研究进展进行综述。

1 microRNA 与心肌再生

microRNA 是由大约22 个核苷酸长的非编码真核RNA 组成的小片段。研究表明，其具有使成体心肌细胞重新进入细胞周期的潜力，可以通过表达与心肌细胞再生相关的microRNA，促进通路中心与心肌细胞再生相关的基因表达，从而促进心肌梗死区域心肌细胞的再生[6]。已有大量研究表明microRNA 可以作为调节因子，调节心肌细胞的有丝分裂与心肌细胞的增殖，减少瘢痕形成，改善心肌梗死后的心功能。值得注意的是，不同的microRNA 发挥作用的方式不同，有些microRNA 的表达会诱导成年小鼠心肌梗死后心肌细胞的增殖从而缓解心肌梗死；而有些microRNA 在哺乳动物心肌细胞增殖过程中则起到抑制作用[7]。

microRNA-210、microRNA-19a、microRNA-19b等均在心肌细胞增殖过程中发挥促进作用。Arif 等[8]将microRNA-210 模拟物作用于成年大鼠心肌细胞，结果显示，microRNA-210 模拟物可以上调β-catenin表达水平，从而激活Wnt 信号通路，促进心肌细胞增殖，减少瘢痕组织的生成，改善心功能。microRNA-19a 和microRNA-19b 同样被证明可以调节心肌梗死后的心肌细胞增殖[9-10]，microRNA-19a/19b 可以作为一个治疗心肌梗死的靶点[11]。Gao 等[12]发现，在心肌梗死后，microRNA-19a/19b 的表达可促进心肌细胞增殖，促进心脏再生，同时，显著减少心肌梗死面积。其作用机制与上调CCNB1、CCND1 和CDK1 等细胞周期相关基因表达水平有关[13]。此外，还有一些microRNA在心肌再生中发挥着促进作用。例如，microRNA-590和microRNA-199a 在心肌梗死后会诱导成年小鼠心脏再生[4]。同样，microRNA-302 的表达可以促进心肌梗死后的心肌再生，其通过抑制Hippo 通路发挥作用[14-15]。microRNA-509、microRNA-17 和microRNA-204等的表达会诱导成年小鼠心肌梗死后心肌细胞的增殖，缓解心肌梗死[16]。

相反，一些microRNA 的表达会抑制成年小鼠心肌梗死后心肌细胞的增殖。研究表明，microRNA-195对于调节哺乳动物心肌梗死后的心脏再生起到重要作用[17]。Porrello 等[3]建立microRNA-195 过表达的小鼠模型，发现microRNA-195 的过表达会损害1 日龄小鼠心脏的再生，导致心肌梗死后心肌纤维化的加重。同时证明1 日龄小鼠心肌梗死后新形成的心肌细胞大多数来源于预先存在的心肌细胞。而抑制microRNA-195 的过表达会诱导成人心肌细胞的增殖，促进心肌再生，改善心肌梗死后的心功能。此外，Cai 等[18]发现microRNA-195 通过抑制心脏中许多与细胞周期相关基因的表达来调节新生鼠的心脏再生。有研究发现microRNA-21 是细胞生长、分化和细胞凋亡的重要调控因子[19]。Cheng 等[20]在心梗模型鼠中发现抑制microRNA-21 可以促进心肌细胞的增殖，缓解心肌梗死造成的心肌损伤，其机制是microRNA-21 可以通过靶基因SPRY2，阻断肾上腺素能受体刺激诱导心肌细胞生长[21]。此外，Wang 等[22]研究表明，microRNA-21通过PTEN/Akt 通路增强细胞存活率，同时会促进心肌祖细胞的分化，使心肌再生。通过对microRNA-128表达小鼠模型的研究，发现microRNA-128 的表达会抑制心肌细胞增殖，阻碍心脏再生，同时心肌的收缩能力也会受到影响[23]。另一项研究表明，通过建立microRNA-128 基因敲除模型，发现在心肌梗死后microRNA-128 缺失的小鼠心肌细胞的数量会增加[24]。Zhou 等[25]发现microRNA-128 的缺失会导致心肌细胞的去分化和细胞周期重新进入，进一步增殖出新的心肌细胞[26]。此外，microRNA-304 的表达在哺乳动物心肌细胞增殖过程中同样起到抑制作用[27]。

2 信号通路与心肌再生

信号通路是由一系列不同的蛋白组成，通过一种或几种信号的不同组合产生不同的反应实现细胞间信息传递，从而完成某一生物功能的调节。目前发现Hippo-YAP、Notch、Wnt/β-catenin 等信号通路可以参与调节心肌梗死后的心肌再生。

2.1 Hippo-YAP 信号通路

Hippo-YAP 是众多参与调节心肌细胞增殖的通路之一，该通路由一组保守的激酶构成，在哺乳动物中，Hippo 信号通路上游的膜蛋白受体感受到胞外环境的生长抑制信号后，经过一系列激酶的磷酸化反应，最终作用于下游效应因子YAP 和TAZ，发挥调控细胞增殖、发育的作用[25]。同时，YAP 可以通过激活PI3K-AKT 通路，刺激心肌细胞增殖[28]。在发生心肌梗死后的修复阶段，YAP 通过胰岛素样生长因子和WNT 信号通路促进细胞增殖[29]。有研究人员在Hippo通路下游效应因子YAP 缺陷的心肌梗死小鼠心脏中观察到了再生的心肌，而这些心肌主要来自于增殖的心肌细胞[30]。YAP 是ERBB2 信号转导的关键介质，ERBB2 作为一种表皮生长因子受体，Aharonov 等[31]证明在小鼠心肌梗死模型中，YAP 的磷酸化激活可以促进ERBB2 的过表达，进而促进心肌细胞的增殖再生。

2.2 Notch 信号通路

Notch 信号通路主要由4 个受体与5 个配体组成[32]，影响着细胞分化，增殖、凋亡和再生[33]。Notch 信号通路被证明与调节心肌细胞增殖有关[34]，实验表明，Notch信号通路通过促进BMP10 的表达，促进成熟心肌细胞的增殖[35]。研究人员发现，斑马鱼心室损伤可以激活再生反应中的Notch 通路[36]。但是也有研究表明，Notch 信号的过度激活也会抑制心肌细胞增殖[34]。

2.3 Wnt/β-catenin 信号通路

Wnt/β-catenin 信号通路是调控再生过程的主要信号通路之一。Wnt 信号通路在心脏损伤后被激活，促进心脏再生[37]。GSK-3α 和GSK-3β 作为经典的Wnt 通路的调节因子，通过调控对磷酸化介导的βcatenin 靶向蛋白酶体的降解，在心肌细胞的增殖与心肌梗死的修复中发挥重要作用[38]。GSK-3β 的化学抑制或基因敲除已被证明可以诱导心肌细胞重新进入细胞周期，促进心肌细胞增殖[39]。此外，研究发现敲除GSK-3 等位基因中的3 个基因，可以促进心肌细胞的增殖，减少瘢痕形成，改善心肌梗死后的心脏功能[40]。

2.4 其他信号通路

此外，还有一些信号通路在心肌再生中发挥着重要作用。Jak/Stat 信号通路是与心肌再生密切相关的信号通路。研究表明抑制斑马鱼中的该信号的传导可减少心肌细胞增殖并增加心脏损伤后的瘢痕形成[41]。对心肌细胞的研究表明，PI3K-AKT 信号激活后，处于有丝分裂期和细胞动力学期的新生和成年心肌细胞数量增加[42]。此外，Wu 等[43]研究发现，低密度脂蛋白6 通过ING5/P21 途径调节心肌梗死后心肌细胞的增殖，缓解瘢痕组织造成的心肌收缩能力下降的问题。

3 细胞因子与心肌再生

细胞因子是由免疫细胞和某些非免疫细胞经刺激后合成、分泌的一类具有广泛生物学活性的小分子蛋白质，一般通过结合相应受体来调节细胞生长、增殖和分化。研究发现Pitx2、OSM、Gp130、GATA-4 等细胞因子在心肌再生中起到了重要的调节作用，其可以使心肌细胞重新进入细胞周期，从而调节心肌细胞的增殖[44]。

Pitx2 的表达可以使发生梗死后的成年小鼠心肌细胞有效再生[45]。Tao 等[45]发现Pitx2 通过促进心肌细胞增殖，促进心脏再生。此外，Pitx2 可以通过抑制活性氧促进心肌再生。OSM 是一种多效分泌蛋白，是调控小鼠心脏细胞增殖的关键上游因子。Gp130 是一种OSM 的共受体，是改善心脏损伤后心脏再生的潜在治疗靶点[46]。Gp130 的条件性激活可以促进梗死后的心肌细胞增殖和心脏再生[47]，其促增殖作用是由Y357磷酸化介导的，并且不依赖于Hippo 途径，而是STAT3、Erk/MAPK、mTORC1、Hippo 和Notch 这些通路共同参与了对Gp130 的调控，促进心肌细胞增殖和心脏再生。细胞因子E2F-2，在细胞周期中与口袋蛋白形成复杂的网络，调节心肌细胞增殖和分化[13]。E2F-2 的过表达可以刺激心肌细胞循环。小鼠靶向表达E2F-2后，心肌细胞数量明显增加，同时磷酸化组蛋白-H3和Aurora-激酶阳性心肌细胞明显增加[48]。GATA-4在心脏增殖过程中起关键作用，GATA-4 增加会促进损伤后的心肌细胞增殖[49]。此外，Tbx20 和Meis等也可以调控梗死小鼠的心肌细胞促进心肌细胞增殖[50]。

4 结论与展望

综上所述，microRNA、细胞因子等在心血管疾病中发挥了关键作用，在心肌梗死中microRNA 的抑制与过表达对于促进心肌细胞的增殖具有积极作用。Pitx2、Gp130、GATA-4 等细胞因子也通过一些特定的信号通路发挥作用。现有研究表明的内源性促进心肌再生的策略，为心脏受损区域补充功能性心肌细胞、促进心脏受损之后的组织修复提供了潜在的可能性。但大多数研究仍然处于初步阶段，由于动物模型的限制，这些调节作用的认识仍然比较局限，将其应用于临床仍亟需更深入、更完善的研究。相信在不断的研究后，通过刺激一些内源性因子的表达，促进成熟心肌细胞重新进入细胞周期，促进心肌细胞的增殖来补充受损区域的治疗方法，会安全有效地应用于临床治疗当中。