薛周铭，李静，梁雪琦，汤海霞，班涛，霍蓉

(哈尔滨医科大学药学院药理教研室，哈尔滨 150086)

病理性心肌肥厚(简称心肌肥厚)是心脏对多种病理性诱发因素做出的一种适应性反应，其发展过程主要分为3个阶段：心肌肥厚进展期、心脏代偿期、心脏失代偿期。心肌肥厚主要表现为心脏体积增大伴心肌细胞凋亡、细胞外间质沉积、心脏功能失调，使心肌收缩力降低，供血受阻，氧耗量增加，顺应性降低，最终导致扩张性心肌病、心力衰竭和心源性猝死[1-4]。心肌肥厚患者临床表现为乏力、头晕、胸痛、呼吸困难等，严重危害人类健康。在发展中国家，心肌肥厚最终诱发心力衰竭的死亡人数约占所有死亡人数的25%[5-6]。阻止心肌肥厚的发生发展有利于降低心血管疾病的发生率和致死率，目前临床对于心肌肥厚的治疗仅限于改善症状且疗效甚微，深入探究心肌肥厚的发病机制、寻找心肌肥厚发生的关键靶标迫在眉睫。虽然目前在心肌肥厚发病机制方面已经取得一定进展，但由于其发病机制极其复杂，仍然无法清楚地揭示其分子机制，而心肌肥厚的发病机制主要与多个细胞信号转导途径的激活密切相关。现就心肌肥厚发生发展的相关信号转导途径进行综述，以期更好地从分子水平揭示心肌肥厚的发生发展过程，为治疗心肌肥厚、寻找药物治疗的新靶点，提供详实的理论依据。

1 由钙离子(Ca2+)介导的信号转导途径

心肌细胞内Ca2+增加是导致心肌肥厚的最基本信号。心肌肥厚导致体液因子(包括去氧肾上腺素、血管紧张素Ⅱ和内皮素-1)增加、肌细胞伸展、心脏工作增加，这一系列病理性改变会刺激细胞内Ca2+增加，从而激活钙调磷酸酶(calcineurin,CaN)和钙调素依赖性蛋白激酶(calmodulin-dependent protein kinase，CaMK)两大信号转导途径。

1.1CaN信号转导途径 CaN又名蛋白磷酸酶2B，是一种受Ca2+和钙调素调节的丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶。Ca2+和钙调素依赖蛋白介导CaN的激活，从而导致细胞质中活化T细胞核因子(nuclear factor of activated T cell,NFAT)去磷酸化和核易位，促进其与DNA结合以及与其他转录因子的相互作用，最终靶向增强肥厚基因的表达。NFAT具有5种亚型，其中NFATc3和NFATc4是介导肥厚信号转导的主要转录因子。Loyer等[7]证明一氧化氮合酶1基因通过沉默减少CaN蛋白的表达和活性，并增加抗肥厚途径糖原合成酶激酶(glycogen synthase kinase，GSK)-3β的活性参与调控心肌细胞肥厚的发展。研究表明，CaN信号转导途径参与心肌肥厚的发展，血管生长抑制素癌抑素抑制活化T细胞途径的CaN/核因子，从而抑制异丙肾上腺素诱导的大鼠心肌肥厚[8]。心肌细胞CaN促进成年小鼠心肌肥厚和纤维化的发生发展[9]。激活瞬时受体电位香草酸3通道具有激活CaN/NFATc3途径的作用，从而加快大鼠病理性心肌肥厚的进程[10]。

1.2CaMK信号转导途径 CaMK有4种亚型，其中CaMKⅡ是导致心肌肥厚的重要原因。在细胞内Ca2+超载下，一方面，CaMKⅡ会通过磷酸化组蛋白去乙酰化酶增加肌细胞增强因子2转录活性，从组蛋白去乙酰化酶的抑制中释放肌细胞增强因子2；另一方面，CaMKⅡ激活神经钙蛋白并促进NFATc3转移到细胞核中。肌细胞增强因子2和NFATc3均是靶向肥厚和心力衰竭基因的转录因子[11]。Wang等[12]发现电压门控钾离子通道4.3与CaMKⅡ结合，形成动态分子复合物电压门控钾离子通道4.3-CaMKⅡ，在心室肌细胞直接调节CaMKⅡ活性，逆转心肌肥厚。Tenma等[13]发现，Ca2+激活触发的钾离子通道激活可通过CaMKⅡ恶化心肌肥厚的缺氧性室性心律失常。乐卡地平通过阻断CaN-NFAT3和CaMKⅡ-组蛋白去乙酰化酶4信号转导减轻血管紧张素Ⅱ诱导的心肌肥厚[14]。

2 促分裂原活化的蛋白激酶信号转导途径

在心肌肥厚和心力衰竭发生过程中，促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)级联是一个参与基因表达、细胞增殖、分化和凋亡的重要信号系统。经典的MAPK信号转导系统由三个家族成员组成：p38 MAPK信号转导途径、胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinases，ERK)信号转导途径、c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)信号转导途径。

2.1p38 MAPK信号转导途径 各种环境压力和炎症刺激(如紫外线、氧化应激、渗透性休克、感染和细胞因子)均可激活p38 MAPK信号转导途径。心肌细胞p38 MAPK激活导致心肌肥厚、间质纤维化、收缩功能障碍以及快速发作的致死性心肌病。Wu等[15]发现奥美沙坦通过抑制转化生长因子激酶1/p38信号转导改善压力超负荷引起的心脏重构。而阿托伐他汀通过细胞内钙信号和p38 MAPK途径减轻心肌肥厚[16]。

2.2ERK信号转导途径 ERK信号转导途径包含4种亚型，其中ERK1和ERK2(ERK1/2)是参与调节心肌肥厚的主要因子。ERK1/2的激活是双重磷酸化苏氨酸、谷氨酸和酪氨酸基序的激活。此外，ERK可以在苏氨酸208或苏氨酸188引起其核移位，活化促心肌肥厚程序[17]。Huang等[18]发现，血管紧张素Ⅱ激活ERK/GSK3磷酸化重组人热激转录因子-1，最终导致心肌肥厚。

2.3JNK信号转导途径 炎症细胞因子和生长因子等均可使JNK激活，JNK的激活是苏氨酸和酪氨酸位点的激活。研究表明，JNK1/2和p38抑制剂显著抑制含不育α基元和亮氨酸拉链激酶诱导的脑钠肽表达，表明JNK和p38 MAPK在心肌肥厚中起重要作用[19]。相互作用蛋白3通过激活JNK途径加重心脏肥厚[20]。组织蛋白酶B缺失可以抑制肿瘤坏死因子-α/凋亡信号调节激酶1/JNK途径，减弱压力超负荷反应引起的心肌肥厚[21]。

3 Wnt信号转导途径

Wnt一词由鼠原癌基因integration(int)和黑尾果蝇无翅基因wingless(wg)两词合成而来。1982年，Nusse和Varmus发现了第一个被称为整合素-1的Wnt基因[22]。迄今为止Wnt家族蛋白至少有19个成员，Wnt在心肌肥厚发生过程中起重要作用。Wnt信号转导途径分为经典信号转导途径和非经典信号转导途径。

3.1Wnt经典信号转导途径 经典信号转导途径是指Wnt蛋白与细胞表面的卷曲蛋白受体结合。在静止条件下，β联蛋白被“破坏复合体”的蛋白质复合物磷酸化，之后通过泛素蛋白酶体途径降解，Wnt/卷曲蛋白信号转导途径激活会促进β联蛋白在细胞质中积累，进入细胞核与转录因子相互作用并促进相关肥厚基因表达，从而促进心肌肥厚。其中，GSK-3β是促进β联蛋白磷酸化的重要蛋白，其活化程度在心肌肥厚中起重要作用。Pan等[23]发现，使用腺相关病毒9病毒载体将分泌型卷曲相关蛋白1表达基因导入心肌，可以通过抑制Wnt信号转导途径减轻主动脉缩窄诱导的心肌细胞凋亡。Gitau等[24]发现，阿司匹林能够有效逆转心肌肥厚诱导的β联蛋白和磷酸化丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶表达的上调以及GSK-3β的下调。

3.2Wnt非经典信号转导途径 非经典Wnt信号转导途径的激活不是通过β联蛋白累积，而是通过其他方式转导激活的一类信号途径。Wnt非经典信号转导途径主要包括Wnt/JNK和Wnt/Ca2+信号转导途径。Wnt/JNK信号激活可刺激心肌发生重构，对胚胎发育组织增生具有重要作用。研究表明，平面细胞极性蛋白2激活Wnt/JNK通路，抑制心肌肥厚[25]。Wnt/Ca2+通路则是Wnt通过卷曲蛋白家族在G蛋白介导下促进细胞内Ca2+释放，进而激活钙依赖性信号转导。释放的Ca2+激活Ca2+依赖性酶，如CaMKⅡ、蛋白激酶和CaN，活化的CaN能使NFAT去磷酸化，导致NFAT在核中积累，而磷酸化的NFAT在细胞质中被降解[26]，从而启动下游肥厚基因，导致心肌肥厚。研究表明，Wnt5a激活Wnt/平面细胞极性非经典信号转导，从而诱导心肌细胞肥厚[27]。Wnt11通过蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)/JNK非经典信号转导诱导心肌细胞分化[28]。

4 蛋白激酶信号转导途径

4.1磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)信号转导途径 PI3K是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，其下游激活的主要效应器是Akt，又称丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。心肌肥厚发生时，生长因子与其同源受体结合触发PI3K亚型p110α易位进入细胞膜，然后在膜肌醇环的3′位置，p110α磷酸化磷脂酰肌醇。一方面，Akt及其激活物3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1的普列克底物蛋白同源性细胞膜蛋白的胞质结构域与3′磷酸化脂质缔合，从而激活Akt，激活的Akt会引起细胞自噬及凋亡。另一方面，Akt的激活可以磷酸化并抑制激酶GSK-3，由于GSK-3抑制蛋白质翻译的关键成分以及许多转录因子，促进蛋白质合成和基因转录，因此被认为在诱导基因表达的肥厚程序中起重要作用[29]。大量数据表明，PI3K/Akt信号转导导致心肌肥厚。汉黄芩素通过抑制PI3K/Akt途径缓解异丙肾上腺素诱导小鼠心肌肥厚[30]。大蒜素通过抑制PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白和MAPK/ERK/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号途径而引起自噬减轻病理性心肌肥厚[31]。四氢生物蝶呤通过PI3K/磷酸化丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶逆转自发性高血压大鼠的左心室肥大和舒张功能障碍[32]。

4.2环鸟苷酸(cyclic guanosinc monophosphate,cGMP)/蛋白激酶G信号转导途径 cGMP参与调节心肌细胞的病理生理过程，包括细胞生长和凋亡。cGMP作为第二信使介导一氧化氮和利钠肽偶联的信号，刺激蛋白激酶G磷酸化变化。心肌肥厚患者cGMP和蛋白激酶G活性均降低，激活cGMP/蛋白激酶G信号转导途径具有抑制心肌肥厚的作用[33]。磷酸二酯酶特异性地切割cGMP的3′，5′-环磷酸部分使cGMP失活。21个磷酸二酯酶基因被分为11个家族，其中磷酸二酯酶-5、磷酸二酯酶-6、磷酸二酯酶-9对cGMP有特异性作用[34]。有证据表明，磷酸二酯酶-5抑制剂通过激活蛋白激酶G及其靶分子、G蛋白信号转导调节因子2的调节因子以及抑制瞬时受体电位阳离子通道蛋白6/CaN/NFAT信号，发挥抗心肌肥厚作用[35-36]。在哺乳动物的心脏中，检测到磷酸二酯酶9A具有抑制cGMP信号的作用，从而促进心肌肥厚和心室重构[37]。

4.3PKC信号转导途径 PKC同工酶属于丝氨酸/苏氨酸激酶家族。在心脏中，PKC激活会触发细胞内多种生理过程，包括心率、心脏收缩和舒张。Simonis等[38]揭示了在人类心脏组织中存在6种PKC亚型，分别为PKC-α、PKC-β、PKC-δ、PKC-ε、PKC-λ和PKC-ζ。PKC-α对心肌收缩功能影响极大，是促进心肌肥厚转向心力衰竭的重要原因。PKC-β是第一个被研究的心脏同工酶，在心肌肥厚中起重要作用，PKC-β与PKC-α均能加速心肌肥厚转变为心力衰竭的过程[39]。Bowling等[40]研究表明，钙依赖的PKC-β在心肌肥厚中起重要作用，而PKC-βⅠ和PKC-βⅡ在PKC-β的活化中起主导作用。另有研究表明，PKC-ε被激活后可通过磷酸化激活Ras/Raf，进而激活ERK1/2信号途径，导致心肌肥厚的发生[41]。

4.4Janus激酶(Janus kinase,JAK)/信号转导及转录激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)信号转导途径 大量的细胞因子、生长因子和激素可以激活JAK/STAT信号转导途径，JAK促进STAT从质膜传递到细胞核，STAT蛋白易位进入细胞核并与靶基因启动子区域结合，调节靶基因转录。在心脏中，STAT蛋白调节炎症、血管生成、细胞外基质组成、细胞凋亡和细胞信号转导有关蛋白质编码基因的表达。JAK/STAT途径在压力超负荷引起的心肌肥厚和重构以及缺血再灌注引起的心脏障碍中起关键作用[42]。水苏碱通过抑制大鼠的核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)和JAK/STAT信号途径抑制炎症和氧化应激，从而改善异丙肾上腺素引起的心肌肥厚和纤维化[43]。

5 NF-κB信号转导途径

NF-κB是一种存在于真核细胞的转录因子，NF-κB家族包括5个成员，通常以二聚体的形式存在于细胞质内，最常见的为p65/p50。在细胞静息状态下，细胞质中的NF-κB与其抑制剂(inhibitor of nuclear factor-κB,IκB)结合，细胞因子、病毒等刺激信号通过活化IκB磷酸化激酶特异地使IκB磷酸化，导致IκB发生构象改变并降解，NF-κB游离并进入核内，从而启动或抑制相关基因的转录。心肌肥厚早期，NF-κB通过抑制心肌细胞凋亡和激活缺氧诱导因子1来缓解心肌肥厚[44]。Javan等[45]的研究结果显示，NF-κB通过调节缺氧诱导因子1α调控血管生成反应，增加心肌肥厚的适应性反应而保护心肌细胞，敲减NF-κB可以加快心肌肥厚进程。心肌肥厚晚期，NF-κB通过上调肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β、白细胞介素-6、白细胞介素-23、白细胞介素-12α和白细胞介素-12β等炎症因子加重心肌损伤，NF-κB亦与活性氧类相互正向调控，NF-κB产生还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶家族成员还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶-2、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶-4和内皮型一氧化氮合酶，促进活性氧类的产生，而累积的活性氧类亦可以反过来活化NF-κB，NF-κB作为心肌肥厚发生发展中的一个“核心开关”，调控着炎症反应和氧化应激反应，构成一个级联放大的恶性循环，加速心肌肥厚的恶化[46]。Han等[47]发现，辛伐他汀通过阻断钙蛋白-1介导的NF-κB活化引起的氧化应激和炎症反应，减轻糖尿病大鼠的心肌肥厚。Wang等[48]和Hu等[49]分别发现补骨脂酚和去泛素化酶抑制剂金诺芬，通过阻断NF-κB信号转导途径的激活减轻心肌肥厚。

6 非编码RNA

在心肌肥厚发生发展过程中，细胞水平发生许多变化，包括通过关闭染色质调节剂进行基因重编程。研究表明，非编码RNA在这些病理过程中对基因表达调控具有重要的功能意义[50]。非编码RNA形成网络参与调控心肌肥厚相关信号转导途径中关键基因或蛋白的生物学功能，进一步完善和扩大心肌肥厚信号转导途径，成为心肌肥厚信号转导途径的重要组成部分。

6.1微RNA(microRNA，miRNA) miRNA是一类长度为21～25 nt的非编码50RNA分子，主要通过调控基因转录后水平发挥生物学功能，诱导信使RNA切割或抑制蛋白质的翻译调控目的基因的表达[51]。研究表明，miRNA参与调节各种肥厚特异性信号转导途径，这些分子可能成为潜在的治疗靶点[52-53]。心肌肥厚可以上调miR-29a靶向磷酸酯酶与张力蛋白同源物并激活Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白通路，进而下调自噬，促进心脏肥厚，下调miR-29a可以治疗心肌肥厚[54]。Yang等[55]发现小鼠中miR-206的心脏特异性过度表达可诱导心肌肥厚，而抑制miR-206则可防止压力超负荷引起的心肌肥厚。Wang等[56]发现，血管紧张素Ⅱ导致成年C57BL/6J小鼠出现miR-154-5p表达增加和心脏重构，而miR-154-5p抑制剂治疗可明显逆转这些变化。上调miR-212/132家族、miR-199b、miR-199a、miR-410、miR-495会促进心肌肥厚，下调miR-1、miR-133、miR-541也会促进心肌肥厚[57]。

6.2长链非编码RNA(long noncoding RNA，LncRNA) LncRNA是一类>200个核苷酸的非编码转录本，其互补区可以识别并结合信使RNA、miRNA以及其他LncRNA，进而发挥调控作用[58]。LncRNA在心肌肥厚病理生理过程中的研究已成为热点。肌球蛋白重链相关RNA转录物是第一个充当染色质重塑剂的LncRNA，并具有抑制病理性心肌肥厚的作用。肌球蛋白重链相关RNA转录物已被确认与Brahma相关基因1直接作用，并从其基因组DNA靶点中螯合Brahma相关基因1，阻止Brahma相关基因1与靶基因结合以缓解染色质重构，防止心肌肥厚[59-60]。此外，与染色质或基因调控效果不同，有许多其他LncRNA通过调控miRNA参与心肌肥厚的过程。LncRNA心肌肥厚相关转录物通过上调含Pleckstrin同源结构域M蛋白家族成员1，从而抑制细胞自噬并促进心肌肥厚[61]。LncRNA心肌肥厚相关因子通过下调miR-489具有抗心肌肥厚的作用[62]。LncRNA H19通过下调miR-675保护心肌细胞[63]。LncRNA磷脂爬行酶4通过上调miR-214缓解心肌肥厚[64]。LncRNA心肌梗死相关转录本通过上调miR-150促进心肌肥厚[65]。

7 小 结

心肌肥厚发生发展过程中伴随着复杂级联反应信号转导途径的改变，且各信号转导途径之间并不是独立调控，信号转导途径及信号转导途径效应子之间相互作用，形成复杂的调控网络。因此，进一步加强对心肌肥厚信号转导途径的整体认识至关重要，从而为心肌肥厚、心力衰竭患者的诊断、治疗、预后分析等提供有效的靶标，针对新靶点寻找更有效的防治措施，并阻止病理性心肌肥厚向心力衰竭恶化的进展，为人类心肌肥厚及其相关疾病防治做出贡献。