孫曉鵬，李辭霞，郭志坤

(新鄉(xiāng)醫(yī)學院河南省醫(yī)用組織再生重點實驗室，河南 新鄉(xiāng) 453003)

心臟是人體物質(zhì)代謝最為活躍的器官，為了實現(xiàn)其功能，心臟需要持續(xù)的能量供應(yīng)。心肌的供能物質(zhì)有葡萄糖、脂肪酸(fatty acids，F(xiàn)A)、乳酸、酮體、氨基酸等，其中FA是心肌最主要的能量來源，健康成年人的心肌三磷腺苷(adenosine triphosphate，ATP)50%～70%來自于長鏈脂肪酸(long-chain fatty acids，LCFA)的β氧化[1]。正常心肌FA的攝取和氧化維持在一個動態(tài)平衡，缺血性心臟病、心力衰竭、2型糖尿病、代謝綜合征等疾病可導致FA的氧化減少，糖的無氧酵解增多，造成非氧化脂肪酸衍生的脂質(zhì)積累，削弱心臟的功能，使心肌細胞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，如心肌纖維化、心肌脂肪變性、收縮功能降低。這些改變主要與脂質(zhì)積累對線粒體功能的破壞有關(guān)。脂質(zhì)積累可以導致和加劇心功能障礙，被稱為心肌脂毒性，減少毒性脂質(zhì)可以改善心肌代謝和功能。本文就正常和疾病狀態(tài)下心肌FA的代謝進行綜述，從而進一步闡述心肌的脂毒性損傷。

1 心肌FA代謝

1.1FA的來源及細胞轉(zhuǎn)運心肌的FA主要來自于白蛋白結(jié)合的游離脂肪酸(free fatty acids，F(xiàn)FA)以及乳糜微粒(chylomicron，CM)和極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)中三酰甘油(triacylglycerol，TG)釋放的FA。FFA來自激素敏感性FA水解脂肪組織中的TG，大部分FFA會與白蛋白結(jié)合，通過血液循環(huán)運送至心臟而被利用。CM和VLDL中TG釋放的FA是由脂蛋白脂肪酶水解產(chǎn)生。心臟所利用的FA大部分來自CM，小部分來自VLDL，還有一小部分來自心肌細胞重新合成。心肌細胞獲取的FA除供線粒體氧化供能外，多余部分以TG的形式儲存于心肌細胞的脂滴中，并在需要時由三酰甘油酯酶(triacylglycerol lipase，ATGL)水解為FA和甘油[2]。

FFA通過被動擴散或者載體蛋白介導的信號通路進入心肌細胞[3]。這些載體蛋白包括脂肪酸轉(zhuǎn)位酶(fatty acid transposition enzyme，F(xiàn)AT)/CD36、膜型脂肪酸結(jié)合蛋白(membrane fatty acid binding protein，F(xiàn)ABPpm)和脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白(fatty acid transporter protein，F(xiàn)ATP)。為了確保心肌細胞適當利用FA，許多蛋白質(zhì)對心肌細胞脂肪酸的攝取進行了協(xié)同調(diào)節(jié)，在這個過程中最關(guān)鍵的第1步是使FA進入細胞內(nèi)[1]。蛋白質(zhì)介導的FA攝取涉及FA與FABPpm結(jié)合，結(jié)合后的FA可以被動擴散，或通過FAT/CD36、FATP介導攝取[4]。FAT/CD36在轉(zhuǎn)移FA通過心肌細胞膜過程中起主要作用。CD36表達于內(nèi)皮細胞和心肌細胞中，它的功能包括促進心肌細胞從白蛋白、CM及VLDL中攝取FA，也可以轉(zhuǎn)導細胞內(nèi)的信號，這些信號參與FA的利用和介導FA代謝[5]。研究表明，心肌50%～60%FA的攝取和氧化是通過FAT/CD36介導的[6]。CD36缺乏患者的FA攝取率較低。CD36含量及功能的變化可引起心肌代謝的改變，這與某些心血管疾病病理生理密切相關(guān)[6]。LCFA進入心肌細胞首先被長鏈脂酰輔酶A合成酶(long-chain acyl-CoA synthetase，ACSL)激活為長鏈脂酰輔酶A[7]。

1.2FA的β氧化由于游離LCFA不溶于細胞質(zhì)，它們在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運需要脂肪酸結(jié)合蛋白(fatty acid binding protein，F(xiàn)ABP)幫助，F(xiàn)ABP是細胞質(zhì)內(nèi)可溶性的小分子蛋白(相對分子質(zhì)量14 000～15 000)家族，它可以結(jié)合長鏈FA[8]。心型脂肪酸結(jié)合蛋白(heart-type fatty acid binding protein，H-FABP)是FABP家族主要成員，由FABPs3基因編碼，主要分布于心肌和骨骼肌。其主要功能是結(jié)合并轉(zhuǎn)運LCFA至線粒體進行β氧化。由于長鏈脂酰輔酶A不能通過線粒體內(nèi)膜，因此，在β氧化前長鏈脂酰輔酶A必須通過肉堿依賴系統(tǒng)轉(zhuǎn)運到線粒體內(nèi)。肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1(carnitine palmitoyl transterase-1，CPT-1)是線粒體攝取FA和β氧化的限速酶，它位于線粒體外膜，可以轉(zhuǎn)化長鏈脂酰輔酶A為相應(yīng)的脂酰肉堿[3]，CPT-1敲除的小鼠可發(fā)展為心肌脂毒性損傷，并表現(xiàn)出心臟壓力過載，心肌細胞肥大[9]。同樣，長期CPT-1抑制的大鼠高脂飲食飼養(yǎng)會導致骨骼肌TG的積累和脂毒性，脂酰肉堿隨后被肉堿轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)運到線粒體基質(zhì)，再被位于線粒體內(nèi)膜的肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-2(carnitine palmitoyl transterase-2，CPT-2)轉(zhuǎn)換為長鏈脂酰輔酶A[10]。在4種酶的催化下于線粒體基質(zhì)和內(nèi)膜附近進行FA的β氧化[11]。FA的β氧化調(diào)節(jié)發(fā)生在心臟的多個層面，其中在FA的利用和攝取方面最為重要。細胞內(nèi)的丙二酸單酰輔酶A對CPT-1進行強有力的調(diào)節(jié)，丙二酸單酰輔酶A是CPT-1介導的線粒體FA攝取的內(nèi)源性抑制劑[12]。當心肌細胞的丙二酸單酰輔酶A減少時，心功能卻在通過主動脈縮窄造成的壓力過載后得到改善[13]，心功能的改善與心肌細胞的FA氧化增多以及左心室質(zhì)量的降低有關(guān)[14]。心肌FA的β氧化酶的轉(zhuǎn)錄控制水平很大程度上取決于核受體轉(zhuǎn)錄因子的活性，核受體轉(zhuǎn)錄因子是涉及脂肪酸氧化(fatty acid oxidation，F(xiàn)AO)的中心調(diào)節(jié)因子，這個家族有3個成員，即過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)α、PPARβ/δ、PPARγ。PPARα調(diào)節(jié)心臟和骨骼肌的FAO，PPARβ/δ激活心臟FAO，PPARγ是脂肪生成的主要調(diào)節(jié)因子[15]，也有助于心臟和骨骼肌的FAO的調(diào)節(jié)[16]。PPARα敲除導致FA的β氧化下降，而心臟特異性PPARα過表達可增加β氧化基因表達和β氧化率[17]。

2 心肌脂毒性和潛在性的脂毒性物質(zhì)

2.1心肌脂毒性脂毒性指由于細胞內(nèi)脂質(zhì)及其代謝的中間產(chǎn)物增多，導致細胞功能障礙和死亡，最終造成整個器官的功能障礙。心肌脂毒性可造成心肌胰島素抵抗、心肌細胞凋亡和心臟收縮功能障礙[18-19]。肥胖是造成心肌脂毒性的最常見原因，肥胖最早的表現(xiàn)是血液循環(huán)中FFA和TG的增多[20]。增多的FA被心肌細胞攝取，首先進行β氧化，多余的FA以TG的形式貯存于心肌細胞中[20]。然而當心肌細胞FA的攝取大大超過β氧化能力，大量的TG及其代謝中間產(chǎn)物甘油二酯(diacylglycerol，DG)、神經(jīng)酰胺、長鏈脂酰輔酶A和脂酰肉堿開始積累[21-22]。

2.2潛在性的脂毒性物質(zhì)

2.2.1TGTG在細胞質(zhì)中以脂滴的形式存在，脂滴是一種由TG和膽固醇酯為核心，外包裹單層磷脂或游離膽固醇的中性物質(zhì)。攝取的FA在進行β氧化之前先進入心肌細胞的TG池，TG池根據(jù)需要不斷擴大和水解，始終保持一種穩(wěn)定狀態(tài)。肥胖癥、2型糖尿病、JCRLA肥胖大鼠、Zucker肥胖大鼠、肥胖小鼠、糖尿病小鼠以及慢性高脂飲食小鼠心肌TG升高與葡萄糖代謝受損有關(guān)[23]。雖然心肌TG含量升高常與收縮功能障礙和胰島素抵抗相關(guān)，但TG可能不會對心肌有直接毒性，因為它們是惰性中性脂質(zhì)的貯存形式。盡管如此，心肌TG含量的升高可能作為一種生物學標志以表明其他多個反應(yīng)和(或)DG、長鏈脂酰輔酶A正在積累。

2.2.2DG與TG相比，一系列相對非極性脂質(zhì)也在心臟等組織器官中積累，但是以非分泌形式存在。這些部分帶電的脂質(zhì)游離在細胞質(zhì)中，在細胞膜內(nèi)部結(jié)合，并與載體蛋白相關(guān)。二酯酰甘油?；D(zhuǎn)移酶(diacylgycerol acyltransferase，DGAT)結(jié)合脂肪?；?輔酶A并將毒性DG轉(zhuǎn)化為TG。DGAT有DGAT1和DGAT2 2種同工酶。在脂毒性模型小鼠的心臟中過表達DGAT1，雖然脂質(zhì)積累增加，但可以逆轉(zhuǎn)心臟功能障礙[24-25]。此外，DGAT1的心肌細胞特異性表達可以改善缺血后的心臟功能。因此，DGAT1介導的TG合成有保護心臟的功能。相反，DGAT1缺陷小鼠可以抵抗飲食誘導的肥胖。當心肌細胞攝取的FA超過其轉(zhuǎn)化TG的能力時，即當TG酯化途徑飽和時，DG在心肌細胞中積累。DGAT1的過表達可減少心臟DG，增加TG儲存，并改善某些形式的心臟脂質(zhì)誘導的毒性[24-26]。嚴重心力衰竭患者的心臟組織中DGAT1表達減少，心肌中出現(xiàn)DG積累，選擇性DGAT1敲除小鼠心肌細胞也會出現(xiàn)DG積累，并導致心力衰竭[27]。因此，DGAT1可能對心臟毒性脂質(zhì)的細胞內(nèi)濃度有控制作用。

2.2.3磷脂磷脂是構(gòu)成心臟脂毒性的另一種脂類。磷脂的毒性作用歸因于磷脂代謝途徑與TAG或其他脂質(zhì)的代謝途徑間接串擾或由磷脂含量變化觸發(fā)的直接信號傳導。非酯化脂肪酸(non esterified fatty acids，NEFA)含量的增加促進大鼠心肌細胞中磷脂的降解并增加細胞死亡[28]。相反，磷脂合成的增加對大鼠心臟具有保護作用[29]。與心肌細胞膜相關(guān)的磷脂酶水解某些膜磷脂并產(chǎn)生脂質(zhì)衍生的信號傳導分子如DG，對心臟功能有毒性[30]。除磷脂酶降解磷脂外，也可通過調(diào)節(jié)磷脂合成而調(diào)節(jié)其細胞含量。一項對果蠅的研究表明，抑制磷脂酰乙醇胺(一種豐富的膜磷脂)的合成可引起與心臟TAG濃度升高相關(guān)的心臟功能障礙。磷脂酰乙醇胺耗竭可激活促進FA合成和脂肪生成的固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白途徑[31]，抑制這些果蠅的固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白通路可減輕心臟脂質(zhì)積累，并改善心臟功能[31]。磷酸乙醇胺胞苷酰轉(zhuǎn)移酶2(phosphoethanolamine cytidylyltransferase 2，Pcyt2)和磷脂酰乙醇胺合成酶缺陷的小鼠具有較低的FA代謝基因表達、高三酰甘油血癥，其肝臟和骨骼中的TG和DG水平也相應(yīng)升高[32]。另一項研究表明，Pcyt2+/-雄性小鼠的心臟功能障礙與PPARα和CD36的表達下降、活性氧自由基增加以及抑制心臟胰島素信號傳導有關(guān)[33]。這些發(fā)現(xiàn)表明，心臟代謝率降低可能導致毒性脂質(zhì)積聚增加。因此，磷脂代謝的改變會影響細胞脂質(zhì)體內(nèi)平衡和信號傳導以及心臟功能。

3 脂質(zhì)在心臟毒性中的作用

脂質(zhì)毒性作為人類心力衰竭的原因或重要的致病因素正被人們逐漸接受。脂質(zhì)可能單獨導致心力衰竭，并且其可能加重由缺血或其他形式的心肌病引起的疾病。除了在具有嚴重心力衰竭患者的心臟中DG和神經(jīng)酰胺的濃度升高之外，一些實驗研究證明，在心臟急性缺血后可出現(xiàn)脂質(zhì)蓄積[34]。這可能是因為缺血心臟繼續(xù)獲得FA，而缺氧將心臟代謝轉(zhuǎn)向葡萄糖途徑，造成FA氧化減少而出現(xiàn)的一種不平衡狀態(tài)。

有研究證實，單獨脂質(zhì)累積可導致小鼠出現(xiàn)心力衰竭，甚至出現(xiàn)猝死[35]，其可能原因為：(1)增加脂質(zhì)攝取路徑或增加NEFA的捕獲導致心臟脂質(zhì)過載；(2)PPARα和PPARγ的過表達增加了FA氧化，從而導致心臟脂質(zhì)代謝的不平衡，當FA的攝取超過氧化時出現(xiàn)脂質(zhì)積累；(3)FA氧化明顯減少也可導致脂質(zhì)蓄積和心力衰竭[36-38]。ATGL-/-小鼠表現(xiàn)出FAO的減少、大面積心臟脂肪積累和嚴重的心臟功能障礙，當藥物活化PPARα時，心臟脂肪積累和心臟功能障礙可得到糾正[37]。這表明FA介導的PPARα活化依賴于細胞內(nèi)TG脂解作用，而ATGL過表達對具有壓力超負荷的小鼠是有益的[38]。然而，這種益處不能歸因于FA氧化的增加，可能是由于增加了葡萄糖的利用。在激素敏感性脂肪酶基因缺失小鼠中，心臟TG脂肪酶活性降低，但心臟TG沒有顯著變化。心肌細胞脂質(zhì)攝取減少、脂質(zhì)分泌增加和毒性脂質(zhì)向非極性儲存形式的更大轉(zhuǎn)化都參與心臟功能的改善[39]。有些激素可直接影響心臟脂質(zhì)含量，從而改善心臟功能，如胰高血糖素樣肽1可改善DGAT1遺傳缺失小鼠的心功能[27]。

4 脂毒性心肌病的治療

目前，對于脂毒性心肌病的治療主要從代謝調(diào)節(jié)進行干預(yù)。有限的數(shù)據(jù)表明，身體質(zhì)量減輕可減少心臟TG水平，減少FA攝取，改善舒張功能[40]。但減肥在糾正肥胖和糖尿病中對心臟脂質(zhì)積累的作用是有爭議的。短期禁食(例如隔夜)可以增加心臟脂滴和TG含量，可能是葡萄糖供應(yīng)缺乏導致FAO受損的結(jié)果[41-43]，但禁食不會導致心臟功能減退。這進一步說明不是所有TG積累都是有害的。在心力衰竭的動物模型中，使用CPT-1抑制劑對FAO進行抑制是有益的。在心力衰竭患者中，通過降低血漿NEFA水平來減少FAO是不利的[44-45]。有些藥物如哌可昔林已經(jīng)用于缺血性和非缺血性心力衰竭患者，并取得了改善心功能和緩解癥狀之療效[46-47]，其作用機制就是通過抑制CPT-1和CPT-2阻斷線粒體FA。曲美他嗪可減少FAO，并輕微改善特發(fā)性擴張性缺血患者的心功能和胰島素敏感性[47]。降血脂藥物治療心力衰竭可以消耗循環(huán)FA從而降低心肌FA攝入，但沒有改善心功能，因此，在心力衰竭中減少FAO的益處仍然不清楚。心力衰竭患者是否需要減少心肌底物攝取仍不明確。此外，標準化底物攝取和減少脂毒性是心力衰竭治療的主要目標還是輔助治療措施仍然有待觀察。最近報道顯示，使用鈉葡萄糖輔助轉(zhuǎn)運蛋白2抑制劑可以減少心力衰竭患者心臟葡萄糖攝取，增加FAO和脂質(zhì)累積，顯著改善心功能[48]。

5 小結(jié)

心肌脂肪浸潤、脂肪變性以及脂質(zhì)在代謝過程產(chǎn)生的一些物質(zhì)均可對心肌細胞產(chǎn)生一定的毒性作用。目前，心肌脂質(zhì)毒性的臨床意義尚未引起足夠重視，脂質(zhì)對心臟形態(tài)和機能的影響以及產(chǎn)生影響的機制尚不清楚。因此，加強脂質(zhì)與心肌之間關(guān)系的研究，對心臟疾病的診治具有重要意義。