心血管疾病中心肌纖維化與自噬的相關性研究進展

心肌纖維化是多種心臟疾病進展過程中的一種病理變化，主要以細胞外膠質過量沉積、膠原容積分數顯著升高及膠原比例失調為特徵， 可由缺血、缺氧、再灌注損傷等多種因素誘發，最終導致心肌功能下降及代謝、傳導障礙。 自噬是一種由溶酶體介導的高度保守的細胞機制，通過對細胞內一些生物大分子的降解，從而為細胞重建、再生及修復提供原料，實現細胞內蛋白質和細胞器再循環。基礎水平的心肌細胞自噬能夠降解並清除受損的蛋白質及細胞器，從而維持細胞的代謝及功能。 有研究表明，心肌纖維化與心肌細胞自噬之間存在一定的相關性，且可通過對自噬程度的干預來調節心肌纖維化程度，這有望成為改善心肌纖維化及心功能的作用靶點。

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心肌纖維化及其分子機制

心肌纖維化（ myocardial fibrosis， MF）是以心肌成纖維細胞增殖和間質膠原沉積為基礎，以單位質量心肌中膠原濃度增加或心肌膠原容積分數（col-lagen volume fraction， CVF） 增高為特徵的病理改變。 這種病理變化在多種心血管疾病中存在，可導致心室壁僵硬、心室舒縮功能障礙，現認為其與心律失常、心功能障礙甚至心臟性猝死密切相關。

1.1 細胞外基質成分改變 心肌細胞外基質（ ex－tracellular matrix， ECM） 在維持心臟正常結構和功能中起著舉足輕重的作用，包括膠原蛋白、蛋白多糖、糖蛋白、糖胺多糖及彈力纖維等物質，是由心肌成纖維細胞合成分泌的有形成分， 對心肌有營養、傳導及維持心臟正常結構功能的作用，對損傷後的心肌有修復作用。 大量研究表明， ECM 的改變與心肌肥厚和心肌纖維化有直接聯繫^[1]。在諸如壓力超負荷、缺血缺氧等多種病理因素刺激下， 心肌成纖維細胞定向移動至受損部位，在局部炎症因子、細胞因子及神經體液因子的介導下產生大量細胞外基質^[2]，這是心肌纖維化發生的物質基礎。

1.2 基質金屬蛋白酶 （ matrix metallo proteinase，MMP） 基質金屬蛋白酶屬於鋅依賴型內肽酶類，具有降解 ECM 的重要功能， 依據其結構和底物選擇性大致可分為膠原酶、明膠酶、基質溶素、膜型金屬蛋白酶和其他五大類^[3]。正常情況下，MMPs 多以酶原形式存在，表達水平較低，活性較弱。 在病理因素刺激下心肌成纖維細胞 MMPs 被迅速激活，表達增加， 參與 ECM 的降解， 促使 ECM 成分發生改變^[4]，對損傷的組織進行浸潤、重建和修復。 在該過程中，容易造成 MMPs 活性調節失控，導致ECM 比例失調，進而誘發MF、心室重構甚至心力衰竭^[5]。

1.3 心肌膠原纖維成分比例失調纖維膠原蛋白是 ECM 的主要結構蛋白。 已報導的心肌膠原類型有Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ 型，Ⅰ型和Ⅲ型是構成心肌膠原網絡的主要成分 （分別為 85％和10％），Ⅰ型膠原纖維決定了心肌和血管的可擴張性，而Ⅲ型膠原纖維決定了其順應性。 膠原纖維的數量、分布及排列發生改變均可導致纖維化的發生。

1.4 轉化生長因子β （transforming growth factorbeta，TGF-β）TGF-β 是一種可由多種組織細胞合成的細胞因子， 參與人體許多重要的生理活動，如胚胎髮育、免疫調控及血管生成等。 TGF-β 家族包含眾多成員，其中心肌中主要的亞型為TGF-β1，與組織纖維化有著密不可分的關係，TGF-β/Smads信號通路在其生物學效應的發揮過程中起著重要作用^[5]；亦有研究表明，TGF-β1 可通過調節瞬時電位 （TRP）通道的通透性發揮作用^[6]。 總之， TGF-β1在心肌纖維化中起著重要作用。

1.5 缺血、缺氧的刺激冠心病是最常見的導致心肌缺血缺氧的病因。 缺血損傷的心肌在血運重建後功能可能得到一定程度的改善，但若長時間不恢復血液灌注，心肌微環境會發生很大變化，這種變化又進一步影響心肌的修復、重塑 ^[7]。 心肌成纖維細胞在數目和表型之間的動態平衡，在心肌纖維化的發展過程中發揮著重要作用 ^[8]。 心肌發生缺血梗死後，心肌成纖維細胞是導致心肌纖維化的關鍵效應細胞 ^[9]。 綜上所述，持續的缺血缺氧可導致心肌損傷，心肌微環境也隨之改變，在這種作用下，心肌成纖維細胞發生相應的變化，最終促使心肌纖維化的發生。

1.6 腎素-血管緊張素-醛固酮系統 （renin-an－giotensin-aldosterone system， RAAS） RAAS 與心肌纖維化的關係密切，其中血管緊張素Ⅱ （angiotensinⅡ， AngⅡ）和醛固酮（aldosterone， ALD）在 RAAS 中起主要的生物學效應^[10]。 AngⅡ結合 AngⅡ1 型（ AT1）受體， 通過絲裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase， MAPK）途徑，激活細胞外信號調節激酶（extracelluar regulated protein kinases，ERK）促使心肌成纖維細胞增殖， 激活膠原蛋白基因、纖維蛋白基因和整合素基因的表達，從而引起心肌纖維化 ^[11]。 而 ALD 則通過Ⅰ型甾體類激素受體介導，刺激成纖維細胞合成膠原 ^[12]。

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心血管疾病中自噬與心肌纖維化的相關性

自噬是由溶酶體介導的，對細胞內一些生物大分子進行降解，降解產物可作為細胞重建、再生及修復的原料，從而實現細胞內蛋白質的再循環。 心肌細胞自噬能夠降解功能異常或錯誤摺疊的蛋白質及受損或老化的細胞器， 從而為細胞提供能量、促進物質循環及細胞的自我更新，維持心臟功能和細胞存活 ^[13]。 自噬主要分為三種類型，分別為巨自噬、微自噬及分子伴侶介導的自噬。 其中人體最常見的是巨自噬。

2.1 糖尿病性心肌病與自噬有研究發現，在小鼠糖尿病動物模型中，心肌細胞過氧化物產生引起的氧化應激反應可以激活自噬，並且對心肌細胞間質增生及纖維化浸潤有一定的抑制作用 ^[14]。 然而，也有報導稱在高脂飲食聯合低劑量鏈尿佐菌素製成的糖尿病大鼠模型中，自噬水平與纖維化水平具有正相關性 ^[15]。

2.2 心力衰竭與自噬在發生慢性心力衰竭的心肌細胞中存在著自噬性細胞死亡^[16]。 有研究顯示，粒細胞集落刺激因子對地鼠心肌細胞的自噬活動及間質纖維化均有一定程度的抑制作用，而這種作用可以改善心臟結構重塑及心臟收縮功能，提高地鼠生存率^[17]。 近期研究表明，在壓力超負荷心衰中心肌細胞的線粒體自噬非常明顯，利用自噬抑制劑3－MA 可增加線粒體數量， 改善心肌收縮功能，可逆轉不良心肌重構 ^[18]。

2.3 心肌肥厚與自噬有研究認為，促進自噬能夠抑制心肌肥厚，改善心功能紊亂^{[19, 20]}； 亦有研究認為，抑制自噬能夠對抗心肌肥厚 ^[21]。 最近的研究發現，在高脂餵養誘導心肌肥厚的過程中，自噬流被阻斷，敲除 Akt2 能夠抑制過度激活的 mTOR，並解除自噬流的阻斷，緩解心肌肥厚 ^[22]。

2.4 心肌缺血再灌注與自噬心肌缺血再灌注損傷與心肌細胞自噬密切相關，但其具體的分子機制尚存爭議。有研究認為，自噬在缺血階段具有保護作用，而在再灌注階段，自噬是有害的 ^[23]。有研究發現， 通過對 beclin 1 的過表達能夠促進自噬流，同時抑制促凋亡蛋白 Bax 的激活，進而對心肌發揮保護作用 ^[24]。 而 Valentim 等^[25]則通過敲除自噬相關蛋白 beclin1 來抑制自噬， 發現自噬被抑制後心肌細胞的死亡有效減少，故認為自噬在心肌缺血再灌注損傷中是有害的。

2.5 擴張性心肌病與自噬 在早期擴心病兔子模型中，對自噬的調節可改善心肌功能^[26]；亦有研究表明，自噬程度的下降可能是擴心病心肌細胞死亡的機制之一 ^[27]。

綜上所述，在多種心血管疾病中，都有心肌細胞自噬這一機制的發生，其與心肌纖維化有著或正向或負向的相關性，且自噬調節劑的應用，可以一定程度上影響心肌纖維化的發展進程。 已有研究發現，使用粒細胞集落刺激因子（G-CSF）治療方案，可以明顯改善慢性心衰心肌的功能，並改善心肌重塑，而這種有利的改變伴隨著自噬的降低及纖維化的減少^[28]。 另有研究發現，蛋氨酸酪氨酸激酶受體（c-Met）， 一種肝細胞生長因子受體 （HGF recep－tor），不僅在各種急慢性損傷，如心肌缺血性損傷及阿黴素誘導的心臟毒性中對心肌起著重要的保護作用，還通過雷帕黴素靶蛋白途徑 mTOR 對自噬的調控起著重要作用。 在心肌纖維化過程中， HGF/Met 通過抑制 TGF-β1 和 AngⅡ而對纖維化起到抑制作用，還通過抑制自噬而起到保護心肌免受缺氧損傷的作用 ^[29]。

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結 論

自噬與糖尿病性心肌病、慢性心力衰竭、肥厚性心肌病、缺血性心肌病、擴張性心肌病等多種心血管疾病的發生髮展密切相關，而心肌纖維化是各種疾病的發生過程中一種基本的病理變化。 自噬作為機體應激狀態下的一種自我保護機制，在基礎水平狀態下，對心肌有保護作用。 然而在缺血、缺氧等各種刺激作用下，自噬對於心肌纖維化有一定的促進作用，進而加重心肌重塑，導致心臟功能下降。 自噬調節劑的應用對於心肌纖維化有不同程度的影響，其作用機制尚需進一步研究，然而，對於自噬的調節可為心肌纖維化的治療提供新的研究方向。