袁文慧 刘剑芳 王梦龙 徐瑶 姜慧敏 王震 万军

综 述

心血管疾病中心肌纤维化与自噬的相关性研究进展

袁文慧 刘剑芳 王梦龙 徐瑶 姜慧敏 王震 万军

心血管疾病； 心肌纤维化机制； 自噬

心肌纤维化是多种心脏疾病进展过程中的一种病理变化，主要以细胞外胶质过量沉积、胶原容积分数显著升高及胶原比例失调为特征，可由缺血、缺氧、再灌注损伤等多种因素诱发，最终导致心肌功能下降及代谢、传导障碍。自噬是一种由溶酶体介导的高度保守的细胞机制，通过对细胞内一些生物大分子的降解，从而为细胞重建、再生及修复提供原料，实现细胞内蛋白质和细胞器再循环。基础水平的心肌细胞自噬能够降解并清除受损的蛋白质及细胞器，从而维持细胞的代谢及功能。有研究表明，心肌纤维化与心肌细胞自噬之间存在一定的相关性，且可通过对自噬程度的干预来调节心肌纤维化程度，这有望成为改善心肌纤维化及心功能的作用靶点。

1 心肌纤维化及其分子机制

心肌纤维化（myocardial fibrosis，MF）是以心肌成纤维细胞增殖和间质胶原沉积为基础，以单位质量心肌中胶原浓度增加或心肌胶原容积分数（collagen volume fraction，CVF）增高为特征的病理改变。这种病理变化在多种心血管疾病中存在，可导致心室壁僵硬、心室舒缩功能障碍，现认为其与心律失常、心功能障碍甚至心脏性猝死密切相关。

1.1 细胞外基质成分改变 心肌细胞外基质（extracellular matrix，ECM）在维持心脏正常结构和功能中起着举足轻重的作用，包括胶原蛋白、蛋白多糖、糖蛋白、糖胺多糖及弹力纤维等物质，是由心肌成纤维细胞合成分泌的有形成分，对心肌有营养传导及维持心脏正常结构功能的作用，对损伤后的心肌有修复作用。大量研究表明，ECM的改变与心肌肥厚和心肌纤维化有直接联系[1]。

在诸如压力超负荷、缺血缺氧等多种病理因素刺激下，心肌成纤维细胞定向移动至受损部位，在局部炎症因子、细胞因子及神经体液因子的介导下产生大量细胞外基质[2]，这是心肌纤维化发生的物质基础。

1.2 基质金属蛋白酶（matrix metallo proteinase，MMP） 基质金属蛋白酶属于锌依赖型内肽酶类，具有降解ECM的重要功能，依据其结构和底物选择性大致可分为胶原酶、明胶酶、基质溶素、膜型金属蛋白酶和其他五大类[3]。正常情况下，MMPs多以酶原形式存在，表达水平较低，活性较弱。在病理因素刺激下心肌成纤维细胞MMPs被迅速激活，表达增加，参与ECM的降解，促使ECM成分发生改变[4]，对损伤的组织进行浸润、重建和修复。在该过程中，容易造成MMPs活性调节失控，导致ECM比例失调，进而诱发MF、心室重构甚至心力衰竭[5]。

1.3 心肌胶原纤维成分比例失调 纤维胶原蛋白是ECM的主要结构蛋白。已报道的心肌胶原类型有Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ 型，Ⅰ型和Ⅲ型是构成心肌胶原网络的主要成分（分别为85%和10%），Ⅰ型胶原纤维决定了心肌和血管的可扩张性，而Ⅲ型胶原纤维决定了其顺应性。胶原纤维的数量、分布及排列发生改变均可导致纤维化的发生。

1.4 转化生长因子β（transforming growth factorbeta，TGF-β） TGF-β是一种可由多种组织细胞合成的细胞因子，参与人体许多重要的生理活动，如胚胎发育、免疫调控及血管生成等。TGF-β家族包含众多成员，其中心肌中主要的亚型为TGF-β1，与组织纤维化有着密不可分的关系，TGF-β/Smads信号通路在其生物学效应的发挥过程中起着重要作用[5]；亦有研究表明，TGF-β1可通过调节瞬时电位（TRP）通道的通透性发挥作用[6]。总之，TGF-β1在心肌纤维化中起着重要作用。

1.5 缺血、缺氧的刺激 冠心病是最常见的导致心肌缺血缺氧的病因。缺血损伤的心肌在血运重建后功能可能得到一定程度的改善，但若长时间不恢复血液灌注，心肌微环境会发生很大变化，这种变化又进一步影响心肌的修复、重塑[7]。心肌成纤维细胞在数目和表型之间的动态平衡，在心肌纤维化的发展过程中发挥着重要作用[8]。心肌发生缺血梗死后，心肌成纤维细胞是导致心肌纤维化的关键效应细胞[9]。综上所述，持续的缺血缺氧可导致心肌损伤，心肌微环境也随之改变，在这种作用下，心肌成纤维细胞发生相应的变化，最终促使心肌纤维化的发生。

1.6 肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS） RAAS与心肌纤维化的关系密切，其中血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）和醛固酮（aldosterone，ALD）在 RAAS中起主要的生物学效应[10]。AngⅡ结合AngⅡ1型（AT1）受体，通过丝裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）途径，激活细胞外信号调节激酶（extracelluar regulated protein kinases，ERK）促使心肌成纤维细胞增殖，激活胶原蛋白基因、纤维蛋白基因和整合素基因的表达，从而引起心肌纤维化[11]。而ALD则通过Ⅰ型甾体类激素受体介导，刺激成纤维细胞合成胶原[12]。

2 心血管疾病中自噬与心肌纤维化的相关性

自噬是由溶酶体介导的，对细胞内一些生物大分子进行降解，降解产物可作为细胞重建、再生及修复的原料，从而实现细胞内蛋白质的再循环。心肌细胞自噬能够降解功能异常或错误折叠的蛋白质及受损或老化的细胞器，从而为细胞提供能量、促进物质循环及细胞的自我更新，维持心脏功能和细胞存活[13]。自噬主要分为三种类型，分别为巨自噬、微自噬及分子伴侣介导的自噬。其中人体最常见的是巨自噬。

2.1 糖尿病性心肌病与自噬 有研究发现，在小鼠糖尿病动物模型中，心肌细胞过氧化物产生引起的氧化应激反应可以激活自噬，并且对心肌细胞间质增生及纤维化浸润有一定的抑制作用[14]。然而，也有报道称在高脂饮食联合低剂量链尿佐菌素制成的糖尿病大鼠模型中，自噬水平与纤维化水平具有正相关性[15]。

2.2 心力衰竭与自噬 在发生慢性心力衰竭的心肌细胞中存在着自噬性细胞死亡[16]。有研究显示，粒细胞集落刺激因子对地鼠心肌细胞的自噬活动及间质纤维化均有一定程度的抑制作用，而这种作用可以改善心脏结构重塑及心脏收缩功能，提高地鼠生存率[17]。近期研究表明，在压力超负荷心衰中心肌细胞的线粒体自噬非常明显，利用自噬抑制剂3－MA可增加线粒体数量，改善心肌收缩功能，可逆转不良心肌重构[18]。

2.3 心肌肥厚与自噬 有研究认为，促进自噬能够抑制心肌肥厚，改善心功能紊乱[19,20]；亦有研究认为，抑制自噬能够对抗心肌肥厚[21]。最近的研究发现，在高脂喂养诱导心肌肥厚的过程中，自噬流被阻断，敲除Akt2能够抑制过度激活的mTOR，并解除自噬流的阻断，缓解心肌肥厚[22]。

2.4 心肌缺血再灌注与自噬 心肌缺血再灌注损伤与心肌细胞自噬密切相关，但其具体的分子机制尚存争议。有研究认为，自噬在缺血阶段具有保护作用，而在再灌注阶段，自噬是有害的[23]。有研究发现，通过对beclin 1的过表达能够促进自噬流，同时抑制促凋亡蛋白Bax的激活，进而对心肌发挥保护作用[24]。而Valentim等[25]则通过敲除自噬相关蛋白beclin1来抑制自噬，发现自噬被抑制后心肌细胞的死亡有效减少，故认为自噬在心肌缺血再灌注损伤中是有害的。

2.5 扩张性心肌病与自噬 在早期扩心病兔子模型中，对自噬的调节可改善心肌功能[26]；亦有研究表明，自噬程度的下降可能是扩心病心肌细胞死亡的机制之一[27]。

综上所述，在多种心血管疾病中，都有心肌细胞自噬这一机制的发生，其与心肌纤维化有着或正向或负向的相关性，且自噬调节剂的应用，可以一定程度上影响心肌纤维化的发展进程。已有研究发现，使用粒细胞集落刺激因子（G-CSF）治疗方案，可以明显改善慢性心衰心肌的功能，并改善心肌重塑，而这种有利的改变伴随着自噬的降低及纤维化的减少[28]。另有研究发现，蛋氨酸酪氨酸激酶受体（c-Met），一种肝细胞生长因子受体（HGF receptor），不仅在各种急慢性损伤，如心肌缺血性损伤及阿霉素诱导的心脏毒性中对心肌起着重要的保护作用，还通过雷帕霉素靶蛋白途径mTOR对自噬的调控起着重要作用。在心肌纤维化过程中，HGF/Met通过抑制TGF-β1和AngⅡ而对纤维化起到抑制作用，还通过抑制自噬而起到保护心肌免受缺氧损伤的作用[29]。

3 结论

自噬与糖尿病性心肌病、慢性心力衰竭、肥厚性心肌病、缺血性心肌病、扩张性心肌病等多种心血管疾病的发生发展密切相关，而心肌纤维化是各种疾病的发生过程中一种基本的病理变化。自噬作为机体应激状态下的一种自我保护机制，在基础水平状态下，对心肌有保护作用。然而在缺血、缺氧等各种刺激作用下，自噬对于心肌纤维化有一定的促进作用，进而加重心肌重塑，导致心脏功能下降。自噬调节剂的应用对于心肌纤维化有不同程度的影响，其作用机制尚需进一步研究，然而，对于自噬的调节可为心肌纤维化的治疗提供新的研究方向。

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Cardiovascular disease research progress in relationship between autophagy and myocardial fibrosis

Cardiovascular diseases； Mechanisms of cardiac fibrosis； Autophagy

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