張 旭，金 娟，劉 莉

1972年Kerr最先提出細(xì)胞凋亡的概念，是細(xì)胞死亡形式之一，是指細(xì)胞在一定的生理或病理?xiàng)l件下，受內(nèi)在遺傳機(jī)制的控制自動(dòng)結(jié)束生命的過(guò)程。在充血性心力衰竭（CHF）發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的許多病理因素（如氧化應(yīng)激、壓力或容量負(fù)荷過(guò)重、腎上腺素、血管緊張素Ⅱ、致炎細(xì)胞因子、缺血、缺氧等）均可誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡［1，2］。人心肌細(xì)胞的凋亡造成心肌細(xì)胞散在丟失，當(dāng)心肌細(xì)胞廣泛丟失時(shí)，就會(huì)損害心室功能導(dǎo)致心力衰竭。心肌細(xì)胞大量丟失引發(fā)維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的代償機(jī)制，例如左心室肥大、左心室擴(kuò)張，以及交感神經(jīng)系統(tǒng)和腎素－血管緊張素系統(tǒng)活性增強(qiáng)。這些代償機(jī)制反而成為加劇心力衰竭的因素。此外，心肌細(xì)胞凋亡參與心力衰竭的心肌重構(gòu)，心肌細(xì)胞、膠原網(wǎng)架和血管床發(fā)生了一些改變，即心室重構(gòu)。

1 心力衰竭過(guò)程中心肌凋亡的途徑

凋亡由心力衰竭過(guò)程中心肌凋亡的途徑外源性途徑（涉及細(xì)胞表面死亡受體）和內(nèi)源性途徑（涉及線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）兩條通路介導(dǎo)。死亡配體結(jié)合死亡受體時(shí)，外源性途徑被激活，隨后觸發(fā)形成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合體（DISC）。半胱天冬酶8在DISC內(nèi)被激活，然后剪切并激活下游的半胱天冬酶原。半胱天冬酶8也能剪切只含BH3結(jié)構(gòu)域的蛋白Bid，后者的羧基部分轉(zhuǎn)位到線粒體，觸發(fā)線粒體凋亡事件。內(nèi)源性途徑則被多種生物、化學(xué)和物理刺激所激活。這些信號(hào)被促凋亡蛋白Bcl－2家族的Bax和只含BH3結(jié)構(gòu)域的蛋白傳遞到線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。死亡信號(hào)觸發(fā)線粒體向細(xì)胞質(zhì)中釋放促凋亡物質(zhì)，其中包括細(xì)胞色素C。胞質(zhì)細(xì)胞色素C觸發(fā)形成第二個(gè)多蛋白復(fù)合體——凋亡體。半胱天冬酶原9在凋亡體中被激活，隨后剪切并激活下游的半胱天冬酶原。下游的半胱天冬酶剪切數(shù)百種細(xì)胞蛋白，并致細(xì)胞凋亡。

2 心力衰竭過(guò)程中參與凋亡的重要蛋白因子

2.1 Fas／FasL Fas即CD59分子，屬于TNF／神經(jīng)生長(zhǎng)因子受體家族，亦是一種跨膜蛋白。人Fas基因定位于第10號(hào)染色體（10q24）上，基因長(zhǎng)度為2534bp，含8個(gè)內(nèi)含子和9個(gè)外顯子，編碼319個(gè)氨基酸［3］。Fas基因分子結(jié)構(gòu)由細(xì)胞外的N末端、中間的膜區(qū)及細(xì)胞內(nèi)區(qū)3個(gè)部分組成。其中跨膜區(qū)位于分子中部，具有細(xì)胞凋亡信號(hào)傳導(dǎo)作用，被稱為死亡結(jié)構(gòu)域。FasL是Fas的配體，是細(xì)胞表面的一種膜蛋白，抗Fas抗體、FasL或血漿sFasL均可與靶細(xì)胞表面的Fas結(jié)合，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，最終誘導(dǎo)凋亡。死亡受體Fas在心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中有著重要作用。Fas配體首先結(jié)合到同源受體上，誘導(dǎo)受體簇和死亡受體誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物的形成，復(fù)合物通過(guò)接頭分子FADD被募集于多個(gè)caspase－8的前體上，激活caspase－8，再依次激活下游caspase執(zhí)行因子［4］。

2.2 半胱胺酸天冬氨酸酶（caspases）家族蛋白 眾多蛋白酶均參與凋亡的發(fā)生，其中caspases在凋亡的起始和執(zhí)行過(guò)程中起關(guān)鍵作用。在哺乳動(dòng)物中，至少有14個(gè)caspase家族成員參與了凋亡的過(guò)程。它們大致被分為三大類凋亡啟動(dòng)因子、凋亡執(zhí)行因子和炎癥介導(dǎo)因子，構(gòu)成了級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)。凋亡啟動(dòng)因子在級(jí)聯(lián)反應(yīng)的上游，包括caspase－2、－8、－9、10等，能在其他蛋白的輔助下發(fā)生自我活化并識(shí)別和激活下游的caspase。如caspase－8幾乎能激活所有凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)下游的caspase而誘發(fā)凋亡，在起始者中處于核心地位［5］。凋亡執(zhí)行因子在級(jí)聯(lián)反應(yīng)的下游，包括caspase－3、－6、－7等，作用于其特異性底物并導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。如caspase－3，是caspase家族中最重要的凋亡執(zhí)行者之一，在caspases家族蛋白中，Caspase－3是凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)下游最關(guān)鍵的凋亡蛋白酶［6］。炎癥介導(dǎo)因子包括caspase－1、－4、－5和－11，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)并在死亡受體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑中起輔助作用。具體過(guò)程是caspase在促凋亡因子刺激下被活化，繼而對(duì)底物進(jìn)行特異性的水解及剪切，通過(guò)切斷與周圍細(xì)胞的聯(lián)絡(luò)、重組細(xì)胞骨架、關(guān)閉DNA復(fù)制、修復(fù)和破壞DNA及核結(jié)構(gòu)等方式來(lái)參與凋亡的早期啟動(dòng)，并將激活的信號(hào)傳遞下去形成一個(gè)caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)［7］。最終啟動(dòng)凋亡相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄、促進(jìn)生物大分子的合成，使細(xì)胞發(fā)生凋亡所特有的形態(tài)以及生化變化。

2.3 Bcl－2蛋白家族Bcl－2家族蛋白主要由抗凋亡蛋白（如Bcl－2、Bcl－xL、Bcl－w等）和促凋亡蛋白（如Bax、Bad、Bak、Bid和Bcl－xs等）組成，且這兩者之間的相互作用是決定細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因素［8］。Bcl－2家族蛋白是細(xì)胞凋亡過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，能夠調(diào)整線粒體膜的完整性，以及控制促凋亡的細(xì)胞內(nèi)膜蛋白的釋放。具有抗凋亡作用的Bcl－2蛋白具有抑制線粒體外膜的通透性和線粒體促凋亡物質(zhì)的釋放；相反，促凋亡的Bcl－2蛋白則促進(jìn)線粒體外膜的通透性和線粒體促凋亡物質(zhì)的釋放。研究表明Bcl－2和Bax的比例可能在心肌細(xì)胞凋亡率方面有重要作用，如在壓力負(fù)荷型大鼠模型中，左室肥厚的模型中心肌細(xì)胞凋亡率明顯高于心室功能衰竭的大鼠，其機(jī)制可能與Bax表達(dá)增加使Bcl－2／Bax比例降低有關(guān)。

2.4 抑癌基因p53蛋白 p53基因是位于17號(hào)染色體短臂上的一個(gè)單拷貝基因，包含11個(gè)外顯子和10個(gè)內(nèi)含子。其mRNA長(zhǎng)2.5kb，編碼一個(gè)含有393個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，分子量為53kD。p53是一個(gè)細(xì)胞內(nèi)壓力的感受器，內(nèi)源性凋亡途徑的關(guān)鍵激活因子。當(dāng)細(xì)胞受損時(shí)，p53可抑制細(xì)胞生長(zhǎng)或誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，對(duì)細(xì)胞凋亡過(guò)程起著重要調(diào)控作用。P53通過(guò)轉(zhuǎn)錄激活Bcl－2家族中促凋亡的成員，抑制Bcl－2蛋白，從而啟動(dòng)凋亡的發(fā)生。另外p53的靶標(biāo)還包括Bax、Noxa、Puma和Bid等。P53調(diào)控凋亡的一個(gè)主要影響因子，是名為Puma的BH3蛋白。Toth等［9］研究發(fā)現(xiàn)在缺血時(shí)PLJMA的表達(dá)上調(diào)，而且在PUMA缺失的小鼠中，心肌梗死面積減小50%。

2.5 細(xì)胞色素C（Cyt－c）線粒體是調(diào)控細(xì)胞凋亡的中心 細(xì)胞色素C是線粒體釋放的最重要的促凋亡因子之一，是線粒體凋亡途徑的標(biāo)志事件。在細(xì)胞凋亡過(guò)程中細(xì)胞色素C釋放進(jìn)入胞質(zhì)，參與哺乳動(dòng)物細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。缺氧可致心肌細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素C大量釋放胞質(zhì)中，caspase－9基因表達(dá)增高并進(jìn)一步導(dǎo)致caspase－3激活，引發(fā)凋亡。細(xì)胞凋亡時(shí)，線粒體的通透性發(fā)生改變，膜電位下降，與此同時(shí)，細(xì)胞色素C會(huì)從線粒體膜上被釋放到胞漿中。釋放到細(xì)胞質(zhì)的Cyt－c在脫氧腺苷三磷酸（dATP）存在的情況下，與凋亡蛋白酶活化因子（Apaf－1）結(jié)合，形成多聚體，促使caspase前體蛋白與其結(jié)合為凋亡小體，其中主要是與caspase－9前體蛋白結(jié)合，從而激活caspase－9，被激活的caspase－9又 能 激 活caspase－3，進(jìn) 而 導(dǎo) 致 細(xì) 胞 發(fā) 生 凋亡［10］。

2.6 凋亡抑制蛋白（ARC） ARC是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一個(gè)心臟特異表達(dá)的抗凋亡蛋白，可能是心臟發(fā)育過(guò)程中天然獲得的具有心臟保護(hù)作用的蛋白。此蛋白可抑制多種因素誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡，如缺氧、缺血／再灌注損傷、機(jī)械張力等。ARC發(fā)揮抗凋亡的作用是通過(guò)酪蛋白激酶CK2對(duì)其進(jìn)行磷酸化而實(shí)現(xiàn)的［11］。ARC是心肌細(xì)胞中帶有caspase富集功能域的凋亡抑制因子，ARC蛋白通過(guò)抑制心肌細(xì)胞的凋亡對(duì)心臟發(fā)揮保護(hù)作用，具有強(qiáng)大的抗凋亡作用，其不僅能夠抑制Fas／caspase－8及TNF－R1受體活化誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，并且通過(guò)與Bax的相互作用，抑制Bax活化的細(xì)胞凋亡線粒體通路，這表明ARC可同時(shí)抑制內(nèi)源及外源性細(xì)胞凋亡途徑。在ARC基因敲除小鼠缺血再灌注損傷實(shí)驗(yàn)中，ARC敲除小鼠心肌凋亡數(shù)量明顯增加了2.5倍，體內(nèi)Bax活性明顯增高，證實(shí)內(nèi)源性ARC是通過(guò)抑制Bax活性來(lái)發(fā)揮其心肌保護(hù)作用［12］。心力衰竭等心臟損傷過(guò)程中ARC蛋白的表達(dá)下調(diào)，促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡的發(fā)生，這可能是心力衰竭發(fā)生的機(jī)制之一。

2.7 β3腎上腺能受體（β3AR） β3AR是存在心血管系統(tǒng)一種受體亞型，與心力衰竭關(guān)系密切。研究顯示β3AR通過(guò)促進(jìn)氧化應(yīng)激，觸發(fā)炎性反應(yīng)，引發(fā)鈣超載等誘發(fā)細(xì)胞凋亡。研究表明，心肌缺血損傷后，心肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載，使得心肌收縮功能異常，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［13，14］，而β3AR在心衰過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)鈣離子流介導(dǎo)負(fù)性肌力作用。心力衰竭時(shí)β3AR上調(diào)激活心室肌細(xì)胞內(nèi) NO合成酶，β3AR、NO、eNOS、鈣通道通路是β3AR加重心力衰竭的主要途徑［15］。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前從細(xì)胞凋亡角度主要基于死亡受體通路、線粒體通路、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路三條途徑研究心力衰竭的發(fā)病機(jī)制，目前發(fā)現(xiàn)了諸多凋亡相關(guān)因子，如Fas／FasL、Caspases家族蛋白、Bcl－2蛋白家族、抑癌基因p53蛋白、細(xì)胞色素C、凋亡抑制蛋白ARC、β3AR等。衰竭心臟中存在心肌細(xì)胞凋亡，心肌細(xì)胞凋亡是慢性心衰發(fā)病機(jī)制的重要部分。

研發(fā)抑制心肌細(xì)胞凋亡的新藥，阻斷、干預(yù)凋亡的各環(huán)節(jié)，為慢性心衰的預(yù)防和治療提供新的途徑和切入點(diǎn)。

［1］ Consili C，Gatta L，Iellamo F，etal.Severity of left ventricular dysfunction in heart failure patients affects the degree of serumin duced cardiomyocyte apoptosis.Importance of inflammatory re sponse and metabolism［J］.Int J Cardiol，2013，167（6）：2859－2866.

［2］ Boffa GM，Zaninotto M，Sartor R，etal.Interleukin－6and tumor necrosis factor－alpha as biochemical markers of heart failure：A－h(huán)ead－to－h(huán)ead clinical comparison with B－type natriuretic peptide［J］.J Cardiovasc Med，2009，10（10）：758－764.

［3］ Wesche－Soldato DE，Chung CS，Gregory GH，etal.CD8＋T cell promote inflammation and apoptosis in the liver after sepsis：Role of Fas－FasL［J］.Am J Pathol，2007，171（1）：87－96.

［4］ Lee P，Sata M，Lefer DJ，etal.Fas pathway is a critical mediator of cardiac myocyte death and MI during ischemia－reperfusion in vivo［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2003，284（2）：H456－463.

［5］ Vaishnav M，MacFarlane M，Dickens M.Disassembly of the JIP1／JNK molecular scaffold by caspase－3－mediated cleavage of JIP1during apoptosis［J］.Exp Cell Res，2011，317（7）：1028－1039.

［6］ Li Q，Guo YL，Li X，etal.The interference of picrosideⅡon the expres sions of Caspase－3and PARP following cerebral ischemia reperfusion injury in rats［J］.Chin Pharmacol Bull，2010，26（3）：342－345.

［7］ Martinez M，Deif RD，Pappas D，etal.Early detection of apoptos is in living cells by fluorescence correlation spectroscopy［J］.An－alytical and Bioanalytitical Chemistry，2010，396：1177－1185.

［8］ Kumar P，Coltas I K，Kumar B，etal.Bcl－2prctects endothe－lial cells against gamma－radiation via a Raf －MEK －ERK －survivin signaling pathway that is independent of cytochrome C re－lease［J］.Cancer Res，2007，67：1193－1202.

［9］ Toth A，Nickson P，Qin LL，etal.Differential regulation of cardiomyocyte survival and hypertrophy by mdm2，an E3ubiqutin ligase［J］.J Biol Chem，2006，281（6）：3679－3689.

［10］ Kim J，Parrish AB，Kurokawa M，etal.Ras－mediated phosphorylation and 14－3－3εbinding of Apaf－1suppresses cytochrome cinduced apoptosis［J］.EMBO J，2012，31（5）：1279－1292.

［11］ Zhang YQ，Herman B.ARC protects rat cardiomyocytes against oxidative stress through inhibition of caspase－2mediated mitochondrial pathway［J］.J Cell Biochem，2006，99（2）：575－588.

［12］ Donath S，Li P，Willenbockel C，etal.Apoptosis repressor with caspase recruitment domain is required for cardioprotection in reponse to biomechanical and ischemic stress［J］.Circulation，2006，113（9）：1203－1212.

［13］ Aurora AB，Mahmoud AI，Luo X，etal.MicroRNA－214protects the mouse heart from ischemic injury by controlling Ca2＋overload and cell death［J］.J Clin Invest，2012，122（4）：1222－1232.

［14］ Dorn GW.Apoptotic and non－apoptotic programmed cardiomyocyte death in ventricular remodelling［J］.Cardiovasc Res，2009，81（3）：465－473.

［15］ Moniotte S，Belge C，Sekkali B，etal.Sepsis is associated with an upregulation of functional beta3adrenoceptors in the myocardium［J］.Eur J Heart Fail，2007，9（12）：1163－1171.