劉發(fā)金 綜述 肖驊 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心內(nèi)科，重慶 400016)

心房顫動是臨床最常見的持續(xù)性心律失常。心房顫動的發(fā)生過程同時伴有電重構(gòu)和結(jié)構(gòu)重構(gòu)，電重構(gòu)可進(jìn)一步引發(fā)結(jié)構(gòu)重構(gòu)，導(dǎo)致永久性心房顫動的發(fā)生，即心房顫動本身又可促使心房顫動延續(xù)，稱為“心房顫動引發(fā)心房顫動”(“AF begets AF”)［1］。研究發(fā)現(xiàn)持續(xù)性心房顫動復(fù)律后短期內(nèi)心房電重構(gòu)可完全消失，但結(jié)構(gòu)重構(gòu)持續(xù)存在，提示結(jié)構(gòu)重構(gòu)是心房顫動發(fā)生和發(fā)展的核心環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor beta 1，TGF-β1)已被證實可誘發(fā)心肌細(xì)胞肥大和心肌纖維化，在心房顫動的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。

細(xì)胞骨架蛋白在維持細(xì)胞形態(tài)、保持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性中起重要作用。同樣，心肌細(xì)胞骨架蛋白在心肌舒縮功能的調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用，在擴(kuò)張性心肌病、高血壓、急性心肌缺血性疾病、糖尿病心肌病、心房顫動等疾病中均發(fā)現(xiàn)心肌骨架蛋白的表達(dá)變化。

1 TGF-β1/SMAD 信號通路與心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)的關(guān)系

心房顫動從陣發(fā)性到持續(xù)性，再發(fā)展成永久性的整個過程中，可引起心房動作電位(atrial action potential，APD)、有效不應(yīng)期(effective refractory period，ERP)及有效不應(yīng)期頻率適應(yīng)性(effective refractory period-rate adaptability，ERP-RA)和心房傳導(dǎo)速度的變化，即心房電重構(gòu)，同時可引起心房擴(kuò)張、纖維化改變，即結(jié)構(gòu)重構(gòu)。結(jié)構(gòu)重構(gòu)主要表現(xiàn)為心房肌細(xì)胞肥大、溶解、肌纖維丟失、心房連接蛋白表達(dá)的改變、線粒體形狀和大小改變、肌漿網(wǎng)斷裂、核周糖原堆積，核染色質(zhì)離散等［2］。

心房纖維化是心房顫動發(fā)生和維持的一個重要因素，是心房顫動患者心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)最突出的表現(xiàn)。TGF-β1作為最強(qiáng)的細(xì)胞外基質(zhì)沉積促進(jìn)劑和關(guān)鍵的致纖維化因子扮演著關(guān)鍵性角色［3］。Verheule 等［4］發(fā)現(xiàn)TGF-β1可選擇性地引起心房間質(zhì)纖維化，而心室組織正常，提示在高TGF-β1表達(dá)水平下，心房具有心肌纖維化的更強(qiáng)易感性。Xiao 等［5］在風(fēng)濕性心臟病繼發(fā)的心房顫動中，發(fā)現(xiàn)TGF-β1明顯上升。機(jī)械牽張可誘導(dǎo)膠原合成，同時伴有TGF-β1在心房成纖維細(xì)胞表達(dá)增加，而慢性心房擴(kuò)張可發(fā)生結(jié)構(gòu)重構(gòu)，導(dǎo)致心房顫動的發(fā)生［6］。在轉(zhuǎn)基因小鼠構(gòu)建過度表達(dá)TGF-β1的模型，可導(dǎo)致選擇性心房纖維化和心房顫動易損性增加，而拮抗TGF-β1的抗纖維化藥物或中和抗體，可防止心肌纖維化，減少易損性［7］。

上述研究表明，TGF-β1在心房顫動中可能擔(dān)任重要角色。而另一方面，心房顫動本身可通過TGF-β1表達(dá)的顯著增加，增加心房膠原蛋白產(chǎn)生，使心房顫動持久性和心房纖維化之間形成惡性循環(huán)［6-7］。這可解釋持續(xù)性心房顫動發(fā)生的結(jié)構(gòu)重構(gòu)和易復(fù)發(fā)性。

TGF-β1通過Ⅰ、Ⅱ型受體及經(jīng)典的SMAD 信號通路介導(dǎo)心房顫動患者選擇性心房纖維化［8］。SMAD 蛋白是TGF-β1下游的主要信號傳導(dǎo)分子，涉及SMAD蛋白有多種，如Smad2，3，4，6，7。信號傳導(dǎo)基本過程為:TGF-β1配體先與Ⅱ型受體(TβRⅡ)結(jié)合，再與Ⅰ型受體(TβRⅠ)結(jié)合形成TGF-β1受體復(fù)合物，并使TβRⅠ磷酸化?；罨腡GF-β1受體磷酸化激活Smad2 和Smad3，使二者構(gòu)象發(fā)生變化，從受體上解離并與Smad4 結(jié)合形成低聚體復(fù)合物，復(fù)合物再轉(zhuǎn)移至胞核內(nèi)調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)［9］。在心臟主要是通過磷酸化Smad2 發(fā)揮作用，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1誘導(dǎo)的心房顫動，主要與下游的Smad2 和Smad7 的磷酸化水平改變有關(guān)。Smads 磷酸化，激活細(xì)胞外基質(zhì)分子表達(dá)，如CollagenⅥ、endoglin、金屬基質(zhì)蛋白酶家族成員(MMP-2、MMP-9 和TIMP-1)，從而引發(fā)結(jié)構(gòu)重構(gòu)［10］。因此，TGF-β1/ SMAD 被認(rèn)為是心房顫動結(jié)構(gòu)重構(gòu)的關(guān)鍵信號通路。

2 骨架蛋白與心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)

2.1 細(xì)胞骨架蛋白概述

細(xì)胞骨架是細(xì)胞內(nèi)不同蛋白質(zhì)纖維的聚合物和各種調(diào)控蛋白交錯連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。主要由三種主要類型蛋白絲組成，包括微絲(microfilament，MF)、微管(microtubule，MT)和中間絲(intermediate filament，IF)。

α 輔肌動蛋白(α-actinin)，在細(xì)胞內(nèi)為反向平行的二聚體，具有N 末端肌動蛋白結(jié)合結(jié)構(gòu)域、血影蛋白樣中央重復(fù)結(jié)構(gòu)域和C 末端“EF 手”結(jié)構(gòu)域，可以交聯(lián)肌動蛋白絲(actin)形成二聚體，“EF 手”結(jié)構(gòu)可以結(jié)合Ca2+，是近年來在細(xì)胞骨架與細(xì)胞運(yùn)動研究中的熱點蛋白［11］。

α-actinin 參與調(diào)節(jié)F-actin 的裝配與拆卸，調(diào)節(jié)Factin 的長度、極性、穩(wěn)定性和三維結(jié)構(gòu)，并將F-actin與細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜的其他成分相連接，完成多種細(xì)胞功能［12］。目前發(fā)現(xiàn)α-actinin 有1，2，3，4 四種類型，呈細(xì)胞或組織特異性分布。通常根據(jù)其組織分布的不同而分成兩類:α-actinin-1(非肌型)，α-actinin-2(肌型)，α-actinin-3(肌型)和α-actinin-4(非肌型)。非肌型蛋白對Ca2+敏感，而肌型不結(jié)合Ca2+［13］。α-actinin因獨(dú)特的分布受到廣泛研究。在肌肉細(xì)胞，α-actinin-2、α-actinin-3 特異分布在肌節(jié)的Z 帶和閏盤;在非肌肉細(xì)胞，沿著應(yīng)力纖維及黏著斑區(qū)域檢測到α-actinin-1、α-actinin-4，顯示此蛋白可能參與肌動蛋白微絲相互連接或與細(xì)胞膜連接［14-15］。

α-actinin-2 主要表達(dá)于心肌和骨骼肌，α-actinin-3只表達(dá)于骨骼?。?5］。α-actinin-2 編碼基因ACTN2 位于1q42-q43。α-actinin-2 是細(xì)胞骨架的關(guān)鍵成分，是應(yīng)力纖維關(guān)鍵成分之一。與其他應(yīng)力纖維一起，使細(xì)胞具有抗切應(yīng)力和牽張力。α-actinin-2 作為肌原纖維中Z 線主要組成部分，它連接細(xì)胞膜與細(xì)胞核，能將細(xì)胞外的信號經(jīng)細(xì)胞膜離子通道直接傳遞至細(xì)胞核［11，16］。例如，在乳鼠心肌細(xì)胞中研究發(fā)現(xiàn)，α-actinin-2 在 維 持 Ca2+-activated K+channel (SK2 or KCa2.2)中起重要作用，α-actinin-2 特異性的siRNA可以影響SK2 通道在心肌細(xì)胞內(nèi)的分布和定位［17］。α-actinin 通過與其相關(guān)蛋白包括整合素、鈣黏素以及細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路中的信號分子等的協(xié)同作用，在穩(wěn)定細(xì)胞黏附、調(diào)節(jié)細(xì)胞形狀及細(xì)胞運(yùn)動中發(fā)揮著重要作用。

心肌細(xì)胞骨架系統(tǒng)不僅在維持心肌細(xì)胞形態(tài)、參與收縮活動中發(fā)揮作用，還對膜離子通道的錨定和功能有重要調(diào)控作用，如鈉通道等［18］。對小鼠心肌的研究發(fā)現(xiàn)，微絲結(jié)合蛋白α-actinin、dystrophin 與L型鈣通道共同存在并調(diào)節(jié)通道的活動。在非心肌細(xì)胞共同表達(dá)鈣通道與α-actinin，也出現(xiàn)通道失活變慢［19］。上述研究表明，細(xì)胞骨架蛋白不僅在結(jié)構(gòu)重構(gòu)的過程中發(fā)生可塑性變化，也能影響細(xì)胞的電生理活動。

2.2 心房顫動的心房重構(gòu)中細(xì)胞骨架蛋白變化

心肌細(xì)胞骨架不僅作為細(xì)胞的支架，同時也參與細(xì)胞的一系列生理活動，因此，對心肌細(xì)胞骨架的研究日益受到重視。各種心血管疾病在心功能改變的同時，常伴有心臟形態(tài)的改變。在風(fēng)濕性心臟病繼發(fā)的心房顫動中，心房擴(kuò)大加上心房的搏動節(jié)律改變，使得心房肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與動力學(xué)均受到極大影響，必然會影響細(xì)胞骨架變化。

在心房顫動的早期，僅僅牽張力改變，就可能會導(dǎo)致心房顫動［20］。Abbott 等［21］研究認(rèn)為，心房牽張力的改變，能導(dǎo)致心房運(yùn)動的模式改變，細(xì)胞運(yùn)動功能發(fā)生變化。心房肌細(xì)胞周期性收縮與擴(kuò)張涉及到細(xì)胞骨架的周期性重組與解聚。運(yùn)動模式的改變，細(xì)胞骨架重組也會相應(yīng)發(fā)生變化，也可能直接引發(fā)電重構(gòu)的發(fā)生。Huang 等［22］采用雙向凝膠電泳和串聯(lián)質(zhì)譜法鑒定風(fēng)濕性心臟病繼發(fā)心房顫動患者和正常竇性心律患者心耳組織內(nèi)蛋白質(zhì)表達(dá)差異，發(fā)現(xiàn)一共有19種蛋白有明顯差異，這些蛋白可被分為三大類:參與細(xì)胞骨架和肌原纖維的蛋白;能量代謝相關(guān)蛋白;與氧化應(yīng)激有關(guān)蛋白。Morillo 等［23］用22 只狗建立了快速心房顫動模型，試驗前后，用二維超聲心動圖檢查發(fā)現(xiàn)心房直徑都明顯增加;電子顯微鏡檢查顯示心房肌纖維排列紊亂。Thijssen 等［24］制作山羊心房顫動模型，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過16 周的持續(xù)心房顫動后，可見橫紋肌斷續(xù)分布，染色變淡，心肌細(xì)胞外周僅可見斑片狀殘留;閏盤染色變淡;暗視野顯微鏡下觀察，α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)總體表達(dá)水平顯著增加。

這些研究表明:心房結(jié)構(gòu)暫時的改變對心房電活動具有明顯影響，心房持續(xù)性的結(jié)構(gòu)改變可導(dǎo)致細(xì)胞骨架及相關(guān)蛋白的改變。

3 TGF-β1/SMAD 信號通路與細(xì)胞骨架蛋白

TGF-β1除了致纖維化的作用外，也可調(diào)控黏著斑蛋白和細(xì)胞骨架蛋白的表達(dá)。TGF-β1介導(dǎo)的肌成纖維細(xì)胞的分化及活化是人體纖維化疾病發(fā)病機(jī)制中一個關(guān)鍵事件。在心臟，TGF-β1被證實能促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖并轉(zhuǎn)變?yōu)榧〕衫w維細(xì)胞，接著進(jìn)一步誘導(dǎo)這兩種細(xì)胞產(chǎn)生大量的細(xì)胞外基質(zhì)，從而促進(jìn)心肌纖維化［25］。肌成纖維細(xì)胞具有介于成纖維細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)特點，因具有表達(dá)收縮蛋白，特別是α-SMA 蛋白的能力而被定義［26］。因此，TGF-β1可能介導(dǎo)結(jié)構(gòu)重構(gòu)并引發(fā)細(xì)胞骨架變化。

在多種細(xì)胞株中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)生性Smad2，3，4 與微管結(jié)合，TGF-β1觸發(fā)Smad2，3，4 從微管脫離，磷酸化，遷移至細(xì)胞核，啟動轉(zhuǎn)錄［27］。在小鼠乳腺上皮細(xì)胞、人乳腺癌MDA-MB-231 細(xì)胞、人腎HEK293T 細(xì)胞等研究中發(fā)現(xiàn)TGF-β1通過Smad 和p38MAPK，能夠促進(jìn)細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換、運(yùn)動，以及促進(jìn)細(xì)胞中應(yīng)力纖維原肌球蛋白、α-actinin 和鈣調(diào)理蛋白的表達(dá)［17］。Zheng等［28］的研究結(jié)果和上述結(jié)果一致，并進(jìn)一步指出，表達(dá)上調(diào)的原肌球蛋白主要是高分子量原肌球蛋白，參與的SMAD 蛋白為Smad3 和Smad4。用人類心肌細(xì)胞祖細(xì)胞向心肌細(xì)胞誘導(dǎo)分化的實驗中，向培養(yǎng)液中加入TGF-β1，Western blot 檢測結(jié)果顯示α-actinin-2 及p-Smad2 表達(dá)水平均升高，而抑制TGF-β1，α-actinin-2及p-Smad2 水平均下降，在培養(yǎng)液中加入阻礙TGF-β1信號通路的ALK5 激酶抑制劑，免疫熒光染色結(jié)果顯示α-actinin/nuclei ratio 較TGF-β1刺激條件下明顯下降［29］。這些研究表明，TGF-β1可能通過SMAD 信號通路影響細(xì)胞骨架蛋白α-actinin-2 的表達(dá)。

4 小結(jié)

心房重構(gòu)與心房顫動關(guān)系密切，心房電重構(gòu)促進(jìn)了心房顫動的發(fā)生與維持，而結(jié)構(gòu)重構(gòu)包括心肌細(xì)胞及心肌間質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的改變，最終使心房顫動演變?yōu)槁猿掷m(xù)性心房顫動。因此，延緩心房的結(jié)構(gòu)重構(gòu)能有效地預(yù)防心房顫動的復(fù)發(fā)。

TGF-β1與心房纖維化以及心房纖維化與心房顫動的復(fù)雜關(guān)系表明，TGF-β1在心房的結(jié)構(gòu)重構(gòu)中起關(guān)鍵作用。心房的結(jié)構(gòu)重構(gòu)包括肌溶解、肌小節(jié)喪失、細(xì)胞骨架重塑及骨架蛋白表達(dá)改變等?，F(xiàn)已證實，TGF-β1/Smad2 能促進(jìn)心房纖維化，而且無論結(jié)構(gòu)重構(gòu)還是纖維化，都伴隨細(xì)胞骨架的重塑過程。TGFβ1能通過SMAD 信號通路引起α-actinin-2 表達(dá)升高，α-actinin-2 不僅在維持細(xì)胞骨架穩(wěn)定、調(diào)節(jié)細(xì)胞形狀及細(xì)胞運(yùn)動中發(fā)揮著重要作用，還能影響細(xì)胞的電生理活動。因此，α-actinin-2 可能參與TGF-β1介導(dǎo)的心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)過程。綜上所述，TGF-β1可能在結(jié)構(gòu)重構(gòu)中通過α-actinin-2 影響電重構(gòu)。其具體機(jī)制值得進(jìn)一步研究。

［1］Lu Z，Scherlag BJ，Lin J，et al.Atrial fibrillation begets atrial fibrillation:autonomic mechanism for atrial electrical remodeling induced by short-term rapid atrial pacing［J］.Circ Arrhythm Electrophysiol，2008，1(3):184-192.

［2］阮洪梅，王瑋.心房顫動發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展［J］.醫(yī)學(xué)綜述，2011，17(1):37-40.

［3］肖驊，雷寒.心房顫動患者心房纖維化研究進(jìn)展［J］.心血管病學(xué)進(jìn)展，2007，28(5):693-696.

［4］Verheule S，Sato T，Everett T 4th，et al.Increased vulnerability to atrial fibrillation in transgenic mice with selective atrial fibrosis caused by overexpression of TGF-β1［J］.Circ Res，2004，94:1458-1465.

［5］Xiao H，Lei H，Qin S，et al.TGF-beta1 expression and atrial myocardium fibrosis increase in atrial fibrillation secondary to rheumatic heart disease［J］.Clin Cardiol，2010，33(3):149-156.

［6］Burstein B，Nattel S.Atrial fibrosis:mechanisms and clinical relevance in atrial fibrillation［J］.J Am Coll Cardiol，2008，51(8):802-809.

［7］Park SJ，On YK，Kim JS，et al.Transforming growth factor β1-mediated atrial fibrotic activity and the recovery of atrial mechanical contraction after surgical maze procedure［J］.Int J Cardiol，2013，164(2):232-237.

［8］Rahmutula D，Marcus GM，Wilson EE，et al.Molecular basis of selective atrial fibrosis due to overexpression of transforming growth factor-β1［J］.Cardiovasc Res，2013，99:769-779.

［9］Yuan SM，Jing H.Cardiac pathologies in relation to Smad-dependent pathways［J］.Interact Cardiovasc Thorac Surg，2010，11(4):455-460.

［10］Polyakova V，Miyagawa S，Szalay Z，et al.Atrial extracellular matrix remodelling in patients with atrial fibrillation［J］.J Cell Mol Med，2008，12(1):189-208.

［11］Gautel M.The sarcomeric cytoskeleton:who picks up the strain［J］.Curr Opin Cell Biol，2011，23(1):39-46.

［12］陳唐葶，周翔，王立群，等.急性心肌缺血大鼠心肌α 輔肌動蛋白含量變化及其與心功能的關(guān)系［J］.南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2011，31(6):970-974.

［13］Virel A，Backman L.Molecular evolution and structure of alpha-actinin［J］.Mol Biol Evol，2004，21(6):1024-1031.

［14］Isobe Y，Warnert FD，F(xiàn)lemanski LF.Three-dimensional immunogold localization of α-actinin within the cytoskeletal networks of cultured cardiac muscle and non-muscle cells［J］.Proc Natl Acad Sci USA，1988，85(18):6758-6762.

［15］Mills MA，Yang N，Weinberger RP，et al.Differential expression of the actinbinding proteins，α-actinin-2 and 3，in different species:implication for the evolution of functional redundancy［J］.Hum Mol Genet，2001，10(13):1335-1346.

［16］Shams H，Golji J，Mofrad MR.A molecular trajectory of α-actinin activation［J］.Biophys J，2012，103(10):2050-2059.

［17］Lu L，Timofeyev V，Li N，et al.Alpha-actinin2 cytoskeletal protein is required for the functional membrane localization of a Ca2+activated K+channel (SK2 channel)［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2009，106(43):18402-18407.

［18］Bakin AV，Safina A，Rinehart C，et al.A critical role of tropomyosins in TGFbeta regulation of the actin cytoskeleton and cell motility in epithelial cells［J］.Mol Biol Cell，2004，15(10):4682-4694.

［19］Sadeghi A，Doyle AD，Johnson BD.Regulation of the cardiac L-type Ca2+channel by the actin-binding proteins α-actinin and dystrophin［J］.Am J Physiol Cell Physiol，2002，282:C1502-C1511.

［20］de Jong AM，Maass AH，Oberdorf-Maass SU，et al.Mechanisms of atrial structural changes caused by stretch occurring before and during early atrial fibrillation［J］.Cardiovasc Res，2011，89(4):754-765.

［21］Abbott RD，Koptiuch C，Iatridis JC，et al.Stress and matrix-responsive cytoskeletal remodeling in fibroblasts［J］.J Cell Physiol，2013，228(1):50-57.

［22］Huang WJ，Zhou R，Zeng XR，et al.Comparative proteomic analysis of atrial appendages from rheumatic heart disease patients with sinus rhythm and atrial fibrillation［J］.Mol Med Rep，2011，4(4):655-661.

［23］Morillo CA，Klein GJ，Jones DL，et al.Chronic rapid atrial pacing.Structural，functional，and electrophysiological characteristics of a new model of sustained atrial fibrillation［J］.Circulation，1995，91:1588-1595.

［24］Thijssen VL，Ausma J，Liu GS，et al.Structural changes of atrial myocardium during chronic atrial fibrillation［J］.Cardiovasc Pathol，2000，9(1):17-28.

［25］Gao X，He X，Luo B，et al.Angiotensin Ⅱincreases collagen via transforming growth factor-beta 1 and extracellular signal-regulated kinase in cardiac fibroblasts［J］.Eur J Pharmacol，2009，606(1-3):115-120.

［26］Thannickal VJ，Lee DY，White ES，et al.Myofibroblast differentiation by transforming growth factor-β1is dependent on cell adhesion and integrin signaling via focal adhesion kinase［J］.J Biol Chem，2003，278(14):12384-12389.

［27］Dong CM，Li ZR，Alvarez R Jr，et al.Microtubule binding to Smads may regulate TGF beta activity［J］.Mol Cell，2000，5:27-34.

［28］Zheng Q，Safina A，Bakin AV.Role of high-molecular weight tropomyosins in TGF-β-mediated control of cell motility［J］.Int J Cancer，2008，122(1):78-91.

［29］Goumansa MJ，de Boer TP，Smitsa AM，et al.TGF-β1induces efficient differentiation of human cardiomyocyte progenitor cells into functional cardiomyocytes in vitro［J］.Stem Cell Res，2008，1(2):138-149.