馬曉慶　鐘栩

心肌細(xì)胞死亡在心力衰竭發(fā)病中的作用

馬曉慶鐘栩

心力衰竭是心臟不能提供足夠的血液來(lái)滿足機(jī)體代謝需要的臨床綜合征，被認(rèn)為是所有心臟疾病的最終共同途徑，也是心臟病患者死亡的主要原因。近十年的研究表明，在心力衰竭的發(fā)病及發(fā)展的機(jī)制中，心肌細(xì)胞死亡起著重要作用。本文綜述了心肌細(xì)胞死亡的不同形式，討論其分子機(jī)制及相互聯(lián)系，為心力衰竭提供新的潛在的治療方向。

細(xì)胞死亡；細(xì)胞凋亡；細(xì)胞壞死；心力衰竭

細(xì)胞死亡主要有凋亡（apoptosis）和壞死（necrosis）兩種形式，其在正常的生物體生命活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用，包括胚胎時(shí)期的發(fā)育和出生后機(jī)體的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)［1］，因此，許多疾?。ㄈ缧难芗膊。悄虿。?］，癌癥［3］等）發(fā)病機(jī)制與細(xì)胞死亡的增加或減少密切相關(guān)。本研究就細(xì)胞死亡在心力衰竭發(fā)病機(jī)制中的作用作一綜述。

1　心肌細(xì)胞死亡的概述

細(xì)胞凋亡（apoptosis），是細(xì)胞的主動(dòng)死亡，其過(guò)程受基因高度調(diào)控，細(xì)胞凋亡常散發(fā)在單個(gè)細(xì)胞，表現(xiàn)為細(xì)胞皺縮，包膜內(nèi)陷、分裂成細(xì)胞膜封閉的“凋亡小體”，被吞噬細(xì)胞或周圍細(xì)胞識(shí)別、吞噬。其過(guò)程不引起炎癥反應(yīng)，ATP仍保持在一定的水平［4］。細(xì)胞凋亡在多細(xì)胞生物的胚胎發(fā)生，發(fā)育、成熟中起重要作用。胚胎期間隔膜細(xì)胞的凋亡決定房、室間隔厚度［5］。成熟個(gè)體心肌細(xì)胞作為終末分化細(xì)胞，是否存在凋亡仍有爭(zhēng)議。細(xì)胞壞死（necrosis）指在外界不良因素的刺激下，細(xì)胞病理性被動(dòng)死亡，常波及成群細(xì)胞，表現(xiàn)為細(xì)胞膜通透性增加，細(xì)胞器及細(xì)胞腫脹，崩解死亡，其過(guò)程中，線粒體嚴(yán)重?fù)p傷，ATP生成顯著降低甚至消失，引發(fā)明顯炎癥反應(yīng)。細(xì)胞壞死歷來(lái)被認(rèn)為是不受調(diào)控的被動(dòng)性死亡。1997年，Vercammen等研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的誘導(dǎo)下，細(xì)胞可以同時(shí)出現(xiàn)凋亡和壞死的特征。近十年，越來(lái)越多的研究提示某些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可以被細(xì)胞壞死與細(xì)胞凋亡共享，這種受細(xì)胞內(nèi)信號(hào)嚴(yán)密調(diào)控的主動(dòng)細(xì)胞壞死稱為細(xì)胞程序性壞死（programmed cell necrosis，PCD）。自噬是細(xì)胞降解自身不需要的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器，有效控制細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、細(xì)胞器質(zhì)量，同時(shí)，參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)能量循環(huán)利用的過(guò)程［6］。表現(xiàn)為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脫落的雙層膜包裹蛋白聚合物和損傷的細(xì)胞器形成自噬小體，溶酶體分解其成分，同時(shí)提供細(xì)胞代謝能量。心肌細(xì)胞適當(dāng)水平的自噬是一種生存機(jī)制，通過(guò)降解異常蛋白和衰老的細(xì)胞器，為細(xì)胞存活提供能量基礎(chǔ)，同時(shí)還降解受損線粒體，阻斷細(xì)胞凋亡［7］。過(guò)度自噬則會(huì)引起細(xì)胞損傷甚至死亡，稱為細(xì)胞自噬（autophag）相關(guān)性細(xì)胞死亡，參與心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展。

2　細(xì)胞死亡的途徑

2.1外源性途徑（死亡受體途徑） 各種死亡配體結(jié)合同源受體觸發(fā)細(xì)胞死亡。研究表明，相同的死亡配體根據(jù)下游事件的介導(dǎo)可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或壞死。配體和受體結(jié)合誘導(dǎo)形成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物（DISC）和復(fù)合體I（complex I）［8］。死亡配體與死亡受體結(jié)合后，誘導(dǎo)胞內(nèi)受體結(jié)構(gòu)域構(gòu)象發(fā)生變化，招募一個(gè)適配器蛋白（如Fas相關(guān)死亡域（FADD）），形成DISC，同時(shí)該適配器蛋白結(jié)合并激活上游Caspase8酶原，細(xì)胞凋亡。復(fù)合體I（complex I）由TNF受體相關(guān)因子2和5（TRAF 2 and 5），細(xì)胞凋亡蛋白的細(xì)胞抑制劑（IAP）1和2，受體相互作用蛋白1（RIP1）及腫瘤壞死因子受體（TNFR）組成［9］。在TNF-α的刺激下，復(fù)合體I解離TRAF2，TRADD，RIP1，其中RIP1去泛素化后，TRADD招募FADD與受體相互作用蛋白3（RIP3）形成復(fù)合體II（complex II）［10］，其中的FADD結(jié)合并激活Caspase8前體，凋亡發(fā)生。實(shí)驗(yàn)研究表明，如果Caspase-8活性由病毒或癌蛋白抑制，凋亡途徑受阻，細(xì)胞進(jìn)入壞死途徑，RIP1和RIP3相互交叉磷酸化，激活下游死亡信號(hào)［11］。

圖1 細(xì)胞死亡途徑（Arterioscler Thromb Vasc Biol.2012 Jul；32（7））

2.2內(nèi)源性途徑

2.2.1線粒體途徑。通常被外界毒素、缺血、缺氧、DNA損傷等刺激激活。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡與壞死的機(jī)制區(qū)別在于前者導(dǎo)致線粒體外膜（OMM）通透性增加釋放凋亡誘導(dǎo)介質(zhì)，后者是線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mPTP）開放。大多數(shù)細(xì)胞死亡是內(nèi)源性途徑擴(kuò)大外源性途徑協(xié)同完成的。由抗凋亡蛋白（Bcl-2、Bcl-xL等）和促凋亡蛋白（Bax、Bak等）組成Bcl-2家族蛋白在線粒體凋亡通路的調(diào)控中起著重要作用。正常細(xì)胞胞質(zhì)中的Bax蛋白受到“死亡刺激”后構(gòu)象激活，遷移到線粒體外膜上，增加OMM通透性，釋放細(xì)胞色素C，在ATP存在的條件下，細(xì)胞色素C聯(lián)合凋亡蛋白活化因子（Apaf-1）激活Caspase-9前體，引起細(xì)胞凋亡［12］。當(dāng)壞死刺激如Ca2+濃度過(guò)高，觸發(fā)mPTP持續(xù)開放，導(dǎo)致線粒體膜跨膜電位（△Ψm）消失，ATP合成終止，此外，胞質(zhì)中大量水涌入線粒體基質(zhì)，線粒體腫脹、破裂，釋放細(xì)胞色素C并活化Caspase［13］。

2.2.2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)多種蛋白的合成，正確折疊，翻譯后修飾以及鈣離子穩(wěn)態(tài)的維持。如當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+穩(wěn)態(tài)發(fā)生變化，造成蛋白質(zhì)合成折疊錯(cuò)誤或未折疊蛋白增多，誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，若應(yīng)激后激活相關(guān)轉(zhuǎn)錄級(jí)聯(lián)，重建內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的平衡狀態(tài)，則為保護(hù)性機(jī)制，若過(guò)度應(yīng)激則激活相關(guān)凋亡分子，細(xì)胞死亡。如錯(cuò)誤折疊的蛋白激活RE1，進(jìn)一步激活caspase12，細(xì)胞凋亡［14］。當(dāng)Ca2+超載，通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)入胞漿的同時(shí)增加線粒體內(nèi)的Ca2+，細(xì)胞發(fā)生腫脹，壞死。進(jìn)入胞漿內(nèi)的Ca2+可以活化前凋亡蛋白Bad，促進(jìn)細(xì)胞色素C釋放，引起細(xì)胞的凋亡［15］。

2.3細(xì)胞自噬相關(guān)性細(xì)胞死亡目前對(duì)于自噬相關(guān)性細(xì)胞死亡精確機(jī)制尚未明確，但關(guān)于細(xì)胞自噬與細(xì)胞死亡之間蛋白質(zhì)的聯(lián)系有些已被確認(rèn)，為進(jìn)一步研究提供參考。Beclin-1蛋白是定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上含有與BH3-only類似結(jié)構(gòu)域的蛋白，參與自噬體形成，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，其通常與Bcl-2形成復(fù)合物抑制細(xì)胞自噬。當(dāng)線粒體損傷時(shí)，促細(xì)胞凋亡Bnip3（隸屬于Bcl-2家族BH3-only亞家族）表達(dá)增多，與抗凋亡蛋白Bcl-2競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合并激活Beclin-1蛋白，促進(jìn)自噬體的形成。此外，研究表明Bcl-2-Beclin-1復(fù)合體中的Bcl-2可以被多個(gè)含有BH3-only的蛋白可以代替，促進(jìn)細(xì)胞自噬［16］。

綜上所述，細(xì)胞的死亡途徑并非單一對(duì)應(yīng)聯(lián)系，而是不同途徑上存在諸多交匯點(diǎn)。在死亡受體途徑，Caspase8活性是細(xì)胞凋亡或壞死的關(guān)鍵點(diǎn)。Caspase8同時(shí)可激活促凋亡蛋白Bax，增加OMM通透性，釋放細(xì)胞色素C，將死亡受體途徑和線粒體途徑聯(lián)系起來(lái)。Ca2+超載時(shí)激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)RE1通路，活化caspase12，細(xì)胞凋亡，同時(shí)線粒體Ca2+升高，mPTP開放，細(xì)胞壞死，Ca2+對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及線粒體途徑也起到連接作用。

3　細(xì)胞死亡與心力衰竭

3.1細(xì)胞凋亡與心力衰竭心衰患者心肌細(xì)胞凋亡率為0.08%～0.25%，是正常對(duì)照組（0.001%～0.01%）的10到100倍［17］。Caspase8轉(zhuǎn)基因大鼠心肌細(xì)胞凋亡率0.023%（正常組的10倍）即可引起重度擴(kuò)張性心肌?。?8］。這些研究闡明了細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)心力衰竭的充分性，其必要性通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡可減輕心力衰竭的程度來(lái)表明。應(yīng)用Caspase抑制劑可以觀察到Caspase8轉(zhuǎn)基因大鼠中心肌細(xì)胞凋亡率下降，心功能下降亦減輕。Vijayakumar等［19］發(fā)現(xiàn)奧美沙坦能抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激引起的心肌細(xì)胞凋亡，改善自身免疫性心肌病動(dòng)物的心功能。

3.2細(xì)胞壞死與心力衰竭鈣超載的轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，心肌細(xì)胞過(guò)表達(dá)β2a亞基L型Ca2+通道，引起鈣超載，mPTP開放，心肌壞死，心力衰竭［20］。在該模型中，過(guò)表達(dá)抗凋亡蛋白Bcl-2對(duì)抑制心衰無(wú)效，Cyclophilin D的缺失能減少心肌壞死。同樣對(duì)ppif（編碼親環(huán)蛋白D）基因的敲除，可以改善阿霉素心肌病導(dǎo)致的心力衰竭。以此，我們推斷細(xì)胞壞死可能與心力衰竭存在因果關(guān)系。

3.3自噬相關(guān)性細(xì)胞死亡與心力衰竭在心力衰竭既往的研究中表明，自噬相關(guān)性細(xì)胞死亡是心力衰竭中最常見(jiàn)的細(xì)胞死亡形式［21］。敲除Atg5基因的大鼠，自噬抑制，在壓力超負(fù)荷狀態(tài)下心室擴(kuò)大，心力衰竭，表明自噬是心力衰竭的一種代償性保護(hù)機(jī)制［22］。相反，Beclin-1+/-基因小鼠，過(guò)表達(dá)Beclin-1，自噬加強(qiáng)，但在壓力超負(fù)荷條件下，病理性心肌重塑加重［23］。針對(duì)Atg5，Beclin-1+/-相互矛盾的研究結(jié)果尚無(wú)明確解釋，在壓力超負(fù)荷導(dǎo)致的心衰中，自噬對(duì)心肌的保護(hù)機(jī)制與促細(xì)胞死亡機(jī)制的轉(zhuǎn)折點(diǎn)有待進(jìn)一步研究。

4　結(jié)語(yǔ)

研究表明細(xì)胞死亡在心力衰竭的發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用。細(xì)胞死亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的可調(diào)節(jié)性成為操控細(xì)胞死亡途徑的作用靶點(diǎn)，為減少心肌細(xì)胞丟失，延緩心力衰竭的進(jìn)程提供可能的治療優(yōu)勢(shì)，但抑制慢性細(xì)胞死亡的潛在致癌作用也不能忽視。總之，心肌細(xì)胞的死亡干預(yù)研究仍處于起步階段，在對(duì)心力衰竭中調(diào)控死亡的分子機(jī)制的進(jìn)一步研究，將有可能為心衰的治療策略，干預(yù)疾病的發(fā)生、發(fā)展起到突破性進(jìn)展。

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A

1004-2725（2016）04-0264-04

吳階平醫(yī)學(xué)基金會(huì)臨床科研專項(xiàng)資助基金（項(xiàng)目編號(hào)：320.6750.11053）

730000甘肅 蘭州，甘肅中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院（馬曉慶）；730020甘肅 蘭州，甘肅省第三人民醫(yī)院心血管內(nèi)科（馬曉慶）；730000甘肅 蘭州，甘肅中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科（鐘栩）

馬曉慶，E-mail:mxqing315@163.com