心肌纤维化的发病及治疗研究进展*

周子默，周 驰，杨雅元，胡 玲，杨晓松**

(1.湖北科技学院医学部药学院,湖北 咸宁 437100；2.湖北科技学院医学部糖尿病心脑血管病变湖北省重点实验室；3.南华大学附属长沙中心医院药学部)

纤维化是各种器官损伤的一种重要修复调节机制，胞外基质(extracellular matrix,ECM)如胶原蛋白、纤连蛋白等的累积所致组织纤维化是器官轻微或非重复性损伤修复过程中正常而重要的过程。但是，严重或重复性损伤将诱导受损组织成纤维细胞的过度活化及ECM的过量累积，促使组织间质病理性重塑而产生疤痕，导致器官功能障碍，甚至衰竭，这是许多重大慢性疾病的主要诱因，如间质性肺病、肝硬化、进行性系统性硬化和糖尿病肾病、糖尿病眼病和糖尿病心血管疾病等[1]。据流行病学调查，全世界每年超过八十多万人死于纤维性疾病，尤以肺和心脏纤维化居多[2]。心脏间质 ECM的过度累积以及基底膜的增厚导致的心肌纤维化是各类心脏疾病的重要病理特征之一，也是心功能障碍的重要诱因。临床数据显示心力衰竭晚期的病人心脏间质中，ECM高度聚集及心肌纤维化[3]。因此，心肌纤维化是心脏疾病临床预防与治疗的重要干预靶点，然而，目前临床上还缺乏有效的抑制或逆转心肌纤维化的治疗方法。已有治疗策略主要涉及心肌纤维化信号通路如肾素-血管紧张素-醛固酮系统、TGFβ信号通路等，但疗效有限且存在一定副作用。本综述将从心肌纤维化机制的研究和治疗前景展开叙述。

1 心肌纤维化的发生机制

过去几十年有关心肌纤维化的机制研究已初步明确，肾素-血管紧张素-醛固酮系统、TGFβ经典或非经典信号通路，炎性细胞因子等发挥重要调控作用，针对以上细胞因子或信号通路的靶向治疗药物在心肌纤维化的治疗中作用有限[3]。心脏ECM中不仅含有胶原蛋白、糖蛋白和各种蛋白酶等，还有许多类型细胞如内皮细胞、免疫细胞、血管壁细胞等[4]，这些不同类型细胞同样也在心肌纤维化中发挥重要作用。因此，心肌纤维化发生和发展是复杂的细胞和细胞因子系统调控过程，然而，目前对这一过程的调控机制还不完全清楚，特别是非心肌细胞的作用。

1.1 心肌成纤维细胞在心肌纤维化中的作用

心肌成纤维细胞是心脏中最大的细胞群体之一，以束状或片状分布于正常心脏肌纤维之间，维持心脏结构与功能稳态。心肌成纤维细胞转分化为具有分泌及收缩功能的肌成纤维细胞这一过程在心脏损伤修复中发挥重要作用，同时也是心肌纤维化的重要应答机制之一[5]。研究认为[6]，心肌梗死、压力或体积过载等情况下，心肌成纤维细胞受到自身分泌或旁分泌的促炎症因子如TNF-α、IL-1β等或促纤维化因子如醛固酮(aldosterone)、血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ)、内皮素-1(endothelin-1)、TGF-β等的刺激以及胞内转录因子WT1(wilms tumor 1)、T-box-18/20等的作用，促进细胞的增殖及活化为肌成纤维细胞，增加ECM的合成与分泌，影响心脏瘢痕和重塑稳态，最终导致心脏病理性重构及功能障碍。也有报道发现[7]，细胞膜蛋白如caveolin-1、thrombospodins、SPARC、periostin、tenascin-C、extracellular matrix-associated proteins(CCN)等与ECM相互作用而调控心肌成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，促进心肌纤维化的发生，但目前对于这一调控过程的分子机制还不清楚。近年，基于单细胞转录组学数据分析发现心脏心肌成纤维细胞存在异质性，但其在心肌纤维化调控中的作用目前还不清楚[8]。

1.2 心肌细胞在心肌纤维化中的作用

心肌细胞(cardiomyocytes,CM)是心脏中所占体积最大的细胞群体，也是心脏纤维化的关键效应细胞之一。在心衰病理条件下，各种损伤刺激包括机械应激、代谢功能障碍或炎症等诱导心肌细胞促纤维化程序的活化，促进成纤维细胞的增殖及向肌成纤维细胞分化[9]。当心肌缺氧时，心肌细胞会大量合成及分泌TGF-β，从而刺激心肌成纤维细胞SMAD信号的改变，影响胶原的生成和纤维化重塑[10]。此外，心肌细胞还可以募集白细胞，导致促纤维化反应激活。在人的成纤维细胞中，纤维化标志物Gal-3被CT1上调，而Gal-3和CT1有相关性，当Gal-3被CT1上调时，心肌纤维化发生[11]。

1.3 血管内皮细胞在心肌纤维化中的作用

在心脏疾病动物模型和人心肌病患者中存在高度的血管周围纤维化现象，这一结果暗示血管细胞可能在纤维细胞活化中发挥重要作用。血管内皮细胞是血管组成的重要成员之一，它可能在以下几方面影响心肌纤维化的发生。首先，在心梗或压力过载条件下，内皮细胞黏附分子如ICAM-1等的合成与分泌有助于招募纤维源性巨噬细胞和淋巴细胞而产生炎性应答，促进心肌纤维化的发生[12]；其次，内皮细胞自身能够合成与分泌细胞因子TGF-β、FGFs、ET-1等直接刺激而促进纤维化的发生[13]；再次，内皮细胞释放的促炎症因子及趋化因子能够招募炎性细胞并活化炎症应答，从而促进纤维化的发生；最后，也有发现认为，损伤诱导内皮细胞间充质转化(endothelial to mesenchymal transition,EndMT)，引起心肌纤维化等多种心血管疾病。然而，也有文献报道认为EndMT在心肌纤维化应答中的作用不明显，详细调控机制还不清楚[14]。

1.4 血管壁细胞在心肌纤维化中的作用

周细胞(pericyte)也称为壁细胞，位于微血管的内皮层，具有组织特异性，在心脏中大量存在，但目前对于壁细胞的研究还比较少。壁细胞功能失调在缺血性心梗、纤维化及血栓形成等心脏病理发生过程中至关重要。在病理条件下，功能失调的周细胞会脱离内皮细胞，从而迁移及分化为肌成纤维细胞，这一过程受到入侵心脏的巨噬细胞分泌的Galectin-3的诱导[15]，体外细胞实验发现，胶原蛋白I、CTGF/CCN2及ASO2的表达能够促进周细胞向肌成纤维细胞分化，促进纤维化过程[16]。但是，目前关于周细胞对于心血管病理机制研究报道的比较少，其精确的作用机制还不清楚。

1.5 免疫细胞在心肌纤维化中的作用

心脏ECM中含有大量各种类型的细胞，包括免疫细胞如巨噬细胞、淋巴细胞、肥大细胞、粒细胞等。心肌损伤中的巨噬细胞具有高度异质性，表现出功能和表型的多样性，是促纤维化细胞因子和生长因子的主要来源，介导炎症、基质重塑和基质细胞蛋白的产生来调控纤维化[17]。在病理性纤维化的心脏中，肥大细胞会大量扩增，是促进纤维化的重要推手。如在心脏压力过载动物模型中，肥大细胞的缺失能够减轻心脏纤维化，研究认为[18]，肥大细胞可能利于巨噬细胞入侵，也可能是肥大细胞释放了促纤维化的细胞因子(如TNF-α、TGF-β、IL-4、PDGFs)所致，但具体调控机制目前还不明确。T淋巴细胞在心梗及非缺血性心衰中参与了纤维化的调控，然而T细胞的招募及活化机制还不清楚，可能与炎性应答有关。Neverset等[19]研究人员发现，T细胞可能是心力衰竭的诱因，活化的T细胞与心室内皮细胞结合，并浸润左心室，诱发心肌纤维化，促进心力衰竭的发生。除此之外，也有报道发现粒细胞、树突细胞、血小板细胞等也参与心肌纤维化的调控[20]，它们都是促纤维化细胞因子的来源，但具体调控机制还有待进一步探讨。

2 心肌纤维化的治疗策略

2.1 抑制剂药物的治疗

目前，临床上针对心肌纤维化的治疗药物主要涉及RAAS及TGFβ信号通路靶点。Tousoulis等[21]研究发现HMG-COA还原酶抑制剂或者他汀类药物除能降血脂外，还可以通过调控基质金属蛋白酶和胶原蛋白I的表达来影响心肌间质纤维化和心肌舒张功能障碍。利尿药托拉塞米通过改善充血性心力衰竭患者的左心室功能而减少心肌纤维化，与此同时，患者心脏胶原蛋白I的合成也减少[22]。此外，临床组织学研究数据显示，一些用于心力衰竭治疗的方法对心肌纤维化的缓解也有较好效果。通常，肺动脉高血压情况下，心室肥厚患者往往也存在心肌纤维化现象，采用血管紧张素转化酶抑制剂赖诺普利治疗后，心肌纤维化有明显的消退迹象，并且左心室舒张功能也得到改善[23]。血管紧张素转化酶抑制剂氯沙坦也可以缓解心肌纤维化，可能是影响胶原蛋白1的代谢而发挥作用[24]。其它药物如用于治疗2型糖尿病的药物达帕利嗪，可以减轻压力过载引起的心肌纤维化[25]。虽然抑制剂药物治疗心肌纤维化有一定效果，但对于发展至心衰末期的病人，只能寄希望于心脏移植，另一方面，抑制剂药物的长期服用也会带来一定的毒副作用，如心脏或肝脏毒性等。

2.2 干细胞治疗

心脏疾病的干细胞治疗临床研究，主要采用两种细胞移植策略，即直接将CM移植到心脏损伤部位和内源性修复[26]。前者将细胞移植到受损伤区域，移植细胞将与宿主心肌中的活细胞整合，从而改善心脏功能，目前已有多种细胞类型作为移植细胞展开研究，如自体骨骼肌纤维细胞，骨髓来源CD34+细胞，C-kit+细胞，ESC/iPSC源CM前细胞和ESC/iPSC源CM细胞等，目前，仅C-kit+心脏祖细胞展示了较好的治疗潜能[27]。后者则利用细胞或其产物诱导内源性祖细胞或CM增殖，并通过旁分泌介导的作用替代受损心肌的纤维化组织，然而至今也没有发现成年人心脏祖细胞存在的证据，仅发现部分分泌物如外泌体等能够刺激心肌细胞再生。也有研究采用成年人非分化的祖细胞如骨髓单核细胞、骨髓间充质肝细胞(MSCs)、常驻心脏祖细胞(CPCs)来刺激内源性再生治疗途径，MSCs和CPCs能够产生新的CMs，对左心室功能及瘢痕减少有显著改善，为心肌纤维化治疗提供新的希望，但至今它们的作用机制还不明确。

2.3 CAR-T疗法

到目前为止，嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)疗法是通过对来源于患者的T细胞进行体外重编程，以识别特定细胞类型的表面标志物，然后再将体外改造后的T细胞进行体外增殖，输入患者体内以攻击特定的细胞类型。目前该方法已在临床上用于循环系统肿瘤的治疗，并取得较好效果。2019年美国宾夕法尼亚大学Aghajanian 及其同事们将标准的CAR-T方法应用于攻击过度活跃的小鼠心脏成纤维细胞，结果显示该方法能够显著恢复心功能[28]。人体适当的纤维化应答也发挥重要的作用，如促进伤口愈合。近期，Melenhorst 和他的团队发现，十多年前采用CAR-T疗法成功治愈的白血病患者体内仍能检测到改造后的T细胞[29]，这一结果预示，CAR-T治疗心肌纤维化后存在于体内的T细胞可能会削弱伤口愈合能力。

2.4 mRNA疫苗疗法

自2019年底新冠肺炎爆发以来，基于类似气泡的脂质纳米颗粒包裹的mRNA疫苗引起了极大关注，几款mRNA新冠疫苗在抗击新冠肺炎中发挥重要作用。有研究[30]采用mRNA疫苗的方法将自行设计的mRNA封装在气泡状的微型脂质纳米颗粒中，并与CD5抗体偶联，注射入小鼠体内，该mRNA分子被T细胞捕获并使得T细胞获得特异性靶向攻击心肌成纤维细胞的能力，显著减少AngⅡ/PE诱导的心肌纤维化、改善心功能。由于mRNA并未整合到T细胞的DNA上，因此，捕获mRNA的T细胞只会存在几天，随后T细胞恢复正常，不再保留对成纤维细胞的攻击，在消除心肌纤维化，改善心功能的同时，最大化减少改造后的T细胞带来的毒副作用。

与传统的信号通路或细胞因子抑制剂药物比较，细胞治疗方法如干细胞疗法、CAR-T细胞疗法、mRNA疫苗疗法等在心肌纤维化动物模型研究中显示了较好的临床应用前景，代表未来心肌纤维化基础理论研究与临床应用的一个重要方向。

2.5 中医药治疗

近年研究发现中医药治疗心肌纤维化是一种具有较高应用潜能的治疗策略。中医药治疗主要是针对心肌纤维化病因进行辨证论治，包括祛痰化瘀解毒法、软坚散结法、通络法等治疗心肌纤维化[31]。也有报道天麻组成的方剂—天麻钩藤膏可以改善高血压引起的心肌纤维化[32]。姜黄素是从植物姜黄的根茎中提取的色素，可以减少心肌梗死面积，保护心脏正常功能不受损，并且通过作用于血管紧张素转化酶或血管紧张素受体，达到抑制心肌纤维化作用。研究显示[33]，姜黄素通过调控TGF-β/Smads信号通路而阻碍心肌纤维化进程，改善心功能。

2.6 生物材料的治疗

近些年，医用生物材料在生物医药领域的应用一直很热门，尤其是纳米材料的应用。碳纳米管是一种碳基导电纳米材料，因为与心肌有相互作用，被研究人员用于研究与心肌关系，发现随着浓度的增加，碳纳米管可以抑制心肌成纤维细胞激活，缓解心肌纤维化的进展[34]。此外，还可以运用纳米材料在其上装有带胶原特异性结合蛋白(CNA35)的载血管紧张素转换酶2激动剂三氮脒，便可对心肌纤维化具有了靶向性，抑制纤维化的进展[35]。

3 展 望

持续损伤所致心脏瘢痕的产生是心肌纤维化的重要病理特征，也是心力衰竭患者不良预后的重要指标。目前，部分信号通路在心肌纤维化发生和发展中的调控作用虽已明确，然而基于这些信号通路为靶点的药物，治疗效果有限。心肌纤维化是多因素、多细胞相互作用的结果，其精确调控机制还有待进一步的深入研究与探讨。非心肌细胞在心肌纤维化中的作用与调控机制代表了新的研究思路与方向，同时也是临床治疗的新思路、新策略、新靶点。