王婷，富路

中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白（NGAL）是新型腎損傷早期敏感標(biāo)記物。其具有多種生物學(xué)作用，包括氧化應(yīng)激，促炎、促纖維化等[1]。近期研究發(fā)現(xiàn)，NGAL還參與心血管疾病有害的病理生理過程，并對(duì)心血管疾病的預(yù)后有一定的價(jià)值。本文結(jié)合近幾年國內(nèi)外最新研究就NGAL參與心血管疾病可能的病理生理機(jī)制及NGAL在心血管疾病中的作用進(jìn)行綜述。

1 NGAL的生物學(xué)特性

NGAL又名脂質(zhì)運(yùn)載蛋白-2、或噬鐵蛋白，屬于脂質(zhì)運(yùn)載蛋白超家族。血NGAL最初主要發(fā)現(xiàn)來源于中性粒細(xì)胞，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特征，命名為中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白（NGAL）。研究發(fā)現(xiàn)，NGAL在腎[2]、肝[1]、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞（SMC），以及心肌細(xì)胞、神經(jīng)元和各種免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞均有表達(dá)。在結(jié)構(gòu)上，NGAL是相對(duì)分子質(zhì)量為25 000的單體，由178個(gè)氨基酸殘基組成，也可自身聚合形成相對(duì)分子量為46 000的同源二聚體，另外，在研究基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP-9，也稱為明膠酶B）時(shí)發(fā)現(xiàn)，NGAL可與之結(jié)合形成相對(duì)分子質(zhì)量為135 000的異源二聚體，從而參與組織重塑[3]。除MMP-9外，NGAL還能夠與其他配體相互作用，特別是某些細(xì)菌鐵載體，發(fā)揮抑菌作用。NGAL廣泛存在于人體組織，但都處于低表達(dá)狀態(tài)，僅當(dāng)上皮細(xì)胞受到刺激如感染、炎癥、缺血和腫瘤轉(zhuǎn)化等時(shí)表達(dá)顯著提高，參與機(jī)體的炎癥反應(yīng)、脂代謝、鐵轉(zhuǎn)運(yùn)、腎小管修復(fù)等[4]。

2 NGAL的病理生理作用

NGAL可參與炎癥、腫瘤等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展過程。目前認(rèn)為，NGAL介導(dǎo)的氧化應(yīng)激、慢性炎癥、促纖維化等在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。

2.1 NGAL與鐵運(yùn)輸鐵代謝異常參與細(xì)胞氧化應(yīng)激[5]。在細(xì)胞正常代謝中，鐵在細(xì)胞氧化還原反應(yīng)中充當(dāng)催化劑，維持細(xì)胞內(nèi)正常的氧化反應(yīng)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的鐵超過了轉(zhuǎn)鐵蛋白（Tf）的儲(chǔ)存能力時(shí)，細(xì)胞內(nèi)多余的鐵通過NGAL膜表面受體將細(xì)胞內(nèi)鐵轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，如果超過了NGAL受體運(yùn)輸鐵的能力時(shí)，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的游離鐵會(huì)催化氧自由基、過氧化物等活性氧自由基的生成，與細(xì)胞的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及核酸反應(yīng)，引起細(xì)胞的損傷和死亡[6]。在一項(xiàng)心肌缺血再灌注損傷的小鼠實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組心肌細(xì)胞中鐵濃度是假手術(shù)組二倍，給實(shí)驗(yàn)組小鼠腹腔內(nèi)注射去鐵劑可顯著降低小鼠心肌梗死面積[7]。鐵超載氧化應(yīng)激損傷導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡是心肌纖維化的重要因素，心肌細(xì)胞凋亡連同心肌間質(zhì)纖維化的增多會(huì)影響心肌興奮－收縮偶聯(lián)的調(diào)節(jié)功能，繼而對(duì)心肌的收縮和舒張功能造成損傷，可能會(huì)引起擴(kuò)張型心肌病及心源性猝死[8]。亦有研究顯示，機(jī)體在缺鐵的情況下，NGAL通過受體將血清鐵轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)，供細(xì)胞需要，當(dāng)鐵不足超過細(xì)胞鐵代償能力，心肌氧化酶的活性降低，產(chǎn)生ATP減少，不能滿足機(jī)體能量代謝需求，會(huì)導(dǎo)致線粒體損傷[5]。

2.2 NGAL參與炎癥反應(yīng)NGAL被認(rèn)為是促炎細(xì)胞因子。NGAL 廣泛存在于人體組織，但都處于低表達(dá)狀態(tài)。在炎癥情況下，NGAL可被誘導(dǎo)表達(dá)上調(diào)，并通過刺激促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，以及將免疫細(xì)胞極化為促炎癥表型[9]來放大炎癥反應(yīng)。NGAL的基因啟動(dòng)子序列存在包括轉(zhuǎn)錄激活因子1（STAT1）和核因子κB（NF-κB）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、干擾素γ（IFN-γ）等多種轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄因子與位點(diǎn)結(jié)合可上調(diào)NGAL的表達(dá)。血管損傷中，NF-κB與NGAL基因啟動(dòng)子上的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合可導(dǎo)致NGAL表達(dá)增多[10]，而NGAL本身亦可激活NF-κB通路[11,12]，并誘導(dǎo)多種促炎分子的表達(dá)，如IL-8、IL-6、IL1-α（白細(xì)胞介素1的一種類型）、TNF-α和MCP-1等[13]。有研究分析YFS（芬蘭年輕人研究）隊(duì)列里1650健康個(gè)體與炎癥生物標(biāo)志物相關(guān)的轉(zhuǎn)錄子網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)NGAL是中性粒細(xì)胞做出免疫反應(yīng)時(shí)分泌或表達(dá)蛋白組的核心，中性粒細(xì)胞的表達(dá)與C反應(yīng)蛋白（CRP）的水平呈顯著正相關(guān)。進(jìn)一步進(jìn)行模塊數(shù)量性狀基因座掃描，發(fā)現(xiàn)頂層模塊數(shù)量性狀基因座（rs13297295）可以使NGAL的表達(dá)增加，同時(shí)也使得CRP的水平升高，這些結(jié)果表明NGAL是中性粒細(xì)胞炎癥基因模塊表達(dá)的中心[14]。

2.3 NGAL促纖維化心肌纖維化是指心肌正常組織結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的以細(xì)胞增殖、細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積為主要表現(xiàn)的疾病。NGAL可能通過以下機(jī)制誘導(dǎo)心肌纖維化：①金屬基質(zhì)蛋白酶MMPs是一類可降解細(xì)胞外基質(zhì)中蛋白的水解酶類。NGAL通過與MMP-9結(jié)合形成復(fù)合物可延緩MMP-9降解，延長了MMP-9的水解活性，使得心肌細(xì)胞外基質(zhì)中膠原蛋白被MMP-9降解，膠原網(wǎng)絡(luò)被破壞，并被纖維性間質(zhì)所取代。②正常情況下，心肌細(xì)胞外基質(zhì)主要由Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原纖維蛋白按照1:1比例構(gòu)成。Ⅰ型膠原纖維蛋白參與構(gòu)成心室壁的硬度和脆性，Ⅲ型膠原參與構(gòu)成心室壁的彈性。Ⅰ型膠原α1（Ⅰ型膠原蛋白中的肽鏈）是心肌纖維化的主要膠原蛋白類型。既往研究顯示，血管緊張素Ⅱ和醛固酮刺激巨噬細(xì)胞生成半乳糖凝集素-3，半乳糖凝集素-3可上調(diào)Ⅰ型膠原α1的生成，使得Ⅰ型膠原/Ⅲ型膠原纖維蛋白比率增加，參與心肌纖維化過程[15,16]。近期有研究顯示，醛固酮誘導(dǎo)的野生型小鼠心臟中的Ⅰ型膠原/Ⅲ型膠原蛋白比率增加，參與心肌纖維化過程；而醛固酮誘導(dǎo)的NGAL基因敲除小鼠心臟中Ⅰ型膠原/Ⅲ型膠原蛋白比率沒有改變[17]。可能是由于NGAL的缺失阻斷了醛固酮誘導(dǎo)的血漿Ⅰ型前膠原N末端肽的增加，以及細(xì)胞外基質(zhì)膠原纖維沉積和Ⅰ型膠原表達(dá)的增加。在體外將人成纖維細(xì)胞與重組NGAL一起孵育24 h，發(fā)現(xiàn)重組NGAL可誘導(dǎo)人成纖維細(xì)胞Ⅰ型膠原、促纖維化和半乳糖凝集素-3、心肌營養(yǎng)素-1分子的表達(dá)。該研究揭示了重組NGAL的直接致心肌纖維化作用。NGAL誘導(dǎo)的心肌纖維化在冠心病及心力衰竭中可能起到重要作用[17]。

2.4 NGAL參與心肌肥大心臟肥大通常是對(duì)心臟前后負(fù)荷增加的反應(yīng)。有研究分析NGAL與心肌肥大的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)高水平NGAL可導(dǎo)致心臟肥大[14]。研究顯示，用含有NGAL mRNA序列的質(zhì)粒轉(zhuǎn)染大鼠胚胎心室肌細(xì)胞，并進(jìn)行成像和RNA測序分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染細(xì)胞中NGAL表達(dá)顯著增加，同時(shí)轉(zhuǎn)染細(xì)胞體積顯著增加；相反，NGAL基因敲除小鼠的心肌細(xì)胞變小。在體外實(shí)驗(yàn)中將心肌細(xì)胞與重組NGAL一起孵育，發(fā)現(xiàn)隨著NGAL濃度的增加，心肌細(xì)胞的體積也逐漸增大，推測NGAL可激活細(xì)胞肥大機(jī)制[14]。研究自發(fā)性心肌肥大大鼠模型，發(fā)現(xiàn)肥大的心肌細(xì)胞中NGAL及NGAL mRNA水平均明顯增加。有研究顯示，子宮胎盤功能不全引起的宮內(nèi)生長受限導(dǎo)致心肌肥厚大鼠模型中（一種心臟肥大的環(huán)境模型），肥大心肌細(xì)胞中NGAL及NGAL mRNA表達(dá)亦均增加，而宮內(nèi)生長正常的大鼠心肌細(xì)胞NGAL及NGAL mRNA的表達(dá)并未增加[14]。以上研究均顯示：NGAL水平升高與心肌細(xì)胞肥大呈正相關(guān)。但NGAL參與心肌肥大的具體病理生理機(jī)制目前仍不明確。

3 NGAL與心血管疾病

3.1 NGAL與慢性心力衰竭NGAL參與慢性心力衰竭的發(fā)生發(fā)展。既往研究表明，炎癥反應(yīng)在心力衰竭的發(fā)生發(fā)展中起到重要作用，多種炎癥細(xì)胞因子如C反應(yīng)蛋白、白細(xì)胞介素-6、腫瘤壞死因子-α 及單核細(xì)胞趨化蛋白水平等的升高與心力衰竭的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[18,19]。近年來研究顯示，中性粒細(xì)胞激活后釋放NGAL參與炎癥反應(yīng)發(fā)生發(fā)展[20]。NGAL不僅可以激活NF-κB通路[11,12]，而且可以誘導(dǎo)IL-8、IL-6、IL-1、TNF-α和MCP-1等多種促炎分子的表達(dá)。研究顯示，這些促炎分子對(duì)心肌除有直接毒性作用外，還可以刺激MMPs引起心肌纖維化及心肌重構(gòu)。心梗后以成纖維細(xì)胞活化和心肌纖維化為特征的心肌重構(gòu)是心衰發(fā)展進(jìn)程中的主要環(huán)節(jié)。心力衰竭與心室重塑構(gòu)成一個(gè)惡性循環(huán)，最終發(fā)展為難治性心力衰竭[11,20]。有研究顯示，NGAL可作為診斷慢性心力衰竭新型生物標(biāo)記物。溫紅靜等[21]通過對(duì)100例缺血性心力衰竭患者進(jìn)行血清NT-proBNP和尿NGAL檢測，發(fā)現(xiàn)缺血性心力衰竭患者尿NGAL水平與血清NT-proBNP明顯升高，且與患者心功能分級(jí)、心臟損傷程度呈正相關(guān)。心力衰竭患者往往伴有腎功能損傷，腎功能損傷又可加重心力衰竭的發(fā)生發(fā)展。NGAL不僅在心力衰竭的診斷中發(fā)揮作用而且也可以較早地反應(yīng)腎功能損傷。荷蘭學(xué)者Bongartz等[11,20]將血NGAL 水平作為心衰患者早期腎損傷的診斷指標(biāo)，幫助心血管醫(yī)生正確評(píng)價(jià)心衰患者腎功能損傷的程度。通過測定NGAL不僅可以反映慢性心力衰竭心功能嚴(yán)重程度，而且可以早期發(fā)現(xiàn)腎功能損傷，為臨床慢性心力衰竭合并腎功能損傷提供更早的治療。

3.2 NGAL與動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病中，炎癥反應(yīng)在粥樣斑塊易損性中起到重要作用。在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化和梗死的心肌中中性粒細(xì)胞浸潤并釋放NGAL[22]，缺氧誘導(dǎo)的心肌梗死導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中MMP-9的表達(dá)顯著上調(diào)。金屬基質(zhì)蛋白酶MMPs屬于降解細(xì)胞外基質(zhì)中蛋白水解酶類，NGAL通過與MMP-9結(jié)合形成復(fù)合物可延緩MMP-9降解，延長了MMP-9的水解活性，MMP-9通過分解膠原蛋白，導(dǎo)致粥樣斑塊的纖維帽變薄和斑塊內(nèi)出血。同時(shí)，NGAL通過誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)釋放作用，進(jìn)一步加重斑塊不穩(wěn)定性。冠脈造影證實(shí)了冠心病患者與正常冠脈對(duì)照組相比血漿NGAL水平顯著升高，并且在斑塊內(nèi)血腫和壞死斑塊中檢測NGAL/MMP-9升高。研究發(fā)現(xiàn)在人頸動(dòng)脈斑塊中也檢測到NGAL/MMP-9升高。

當(dāng)冠狀動(dòng)脈斑塊破裂時(shí)，導(dǎo)致心肌細(xì)胞缺血、壞死。隨著各種促炎分子如內(nèi)皮素-1，IL-1和TNF-α的刺激，誘導(dǎo)NGAL的表達(dá)增加，NGAL本身也可以激活NF-κB通路，并誘導(dǎo)多種炎癥介質(zhì)釋放，促進(jìn)免疫細(xì)胞極化，進(jìn)一步形成惡性循環(huán)加重心肌損傷。艾格納等[23]在缺血再灌注小鼠心臟模型中發(fā)現(xiàn)NGAL基因敲除小鼠的心臟比野生型小鼠的心臟梗死面積小、心臟的收縮功能好。在心臟移植后的缺血再灌注小鼠模型中，抗NGAL抗體的使用減少了巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞向缺血區(qū)的浸潤，抑制了巨噬細(xì)胞的M1極化，并且減弱了缺血再灌注誘導(dǎo)的心肌損傷[23,24]。研究顯示增加NGAL基因敲除小鼠的NGAL循環(huán)水平會(huì)心臟功能的恢復(fù)受損并且再灌注的心肌細(xì)胞的線粒體功能下降[23]。缺血再灌注患者心肌細(xì)胞NGAL表達(dá)增多，細(xì)胞內(nèi)鐵蓄積，通過鐵介導(dǎo)的氧化應(yīng)激會(huì)加重心肌細(xì)胞損傷。

4 小結(jié)

NGAL可作為診斷慢性心力衰竭的生物標(biāo)記物。未來可考慮采取NGAL與多種心血管疾病生物標(biāo)志物如反映心肌損傷的早期敏感指標(biāo)、反映疾病預(yù)后的指標(biāo)聯(lián)合應(yīng)用的策略，以更快、更準(zhǔn)確對(duì)心血管疾病做出診斷和預(yù)后判斷及危險(xiǎn)分層，有助于心血管疾病的個(gè)體化治療。