王新婷 魯 成 史天云 鐘逸航 劉永明▲

1.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院心血管內(nèi)科，上海 201203；2.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬第七人民醫(yī)院心血管內(nèi)科，上海 201203

心力衰竭是多種因素導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)和（或）功能異常改變，使心室收縮和（或）舒張功能發(fā)生障礙而引起的一組復(fù)雜臨床綜合征，我國(guó)心力衰竭人數(shù)約450 萬，心力衰竭患病率為0.9%，住院病死率為4.1%，且隨著老齡化的加劇，患病率顯著上升。心力衰竭的發(fā)展伴隨著心肌纖維化的病理改變，心肌纖維化是指心肌組織結(jié)構(gòu)中膠原的過度積聚，是不良心肌重構(gòu)的主要表現(xiàn)，而心肌重構(gòu)又可降低組織順應(yīng)性，損傷心臟功能，促進(jìn)心律失常的發(fā)生，加速心力衰竭的進(jìn)展。研究證明在心力衰竭患者中，心肌纖維化與左心室僵硬程度、舒張和收縮功能障礙、心律失常和冠狀動(dòng)脈血流量受損有關(guān)，且嚴(yán)重的心肌纖維化是心力衰竭患者長(zhǎng)期死亡率的有效指標(biāo)，心肌纖維化程度預(yù)測(cè)主要的心血管不良事件及死亡是判斷心力衰竭治療有效性的重要因素。

腎上腺素能受體（β-adrenergic receptor，βAR）屬于G 蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptor，GPCR）超家族， 在心臟中，βAR 亞型包括βAR、βAR 和βAR 3種，βAR 的生理功能主要體現(xiàn)在身體對(duì)外界壓力的應(yīng)激反應(yīng)。 應(yīng)激時(shí)，由腎上腺分泌的兒茶酚胺作用于心臟中的βAR， 能強(qiáng)而有力地增強(qiáng)心肌收縮力及加快心率。 βAR 信號(hào)通路系統(tǒng)異常是心力衰竭的主要特征之一，βAR 在心肌的生理調(diào)節(jié)中起著基礎(chǔ)性的作用，而慢性刺激βAR 可引起心肌肥厚、心肌纖維化和心肌細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖、膠原分泌、遷移并向肌成纖維細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化，進(jìn)而造成心肌纖維化和心力衰竭，這是心力衰竭病理生理學(xué)的重要組成部分。

1 心肌纖維化

心肌纖維化是指心肌間質(zhì)膠原網(wǎng)絡(luò)因心臟缺血性損傷、系統(tǒng)性疾病、藥物或任何其他影響循環(huán)系統(tǒng)或心臟本身的有害刺激而發(fā)生的各種數(shù)量和質(zhì)量的變化。心肌纖維化改變心肌的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)心功能不全、心律失常的發(fā)展，影響心力衰竭患者的臨床病程和轉(zhuǎn)歸。盡管心肌纖維化促進(jìn)心力衰竭的進(jìn)展，但到目前為止還沒有一種有效的治療策略確保其逆轉(zhuǎn)，且心肌纖維化是心力衰竭患者從常規(guī)護(hù)理向基于生物標(biāo)志物的個(gè)性化治療及精確藥物治療過渡的真正挑戰(zhàn)。

心肌纖維化涉及成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞。成纖維細(xì)胞負(fù)責(zé)細(xì)胞外基質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡，細(xì)胞外基質(zhì)為心肌細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)支架， 通過心臟組織分配機(jī)械力，并介導(dǎo)電傳導(dǎo)。 成纖維細(xì)胞負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)正常的心肌功能，在導(dǎo)致心力衰竭的心肌重構(gòu)中起關(guān)鍵作用。 心臟纖維化是通過激活心臟成纖維細(xì)胞介導(dǎo)的，成纖維細(xì)胞在受到損傷或壓力時(shí)會(huì)分化為肌成纖維細(xì)胞。盡管肌成纖維細(xì)胞的形成是對(duì)急性損傷的生理反應(yīng)表現(xiàn)，而心肌成纖維細(xì)胞的持續(xù)存在，會(huì)導(dǎo)致心力衰竭伴適應(yīng)性不良的重塑和進(jìn)行性功能衰退。

心肌在多種損傷因素的刺激下，成纖維細(xì)胞增殖并分化為一種非增殖性分泌表型，即肌成纖維細(xì)胞，它通過結(jié)合α 平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-smooth muscle actin，αSMA）表達(dá)和收縮應(yīng)激纖維，而獲得平滑肌細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)和表型特征， 以及合成活性成纖維細(xì)胞的特征。 肌成纖維細(xì)胞的分泌體由Ⅰ型和Ⅲ型前膠原、調(diào)節(jié)Ⅰ型和Ⅲ型細(xì)胞外纖維膠原轉(zhuǎn)換所必需的分子、模擬其代謝活性的自分泌和旁分泌因子組成，使心肌纖維永久化生成。 膠原是細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，其中Ⅰ型膠原約占85%，Ⅲ型膠原約占11%。

心肌纖維化主要有兩種類型：①在替代性纖維化中，心肌纖維化替代心肌細(xì)胞壞死的小病灶，形成為疤痕，替代性纖維化是指心肌細(xì)胞凋亡或壞死后發(fā)生的膠原沉積；②在反應(yīng)性纖維化中，纖維組織在間質(zhì)和冠狀動(dòng)脈壁內(nèi)周圍血管空間的積聚，以及肌膜和內(nèi)膜改變了心肌束和單個(gè)心肌細(xì)胞周圍通常很薄的纖維組織層，形成較厚的鞘層，通常沒有明顯心肌細(xì)胞丟失。 替代性纖維化是指心肌細(xì)胞凋亡或壞死后發(fā)生的膠原沉積，具有不可逆性，與多種心肌疾病的預(yù)后相關(guān)。 而反應(yīng)性纖維化發(fā)生在病程早期，表現(xiàn)為分化的肌成纖維細(xì)胞對(duì)各種刺激的反應(yīng)、合成和沉積膠原，具有可逆性。

2 β1AR 信號(hào)通路在心力衰竭心肌纖維化中的作用機(jī)制

在慢性壓力超負(fù)荷過程中，交感神經(jīng)系統(tǒng)的過度激活導(dǎo)致兒茶酚胺的釋放，從而激活心肌細(xì)胞的腎上腺素能受體，導(dǎo)致心率和心肌收縮力的增加。 研究已證實(shí)βAR 基因敲除可減輕壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)的心肌纖維化，提示βAR 參與了壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)的心肌纖維化。 此外，βAR 刺激無論是用激動(dòng)劑干預(yù)，還是在βAR 特異性表達(dá)的轉(zhuǎn)基因模型、 或以βAR 刺激增加為特征的心力衰竭模型中， 都會(huì)導(dǎo)致心肌壞死，加速心肌纖維化進(jìn)程。

2.1 β1AR 信號(hào)通路促進(jìn)炎癥相關(guān)因子致心肌纖維化

腎上腺素能信號(hào)通路在心衰期間被過度激活，βAR 在應(yīng)激狀態(tài)下迅速過度激活， 誘導(dǎo)多種促炎細(xì)胞因子表達(dá)導(dǎo)致心臟炎癥， 加劇心肌損傷和長(zhǎng)期的病理重構(gòu)， 是肌成纖維細(xì)胞形成和膠原沉積的關(guān)鍵介質(zhì)，從而導(dǎo)致心肌纖維化，加速心力衰竭的進(jìn)展。因此，在心衰期間阻斷炎癥反應(yīng)和βAR 的過度激活是減輕心臟病理重構(gòu)的一種策略。 Xiao 等研究發(fā)現(xiàn)，在異丙腎上腺素（isoproterenol，ISO）誘導(dǎo)的急性βAR 損傷早期抑制白介素-18 （interleukin-18，IL-18）活性不僅可以有效地減輕心臟炎癥、心肌纖維化和舒張功能障礙， 還可以有效地防止不利的心臟重構(gòu)，在保持βAR 生理功能的同時(shí)改善心臟損害。Dang 等研究體內(nèi)主動(dòng)脈弓縮窄（transverse aortic constriction，TAC）大鼠模型、體外去甲腎上腺素刺激心肌成纖維細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，βAR 信號(hào)通路可激活炎癥小體促進(jìn)心肌纖維化， 阻斷βAR 信號(hào)通路可抑制炎癥小體，減輕心臟纖維化，提高心臟功能，βAR 信號(hào)通路激活炎癥小體，在通過鈣通道/活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）途徑促進(jìn)心力衰竭心臟纖維化中發(fā)揮重要作用。

2.2 β1AR 信號(hào)通路促進(jìn)鈣通道/ROS 途徑致心肌纖維化

β 腎上腺素能信號(hào)在心力衰竭期間過度激活。βAR 的激活導(dǎo)致三磷酸腺苷轉(zhuǎn)化為第二信使環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP），cAMP激活蛋白激酶A（protein kinase A，PKA），PKA 磷酸化一些鈣循環(huán)蛋白，如鈣通道，鈣通道的激活介導(dǎo)鈣的釋放，心臟興奮收縮耦合和鈣超載。 細(xì)胞溶質(zhì)鈣的升高激活了促纖維途徑， 導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大和纖維化，并導(dǎo)致線粒體損傷，進(jìn)而產(chǎn)生ROS，ROS 調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，促進(jìn)細(xì)胞死亡和心臟纖維化。

2.3 靶向HuR 表達(dá)恢復(fù)β1AR 信號(hào)抑制心肌纖維化

在衰竭的心臟中，心肌細(xì)胞凋亡、喪失和心肌間質(zhì)纖維化導(dǎo)致β 受體密度降低， 而人抗原R（human antigen R，HuR）參與βAR 的調(diào)節(jié)，其在心臟重構(gòu)或心臟發(fā)育過程中部分抑制βAR。 研究顯示βAR 被認(rèn)為是HuR 介導(dǎo)的基因翻轉(zhuǎn)的靶點(diǎn)， 心肌細(xì)胞HuR的缺失具有降低βAR 表達(dá)的作用， 進(jìn)而加重ISO誘導(dǎo)的心肌肥厚和心肌纖維化。 在H9C2 細(xì)胞中，HuR與βAR-mRNAs 的結(jié)合穩(wěn)定了βAR 的mRNA。此外，HuR 在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor-β，TGF-β）的穩(wěn)定性方面起著中心作用，從而影響促纖維化信號(hào)傳導(dǎo)，TGF-β 是纖維化發(fā)生和發(fā)展的有力的驅(qū)動(dòng)因素。

2.4 β1-腎上腺素受體自身抗體（β1-adrenergic receptor antibody，β1-AA）促進(jìn)心肌纖維化

β-AA 在心血管疾病血清中的高陽(yáng)性率、高滴度率會(huì)引起心功能不全和心肌纖維化。 β-AA 類似于βAR 激動(dòng)劑， 在心室重構(gòu)的病理生理特征中起著重要作用。 研究發(fā)現(xiàn)β-AA 激活βAR/cAMP/PKA 通路，并通過與βAR 特異性結(jié)合，而非βAR，促進(jìn)原代心臟成纖維細(xì)胞增殖；β-AA 還可能通過激活p38MAPK 和ERK1/2 部分逆轉(zhuǎn)心臟成纖維細(xì)胞的增殖；β-AA 刺激的心臟成纖維細(xì)胞條件培養(yǎng)液誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡， 提示β-AA 改變了心臟成纖維細(xì)胞的分泌，導(dǎo)致心肌纖維化。

2.5 RNA 調(diào)控β1AR 信號(hào)通路與心肌纖維化

心肌細(xì)胞富含大量的環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNA），包括鈉鈣交換基因（sodium-calcium exchanger gene，SLc8a1）。CircSLc8a1 RNA 敲除可減輕壓力超負(fù)荷所致的心肌肥厚， 而心肌細(xì)胞特異性過表達(dá)CircSLc8a1 則導(dǎo)致心力衰竭。 研究顯示miR-133a 的靶點(diǎn)包括βAR， 且受CircSLc8a1 介導(dǎo)的基因敲除和過表達(dá)干預(yù)的調(diào)控。βAR 和βAR 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)中的cAMP、PKA 是微小RNA-133 （micro RNA-133，miR-133）的直接靶點(diǎn)。 刺激新生兒和成人心肌細(xì)胞的βAR， 致cAMP 積累及下游靶點(diǎn)的激活均受到miR-133 過表達(dá)的抑制。 心臟特異性miR-133 基因過表達(dá)小鼠模型（Tg133）的體內(nèi)研究證實(shí)，經(jīng)主動(dòng)脈弓縮窄模型，Tg133 小鼠與對(duì)照小鼠相比， 保持了心功能，表現(xiàn)出凋亡減少和纖維化減輕。 此外，miR-133具備對(duì)抗慢性βAR 刺激引起的有害心肌凋亡效應(yīng)中的作用。miR-133 控制βAR 轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)的多個(gè)組件，在心力衰竭期間具有心臟保護(hù)作用。

2.6 靶向成纖維細(xì)胞β-arrestin 表達(dá)恢復(fù)β1AR 信號(hào)抑制心肌纖維化

心力衰竭期間， 心臟成纖維細(xì)胞中的β 受體銜接蛋白（β-arrestins）表達(dá)上調(diào)；而β-arrestins 基因敲除恢復(fù)βAR 信號(hào)和βAR 激動(dòng)劑介導(dǎo)的膠原合成。β-arrestins 在正常成纖維細(xì)胞中的過度表達(dá)， 導(dǎo)致βAR 信號(hào)的解偶聯(lián)，增加ERK1/2 和Smad2/3 磷酸化促進(jìn)TGF-β 刺激的膠原合成及心肌纖維化的表型，導(dǎo)致心室壁僵硬，加速心力衰竭進(jìn)程。 因此，靶向抑制成纖維細(xì)胞中β-Arrestins 可能是預(yù)防適應(yīng)不良心肌纖維化的一種治療策略。 此外，成纖維細(xì)胞β-arrestin 基因特異性敲除使ROS 和NADPH 氧化酶4（NADPH oxidase 4，NOX4）的表達(dá)減少了50%，而β-arrestin 在正常成纖維細(xì)胞中的過表達(dá)使線粒體超氧化物的產(chǎn)生增加兩倍，在衰竭的成纖維細(xì)胞中，NOX4 的上調(diào)是ROS 產(chǎn)生增加的主要機(jī)制，刺激膠原沉積。β-arrestin 在心力衰竭中表達(dá)上調(diào)，并在調(diào)控線粒體氧化物生成中發(fā)揮重要的作用，靶向抑制成纖維細(xì)胞中的β-arrestins 可減輕氧化應(yīng)激和病理性心肌纖維化。

3 β2AR 信號(hào)通路在心力衰竭心肌纖維化中的作用機(jī)制

βAR 信號(hào)通路促進(jìn)ROS 致心肌纖維化。 氧化應(yīng)激促進(jìn)心肌成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化和膠原合成，導(dǎo)致心肌纖維化，這是心力衰竭的前兆。在心肌細(xì)胞特異性過表達(dá)βAR 的轉(zhuǎn)基因小鼠中，心肌間質(zhì)纖維化是最早的心肌重構(gòu)跡象，事實(shí)上，導(dǎo)致交感神經(jīng)系統(tǒng)/βAR 信號(hào)通路過度激活的基因修飾都會(huì)導(dǎo)致纖維性心肌病，涉及的細(xì)胞外基質(zhì)沉積是轉(zhuǎn)基因過表達(dá)βAR 激活心肌細(xì)胞產(chǎn)生ROS 的不良心肌重構(gòu)后果之一。 而βAR 和βAR 雙基因敲除，通過抑制ROS的形成，極大程度地消除了壓力超負(fù)荷引起的心肌肥大和心肌纖維化，并保留了左心室功能。 Xu 等研究發(fā)現(xiàn)慢性刺激βAR， 促使心臟產(chǎn)生NADPH 氧化酶衍生的ROS，ROS 升高激活了p38MAPK，并在心臟功能障礙以及增強(qiáng)的促炎和促纖維化信號(hào)中起重要作用， 而抗氧化治療則保護(hù)心臟免受這些異常的影響，表明ROS 的產(chǎn)生是βAR 有害信號(hào)的中心，提示βAR 通過NADPH 氧化酶/ROS/p38MAPK 的非經(jīng)典信號(hào)通路在心肌纖維化、心肌重構(gòu)等心肌病理和心力衰竭發(fā)病機(jī)制中的起重要作用。心肌纖維化導(dǎo)致進(jìn)行性收縮性和舒張性心力衰竭。間質(zhì)纖維化是由血流動(dòng)力學(xué)超負(fù)荷和神經(jīng)激素包括作用于βAR 的兒茶酚胺推動(dòng)的。

4 β3AR 信號(hào)通路在心力衰竭心肌纖維化中的作用機(jī)制

βAR 信號(hào)通路促進(jìn)ROS 致心肌纖維化。 心臟βAR 對(duì)βAR、βAR 刺激具有拮抗作用，在調(diào)節(jié)心肌重構(gòu)、心肌纖維化方面具有重要作用。Hermida 等研究發(fā)現(xiàn)心臟βAR 可減輕血流動(dòng)力學(xué)應(yīng)激所致的心肌纖維化， 顯著降低結(jié)締組織生長(zhǎng)因子（connective tissue growth factor，CTGF/CCN2）的表達(dá)，而CTGF 的表達(dá)是通過體內(nèi)和體外的活性氧ROS 產(chǎn)生介導(dǎo)的，意味著βAR 的表達(dá)降低了活性氧的產(chǎn)生。 這種抗氧化和抗纖維化作用涉及心肌細(xì)胞內(nèi)βAR 與一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，nNOS）神經(jīng)元亞型的偶聯(lián)，心臟βAR 通過調(diào)節(jié)NO 和氧化應(yīng)激依賴的旁分泌信號(hào)，減弱成纖維細(xì)胞的血流動(dòng)力學(xué)應(yīng)激反應(yīng)，抑制心肌纖維化。 βAR 通過抑制心肌纖維化和心肌細(xì)胞過度肥大，同時(shí)優(yōu)化灌注，在心肌重構(gòu)中發(fā)揮有益作用。 此外，βAR 對(duì)同源脫敏具有抗藥性，因此在慢性交感神經(jīng)刺激的背景下，βAR 是治療干預(yù)的理想靶點(diǎn)，在心力衰竭和多種心肌病中有著廣泛的應(yīng)用。

5 小結(jié)

心力衰竭心肌纖維化是多種介質(zhì)參與的復(fù)雜病理過程。 目前，心力衰竭心肌纖維化的動(dòng)物模型研究以TAC 頗多，研究顯示TAC 術(shù)后4 周，小鼠心肌纖維化明顯；TAC 術(shù)后8 周，心力衰竭心肌纖維化病理表型明顯。 心力衰竭心肌纖維化可分為反應(yīng)性纖維化和替代性纖維化形式。 以TAC 致左心室壓力超負(fù)荷動(dòng)物模型而言， 最初的特征是反應(yīng)性間質(zhì)纖維化，是保護(hù)心臟結(jié)構(gòu)和功能的適應(yīng)性反應(yīng)，隨后是心肌細(xì)胞壞死區(qū)域的替代性纖維化。在急性缺血性損傷的動(dòng)物模型中，如心肌梗死或缺血/再灌注損傷，最初的損傷以活躍的、強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)和廣泛的心肌細(xì)胞死亡為特征； 替代性纖維化恢復(fù)了損傷區(qū)域心肌細(xì)胞的代償作用以防止心臟破裂。 盡管心臟重構(gòu)過程不同，但兩者最終都會(huì)導(dǎo)致心力衰竭。 心力衰竭伴細(xì)胞凋亡、損傷，促進(jìn)了心肌重構(gòu)和βAR 信號(hào)通路系統(tǒng)的改變，心力衰竭的發(fā)生伴βAR 過度刺激、表達(dá)，βAR 在心肌的生理調(diào)節(jié)中起基礎(chǔ)性作用， 過度激活會(huì)導(dǎo)致心肌纖維化的心力衰竭，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖、膠原分泌、遷移并向肌成纖維細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化，進(jìn)而引起心臟形態(tài)學(xué)的改變?cè)斐刹涣夹呐K重構(gòu)。 βAR 具有多種亞型，且其基因也具有多態(tài)性，βAR 信號(hào)通路在心力衰竭心肌纖維化中也具有多種形式， 還需要進(jìn)一步的研究探索。

綜上所述，炎癥相關(guān)因子、氧化應(yīng)激、HuR、β-arrestins、β-AA 與β 腎上腺素能受體信號(hào)通路在心力衰竭心肌纖維化的關(guān)聯(lián)，為有效針對(duì)疾病進(jìn)展的病理機(jī)制提供潛在治療策略的開發(fā)。