韓 翠 鄭春霞 綜述 劉志紅 審校

心臟或腎臟的器官衰竭可啟動(dòng)各種復(fù)雜的細(xì)胞和體液途徑,影響遠(yuǎn)端器官,導(dǎo)致較高的死亡率和高額的治療費(fèi)用。心臟功能和腎臟功能緊密聯(lián)系,二者互為影響。急性腎損傷(AKI)和慢性腎臟病(CKD)可直接導(dǎo)致急性或慢性心功能惡化,反之亦然,即“心腎綜合征”(CRS)。其中的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜,與交感神經(jīng)系統(tǒng)過(guò)度興奮、血流動(dòng)力學(xué)障礙、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)過(guò)度激活及其分子信號(hào)通路異常等有關(guān)。本文試圖尋找心、腎損傷的共同分子信號(hào)通路,解釋心腎損傷的共有機(jī)制。

血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)通路

Ang Ⅱ作為RAS的主要效應(yīng)分子,通過(guò)其特異性受體Ang Ⅱ1型受體(AT1R)和2型受體(AT2R)作用于多種不同的二級(jí)信號(hào)系統(tǒng),激活轉(zhuǎn)錄因子,參與相關(guān)病理生理過(guò)程。

Ang Ⅱ可直接改變足細(xì)胞蛋白的表達(dá)和分布來(lái)?yè)p傷足細(xì)胞,或間接通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞肥大、活性氧(ROS)和細(xì)胞凋亡介導(dǎo)足細(xì)胞損傷。最近的研究表明,Ang Ⅱ可激活或觸發(fā)多種細(xì)胞事件,如氧化應(yīng)激和ROS的過(guò)量產(chǎn)生、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、自噬和線粒體功能障礙,從而導(dǎo)致足細(xì)胞骨架重排和細(xì)胞凋亡[1]。Ang Ⅱ可激活A(yù)DP核糖基化因子6,進(jìn)而激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2-NADPH氧化酶4蛋白(NOX4)信號(hào)，促進(jìn)ROS的產(chǎn)生和足細(xì)胞凋亡。AT1R拮抗劑氯沙坦可顯著抑制Ang Ⅱ誘導(dǎo)的足細(xì)胞凋亡[1]。

Ang Ⅱ也參與了腎臟的纖維化過(guò)程。Ang Ⅱ可通過(guò)絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)/ERK和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)介導(dǎo)激活蛋白1(AP-1)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的形成,導(dǎo)致1型膠原在主動(dòng)脈和腎血管組織中表達(dá)增加[2]。二甲雙胍可抑制單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)小鼠Ang Ⅱ的上調(diào)和ERK通路的激活,顯著降低細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)蛋白的表達(dá)。在腎成纖維細(xì)胞中,二甲雙胍也可減輕Ang Ⅱ?qū)е碌腅CM過(guò)度產(chǎn)生[3]。

氧化應(yīng)激與心肌肥厚和心力衰竭密切相關(guān)。NOX4是心臟內(nèi)ROS的主要潛在來(lái)源。Ang Ⅱ能夠增加NOX4的表達(dá),促進(jìn)ROS的產(chǎn)生,增強(qiáng)心臟氧化應(yīng)激損傷,導(dǎo)致間質(zhì)成纖維細(xì)胞分化為肌成纖維細(xì)胞,誘導(dǎo)心臟纖維化,這可能與蛋白激酶B(AKT)/mTOR和核因子κB(NF-κB)信號(hào)通路的激活有關(guān)[4]。二肽基肽酶4(DPP-4)抑制劑,如替格列汀可抑制心肌細(xì)胞NOX4-HDAC4軸減輕AngⅡ誘導(dǎo)的心肌肥厚[5]。心臟保護(hù)劑原兒茶酸在體外可通過(guò)抑制NOX4/ROS/p38 MAPK信號(hào)通路抑制Ang Ⅱ誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞增殖和遷移,減輕心臟纖維化[6]。

除了經(jīng)典的循環(huán)RAS外,越來(lái)越多的證據(jù)支持心臟和腎臟中存在局部RAS。這種局部RAS可獨(dú)立于循環(huán)RAS發(fā)揮作用,參與疾病的發(fā)生發(fā)展。心肌梗死后,心臟和腎臟局部RAS激活,Ang Ⅱ水平升高。自發(fā)性高血壓大鼠和主動(dòng)脈中RAS所有成分的基因表達(dá)均顯著增加,表明心肌組織的病理激活RAS促進(jìn)了心臟肥大和動(dòng)脈重塑[7]。腎臟中Ang Ⅱ的水平高于循環(huán)Ang Ⅱ的水平支持腎臟局部Ang Ⅱ的存在。

Wnt/β-catenin通路

Wnt/β-catenin通路是進(jìn)化保守的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路,參與多種生物過(guò)程。Wnt蛋白通過(guò)與細(xì)胞表面膜受體卷曲蛋白(Fz)和輔助受體低密度脂蛋白相關(guān)蛋白5/6(LRP5/6)相互作用,通過(guò)質(zhì)膜傳遞信號(hào)。當(dāng)Wnt信號(hào)被激活時(shí),Wnt蛋白能與Fz及其他相關(guān)受體結(jié)合,阻斷β-catenin的磷酸化、泛素化,使β-catenin在胞質(zhì)中穩(wěn)定并聚集,易位進(jìn)入細(xì)胞核,與T細(xì)胞因子(TCF)/淋巴細(xì)胞增強(qiáng)因子(LEF)結(jié)合,從而激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。

Wnt/β-catenin信號(hào)的異常調(diào)控在腎臟的纖維化中發(fā)揮作用[8]。在UUO和阿霉素誘導(dǎo)的腎間質(zhì)纖維化模型中發(fā)現(xiàn)Wnt蛋白表達(dá)上調(diào),導(dǎo)致β-catenin的積累,使得Twist、c-Myc和纖維連接蛋白等靶基因表達(dá)增加。Dickkopf相關(guān)蛋白1(DKK1)是一種分泌性Wnt拮抗劑,可特異性阻斷Wnt與LRP5/6結(jié)合,顯著抑制α平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)的表達(dá),抑制Ⅰ型膠原和纖維連接蛋白的表達(dá),減輕腎臟纖維化[9]。

Wnt/β-catenin通路還介導(dǎo)了氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的足細(xì)胞功能障礙。氧化應(yīng)激的標(biāo)志和觸發(fā)因子晚期氧化蛋白產(chǎn)物(AOPPS)可以通過(guò)足細(xì)胞中的晚期糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)誘導(dǎo)NADPH氧化酶的激活,促進(jìn)ROS的產(chǎn)生和NF-κB轉(zhuǎn)錄因子的激活,從而導(dǎo)致Wnt/β-catenin信號(hào)的激活,進(jìn)而抑制足細(xì)胞上皮標(biāo)志物的表達(dá),并伴下游纖連蛋白、基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)和Snail1的表達(dá)。Klotho是一種內(nèi)源性Wnt拮抗劑,通過(guò)補(bǔ)充Klotho阻斷Wnt信號(hào)可以抑制β-catenin的激活以及AOPPS誘導(dǎo)的足細(xì)胞功能障礙和蛋白尿[10]。

Wnt/β-catenin在心臟損傷時(shí)被重新激活,并在心肌肥大和心肌纖維化中發(fā)揮重要作用。組織特異性Wnt/β-catenin的相互作用因子Pygo1在心臟組織中富集,在病理性心肌肥厚刺激下Pygo1在心肌細(xì)胞中表達(dá)上調(diào),Pygo1可增強(qiáng)β-catenin的轉(zhuǎn)錄活性,導(dǎo)致Wnt/β-catenin通路的靶基因Axin2、c-Myc和心肌肥大相關(guān)基因ANF表達(dá)上調(diào),介導(dǎo)心肌肥大[11]。

分泌型卷曲相關(guān)蛋白2(SFRP2)可直接與Wnt細(xì)胞外段相互作用,阻止其與Fz相互作用,進(jìn)而抑制Wnt/β-catenin的激活。過(guò)表達(dá)SFRP2通過(guò)抑制Wnt/β-catenin通路顯著減輕壓力超負(fù)荷所致的心肌細(xì)胞肥大和間質(zhì)纖維化[12]。HECT型泛素E3連接酶ITCH可作用于心肌細(xì)胞泛素-蛋白酶體降解Dvl蛋白,抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路,從而抑制心肌肥大,可能成為預(yù)防或治療心肌肥厚的潛在靶點(diǎn)[13]。

Wnt/β-catenin通路可同時(shí)介導(dǎo)心臟和腎臟的損傷。主動(dòng)脈縮窄(TAC)小鼠模型可以觸發(fā)心肌細(xì)胞和心臟成纖維細(xì)胞中 Wnt/β-catenin通路的激活,導(dǎo)致心臟RAS的激活,并釋放促炎細(xì)胞因子進(jìn)入循環(huán),如腫瘤壞死因子α(TNF-α) 可觸發(fā)腎臟小管上皮細(xì)胞β-catenin的激活,并且抑制小管細(xì)胞中Klotho表達(dá),介導(dǎo)腎臟的損傷。同時(shí)循環(huán)中Klotho缺乏可進(jìn)一步增強(qiáng)Wnt/β-catenin通路,加重心臟損傷,形成心臟和腎臟相互作用的惡性循環(huán)[14]。

TWEAK/Fn14通路

腫瘤壞死因子樣凋亡微弱誘導(dǎo)因子(TWEAK)是TNF超家族的新成員之一。成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)誘導(dǎo)蛋白14(Fn14)是TWEAK的特異受體,可通過(guò)磷酸化誘導(dǎo)腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子(TRAF)結(jié)合,觸發(fā)和激活各種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo),從而調(diào)節(jié)細(xì)胞活性、增殖、遷移、凋亡、血管生成和炎癥。

雖然TWEAK在腎臟中普遍表達(dá),但是Fn14只在應(yīng)激、組織損傷、修復(fù)和重塑過(guò)程中迅速上調(diào)。TWEAK/Fn14激活參與了AKI過(guò)程中的細(xì)胞死亡,包括細(xì)胞凋亡和壞死性凋亡兩種途徑。在 AKI模型中,當(dāng)TNF-α和IFN-γ同時(shí)存在時(shí),腎小管細(xì)胞Fn14表達(dá)增加,TWEAK/Fn14的激活可促進(jìn)細(xì)胞凋亡,這可能與半胱氨酸蛋白酶8(caspase-8)的活化及線粒體凋亡途徑有關(guān)[15]。caspase抑制劑可抑制細(xì)胞凋亡,但會(huì)促進(jìn)氧化應(yīng)激和細(xì)胞壞死,轉(zhuǎn)變?yōu)閴乃佬缘蛲?從而加重腎損傷。這需TWEAK/Fn14軸和受體相互作用蛋白激酶1(RIPK-1)的激活[16]。尼羅替尼是一種選擇性的絡(luò)氨酸激酶抑制劑,通過(guò)調(diào)節(jié)TWEAK途徑減輕葉酸誘導(dǎo)的AKI[17]。

TWEAK/Fn14參與激活腎小管細(xì)胞的經(jīng)典N(xiāo)F-κB通路和非經(jīng)典N(xiāo)F-κB通路,在AKI中發(fā)揮作用。TWEAK/Fn14可誘導(dǎo)NF-κB的抑制蛋白(IκB)蛋白磷酸化和RelA/p50核易位,通過(guò)經(jīng)典N(xiāo)F-κB的激活和組蛋白乙酰化下調(diào)腎小管細(xì)胞中抗衰老基因Klotho的表達(dá)及過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α(PGC-1α)和靶基因的表達(dá),導(dǎo)致線粒體功能受損[18],也可導(dǎo)致MCP-1、IL-6和趨化因子CXCL16基因表達(dá)和分泌增加,促進(jìn)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)放大。TWEAK/Fn14也可以誘導(dǎo)RelB/p52核易位,通過(guò)非經(jīng)典N(xiāo)F-κB途徑,誘導(dǎo)趨化因子CCL21和CCL19的延遲表達(dá),促進(jìn)AKI期間淋巴細(xì)胞的募集[19]。小白菊內(nèi)酯(PTL)可有效減少Tweak誘導(dǎo)的足細(xì)胞凋亡和炎癥[20]。

TWEAK/Fn14的激活與心臟重構(gòu)、功能障礙和纖維化等密切相關(guān)。TWEAK/Fn14可通過(guò)NF-κB途徑增加MMP-9的生成,也可通過(guò)p38 MAPK通路促進(jìn)心臟成纖維細(xì)胞I型膠原合成和MMP-1的表達(dá),在心肌纖維化的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用[21]。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)心肌梗死后重構(gòu)心肌中,Fn14可以通過(guò)RhoA/ROCK通路在心肌細(xì)胞中表達(dá),并通過(guò)TWEAK介導(dǎo)NF-κB的激活,在心肌重構(gòu)中發(fā)揮作用[22]。

Ca2+-鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(CaN)-活化T細(xì)胞核因子(NFAT)信號(hào)通路

Ca2+-CaN-NFAT信號(hào)通路是由Ca2+從細(xì)胞外進(jìn)入細(xì)胞而啟動(dòng)的。如圖1所示,當(dāng)游離Ca2+水平升高時(shí),磷酸化的NFAT結(jié)合鈣調(diào)素(CaM)和CaN,使NFAT家族成員脫磷酸化激活,導(dǎo)致其轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核,促進(jìn)靶基因轉(zhuǎn)錄。

研究證實(shí),Ca2+-CaN信號(hào)在足細(xì)胞損傷中發(fā)揮作用,包括足細(xì)胞凋亡和細(xì)胞骨架損傷。有研究表明,在糖尿病腎病(DN)模型中,足細(xì)胞表達(dá)大量G蛋白耦聯(lián)受體(GPCR),激活磷脂酶C(PLC)并通過(guò)G蛋白家族Gq亞基產(chǎn)生三磷酸肌醇(IP3),進(jìn)而激活Ca2+-CaN-NFAT信號(hào)通路,誘導(dǎo)COX2等基因的轉(zhuǎn)錄,以及其他可能參與凋亡反應(yīng)的NFAT應(yīng)答基因。COX2促進(jìn)前列腺素E2(PGE2)和ROS的產(chǎn)生。PGE2進(jìn)一步激活CaN。而ROS也是足細(xì)胞凋亡的重要介質(zhì),可提高細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平,促進(jìn)CaN激活,最終導(dǎo)致足細(xì)胞的凋亡[23]。游離Ca2+也可通過(guò)調(diào)節(jié)Rho鳥(niǎo)苷三磷酸酶(GTPase)信號(hào)調(diào)節(jié)細(xì)胞運(yùn)動(dòng),介導(dǎo)足細(xì)胞肌動(dòng)蛋白骨架的重構(gòu)[24]。

圖1 心腎損傷共同的信號(hào)通路TGF-β:轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β；TβR：TGF-β受體；ROS：活性氧；NF-κβ：核因子κβ；TNF-α：腫瘤壞死因子α；PTL:小白菊內(nèi)酯;A:Ca2+-CaN-NFAT信號(hào)通路；Ca2+水平升高時(shí),磷酸化的NFAT結(jié)合CaM和CaN,脫磷酸化轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核,促進(jìn)靶基因轉(zhuǎn)錄,引起細(xì)胞肥大和凋亡；B:TGF-β/Smad通路；TGF-β可磷酸化特定的TGF-β受體,后者使Smad蛋白磷酸化激活,進(jìn)入細(xì)胞核,調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄；引起細(xì)胞衰老和纖維化；C:Wnt/β-catenin通路；Wnt蛋白通過(guò)Fz和LRP5/6及其他相關(guān)受體結(jié)合,阻斷β-catenin的磷酸化,使其易位進(jìn)入細(xì)胞核,促進(jìn)靶基因轉(zhuǎn)錄,主要引起纖維化和細(xì)胞肥大；D:TWEAK/Fn14通路；Fn14可結(jié)合TWEAK與TRAF,觸發(fā)和激活各種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo),引起炎癥反應(yīng)；E:Ang Ⅱ；Ang Ⅱ結(jié)合AT1R作用于多種不同的二級(jí)信號(hào)系統(tǒng),激活轉(zhuǎn)錄因子,引起纖維化和細(xì)胞凋亡

心肌肥大是心力衰竭的早期標(biāo)志,研究發(fā)現(xiàn),Ca2+-CaN-NFAT信號(hào)通路在心肌肥大中發(fā)揮重要作用。內(nèi)皮素1(ET-1)通過(guò)誘導(dǎo)IP3的激活來(lái)增加整體Ca2+濃度,并介導(dǎo)Ca2+-CaN-NFAT通路激活,上調(diào)I型鈣通道α1C的表達(dá),進(jìn)而誘導(dǎo)心肌肥大[25]。

慢性腎功能不全可通過(guò)CaN-NFAT途徑導(dǎo)致心肌肥厚。CKD相關(guān)的有害因子,如FGF-23、Ang Ⅱ、TGF-β、尿毒癥毒素等可抑制心肌細(xì)胞miR-30表達(dá),而miR-30缺失可以直接上調(diào)心肌細(xì)胞CaN-NFAT信號(hào)通路,導(dǎo)致心肌肥厚[26]。

Ca2+-CaN-NFAT信號(hào)通路的過(guò)度激活既是心臟和腎臟損傷的共同信號(hào)通路,也是CKD導(dǎo)致心臟損傷的重要途徑。靶向該信號(hào)通路的抑制劑,如環(huán)孢素A、他克莫司等在慢性腎小球疾病中已廣泛應(yīng)用并取得顯著效果。也有研究表明,他克莫司可抑制慢性腎功能不全心肌肥大[26],環(huán)孢素A可以逆轉(zhuǎn)心肌肥大和病理性擴(kuò)張[27]。

TGF-β/Smad通路

TGF-β是一種多功能細(xì)胞因子,可調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和分化,刺激多種細(xì)胞因子、炎癥介質(zhì)等活性物質(zhì)的合成與分泌及細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生。Smad蛋白是TGF-β超家族的下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白,介導(dǎo)TGF-β的胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

TGF-β通過(guò)增加細(xì)胞外基質(zhì)基因表達(dá)和抑制分解細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的產(chǎn)生,促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的積累。TGF-β1通過(guò)Smad3依賴機(jī)制誘導(dǎo)Erbb4-IR,一種新型長(zhǎng)鏈非編碼RNA在小鼠纖維化腎臟中高表達(dá)。機(jī)制研究表明,Erbb4-IR靶向Smad7,即TGF-β/Smad信號(hào)通路的下游負(fù)調(diào)控因子,從而誘導(dǎo)TGF-β/Smad3介導(dǎo)的腎臟纖維化[28]。

TGF-β受體(TβR)Ⅲ可拮抗纖維化過(guò)程。心肌損傷后,miR-21表達(dá)上調(diào),通過(guò)抑制TβR-Ⅲ激活TGF-β/Smad信號(hào)通路,TGF-β1可通過(guò)轉(zhuǎn)錄后步驟促進(jìn)成熟miR-21的快速增加,最終促進(jìn)心臟成纖維細(xì)胞向病理性肌成纖維細(xì)胞分化,導(dǎo)致心臟纖維化[29]。

TGF-β可參與CKD的早期病理性心肌肥大和纖維化過(guò)程。UUO誘導(dǎo)小鼠輕中度腎功能不全時(shí),可發(fā)生心肌肥厚和纖維化,與TGF-β/Smad信號(hào)通路的上調(diào)有關(guān)。在此模型發(fā)現(xiàn)病理性心肌肥厚相關(guān)基因的表達(dá)增加,包括心房利鈉肽(ANP)、腦利鈉肽(BNP)和β肌球蛋白重鏈(β-MHC)/α-MHC等。依那普利可以阻斷TGF-β信號(hào)通路的激活,降低心肌肥厚和纖維化[30]。

去乙?；?(SIRT1)激活可以抑制Smad2/3的核易位,從而抑制TGF-β/Smad通路及其引起心肌纖維化。在5/6腎切除模型中,白藜蘆醇可增強(qiáng)SIRT1和Smad3的結(jié)合,減輕腎臟纖維化[31]。鈉-葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(SGLT2)抑制劑,如恩格列凈,可以通過(guò)抑制TGF-β/Smad信號(hào)通路,降低糖尿病心肌組織的氧化應(yīng)激,防止心肌纖維化和心臟重塑[32],而在高糖誘導(dǎo)的腎小管上皮損傷模型中,達(dá)格列凈也能通過(guò)抑制TGF-β/Smad信號(hào)保護(hù)腎臟[33]。

小結(jié):CRS涉及心臟、腎臟兩個(gè)重要器官,尋找有效的藥物對(duì)臨床治療極為重要。沙庫(kù)巴曲纈沙坦,一種血管緊張素受體腦啡肽酶抑制劑,已在臨床上發(fā)現(xiàn)可顯著改善心腎綜合征患者的心功能指標(biāo)[34]。SGLT2抑制劑也被發(fā)現(xiàn)可以降低心力衰竭的糖尿病患者的心腎結(jié)局風(fēng)險(xiǎn)[35]。但是目前對(duì)心臟和腎臟之間的相互作用的具體機(jī)制仍然知之甚少,需要更多的研究來(lái)解釋這些機(jī)制,本文主要匯總了心腎損傷共同的分子信號(hào)通路,解釋了心腎之間的相互聯(lián)系和調(diào)控關(guān)系,為開(kāi)發(fā)新的心腎共同保護(hù)藥物靶點(diǎn)提供了研究思路,有助于臨床疾病的治療及改善患者的預(yù)后。