非心肌细胞在心肌肥大和纤维化中的研究进展
2020-10-14
来源:步旅网
・ 18 ・ ! 筻 杂蠢2017午1月第44卷第1期 Int J Cardiovasc Dis,January 2017,Vo1.44,No.1 非心肌细胞在心肌肥大和纤维化中的研究进展 门素珍马丽娟刘巍 【摘要】心肌肥大和纤维化是心脏疾病发展到一定阶段的共同病理表现,最终影响 心脏功能,导致心力衰竭。近年对心肌肥大和纤维化的研究逐渐从心肌细胞转移到非心 肌细胞领域。内皮细胞、心脏成纤维细胞、巨噬细胞、淋巴细胞等非心肌细胞通过直接或 间接途径,影响心肌肥大和纤维化的发展进程。 【关键词】 心肌肥大;心肌纤维化;非心肌细胞 doi:10.3969/j.issn.1673—6583.2017.01.005 心脏由不同类型细胞组成,包括心肌细胞和非 心肌细胞。非心肌细胞通过自分泌或旁分泌作用 于心肌细胞,可直接或间接调控心肌细胞肥大和纤 维化过程。 1内皮细胞 工型和Ⅱ型神经调节素一i经解聚素和金属蛋白酶 水解为生物活性介质后,通过旁分泌释放_7]。 神经调节素一i和神经调节素一2与红白血病病 毒癌基因同源物4(ErBtM)受体结合后可诱导神经 调节素与ErbB2受体产生二聚化,引起细胞内信号 转导网络(包括丝裂原活化蛋白激酶信号通路、磷 脂酰肌醇一3激酶/丝氨酸一苏氨酸蛋白激酶信号通路 和Janus激酶信号转导及转录激活因子通路等)的 兴奋[8-93。心脏压力负荷增加可使神经调节素一1、 ErbB2和ErbtM的表达水平上调,神经调节素可诱 导乳鼠心肌细胞肥大,而ErbB2抗体能够阻断心肌 细胞肥大反应 。 1.3活性肽Apelin 心脏中的内皮细胞位于冠状动脉管腔和心腔 内表面,是血液与管壁、室壁间的结构屏障,也是心 肌细胞结构功能的动态传感器及调节器。心脏内 皮细胞可以分泌大量的血管收缩、舒张因子,在心 肌肥大和纤维化的形成中起到重要作用l_1]。 1.1 内皮素一1 内皮素一1是由血管内皮细胞产生的血管收缩 因子,可以改变血管张力、调节炎症反应、产生活性 氧、促使细胞增殖和迁移、细胞外基质沉积和心肌 肥大[2]。心脏压力超负荷时,可通过压力信号的转 导,促进内皮素一1的表达[3]。炎症反应条件下,促 炎性细胞因子(包括白细胞介素一1』3、7干扰素、肿瘤 坏死因子一a)通过上调转录因子核因子 ̄(NF-r.oB)增 加内皮素一1表达。此外,血管紧张素Ⅱ通过 心脏中的活性肽Apelin主要存在于心内膜和 血管内皮细胞,在心肌细胞也有表达,可与心肌细 胞、血管平滑肌细胞及内皮细胞的G蛋白偶联受体 APJ结合。将Apelin注入啮齿类动物体内,可观察 到心肌收缩增强而无心肌肥大反应。研究显示, Apelin在APJ敲除鼠模型中可抑制心肌肥大;而在 Apelin敲除鼠中Apelin敲除可促进心肌肥大,其机 c-Jun/c-Fos ̄,径激活内皮素一1;而内皮素一1敲除鼠 模型中,血管紧张素Ⅱ相应减少[4-5]。 1.2神经调节素 制是机械牵拉激活APJ,激活的APJ通过G蛋白非 依赖信号通路及8抑制蛋白诱导心肌肥大,此外, Apelin敲除鼠心脏中,血管紧张素转换酶2的mRNA 神经调节素是表皮生长因子家族成员。成人 心脏的内皮细胞可以合成并分泌神经调节素一1和 神经调节素一2E 。神经调节素一1分为3个亚型, 基金项目:国家自然科学基金(81270310);哈尔滨医科大学于维 水平下调。Apelin可增强血管紧张素转换酶2基因 启动子的活性,也可通过调节血管紧张素(1---7)减轻 心肌肥大和纤维化,说明Apelin可以阻断由血管紧 汉院士杰出青年基金;黑龙江省教育厅海外学人重点项目 (1252HQo13);黑龙江省留学归国基金(LC2011C07) 张素Ⅱ激活的血管紧张素转换酶2一血管紧张素(1-7) 通路,抑制心肌肥大和纤维化[1 。 2心脏成纤维细胞 正常和受损心脏中的心脏成纤维细胞对心肌 作者单位:150001 哈尔滨医科大学附属第一医院心内科 通信作者:刘巍,Email:doctor_liuwei@126.COF/I 心血管病杂志2017年1月第44卷第1期 Int J Cardiovasc Dis,January 2201Z ,o .44 1 ・ 19・ 细胞的作用不同。心脏成纤维细胞主要通过促进 肌成纤维细胞生成以及合成与分泌多种生物活性 因子,导致胶原合成增加,最终引起心肌纤维化。 研究显示,压力超负荷心脏中的心脏成纤维细胞增 生,并转化为肌成纤维细胞。而肌成纤维细胞能产 生I、Ⅲ、Ⅳ和V型胶原以及纤维连接蛋白变构体 ED-A,是组织纤维化过程中产生细胞外基质的主 要细胞来源,具有较强的迁移能力,可使大量细 胞外基质进入心肌间质和血管间隙。心脏成纤 维细胞自身也可产生细胞外基质,如纤维连接蛋 白、层黏连蛋白和蛋白多糖等,参与心肌肥大和 纤维化过程,心脏成纤维细胞还可分泌转化生长 因子一8(TGF- ̄B)、肿瘤坏死因子一a、白细胞介素一6 等细胞因子促进心肌纤维化形成。此外,心脏成 纤维细胞能够合成具有降解细胞外基质蛋白作 用的基质金属蛋白酶及其抑制物,从而影响心肌 纤维化 ㈨引。 2.I TGF- ̄3 TGF- ̄由心肌细胞、心脏成纤维细胞和免疫细 胞等多种细胞分泌,可分为3个亚型。心肌中 TGF- ̄I常随压力负荷增加而表达上调,并磷酸化 主要的细胞内信号转导分子Smad蛋白,促心肌肥 大;也能诱导心脏成纤维细胞向肌成纤维细胞转 化,促进细胞外基质蛋白生成_1 。体外实验中,将 TGF-J31加人大鼠心肌细胞的培养基中,发现心肌 细胞Smad2、3的表达上调且被磷酸化激活,随后转 移到细胞核,完成TGF- ̄I的信号转导,说明Smad 是TGF-f ̄介导心肌肥大的下游信号通路_1 。 2.2 成纤维细胞生长因子2(FGF2) FGF2也可调节心肌细胞对压力超负荷的反 应L1 。作用于心肌细胞的FGF2通过激活丝裂原 活化蛋白激酶促进心肌细胞肥大;FGF2敲除鼠中, 主动脉弓狭窄引起的心肌肥大明显减轻_1 。此外, 心脏成纤维细胞可通过自分泌FGF2诱导分泌其他 促心肌肥大因子,如心肌营养素1等I2 。 2.3结缔组织生长因子(CTGF) cTGF主要由心脏成纤维细胞分泌,作为其他 生长因子的辅因子,使心脏成纤维细胞增殖和细胞 外基质沉积,促进纤维化形成及伤口愈合[213。研究 显示,CTGF过表达鼠无心肌肥大,但心脏压力超负 荷时,则出现严重的心肌纤维化和收缩功能障 碍_2 。CTGF通过丝氨酸/苏氨酸激酶通路促进乳 鼠心肌细胞肥大。 2.4胰岛素样生长因子1(IGF1) IGF1能够调节心肌收缩功能,心脏中IGF1由 成纤维细胞分泌,通过激活IGF1受体及磷脂酰肌 醇3激酶/蛋白激酶B/N-fL动物雷帕霉素靶蛋白 (mTOR)信号转导通路促进心肌细胞肥大。IGFI 受体过表达可促进病理性心肌肥大,而心肌细胞特 异性IGF1受体敲除鼠的心肌肥大反应有所减轻, 提示IGF1可促进心肌肥大。研究显示,成年兔的 心脏在无机械负荷作用下,重组IGF-1能增加心肌 细胞蛋白积累速度,而IGF-1的中和抗体和IGF一1 受体的单克隆抗体可分别抑制重组IGF-1所致心肌 细胞蛋白的累积和转运。培养的新生鼠心肌细胞 中,IGF_1能增加心肌细胞肌球蛋白轻链2和肌钙 蛋白I的mRNA水平,提示IGF一1能直接促进心肌 细胞肥大_2引。 2.5 肾上腺髓质素(ADM) ADM通过自分泌和旁分泌方式发挥抗心肌细 胞肥大作用。在心脏压力超负荷时,心肌细胞、心 脏成纤维细胞和内皮细胞合成和分泌ADM。心肌 细胞中,ADM对细胞肥大有抑制作用;心脏成纤维 细胞中,ADM对细胞增生和细胞外基质蛋白合成 有抑制作用。ADM敲除鼠模型中,主动脉狭窄所 致心肌肥大和纤维化有所加重l2 。 2.6微小RNA(miRNA) miRNA在心肌肥大中参与了心肌细胞和非心 肌细胞间的相互作用。心脏成纤维细胞中,miR-21 通过调节生长因子的表达,促进心肌细胞肥大,而 miR-29则可减少细胞外基质蛋白沉积L2 ;miR-296 转染胚胎干细胞可减少其衍生的心肌细胞表面积, 而miR一30c转染则增加心肌细胞表面积。研究显 示,心肌细胞miR-133a具有抑制心肌细胞凋亡、改 善心室重构和提高心脏功能的作用,心肌细胞内过 量表达的miR-133a可以显著减少过氧化氢(H:02) 诱导的心肌细胞凋亡。富含miRNA的胞外体由心 脏成纤维细胞分泌并由心肌细胞摄取,miR一21是在 细胞内降解的单链miRNA,成纤维细胞衍生的胞 外体中可检测出miR-21,其被运送至心肌细胞,引 起心肌细胞肥大,提示心肌肥大中miRNA胞外体 在心脏成纤维细胞和心肌细胞间起调节作用[26-27]。 3巨噬细胞 心脏巨噬细胞参与心肌肥大和纤维化的发展。 氯膦酸二钠脂质体使高血压Ren-2鼠的巨噬细胞减 少,导致早期心脏收缩功能减退,提示心脏巨噬细 ・20・ 国际心血管病杂志2017年1月第44卷第1期 Int J Cardiovasc Dis,January 2017,Vo1.44,No.1 胞对压力超负荷时的心脏具有保护作用。相反,巨 噬细胞特异性脯氨酰羟化酶域蛋白2敲除鼠中,心 肌肥大和纤维化有所减轻,N,_硝基L'精氨酸甲酯 盐酸盐/血管紧张素所致的心脏收缩功能障碍也得 到改善[2 。此外,巨噬细胞特异性miR-155敲除 鼠,心肌肥大和压力超负荷所致的心脏收缩功能减 退有所改善,可能因miR-155下调细胞因子信号转 导抑制因子1(S0CS1)的表达,促进心肌肥大[ 。 4 T淋巴细胞 在心脏压力超负荷鼠的心肌及纵膈淋巴结中, CIN 和CD8 T淋巴细胞增加。在主要组织相容 性复合体Ⅱ敲除鼠中,CD4 T淋巴细胞缺乏,抑制 压力超负荷引起的心脏重构和心力衰竭,但CD8 T淋巴细胞缺乏无此作用_3 。CD4 CD25 调节性 T淋巴细胞的过继转移能够减轻由血管紧张素Ⅱ和 主动脉弓狭窄引起的心肌肥大和纤维化。研究显 示,调节性T淋巴细胞缺陷的柯萨奇病毒B3 (cVB3)感染鼠模型中心肌纤维化加重,提示调节 性T淋巴细胞与CVB3感染所致心肌纤维化的严 重程度呈负相关,说明调节性T淋巴细胞抑制心肌 纤维化的形成E31]。 5肥大细胞 心脏压力超负荷鼠模型中,心室和心房的肥大细 胞数量有所增加,参与炎症反应和组织重构。原发性 高血压大鼠模型中,肥大细胞稳定剂可抑制心肌纤维 化。肥大细胞缺乏的大鼠心肌肥大和纤维化明显减 轻,心脏收缩功能未受影响[3 。 5.1糜蛋白酶 肥大细胞合成和分泌的糜蛋白酶刺激心脏成 纤维细胞增殖分化,并通过TGF- ̄I1/Smad通路引 起胶原合成增加。心脏压力超负荷模型中,心肌细 胞糜蛋白酶水平增加;糜蛋白酶抑制剂和肥大细胞 稳定剂可减轻由主动脉弓狭窄诱导的心肌肥大和 纤维化,并抑制TGF- ̄I的表达_3引。 5.2胰蛋白酶 胰蛋白酶由心脏肥大细胞合成和分泌。原发性 高血压大鼠模型中,心肌胰蛋白酶水平增加。胰蛋白 酶通过激活蛋白激酶受体2促进心脏成纤维细胞增 殖以及胶原合成。蛋白激酶受体2拮抗剂可抑制原 发性高血压鼠模型的心肌纤维化[3 。 6小结 心肌肥大和纤维化过程中,非心肌细胞通过自 分泌和旁分泌等方式发挥作用,调控心肌细胞。通 过特异性基因敲除技术,可研究非心肌细胞及其相 关因子的功能及与心肌细胞之间的相互联系。在 心肌肥大及纤维化向心力衰竭演变的不同阶段中, 非心肌细胞的作用尚有待进一步研究。 参考文献 [1]Yu L,Yang G,Weng X,et a1.Histone methyltransferase SET1 mediates angiotensin II—induced endothelin-1 transcription and cardiac hypertrophy in mice[J]. 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