刘铁成综述，刘恩照审校



心房利钠肽和转化生长因子β1在心房颤动心房纤维化进程中的作用及相互联系

刘铁成综述，刘恩照审校

摘要心房利钠肽（ANP）和转化生长因子β1（TGF-β1）是心房颤动心房纤维化的重要因素，前者抑制心房纤维化进程，后者促进心房纤维化进程，二者均可以用来预测心房颤动患者复律后的恢复情况。更重要的是，二者对于心房颤动患者心房纤维化进程的相反作用在信号通路方面存在交叉。本文就ANP和TGF-β1在心房颤动心房纤维化进程中的作用及二者在心房纤维化进程当中的联系进行综述。

关键词综述；心房颤动；心房纤维化；心钠素；转化生长因子-β

1　心房颤动与心房纤维化

心房颤动是临床实践当中最常见的心律失常之一，但其发病及维持机制并不是十分清晰。研究显示，心房颤动的维持与心房电重构以及结构重构有密切联系，而结构重构对心房颤动的维持更为重要[1]。心房结构重构主要包括心肌细胞凋亡、肌原纤维降解以及心房间质纤维化，此外还包括心肌细胞间缝隙连接密度的下调[2]。电重构主要包括心房有效不应期缩短以及电信号在心房中传导速度的减慢[3]。电重构也许可以通过维持窦性心律得以逆转，而结构重构即便是在心律控制之后也不可逆转[4]。在接受单纯二尖瓣替代手术治疗的患者中，有慢性心房颤动者的右房胶原容积分数较窦性心律者明显升高，预示心房颤动患者的心房纤维化程度较窦性心律者明显增加[5]。动物实验显示，快速心房起搏诱发心房颤动，同时可伴有显著的心房纤维化[6]。随着心房颤动持续时间增加，右心房纤维化程度也在不断增加，心房颤动的持续时间和右心房纤维化程度之间存在正相关关系[7]。 在慢性心力衰竭的犬模型当中，心房纤维化导致心房传导性异常以及心房颤动的易感性增加[8]。综上，多项研究表明，心房纤维化不仅是心房颤动的结果，更是心房颤动产生与维持的重要机制。

2　转化生长因子β1与心房颤动以及心房纤维化的关系

转化生长因子β（TGF-β）信号通路是调节心脏纤维化形成的重要信号通路之一，TGF-β通过结合细胞膜表面Ⅰ型（TβRⅠ）和Ⅱ型（TβRⅡ） 受体（丝氨酸/苏氨酸激酶）从而使细胞外信号得以传递入细胞内。TGF-β直接和Ⅱ型受体结合从而激活Ⅰ型受体，使Ⅰ型受体能够磷酸化受体调节Smads蛋白（R-Smads）。磷酸化后的R-Smads蛋白和联合调节Smads蛋白（Co-Smads）结合形成复合物，然后进入细胞核发挥调节靶基因促进纤维化的作用。TGF-β家族成员有30多种，包括TGF-β1-3以及骨形态发生蛋白（BMP）等。R-Smads包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5、Smad8；Co-Smads为Co-Smad4。此外还有抑制性Smads（I-Smad6、I-Smad7）蛋白，可以抑制R-Smads的磷酸化以及R-Smads和Co-Smads所形成的复合物在细胞核内的调节作用。

TGF-β1是诱导心脏纤维化的重要因素之一，且对心房的选择性比对心室更高。研究显示，在转基因过表达TGF-β1小鼠中，尽管心房和心室TGF-β1表达程度相似，但心房却发生孤立性纤维化，且转基因小鼠心房颤动的易感性也明显增加[9]。此外，其他动物实验研究也有相似的结果，过表达TGF-β1的转基因小鼠表现出心房选择性纤维化以及明显增加的心房颤动易感性[10]。这可能是由于在心房中TGF-β1与其受体结合作用较强以及受体的活性较高所致[9]。动物实验显示，成年大鼠离体心房及心室成纤维细胞在均给予TGF-β1干预之后，心房成纤维细胞表现出更强的胶原纤维表达水平，且只在心房成纤维细胞组观察到增加的磷酸化Smad3蛋白表达，而两组TGF-β1受体表达水平及分布情况未见不同[11]。临床研究显示，在窦性心律、阵发性心房颤动以及慢性持续性心房颤动的风湿性心脏病患者当中，心房样本的胶原纤维含量呈显著递增趋势，且TGF-β1的表达水平、其在血清当中的含量以及其信使核糖核酸（mRNA）的含量均和心肌胶原纤维含量呈正相关[12]。TGF-β1表达水平增加可能会导致心房间质细胞向肌成纤维细胞转化以及细胞外胶原纤维的产生增多，最终导致心房进行性纤维化。TGF-β1抑制剂可以减少慢性充血性心力衰竭犬模型的致心律失常性左心房结构重塑及心房纤维化的发生，其心房颤动的易感性在应用TGF-β1抑制剂组当中也显著下降[8]。综合考虑，TGF-β1有可能在心房颤动相关的心房纤维化进程中起至关重要的作用，阻断TGF-β1的信号通路很有可能抑制心房纤维化，从而对心房颤动的治疗有所帮助。此外，TGF-β1还是心房颤动治疗预后的重要预测因素之一。研究显示，在接受导管消融术的非阵发性心房颤动患者中，术后复发人群的术前血浆TGF-β1水平较术后非复发人群较高，而在阵发性心房颤动患者中却没有上述表现；血浆TGF-β1水平可以单独预测非阵发性心房颤动患者接受导管消融术后心房颤动复发的可能性[13]。血浆TGF-β1水平也可以用来预测持续性心房颤动患者采用冷冻消融Cox迷宫手术后一年随访时间内的预后情况[14]。另有研究表明，心房TGF-β1的mRNA水平是心房颤动患者迷宫术后缺乏心房机械收缩功能的恢复以及产生心房电机械分离的独立的危险因素，这可能与TGF-β1介导的心房纤维化有关[15]。

TGF-β1作为TGF-β家族成员之一，在与膜连接异源受体激酶（TβRⅠ和TβRⅡ）相结合之后，将信息通过Smad蛋白信号通路以及非Smad蛋白信号通路在细胞内传导，且其介导的Samd蛋白信号通路为TGF-β1细胞内信息传导的主要通路[16,17]，并在心房纤维化以及心房颤动当中有非常重要的作用。TGF-β介导的Smads蛋白信号传输可能主要是通过受体Ⅰ相关Smad2和Smad3蛋白磷酸化得以实现[18]。在快速左心房起搏诱发心房颤动的兔模型中，心房纤维化明显，且和非起搏对照组相比，左心房TGF-β1的mRNA水平及蛋白质水平均显著增加，磷酸化的Smad2/3（ P-Smad2/3）水平也显著增加,而抑制性的Smad蛋白（Smad7）的表达在快速心房起搏组却显著减少[6]。研究显示，慢性心房颤动患者的TGF-β1和Smad3的含量以及表达水平较窦性心律患者均显著升高，Smad3的含量水平和TGF-β1的水平呈正相关，且慢性心房颤动患者心房纤维化的程度较窦性心律者显著增加[5]。另有研究发现，随着心房颤动持续时间增加，TGF-β1的mRNA、Smad-1、Smad-4、Smad-7及TβRⅡ含量也在逐渐增加，但是磷酸化的Smad-2含量却是先增加后减少，TβRⅠ的含量随持续时间增加而逐渐减少[7]。由此推测，心房颤动早期随着时间推移，TGF-β信号通路促纤维作用逐渐增强；但到心房颤动后期，这种促纤维作用也许可以被增加的Smad-7的抑制作用以及减少的TβRⅠ和磷酸化的Smad2蛋白水平而减弱甚至被抵消[7]。然而，尽管也许存在上述的抑制作用，但心房颤动患者的心房纤维化进程却始终在进行[7]。

3　心房利钠肽与心房颤动及心房纤维化的关系

心房利钠肽（ANP）作为利钠肽家族当中的成员之一，主要由心房肌细胞合成及分泌，发挥利钠利尿、扩血管、抗增生以及抗纤维化等作用。研究显示，心肌细胞分泌的内源性ANP可以作为旁分泌因子抑制心脏成纤维细胞合成胶原纤维[19]。左心耳胶原容积分数和血浆ANP的水平呈负相关，和心房颤动持续时间呈正相关[20]。动物实验显示，和野生型的ANP表达阳性的纯合子相比，ANP表达为阴性纯合子小鼠在横向主动脉缩窄情况下，由于压力负荷过载表现出较为显著的肌成纤维细胞转化以及胶原沉积；这表明ANP有可能对肌成纤维细胞的转化以及细胞外基质的沉积起负性调节作用[21]。然而在心房颤动患者当中，ANP的表达和分泌也许是不一致的。和窦性心律患者相比，持续性心房颤动患者的血浆ANP浓度显著增加[22]，但 ANP的mRNA表达水平在心房颤动组较窦性心律组却是显著减少[20]。另有研究者通过血浆N末端利钠肽原（NT-proNP）来评价利钠肽的分泌情况，结果发现阵发性和持续性心房颤动患者的血浆NT-proNP水平高于窦性心律者，但心房颤动（如持续性心房颤动亚组）越严重，心房proNP基因表达水平越低[23]。这也许是因为心房颤动诱导心房结构重构、心肌细胞变性并以心肌纤维化的形式将其取而代之，从而导致心房转录proNP的能力下降，但其储存和分泌ANP的能力会保持在一个较高的水平，直到心房纤维化程度变得更为严重为止。

4　心房利钠肽对于心房颤动复律后的预后价值以及与转化生长因子-β1的关系

由于ANP在心房颤动患者当中的变化特点，也许ANP可以用来预测复律后心房颤动患者的恢复情况。研究发现，复律术前基础血浆N末端心房利钠肽原（NT-proANP）对于复律后心房颤动复发的可能性的大小没有预测价值；但是复律前运动诱导NT-proANP升高即△NT-proANP对于复律后心房颤动复发却有很强的预测价值，△NT-proANP越高，心房颤动复发风险越小[24]。此外，ANP以其抗纤维化的作用在阻止心房颤动进行性发展方面起着非常重要的作用[21]。研究显示，在雄性SD大鼠的肺动脉平滑肌细胞中，ANP/环磷酸鸟苷（cGMP）/蛋白激酶G（PKG）信号通路可以减少TGF-β1的Smad蛋白信号通路当中磷酸化的Smad2、Smad3蛋白的核内转移，抑制TGF-β1诱导的细胞外基质的基因表达水平，但没有改变TGF-β1诱导的磷酸化的Smad2和Smad3水平；在肺动脉血管平滑肌细胞的缺氧的适应过程中，ANP和TGF-β1之间存在拮抗作用[25]。研究证明，在肺血管平滑肌细胞中β2微管蛋白通过螯合Smad3蛋白，阻止Smad3蛋白向细胞核内转移，从而在ANP/cGMP/PKG针对于TGF-β的Smad蛋白信号通路中起重要作用[26]。另有研究发现，ANP通过ANP/cGMP/PKG信号通路在其他位点（Ser309 和 Thr388）而不是在羧基末端残基将Smad3磷酸化，从而阻止TGF-β1诱导的pSmad3核内转移，进而干扰心肌成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化以及心肌成纤维细胞胞外基质的表达，最终抑制TGF-β1的促纤维化作用[22]。

5 结语

TGF-β1和ANP作为存在于心房颤动当中的重要因素，可以用来预测复律后心房颤动的恢复情况。更重要的是，它们作为心房颤动心房纤维化进程当中的重要因素，前者可以促进心房纤维化的发展，后者则可以抑制心房纤维化的发展，二者对于心房颤动患者心房纤维化进程的相反作用在信号通路方面存在交叉，也就是说，ANP可以抑制TGF-β1的促纤维化作用，从而抑制心房颤动的维持与发展，这对于心房颤动的治疗有着非常重要的作用。然而，文献提供的研究数据却很少，二者在心房颤动心房纤维化过程中的关系需要进一步深入研究。

参考文献

[1]Krogh-Madsen T,Abbott GW,Christini DJ.Effects of electrical and structural remodeling on atrial fibrillation maintenance:a simulation study.PLoS Comput Biol,2012,8:e1002390.

[2]Van Der Velden HM,Ausma J,Rook MB,et al.Gap junctional remodeling in relation to stabilization of atrial fibrillation in the goat.Cardiovasc Res,2000,46:476-486.

[3]Wijffels MC,Kirchhof CJ,Dorland R,et al.Atrial fibrillation begets atrial fibrillation.A study in awake chronically instrumented goats.Circulation,1995,92:1954-1968.

[4]Cha TJ,Ehrlich JR,Zhang L,et al.Dissociation between ionic remodeling and ability to sustain atrial fibrillation during recovery from experimental congestive heart failure.Circulation,2004,109:412-418.

[5]Li Y,Jian Z,Yang ZY,et al.Increased expression of connective tissue growth factor and transforming growth factor-beta-1 in atrial myocardium of patients with chronic atrial fibrillation.Cardiology,2013,124:233-240.

[6]He X,Gao X,Peng L,et al.Atrial fibrillation induces myocardial fibrosis through angiotensinⅡ type 1 receptor-specific Arkadiamediated downregulation of Smad7.Circ Res,2011,108:164-175.

[7]Gramley F,Lorenzen J,Koellensperger E,et al.Atrial fibrosis and atrial fibrillation:the role of the TGF-beta1 signaling pathway.Int J Cardiol,2010,143:405-413.

[8]Lee KW,Everett TT,Rahmutula D,et al.Pirfenidone prevents the development of a vulnerable substrate for atrial fibrillation in a canine model of heart failure.Circulation,2006,114:1703-1712.

[9]Rahmutula D,Marcus GM,Wilson EE,et al.Molecular basis of selective atrial fibrosis due to overexpression of transforming growth factor-beta1.Cardiovasc Res,2013,99:769-779.

[10]Choi EK,Chang PC,Lee YS,et al.Triggered firing and atrial fibrillation in transgenic mice with selective atrial fibrosis induced by overexpression of TGF-beta1.Circ J,2012,76:1354-1362.

[11]Yeh YH,Kuo CT,Chang GJ,et al.Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 4 mediates the differential responsiveness of atrial versus ventricular fibroblasts to transforming growth factor-beta.Circ Arrhythm Electrophysiol,2013,6:790-798.

[12]Xiao H,Lei H,Qin S,et al.TGF-beta1 expression and atrial myocardium fibrosis increase in atrial fibrillation secondary to rheumatic heart disease.Clin Cardiol,2010,33:149-156.

[13]Wu CH,Hu YF,Chou CY,et al.Transforming growth factor-beta1 level and outcome after catheter ablation for nonparoxysmal atrial fibrillation.Heart Rhythm,2013,10:10-15.

[14]On YK,Jeon ES,Lee SY,et al.Plasma transforming growth factor beta1 as a biochemical marker to predict the persistence of atrial fibrillation after the surgical maze procedure.J Thorac Cardiovasc Surg,2009,137:1515-1520.

[15]Park SJ,On YK,Kim JS,et al.Transforming growth factor beta1-mediated atrial fibrotic activity and the recovery of atrial mechanical contraction after surgical maze procedure.Int J Cardiol,2013,164:232-237.

[16]Schmierer B,Hill CS.TGF beta-SMAD signal transduction:molecular specificity and functional flexibility.Nat Rev Mol Cell Biol,2007,8:970-982.

[17]Shi Y,Massague J.Mechanisms of TGF-beta signaling from cell membrane to the nucleus.Cell,2003,113:685-700.

[18]Leask A,Abraham DJ.TGF-beta signaling and the fibrotic response.FASEB J,2004,18:816-827.

[19]Maki T,Horio T,Yoshihara F,et al.Effect of neutral endopeptidase inhibitor on endogenous atrial natriuretic peptide as a paracrine factor in cultured cardiac fibroblasts.Br J Pharmacol,2000,131:1204-1210.

[20]Yoshihara F,Nishikimi T,Sasako Y,et al.Plasma atrial natriuretic peptide concentration inversely correlates with left atrial collagen volume fraction in patients with atrial fibrillation:plasma ANP as a possible biochemical marker to predict the outcome of the maze procedure.J Am Coll Cardiol,2002,39:288-294.

[21]Li P,Wang D,Lucas J,et al.Atrial natriuretic peptide inhibits transforming growth factor beta-induced Smad signaling and myofibroblast transformation in mouse cardiac fibroblasts.Circ Res,2008,102:185-192.

[22]Wozakowska-Kaplon B,Opolski G.No correlation between atrial natriuretic peptide concentrations and echocardiographic measurements of left atrial size or left ventricular size and function in patients with persistent atrial fibrillation.Pacing Clin Electrophysiol,2005,28:S110-S114.

[23]Cao H,Xue L,Wu Y,et al.Natriuretic peptides and right atrial fibrosis in patients with paroxysmal versus persistent atrial fibrillation.Peptides,2010,31:1531-1539.

[24]Govindan M,Borgulya G,Kiotsekoglou A,et al.Prognostic value of left atrial expansion index and exercise-induced change in atrial natriuretic peptide as long-term predictors of atrial fibrillation recurrence.Europace,2012,14:1302-1310.

[25]Li P,Oparil S,Novak L,et al.ANP signaling inhibits TGF-betainduced Smad2 and Smad3 nuclear translocation and extracellular matrix expression in rat pulmonary arterial smooth muscle cells.J Appl Physiol,2007,102:390-398.

[26]Gong K,Xing D,Li P,et al.cGMP inhibits TGF-beta signaling by sequestering Smad3 with cytosolic beta2-tubulin in pulmonary artery smooth muscle cells.Mol Endocrinol,2011,25:1794-1803.

（编辑：朱柳媛）

综述

收稿日期：（2015-09-28）

中图分类号：R54

文献标识码：A

文章编号：1000-3614（2016）03-0298-03

doi:10.3969/j.issn.1000-3614.2016.03.022

作者简介：刘铁成 硕士研究生 研究方向为心血管病、心律失常和冠心病的基础与临床研究 Email：liutiecheng136@126.com 通讯作者：刘恩照Email：liu_ezh@126.com

作者单位：300211 天津市，天津医科大学第二医院 心脏科