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骨橋蛋白與心肌纖維化關系的研究進展

2015-03-06 08:20:18張蓓蓓蔡輝
中國心血管雜志 2015年3期
關鍵詞:骨橋蛋白心肌細胞纖維化

張蓓蓓 蔡輝

·綜述·

骨橋蛋白與心肌纖維化關系的研究進展

張蓓蓓 蔡輝

骨橋蛋白質(zhì); 心肌纖維化; 細胞外基質(zhì)

心肌纖維化(myocardial fibrosis,MF)是指心臟細胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)中膠原纖維過量積聚,膠原濃度顯著升高或膠原成分發(fā)生改變。ECM作為心肌細胞骨架能感應和傳遞各種刺激信號,參與心肌損傷修復和重構(gòu)。作為ECM非結(jié)構(gòu)蛋白一員的骨橋蛋白是公認的促纖維化因子。近年來,大量臨床試驗和基因改造動物實驗為骨橋蛋白在MF中的作用提供了新證據(jù)。本文綜述了骨橋蛋白與MF關系的最新研究進展。

1 骨橋蛋白概述

骨橋蛋白是基質(zhì)細胞蛋白小整合素結(jié)合配體N端連結(jié)糖蛋白家族中的一員,廣泛存在于人體內(nèi)多種組織,包括ECM、細胞內(nèi)、血漿、乳汁和尿液中。骨橋蛋白主要通過結(jié)合細胞表面黏附分子(整合素和CD44),參與細胞遷移、炎性浸潤、組織修復、細胞免疫、血管形成及腫瘤轉(zhuǎn)移等病理過程[1]。

人的骨橋蛋白基因定位于染色體4q13上,為單拷貝基因。轉(zhuǎn)錄過程中,骨橋蛋白pre-mRNA的選擇性剪接可以形成a、b、c 3種異構(gòu)體。不同異構(gòu)體的表達和功能具有細胞特異性,其具體機制尚不清楚[2]。分泌型骨橋蛋白(secreted osteopontin,sOPN)與細胞內(nèi)骨橋蛋白(intracellular osteopontin,iOPN)的最大區(qū)別是轉(zhuǎn)錄起始部位不同。sOPN轉(zhuǎn)錄起始于mRNA5'端AUG起始密碼子,內(nèi)含16-aa信號序列;iOPN轉(zhuǎn)錄起始于下游的選擇性密碼子,缺少信號序列。骨橋蛋白mRNA翻譯后形成的前體sOPN在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體經(jīng)過翻譯后修飾,如磷酸化、糖基化、硫酸化、酶解等,被分泌到細胞外,通過與細胞表面受體結(jié)合發(fā)揮作用。iOPN與CD44-ERM復合體共同定位于細胞核周圍,介導細胞運動和天然免疫。

骨橋蛋白多肽鏈上的3個黏附序列是其主要的功能域。159RGD161序列和162SVVYGLR168序列是整合素受體結(jié)合區(qū)域,其中整合素αvβ1、αvβ3、αvβ5、α5β1、α8β1結(jié)合RGD區(qū)域,而α4β1、α9β1結(jié)合SVVYGLR序列。SVVYGLR序列未經(jīng)凝血酶裂解(切割位點是Arg168↓Ser169)時是隱藏的,故骨橋蛋白經(jīng)凝血酶裂解后的C-端片段(169Ser-Asn314)具有更強的黏附力?;|(zhì)金屬蛋白酶(metalloproteinases,MMPs)在SVVYGLR序列內(nèi)(Gly166↓Leu167)切割骨橋蛋白,使其黏附α4β1、α9β1受阻。另外,C-末端18個高度保守的氨基酸序列內(nèi)有與CD44結(jié)合的黏附序列。165YGLRSKSKKFRR174序列是肝素結(jié)合區(qū)域,可以保護骨橋蛋白免受凝血酶的作用。

2 骨橋蛋白在MF中的作用

MF是多種心血管疾病共同的病理改變,與心律失常、心力衰竭和心原性猝死密切相關。大量臨床試驗表明,血漿骨橋蛋白(plasma osteopontin,pOPN)水平升高有助于預測MF及患者預后。Rosenberg等[3]報道pOPN水平升高能預測肺動脈高壓患者的右心室重構(gòu);Francia等[4]報道pOPN可預測植入心律轉(zhuǎn)復除顫器的心力衰竭患者發(fā)生室性心動過速和心室顫動的風險;Kato 等[5]報道晚期左心力衰竭患者在植入左心室輔助裝置后,如果pOPN水平仍持續(xù)升高,提示患者發(fā)生了右心力衰竭。

骨橋蛋白的表達在正常心肌很低,但在纖維化心肌中明顯升高。Cardin等[6]發(fā)現(xiàn),給予血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ,Ang-Ⅱ)后,小鼠心肌骨橋蛋白表達升高較MF提早出現(xiàn)。Engebretsen等[7]發(fā)現(xiàn),骨橋蛋白的表達在壓力超負荷小鼠左室心肌和轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)誘導的心臟成纖維細胞(cardiac fibroblasts,CFB)中均顯著升高。Ndisang等[8]發(fā)現(xiàn),亞硝基左旋精氨酸甲酯誘導的高血壓模型大鼠心肌骨橋蛋白表達下降后,間質(zhì)纖維化、單核細胞浸潤和心肌細胞肥大也有所改善。另外,骨橋蛋白基因缺失小鼠MF程度明顯減輕[9]。心肌細胞、成纖維細胞、血管平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞等均能表達骨橋蛋白。多種生物分子能促進CFB表達骨橋蛋白,如白細胞介素-1β、干擾素-γ、AngⅡ、腫瘤壞死因子α、一氧化氮等。而誘導心肌細胞表達骨橋蛋白的物質(zhì)尚未見報道。

3 骨橋蛋白促進MF的機制

骨橋蛋白不僅是ECM的非結(jié)構(gòu)蛋白,還能通過黏附細胞表面受體、ECM結(jié)構(gòu)蛋白(膠原、彈性纖維、蛋白聚糖)及可溶性細胞因子(如生長因子和細胞因子)發(fā)揮促進MF作用。

3.1 促進CFB分化

CFB分化為肌成纖維細胞(myofibroblast,MFB)是MF過程中的關鍵環(huán)節(jié),其中TGF-β是目前已知最重要的促細胞分化因子。骨橋蛋白可通過增強CFB增殖、分化及黏附功能參與MF。Uchinaka等[10]研究發(fā)現(xiàn),穩(wěn)定地分泌骨橋蛋白片段/SVVYGLR序列的成肌細胞移植能明顯改善大鼠心肌梗死后MF程度,可能的作用機制是激活了TGF-β/Smad信號,誘導CFB-MFB轉(zhuǎn)分化。Lenga等[11]報道,骨橋蛋白基因敲除的CFB不能被TGF-β1誘導分化為MFB,且細胞延展性、抗剪切力及收縮性能均有所下降,質(zhì)譜分析結(jié)果顯示,與野生型成纖維細胞比較,骨橋蛋白基因敲除的CFB粘著斑內(nèi)未檢出高遷移率族蛋白B1,提示粘著斑復合體形成障礙是TGF-β1誘導的OPN基因敲除CFB不能分化為MFB的主要原因。

3.2 干擾膠原降解

ECM合成與降解失衡是MF的根本原因。ECM的降解主要受MMPs和其抑制劑組織金屬蛋白酶抑制劑(tissue inhibitor of matrix metalloproteinases,TIMPs) 的調(diào)控。因不溶性膠原難以被MMPs降解,故不溶性膠原纖維含量是影響MF程度的主要因素。Lopez等[12]報道,骨橋蛋白通過氨酰氧化酶介導可溶性Ⅰ型膠原共價交聯(lián)成不溶性膠原,促進MF。骨橋蛋白也可以通過調(diào)節(jié)細胞內(nèi)MMPs的活性抑制膠原降解。Dahiya等[13]發(fā)現(xiàn),骨橋蛋白可以提高杜氏肌營養(yǎng)不良模型小鼠心肌MMP-9的表達,引起心功能障礙。Krishnamurthy等[14]發(fā)現(xiàn),抑制MMPs可以改善骨橋蛋白基因缺失小鼠心肌梗死后MF。

3.3 誘導心肌細胞丟失

成熟的心肌細胞通常被認為是終末分化細胞,不具備增殖能力。心肌細胞丟失(包括自噬、壞死和凋亡)是繼發(fā)替代性纖維化及心功能障礙的重要因素。基因技術為骨橋蛋白促纖維化和促心肌細胞凋亡作用提供了充分依據(jù)。Subramanian 等[15]研究發(fā)現(xiàn),骨橋蛋白基因缺失的糖尿病心肌病模型小鼠較野生型小鼠MF程度減輕、心肌細胞凋亡較少,左心室功能相對較好。Dalal等[16]報道,骨橋蛋白可激活JNKs和Caspase-12,增加Bax、Gadd153的表達,提高細胞色素C的水平,促進線粒體途徑心肌細胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn),心肌特異性的整合素連接激酶(integrin-linked kinase,IKL)基因敲除小鼠表現(xiàn)為致命的擴張型心肌病和心力衰竭,以心肌細胞凋亡、纖維化和炎癥反應為特點。為了確定IKL的下游物質(zhì),Dai等[17]采用差異表達基因深度分析發(fā)現(xiàn),IKL基因敲除小鼠骨橋蛋白表達顯著增加,也表明骨橋蛋白能促進心肌細胞凋亡和MF。Psarras等[18]報道,細胞中間絲蛋白-結(jié)蛋白基因缺失誘導的心肌細胞壞死可引起包括骨橋蛋白在內(nèi)的一系列介導重構(gòu)的蛋白過度表達。同時敲除結(jié)蛋白和骨橋蛋白的小鼠左心室功能和MF成熟較只敲除骨橋蛋白的小鼠均有所改善,表明骨橋蛋白是促使結(jié)蛋白基因敲除小鼠心肌細胞凋亡的主要有害物質(zhì)。Duerr等[19]報道,OPN基因缺失小鼠在缺血/再灌注后3 d即出現(xiàn)非透壁性心肌梗死,左心室功能明顯減退。雖然該研究沒有檢測心肌細胞凋亡水平,但OPN基因缺失小鼠心室前壁的厚度變薄。

3.4 調(diào)節(jié)心臟炎癥反應

心臟急性或慢性炎癥繼發(fā)免疫應答激活是反應性纖維化的主要特征。炎性細胞合成大量炎性因子和細胞因子,通過不同的信號轉(zhuǎn)導途徑誘導CFB活化及膠原分泌。T細胞受抗原刺激被活化后不久即表達骨橋蛋白?;罨膯魏思毎⒕奘杉毎?、樹突狀細胞、自然殺傷細胞也能表達骨橋蛋白。炎性組織中高表達的骨橋蛋白通過結(jié)合炎性細胞表面受體,調(diào)節(jié)先天免疫和適應性免疫。研究發(fā)現(xiàn),iOPN依賴toll樣受體-9、toll樣受體-7和髓樣分化因子88,可促進病毒感染后漿細胞樣樹突狀細胞合成干擾素-α,啟動抗病毒反應。雖然髓樣分化因子88能激活轉(zhuǎn)錄因子核因子-κB途徑引起炎性因子IL-12、IL-6的釋放,但iOPN本身對核因子-κB途徑無明顯作用。iOPN還可以抑制IL-27在樹突狀細胞的表達,從而促進CD4+T細胞分化亞群Th17細胞的發(fā)育[20]。sOPN具有Th1細胞因子的功能,通過結(jié)合整合素和CD44誘導多種炎性細胞遷移。研究發(fā)現(xiàn),骨橋蛋白分子內(nèi)RGD序列、168RSKSSFRR176序列及C-端169Ser-Asn314片段是協(xié)助趨化因子CCL21誘導樹突狀細胞遷移的3個主要促趨化結(jié)構(gòu),而SVVYGLR序列不具備趨化性。在炎癥早期,樹突狀細胞活化,骨橋蛋白與ECM中蛋白聚糖結(jié)合以維持組織的完整性,并最大程度地誘導樹突狀細胞遷移。隨著炎癥進展和局部凝血酶的產(chǎn)生,骨橋蛋白168RSKSSFRR176序列中斷,對樹突狀細胞的促趨化作用減弱,但凝血酶裂解后釋放的169Ser-Asn314片段可以彌補OPN減弱的促趨化作用[21]。

綜上所述,多種心血管疾病可引起血漿和心肌骨橋蛋白表達升高。骨橋蛋白主要通過促進CFB分化、干擾膠原降解、誘導心肌細胞丟失和調(diào)節(jié)心臟炎癥反應等機制加速MF和心功能衰竭。但部分研究發(fā)現(xiàn),骨橋蛋白基因缺失與心肌梗死、缺血/再灌注[19]、Ang-Ⅱ浸潤等實驗動物左心室擴張和心功能障礙有關。這可能與模型系統(tǒng)內(nèi)骨橋蛋白的細胞來源及進行心功能檢查的時間不同有關。目前關于心肌細胞與心臟中其他細胞來源的骨橋蛋白,iOPN與sOPN,以及不同修飾類型的骨橋蛋白在心臟損傷后的作用尚存在很多疑問,值得進行更深入的研究。

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(本文編輯:周白瑜)

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本刊編輯部

·會議報道·

2015年德國心血管年會會議報道

馬迎

第81屆德國心血管年會于2015年4月8—11日在德國曼海姆(Mannheim)舉行(圖1)。本次年會共進行了180次科學會議,1 928個演講報告,發(fā)表了1 767篇科研論文。共有來自34個國家的8 500人參加了本次會議。與會人員在會議期間對德國心臟內(nèi)科的最新發(fā)展進行了廣泛深入的探討。

本次會議主席,來自格賴夫斯瓦爾德大學(Greifswald)的Felix教授在講話中指出,心臟內(nèi)科是醫(yī)學領域在過去十幾年中進步最顯著的學科之一。心肌梗死患者死亡率明顯下降,越來越多的患者脫離生命危險后患上嚴重的心力衰竭等并發(fā)癥。生活水平的日益提高和人口老齡化也使心力衰竭、心臟瓣膜疾病以及心律失常的患病率呈上升趨勢。

德國心血管協(xié)會主席Kuck教授在關于提高治療質(zhì)量的報告中闡述,治療方法的進步明顯延長了德國人口平均壽命,改善了生活質(zhì)量。在過去的幾年里,心臟內(nèi)科微創(chuàng)治療發(fā)展迅速,伴隨著日新月異的科技進步,心臟導管越來越多的應用到心臟疾病的診療過程中。例如經(jīng)導管主動脈瓣置換術(TAVI)不僅在過去的幾年中取得了卓越的成績,而且預期在未來幾年中還會得到更廣泛的普及。Kuck 教授強調(diào),針對新的治療方法和諸多相關問題,協(xié)會修改了治療指南,今后一段時間的工作重點是對當前進行經(jīng)導管瓣膜治療的醫(yī)療中心進行統(tǒng)一的質(zhì)量考察。

心血管內(nèi)科協(xié)會主席Hamm教授作了題目為“成功的心臟醫(yī)學:心肌梗死的死亡率明顯下降,治療水平顯著提高”的總結(jié)報告。當代心臟內(nèi)科學的發(fā)展明顯改善了德國民眾的生活質(zhì)量并延長了平均壽命。在過去的二十年里德國急性心肌梗死的死亡率下降了40%,冠心病死亡率下降了28%,心力衰竭的死亡率下降了19%。心肌梗死死亡率的下降受多因素的影響,從介入治療的普及到急救醫(yī)生的培訓制度的完善,以及院前處置流程的規(guī)范化,皆促成了對心肌梗死及時的診斷和合理的治療。

心臟導管在心內(nèi)科疾病的診治中的應用呈上升趨勢。2012—2013年間,冠狀動脈導管檢查從857 688例增長到了885 131例,其中經(jīng)皮冠狀動脈介入治療(PCI)從337 171例增長到了342 749例。對于心肌梗死患者來說,介入是最有效的拯救生命的治療措施。心肌梗死患者死亡率的顯著下降也充分證實了以上觀點。預計在2015年,心臟導管檢查的數(shù)量仍會繼續(xù)增長。從客觀角度分析,加強應用核磁共振和CT等無創(chuàng)的診斷方法,來代替有創(chuàng)的心臟導管檢查是日后心內(nèi)科診斷的發(fā)展趨勢。相關的技術完善和相應的專業(yè)技術培訓是下一步的工作重點。

伴隨人口老齡化,心力衰竭、心臟瓣膜疾病以及心律失常的患病率在過去幾年中有明顯的增長。統(tǒng)計資料顯示因心力衰竭住院治療的病例在2012年達到了386 548例,成為住院治療的第二大主要病因。與此同時每十萬居民心律失常的患病人數(shù)從282例上升到537例(上升了90%),心臟瓣膜疾病從69例上升到105例(52%)。

最新的心律失?;颊咧委焾蟾嬷酗@示:2012年共進行了106 840例包括植入、置換以及修正的心臟起搏器手術。除顫器手術達46 037例。其中15.8%的手術由心外科進行,其余手術由心臟內(nèi)科及其他科室完成的。

教育培訓部聯(lián)合心血管內(nèi)科診所醫(yī)師協(xié)會(BNK)和Springer醫(yī)學教材出版社,建立了專業(yè)網(wǎng)站為心內(nèi)科醫(yī)生提供最新的醫(yī)學資訊。心血管協(xié)會的新聞發(fā)言人Fleck教授表示,心血管協(xié)會致力于建立多媒體的公開培訓平臺。這個平臺摒棄了一切廣告信息,除了提供年會相關的專業(yè)信息還有各種病例分析、圖像診斷(B超、CT、MRT)的影音資料以及認證專業(yè)學分的各項課程,做到專業(yè)培訓質(zhì)量公開化。

圖1 德國心血管年會會議現(xiàn)場

DOI:10.3969/j.issn.1007-5410.2015.03.022

作者單位:45768德國馬爾,瑪麗醫(yī)院心內(nèi)科

通信作者:馬迎,電子信箱:dmaying@yahoo.de

(收稿日期:2015-04-20)

(本文編輯:周白瑜)

Research progress in relationship between osteopontin and myocardial fibrosis

ZhangBeibei,CaiHui.

DepartmentofIntegratedTraditionalChineseandWesternMedicine,NanjingGeneralHospitalofNanjingMilitaryCommand,Nanjing210002,China

CaiHui,Email:njzy_caihui@163.com

Osteopontin; Myocardial fibrosis; Extracellular matrix

10.3969/j.issn.1007-5410.2015.03.021

210002南京軍區(qū)南京總醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合科

蔡輝,電子信箱:njzy_caihui@163.com

2015-03-12)

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