P物质在心脏纤维化中的作用机制研究

陶新宇，曲晨

(南京医科大学第二附属医院老年医学科，南京 210011)

心脏纤维化的突出特征是心肌成纤维细胞过度重塑和细胞外基质积聚。在致病因素作用下，细胞外基质代谢紊乱、胶原过度沉积等因素导致心肌代谢、传导功能下降；心肌成纤维细胞异常增生导致心肌僵硬度和心肌重塑增加，破坏正常心肌的结构和功能。心力衰竭、心肌梗死等心脏疾病均与心肌纤维化有关，且发病率和病死率均较高[1]。心脏衰老的重要特征之一是发生纤维化。心脏纤维化及其相关心血管疾病严重威胁人类健康，但目前仍缺乏有效的防治手段。研究显示，免疫炎症反应是启动和促进心肌纤维化形成及发展的关键步骤，而P物质不仅是一种小分子神经递质，也是一种重要的炎症诱导因子[2]。有研究发现，P物质可减轻缺氧/复氧诱导的H9C2心肌细胞凋亡，但加入神经激肽-1受体(neurokinin-1 receptor，NK-1R)抑制剂后，P物质对蛋白激酶B信号通路的活化作用以及抗心脏凋亡作用均显著减弱[3]。目前P物质在心脏纤维化中的作用机制尚未完全明确，因此深入了解P物质在心脏纤维化过程中的作用及相关信号通路，对于减轻心脏纤维化、降低纤维化相关心血管疾病的发生率和病死率均具有重要意义。现就P物质在心脏纤维化过程中的作用机制予以综述。

1 P物质

P物质是一种由11个氨基酸残基(十一肽)与氨基酸序列Arg-Pro-Lys-Pro-Gln-Gln-Phe-Phe-Gly-Leu-Met-NH2组成的小分子神经递质，也是重要的炎症诱导因子[3]，参与疼痛反应、免疫调节、炎症反应和伤口愈合等过程。P物质存在于正常心脏冠状动脉和小动脉的感觉神经中，少量存在于冠状动脉的内皮细胞中[4]，可感受冠状动脉压力、流量、稳态的变化。P物质水平升高在最初可能是有利的，但其表达长期上调可导致心脏微环境紊乱，并产生心脏重构不良及心力衰竭等不利影响[5]。NK-1R是一种具有407个氨基酸的G蛋白偶联受体，广泛存在于各种细胞组织中，包括血管内皮细胞、成纤维细胞、白细胞以及神经元等[6]。

P物质与NK-1R结合形成的复合物在心脏传导系统中广泛存在，可启动信号级联，通过胞内信号转导通路[如1，4，5-三磷酸肌醇(inositol triphosphate，IP3)、二酰甘油(diacylglycerol，DG)及环腺苷酸(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)等]参与体内生理反应，这些信号通路通过控制细胞因子的表达，调节离子通道的活动[7]。Mehboob[8]研究发现，病毒感染后，普通小鼠心脏中的P物质水平升高，而缺乏速激肽-1基因的小鼠可免受心脏炎症的损害，因此P物质可能是导致2019新型冠状病毒肺炎(新冠肺炎)患者心力衰竭的一个重要介质，而阿普雷帕霉素可阻止新冠肺炎患者心脏炎症的级联反应，但其具体作用机制及临床效果目前尚不明确。

目前关于P物质的研究主要集中于肿瘤及疼痛方面，NK-1R拮抗剂在临床上主要用于抗炎、抗抑郁、镇痛、抗病毒以及抗肿瘤等方面[9]。如张渝等[10]研究发现，P物质/NK-1R可促进鼻咽癌细胞增殖、侵袭等。但目前关于P物质在心脏纤维化方面的体内外研究较少，仍需未来进一步研究探索。

2 P物质在心脏纤维化中的作用通路

心脏成纤维细胞的异常增殖及细胞外基质的过度合成和沉积是导致心脏纤维化形成的重要机制。随着成纤维细胞生存微环境的改变，其生长及代谢等活动过程也会发生改变，而P物质可通过影响心脏成纤维细胞生存环境的成分激活不同信号通路，从而调节或直接参与心脏纤维化的进程。如P物质可产生Ca2+，并经磷脂酶C(phospholipases C，PLC)-IP3/DG-Ca2+通路参与成纤维细胞的有丝分裂过程，促进已经活化的成纤维细胞增殖和迁移[11]；而细胞间黏附分子-1 (intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)可通过激活促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)通路参与调节炎症相关的心脏纤维化[12]。此外，P物质还可刺激肥大细胞脱颗粒释放糜蛋白酶等物质，通过转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)/Smads通路促进细胞外基质的合成和沉积[13]。总之，P物质可通过多种通路参与心脏纤维化的发生发展，但具体机制目前尚未完全阐明。

2.1通过PLC-IP3/DG-Ca2+通路参与心脏纤维化过程 细胞内的Ca2+可诱导心脏成纤维细胞增殖，Ca2+通过参与某些信号转导通路促进心肌纤维化的发展。Kumaran和Shivakumar[14]研究显示，P物质可提高成年大鼠心脏成纤维细胞内的Ca2+和超氧阴离子水平，引起增生性反应，促进心脏纤维化的发生发展。P物质还可刺激心脏中性粒细胞中的磷脂酰肌醇二磷酸水解为DG和IP3，导致细胞内Ca2+水平升高[15]。此外，P物质及其相关的速激肽也可促进细胞外Ca2+通过L型和N型Ca2+通道内流，从而激活Ca2+信号通路，而该信号通路可被钙通道阻滞剂阻断[16]。胞外信号调节激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)可促进细胞有丝分裂，在细胞增殖和分化中发挥关键作用，减少ERK1/2磷酸化可显著降低Ⅰ型、Ⅲ型胶原信使RNA和蛋白的表达[17]。而ERK1和ERK2激活是心脏成纤维细胞DNA合成所必需的[18]，也是启动和促进心脏纤维化的关键步骤。P物质可通过PLC-IP3-Ca2+通路升高胞质内Ca2+水平，从而激活ERK通路[19]。因此，P物质可能通过PLC-IP3-Ca2+信号通路参与成纤维细胞有丝分裂，促进成纤维细胞增殖。Tanabe等[20]研究证明，P物质可通过激活NK-1R-PLC-DG-PKC通路产生Ca2+和氧自由基，而Ca2+作用于线粒体可促进活性氧的产生，活性氧又可作用于内质网的Ca2+-ATP酶，促进内质网Ca2+释放，导致胞质内Ca2+水平进一步升高，两者相互作用、互相促进，形成恶性循环，进一步促进心脏纤维化进程。综上，P物质可通过NK-1R-PLC-DG-PKC通路参与心脏纤维化的发生发展，早期阻断该通路可能成为治疗心脏急慢性损伤以及心脏纤维化的关键靶点。

2.2通过cAMP-PKA通路参与心脏纤维化过程 cAMP是一种在人体内普遍存在的第二信使，G蛋白的α亚基与兴奋性G蛋白结合形成复合物，进而激活腺苷酸环化酶，催化cAMP形成[21]。磷酸二酯酶可通过将cAMP水解为不活跃的5′腺苷-磷酸降低cAMP活性[22]。cAMP的效应因子PKA是一种具有广泛特异性的碱性丝氨酸/苏氨酸激酶，其可激活心脏成纤维细胞中的一种可抑制RhoA活性的物质，而该物质可通过Ca2+循环以及肌纤维收缩直接调节肌动蛋白的细胞骨架动力学，从而控制细胞的形态、迁移和黏附[23]。

cAMP是纤维反应的主要调节因子，其调控的信号通路可很大程度上影响心脏成纤维细胞的功能，进而影响心脏纤维化的发展。Zhang等[24]研究表明，在异丙肾上腺素诱导的新生大鼠心肌细胞肥大过程中，cAMP/PKA信号通路显著增强。因此，增强抗纤维化cAMP效应物的活性、抑制促纤维化cAMP复合物的信号传递，或可成为未来减轻或逆转心脏纤维化的新策略。

2.3通过MAPK/PKC-ICAM-1通路参与心脏纤维化形成 哺乳动物体内的MAPK通路主要包括ERK、p38 MAPK和c-Jun氨基端激酶，ERK激活可促进细胞有丝分裂，在细胞增殖和分化中发挥关键作用；而c-Jun氨基端激酶和p38 MAPK可被环境应激(如紫外线照射)激活，在细胞凋亡和细胞因子表达中发挥重要作用[25]。

ICAM-1是一种重要的促炎分子，主要分为可溶型和膜型，经蛋白酶裂解后，膜型ICAM-1细胞外成分脱落进入血液，形成可溶型ICAM-1，可溶型ICAM-1水平升高，预示心血管疾病风险增加[26]。MAPK和PKC是ICAM-1表达过程中的重要调节剂。Tsakadze等[27]研究表明，在心脏纤维化过程，MAPK和PKC参与调节可溶型ICAM-1的产生。使用p42/44 MAPK抑制剂和PKC抑制剂处理小鼠可完全消除P物质对可溶型ICAM-1的影响，表明P物质可通过MAPK/PKC信号通路介导可溶型ICAM-1的产生和释放[28]。Lang等[29]研究发现，抑制ICAM-1可减少巨噬细胞的积聚和TGF-β的表达，从而减轻血管中层增厚以及由血管生成素Ⅱ诱导的纤维化。有研究发现，肾素-血管紧张素诱导的高血压大鼠心肌中ICAM-1水平显著升高，同时在大鼠循环的白细胞中也检测到相应配体，其心脏伴有慢性纤维化改变[30]。ICAM-1的细胞间特异性识别功能使其成为反映炎症的可靠标志物，可引导白细胞黏附和迁移至炎症部位，从而介导炎症过程，同时增加特异性单核细胞趋化蛋白-1的产生，从而趋化和激活单核细胞至炎症部位，促进其他炎症因子的表达并调节机体免疫，在进行性心脏纤维化过程中起重要作用[31]。Trial等[32]研究发现，C57BL/6J衰老小鼠心脏单核巨噬细胞在特异性单核细胞趋化蛋白-1诱导下向心脏迁移，并极化为M2型巨噬细胞，进而促进年龄相关的纤维化和心脏舒张功能障碍的发展。

总之，P物质通过激活MAPK/PKC/ICAM-1通路不仅可增加心脏成纤维细胞的细胞外基质合成，还可介导心脏成纤维细胞向肌成纤维细胞表型转化，从而促进成纤维细胞的增殖。而ICAM-1的增加可能涉及MAPK和PKC依赖机制的转录后和(或)翻译后调节，但目前P物质与ICAM-1基因的关系尚未明确，仍需未来进一步研究阐明。

2.4通过肥大细胞激活TGF-β/Smads通路参与心脏纤维化的形成 心脏肥大细胞在驱动不利的心肌重塑中具有重要作用，而P物质是一种肥大细胞促分泌素，可促进肥大细胞释放大量介质，打破心脏微环境的平衡，引起一系列病理反应。Li等[33]报道显示，人心脏移植后肥大细胞数量增加，且与纤维化呈正相关；肥大细胞在心脏移植后第1周即出现，第2周肥大细胞脱颗粒并释放大量介质，第3周检测心脏纤维化程度发现具有较高数量肥大细胞的患者心脏纤维化增加17%，而具有较少数量肥大细胞的患者心脏纤维化仅增加3.5%。研究表明，P物质可通过NK-1R激活心脏肥大细胞[2]，导致肥大细胞脱颗粒并释放大量与纤维化有关的介质，如糜蛋白酶、类胰蛋白酶、组胺以及细胞因子等[34]，这些物质均由肥大细胞合成或储存，共同参与心肌纤维化过程。胰蛋白酶主要储存于心脏肥大细胞的颗粒中，主要通过MAPK或蛋白酶活化受体-2通路促进心脏成纤维细胞增殖及胶原合成[35]。而根据既往研究，糜蛋白酶在心脏纤维化过程中的作用主要通过TGF-β/Smads通路实现[36]。

激活后的肥大细胞发生缓慢脱颗粒，使糜蛋白酶被释放至细胞外，从而发挥作用[37]。糜蛋白酶是人、犬和小鼠体内血管紧张素Ⅱ产生过程中的调节剂[38]，大鼠心脏血管紧张素Ⅱ的形成约25%归因于糜蛋白酶，而血管紧张素Ⅱ是参与高血压诱导心肌纤维化进展的重要物质之一[39]。研究表明，血管紧张素Ⅱ可显著抑制心功能减弱相关的心肌纤维化过程[40]；同时，其还可激活成纤维细胞并使其转化为肌成纤维细胞，促进细胞增殖和胶原沉积[41]。Stewart等[42]首次证实，抑制糜蛋白酶的表达可减少心脏纤维化、改善左心室舒张功能。研究发现，与未使用糜蛋白酶抑制剂大鼠相比，使用糜蛋白酶抑制剂NK3201心肌梗死大鼠心脏内Ⅰ型和Ⅲ型胶原水平显著降低[43]。Shimizu等[44]研究发现，雄性仓鼠主动脉缩窄可导致糜蛋白酶活性增加、血管紧张素转换酶活性降低，进而导致仓鼠心脏纤维化。心肌内的糜蛋白酶可通过激活胶原酶产生血管紧张素等激活TGF-β/Smads通路，进而参与细胞外基质的形成和降解，增强心脏纤维化[45]。在细胞水平上，用糜蛋白酶处理离体心脏的成纤维细胞24 h，可导致成纤维细胞增殖，同时伴随TGF-β1信使RNA和蛋白水平升高[46]。TGF-β1可通过细胞内的Smad2和Smad3激活成纤维细胞并产生胶原，在心肌肥厚和纤维化中发挥重要作用[40]。且Smad和非Smad途径均可被TGF-β1激活，TGF-β1首先以非Smad依赖的方式引起c-Jun氨基端激酶的快速激活，随后以Smad依赖的方式持续激活c-Jun氨基端激酶[25]。Wu等[47]给予心肌梗死致心肌纤维化模型大鼠缬沙坦后，大鼠心功能显著改善，且该保护作用主要通过抑制TGF-β1/Smads通路实现。因此，糜蛋白酶可直接或通过血管紧张素Ⅱ间接调节心肌纤维化过程。

总之，外来因素长期刺激可导致心脏内的P物质及其受体水平上调，并刺激心脏肥大细胞脱颗粒，释放大量介质，从而破坏心脏细胞微环境的平衡，且P物质诱导产生的介质主要通过糜蛋白酶以及血管紧张素Ⅱ使TGF-β1/Smads等相关通路活化，促进成纤维细胞增殖和细胞外基质异常沉积，导致心脏纤维化进程。因此，阻断TGF-β1/Smads等相关通路可成为延缓或治疗心肌纤维化的重要靶点。

3 小 结

P物质长期上调可导致心脏微环境成分异常，进而通过各种信号通路直接或间接导致心脏的不良重构，促进心脏纤维化进展。在缺血再灌注病变的急性期，P物质及其受体对于心脏主要发挥保护作用[3]；在慢性心功能不全时，P物质可通过各种信号转导通路促进心室重构，但具体作用机制目前尚未完全明确。目前关于P物质上调在心脏纤维化过程中的作用机制研究仍较少，未来深入研究P物质在心脏纤维化中的相关作用通路，有利于寻找心脏纤维化的治疗靶点，对改善心血管相关疾病以及并发症均具有重要意义。