田國(guó)祥，魏萬(wàn)林，張薇，王曉兵，姚雪莉

心力衰竭（heart failure，心衰）是指由于各種原因引起的心肌結(jié)構(gòu)和功能的變化并導(dǎo)致心室泵血和（或）充盈功能低下的臨床綜合征。目前，隨著高血壓、冠心病治療水平的提高以及人口的老齡化，心衰在我國(guó)的發(fā)病率和患病率呈逐年增加趨勢(shì)，已經(jīng)給社會(huì)和家庭帶來(lái)了沉重的醫(yī)療負(fù)擔(dān)[1]。

1 心衰不同階段心肌全基因表達(dá)譜研究進(jìn)展

心衰的本質(zhì)是心肌組織細(xì)胞中某些相關(guān)基因表達(dá)與調(diào)控異常而引起的心肌病，從某種角度上說(shuō)心力衰竭是一種基因病。特定狀態(tài)下的組織、細(xì)胞中所表達(dá)的全套基因及其豐度，稱為基因表達(dá)譜（gene expression profile）[2]，成為基因組研究的熱點(diǎn)[3]，而在心衰過(guò)程中心臟及心肌細(xì)胞所表達(dá)的全套基因及其豐度即為心臟的全基因表達(dá)譜。而基因芯片（又稱DNA芯片）技術(shù)是進(jìn)行基因組研究、基因功能分析的一項(xiàng)主要技術(shù)[4]，該技術(shù)是將大量靶基因或寡核苷酸片段，有序地、高密度地固定排列在以玻璃、硅及塑料等硬質(zhì)載體上，通過(guò)與被檢測(cè)基因的堿基序列進(jìn)行互補(bǔ)匹配，實(shí)現(xiàn)核酸序列的分子識(shí)別，有傳統(tǒng)基因表達(dá)檢測(cè)方法無(wú)可比擬的高通量特點(diǎn)，是高效地大規(guī)模獲取相關(guān)生物信息的重要手段。

目前通過(guò)對(duì)心臟基因表達(dá)譜的研究，已發(fā)現(xiàn)多條心衰相關(guān)分子途徑。如Steenbergen等[5]使用DNA微陣列技術(shù)研究人類原發(fā)性心肌病在心力衰竭進(jìn)展期凋亡基因的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)TNF-α與NF-κB誘導(dǎo)的抗凋亡基因（如GADD45β，F(xiàn)LIP，A20）表達(dá)下調(diào)。在Dahl大鼠心力衰竭模型中，卻發(fā)現(xiàn)凋亡相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子D結(jié)合蛋白表達(dá)下調(diào)[6]。Kenneth等[7]使用cDNA微陣列篩選心力衰竭反應(yīng)性基因，然后用定量PCR鑒定和驗(yàn)證，在所篩選到的心力衰竭反應(yīng)性基因中，發(fā)現(xiàn)只有map2k3，map4k5和Cebpb等一小部分基因被證明是心力衰竭依賴性的。另外，Tan等[8]發(fā)現(xiàn)了心力衰竭患者10個(gè)類別中的103個(gè)特征基因，涉及肌纖維蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)/細(xì)胞骨架、水解/應(yīng)激有關(guān)的蛋白質(zhì)、與代謝有關(guān)蛋白質(zhì)、凋亡/炎癥有關(guān)蛋白質(zhì)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)蛋白質(zhì)、轉(zhuǎn)錄/翻譯有關(guān)蛋白質(zhì)、免疫系統(tǒng)有關(guān)、未知功能等基因。國(guó)內(nèi)陳金星等[9]用Genespring軟件分析心肌梗死后心力衰竭大鼠心臟基因表達(dá)譜芯片，發(fā)現(xiàn)了參與能量代謝、心肌細(xì)胞骨架及纖維化等13類共千余條表達(dá)顯著上調(diào)和下調(diào)的基因，在梗死區(qū)差異表達(dá)基因以形成期最多（1086條）、穩(wěn)定期次之（724條）；而非梗死區(qū)差異表達(dá)基因也以形成期最多（196條），穩(wěn)定期較少（97條）。張其鵬等[10]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有基因和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索，確定了407條與心力衰竭相關(guān)的基因，4046條相關(guān)核酸序列和蛋白質(zhì)序列，建立了心衰相關(guān)基因和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，表明在器官水平上心衰相關(guān)基因集中于炎性反應(yīng)、細(xì)胞凋亡與增殖、肌肉運(yùn)動(dòng)與發(fā)育、能量代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞基質(zhì)/胞漿/骨架、配體、水解酶和轉(zhuǎn)錄因子等方面。

以上研究表明了心臟基因表達(dá)譜是發(fā)現(xiàn)、研究心衰分子機(jī)制的非常實(shí)用的方法；同時(shí)也表明心衰的分子機(jī)制非常復(fù)雜，是多個(gè)類別多種基因相互作用、序貫激活的過(guò)程。但目前實(shí)驗(yàn)室及臨床在此方面的相關(guān)研究還存在著一些缺陷：一是基因表達(dá)譜的檢測(cè)多為橫斷面而非縱向序貫性的研究，因在不同的心衰階段心臟基因表達(dá)譜可能存在較大的差異，為此不同的研究之間基因表達(dá)譜不能進(jìn)行很好的橫向比較；同時(shí)也因缺乏心衰不同階段基因表達(dá)譜的縱向比較，而不能分析心衰發(fā)生發(fā)展過(guò)程中基因譜表達(dá)的差異；二是臨床研究納入的心衰患者往往處于心衰的不同階段，心臟基因表達(dá)譜的差異本身就比較大，數(shù)據(jù)匯總分析的難度也比較大，找出的心衰相關(guān)基因就很少。因此，有必要進(jìn)行心衰發(fā)生發(fā)、展不同階段的基因表達(dá)譜時(shí)間序貫性的比較研究。

目前，臨床上傾向?qū)⑿乃グl(fā)生、發(fā)展階段劃分為四個(gè)主要的階段：階段A：“前心衰階段”（pre heart failure）：包括心衰高危人群，但尚無(wú)心臟的結(jié)構(gòu)或功能異常，也無(wú)心衰的癥狀和（或）體征，前心衰階段實(shí)際為心衰的啟動(dòng)階段；階段B：前臨床階段（pre clinical HF）：患者已發(fā)展成器質(zhì)性心臟病、結(jié)構(gòu)性心臟病，但從無(wú)心衰的癥狀和（或）體征，前臨床階段實(shí)際為心衰的代償階段；階段C：臨床心衰階段（NYHA心功能分級(jí)：Ⅱ～Ⅳ）：患者已有基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)性心臟病，以往或目前有心衰的癥狀和（或）體征；或目前雖無(wú)心衰的癥狀和（或）體征，但以往曾因此治療過(guò)；階段D：難治性心衰階段：進(jìn)行性結(jié)構(gòu)性心臟病，雖經(jīng)積極的內(nèi)科治療，休息時(shí)仍有癥狀，且需要特殊干預(yù)。心衰的四個(gè)階段就是宏觀心衰的發(fā)生、發(fā)展、形成、結(jié)局的過(guò)程，也是微觀心肌細(xì)胞增殖、肥大、凋亡、纖維化及心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)的過(guò)程，因此在不同的心衰階段，控制心肌重構(gòu)的基因表達(dá)會(huì)呈現(xiàn)比較顯著的差異，從而使得心臟在病理上呈現(xiàn)心肌細(xì)胞的增生、肥大為主繼而凋亡、纖維化增加為主等變化，為此，深入研究不同階段心衰基因譜的差異對(duì)搞清心衰發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)新的心力衰竭診斷標(biāo)記物以及從基因機(jī)制的基礎(chǔ)上進(jìn)行心衰的防治都會(huì)有意義。

2 心肌能量代謝相關(guān)基因差異表達(dá)研究進(jìn)展

近年來(lái)逐漸認(rèn)識(shí)到，心臟在結(jié)構(gòu)重構(gòu)的同時(shí)，心肌細(xì)胞能量代謝在心衰的發(fā)生、發(fā)展中同樣發(fā)揮著重要作用[11]。既往已認(rèn)識(shí)到神經(jīng)激素學(xué)說(shuō)即神經(jīng)體液因子的紊亂在心衰發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，由此產(chǎn)生的抑制交感神經(jīng)系統(tǒng)（β受體阻滯劑的使用）和抑制腎素-血管緊張素-醛固酮（RAAS）系統(tǒng)（ACEI/ARB類藥物的使用），緩解心臟的結(jié)構(gòu)重構(gòu)，使得慢性心衰的預(yù)后得到很大程度上的改觀。但神經(jīng)激素學(xué)說(shuō)仍不能完全解釋心衰病程進(jìn)展的所有問(wèn)題。目前的治療策略雖然能夠使部分慢性心衰患者的病程穩(wěn)定，甚至能部分逆轉(zhuǎn)心肌重構(gòu)，但大多數(shù)患者的病情仍有持續(xù)進(jìn)展，并最終走向終末期心力衰竭。Van Bilsen[12]提出衰竭心肌代謝重構(gòu)（metabolic remodeling）的概念后，越來(lái)越多的證據(jù)支持心肌細(xì)胞糖、脂利用和能量代謝紊亂導(dǎo)致心肌重構(gòu)，最終導(dǎo)致慢性心衰的發(fā)生和發(fā)展[13]。慢性心衰時(shí)線粒體功能障礙除了引起ATP生成減少外，還導(dǎo)致活性氧簇（ROS）的大量產(chǎn)生，這將加重線粒體功能障礙，形成惡性循環(huán)，同時(shí)還將觸發(fā)線粒體所誘發(fā)的心肌細(xì)胞凋亡。許多研究都證實(shí)衰竭心肌細(xì)胞的凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)增加，而抗凋亡蛋白表達(dá)降低，從而導(dǎo)致心肌細(xì)胞的凋亡增加。線粒體功能障礙所誘發(fā)的細(xì)胞凋亡增加是慢性心衰時(shí)心肌代謝重構(gòu)的重要途徑，從而使心血管學(xué)者們逐漸認(rèn)識(shí)到心衰同時(shí)也是一種慢性代謝性疾病[14]，以及由此為基礎(chǔ)的心衰代謝療法也正在興起。衰竭心肌代謝重構(gòu)的理論是心肌代謝療法的理論基礎(chǔ)，代謝重構(gòu)的具體機(jī)制和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是代謝療法的藥物靶點(diǎn)，但目前藥物治療的靶點(diǎn)仍比較模糊，原因在于對(duì)代謝重構(gòu)過(guò)程中引起能量代謝的相關(guān)基因（葡萄糖、脂肪代謝）表達(dá)及表達(dá)的變化還沒有認(rèn)識(shí)。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)心衰心肌能量代謝進(jìn)行研究，主要涉及了心肌細(xì)胞能量產(chǎn)生和轉(zhuǎn)運(yùn)的各個(gè)方面，包括底物利用、線粒體的氧化磷酸化、ATP轉(zhuǎn)運(yùn)等。其中抑制游離脂肪酸代謝的研究表明，慢性心衰伴隨著血游離脂肪酸（FFA）水平的增加，而心肌細(xì)胞和線粒體攝取過(guò)多的FFA將導(dǎo)致線粒體氧化應(yīng)激，產(chǎn)生大量ROS，誘發(fā)和加重線粒體功能障礙，并導(dǎo)致心肌重構(gòu)和心功能衰竭的進(jìn)展。而相應(yīng)基因芯片研究表明，腹主動(dòng)脈縮窄大鼠2周，參與心肌細(xì)胞脂肪酸β氧化的長(zhǎng)鏈?；o酶A表達(dá)下降[15]。血FFA水平增加與慢性心衰死亡率呈正相關(guān)。而使用抑制FFA代謝的策略在缺血性心肌病的治療中取得了良好的效果，同樣抑制FFA代謝在慢性心衰治療中也可能起到積極作用[16]。提高葡萄糖代謝心肌細(xì)胞氧化葡萄糖產(chǎn)生ATP比利用FFA產(chǎn)生同樣的ATP耗氧量低，因此加強(qiáng)葡萄糖代謝有利于緩解心衰患者心肌相對(duì)缺血。研究表明，除了心肌極化液可能具有提高糖代謝的作用外，磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMPK）也是提高糖代謝治療的靶點(diǎn)。AMPK的刺激因素，如運(yùn)動(dòng)和脂聯(lián)素可能通過(guò)加強(qiáng)葡萄糖的利用成為慢性心衰的治療手段。慢性心衰患者存在心肌組織胰島素抵抗，而胰島素增敏劑，二甲雙胍和噻唑烷二酮類藥物可通過(guò)改善胰島素抵抗而加強(qiáng)心肌對(duì)葡萄糖的利用。在以“代謝性核受體為靶點(diǎn)的治療策略”中，代謝性核受體是心肌代謝的重要節(jié)點(diǎn)，在心肌代謝中尤為重要的是過(guò)氧化物酶體增殖活化受體（PPARα）。許多糖脂代謝酶蛋白均是PPARα的靶基因，推測(cè)心衰患者心肌PPARα表達(dá)下降可能是心肌底物和能量代謝紊亂的基礎(chǔ)，加強(qiáng)PPARα的作用有望成為心衰的治療手段。

以上研究表明，在心衰的發(fā)生、發(fā)展的不同階段中能量代謝模式存在著顯著差異，提示我們控制表達(dá)能量代謝的內(nèi)核，即能量代謝的相關(guān)基因的表達(dá)在心衰的不同階段必然存在著顯著的差異，因此采用基因芯片技術(shù)對(duì)不同階段的能量代謝相關(guān)基因的表達(dá)情況進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)一步明確不同階段差異表達(dá)的基因，據(jù)此在心衰的不同階段選擇不同的能量代謝相關(guān)契合的治療靶點(diǎn)應(yīng)能對(duì)心衰的改善應(yīng)具有重要意義。同時(shí)對(duì)能量代謝相關(guān)基因在心衰不同階段表達(dá)差異的研究也是對(duì)心臟基因譜表達(dá)差異的驗(yàn)證。

3 益氣活血方劑對(duì)心肌能量代謝相關(guān)基因表達(dá)干預(yù)研究的意義

在中醫(yī)傳統(tǒng)文獻(xiàn)中并無(wú)“心力衰竭”之名，根據(jù)其臨床特征，主要涉及中醫(yī)“喘證”、“水腫”、“心悸”、“怔忡”、“痰飲”、“心痹”等范疇。多數(shù)研究認(rèn)為，慢性心衰階段屬本虛標(biāo)實(shí)、虛實(shí)夾雜之證，以心之氣陽(yáng)虛衰為本，血脈瘀滯、水飲內(nèi)停、痰濁不化為標(biāo)[17]。其基本治法應(yīng)是：溫陽(yáng)、益氣與利水化飲法。中醫(yī)認(rèn)為，黃芪每能益氣，可以補(bǔ)肺氣、益正氣、升陽(yáng)氣，心衰患者應(yīng)用黃芪，一是水腫明顯時(shí)，取黃芪有益氣行水之功，二是有氣虛血瘀時(shí)，取黃芪有益氣行血之功。中醫(yī)理論“氣為血之帥，血為氣之母”，概括“氣”與“血”的關(guān)系。氣血都是構(gòu)成人體生命活動(dòng)的基本物質(zhì)，“氣為血之帥”包括氣能生血，氣能行血?！把獮闅庵浮笔侵秆獮闅庵d體，血能生氣。二者互根互用，相互依存。而心衰時(shí)“精氣奪”而“氣虛”應(yīng)是和心衰進(jìn)程中逐漸形成的與能量代謝紊亂有關(guān)的物質(zhì)的“虛”，其病位在心，“益氣活血”實(shí)質(zhì)為通過(guò)活血而改善心臟能量供給，改善心肌能量代謝。中藥組方如能從能量代謝機(jī)制改善心衰模型心功能并能從能量代謝相關(guān)基因的差異性表達(dá)增加證據(jù)，將對(duì)心衰的發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)及治療有很大的推動(dòng)作用。目前利用基因芯片技術(shù)研究心力衰竭的基因表達(dá)譜已見報(bào)道，但用其研究中醫(yī)藥對(duì)心衰能量代謝相關(guān)基因譜差異表達(dá)的干預(yù)影響的研究尚未見。益氣活血化瘀組方芪參益氣滴丸是一種新型純中藥制劑，由黃芪、丹參、三七、降香配伍制成，具有益氣通脈、活血止痛的功效，臨床上已開始用于冠心病、心絞痛、心功能不全的治療。我們課題組前期臨床及基礎(chǔ)研究中觀察到：芪參益氣滴丸可降低急性冠脈綜合征（ACS）患者冠脈介入術(shù)（PCI）后血清炎癥趨化因子的水平[18]；改善腎血管性高血壓大鼠的心肌肥厚[19,20]；且可改善心衰患者的癥狀及心功能。因此，選擇芪參益氣滴丸及其他中藥組方對(duì)心力衰竭心臟能量代謝相關(guān)基因譜表達(dá)的影響，有利于揭示其作用的物質(zhì)基礎(chǔ)和心臟基因表達(dá)機(jī)制。

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