骨桥蛋白与心肌纤维化关系的研究进展

张蓓蓓 蔡辉

·综述·

骨桥蛋白与心肌纤维化关系的研究进展

张蓓蓓 蔡辉

骨桥蛋白质; 心肌纤维化； 细胞外基质

心肌纤维化(myocardial fibrosis，MF)是指心脏细胞外基质(extracellular matrix, ECM)中胶原纤维过量积聚，胶原浓度显著升高或胶原成分发生改变。ECM作为心肌细胞骨架能感应和传递各种刺激信号，参与心肌损伤修复和重构。作为ECM非结构蛋白一员的骨桥蛋白是公认的促纤维化因子。近年来，大量临床试验和基因改造动物实验为骨桥蛋白在MF中的作用提供了新证据。本文综述了骨桥蛋白与MF关系的最新研究进展。

1 骨桥蛋白概述

骨桥蛋白是基质细胞蛋白小整合素结合配体N端连结糖蛋白家族中的一员，广泛存在于人体内多种组织，包括ECM、细胞内、血浆、乳汁和尿液中。骨桥蛋白主要通过结合细胞表面黏附分子(整合素和CD44)，参与细胞迁移、炎性浸润、组织修复、细胞免疫、血管形成及肿瘤转移等病理过程[1]。

人的骨桥蛋白基因定位于染色体4q13上，为单拷贝基因。转录过程中，骨桥蛋白pre-mRNA的选择性剪接可以形成a、b、c 3种异构体。不同异构体的表达和功能具有细胞特异性，其具体机制尚不清楚[2]。分泌型骨桥蛋白(secreted osteopontin，sOPN)与细胞内骨桥蛋白(intracellular osteopontin，iOPN)的最大区别是转录起始部位不同。sOPN转录起始于mRNA5'端AUG起始密码子，内含16-aa信号序列；iOPN转录起始于下游的选择性密码子，缺少信号序列。骨桥蛋白mRNA翻译后形成的前体sOPN在内质网和高尔基体经过翻译后修饰，如磷酸化、糖基化、硫酸化、酶解等，被分泌到细胞外，通过与细胞表面受体结合发挥作用。iOPN与CD44-ERM复合体共同定位于细胞核周围，介导细胞运动和天然免疫。

骨桥蛋白多肽链上的3个黏附序列是其主要的功能域。159RGD161序列和162SVVYGLR168序列是整合素受体结合区域，其中整合素αvβ1、αvβ3、αvβ5、α5β1、α8β1结合RGD区域，而α4β1、α9β1结合SVVYGLR序列。SVVYGLR序列未经凝血酶裂解(切割位点是Arg168↓Ser169)时是隐藏的，故骨桥蛋白经凝血酶裂解后的C-端片段(169Ser-Asn314)具有更强的黏附力。基质金属蛋白酶(metalloproteinases，MMPs)在SVVYGLR序列内(Gly166↓Leu167)切割骨桥蛋白，使其黏附α4β1、α9β1受阻。另外，C-末端18个高度保守的氨基酸序列内有与CD44结合的黏附序列。165YGLRSKSKKFRR174序列是肝素结合区域，可以保护骨桥蛋白免受凝血酶的作用。

2 骨桥蛋白在MF中的作用

MF是多种心血管疾病共同的病理改变，与心律失常、心力衰竭和心原性猝死密切相关。大量临床试验表明，血浆骨桥蛋白(plasma osteopontin，pOPN)水平升高有助于预测MF及患者预后。Rosenberg等[3]报道pOPN水平升高能预测肺动脉高压患者的右心室重构；Francia等[4]报道pOPN可预测植入心律转复除颤器的心力衰竭患者发生室性心动过速和心室颤动的风险；Kato 等[5]报道晚期左心力衰竭患者在植入左心室辅助装置后，如果pOPN水平仍持续升高，提示患者发生了右心力衰竭。

骨桥蛋白的表达在正常心肌很低，但在纤维化心肌中明显升高。Cardin等[6]发现，给予血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，Ang-Ⅱ)后，小鼠心肌骨桥蛋白表达升高较MF提早出现。Engebretsen等[7]发现，骨桥蛋白的表达在压力超负荷小鼠左室心肌和转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)诱导的心脏成纤维细胞(cardiac fibroblasts，CFB)中均显著升高。Ndisang等[8]发现，亚硝基左旋精氨酸甲酯诱导的高血压模型大鼠心肌骨桥蛋白表达下降后，间质纤维化、单核细胞浸润和心肌细胞肥大也有所改善。另外，骨桥蛋白基因缺失小鼠MF程度明显减轻[9]。心肌细胞、成纤维细胞、血管平滑肌细胞、内皮细胞等均能表达骨桥蛋白。多种生物分子能促进CFB表达骨桥蛋白，如白细胞介素-1β、干扰素-γ、AngⅡ、肿瘤坏死因子α、一氧化氮等。而诱导心肌细胞表达骨桥蛋白的物质尚未见报道。

3 骨桥蛋白促进MF的机制

骨桥蛋白不仅是ECM的非结构蛋白，还能通过黏附细胞表面受体、ECM结构蛋白(胶原、弹性纤维、蛋白聚糖)及可溶性细胞因子(如生长因子和细胞因子)发挥促进MF作用。

3.1 促进CFB分化

CFB分化为肌成纤维细胞(myofibroblast，MFB)是MF过程中的关键环节，其中TGF-β是目前已知最重要的促细胞分化因子。骨桥蛋白可通过增强CFB增殖、分化及黏附功能参与MF。Uchinaka等[10]研究发现，稳定地分泌骨桥蛋白片段/SVVYGLR序列的成肌细胞移植能明显改善大鼠心肌梗死后MF程度，可能的作用机制是激活了TGF-β/Smad信号，诱导CFB-MFB转分化。Lenga等[11]报道，骨桥蛋白基因敲除的CFB不能被TGF-β1诱导分化为MFB，且细胞延展性、抗剪切力及收缩性能均有所下降，质谱分析结果显示，与野生型成纤维细胞比较，骨桥蛋白基因敲除的CFB粘着斑内未检出高迁移率族蛋白B1，提示粘着斑复合体形成障碍是TGF-β1诱导的OPN基因敲除CFB不能分化为MFB的主要原因。

3.2 干扰胶原降解

ECM合成与降解失衡是MF的根本原因。ECM的降解主要受MMPs和其抑制剂组织金属蛋白酶抑制剂(tissue inhibitor of matrix metalloproteinases，TIMPs) 的调控。因不溶性胶原难以被MMPs降解，故不溶性胶原纤维含量是影响MF程度的主要因素。Lopez等[12]报道，骨桥蛋白通过氨酰氧化酶介导可溶性Ⅰ型胶原共价交联成不溶性胶原，促进MF。骨桥蛋白也可以通过调节细胞内MMPs的活性抑制胶原降解。Dahiya等[13]发现，骨桥蛋白可以提高杜氏肌营养不良模型小鼠心肌MMP-9的表达，引起心功能障碍。Krishnamurthy等[14]发现，抑制MMPs可以改善骨桥蛋白基因缺失小鼠心肌梗死后MF。

3.3 诱导心肌细胞丢失

成熟的心肌细胞通常被认为是终末分化细胞，不具备增殖能力。心肌细胞丢失(包括自噬、坏死和凋亡)是继发替代性纤维化及心功能障碍的重要因素。基因技术为骨桥蛋白促纤维化和促心肌细胞凋亡作用提供了充分依据。Subramanian 等[15]研究发现，骨桥蛋白基因缺失的糖尿病心肌病模型小鼠较野生型小鼠MF程度减轻、心肌细胞凋亡较少，左心室功能相对较好。Dalal等[16]报道，骨桥蛋白可激活JNKs和Caspase-12，增加Bax、Gadd153的表达，提高细胞色素C的水平，促进线粒体途径心肌细胞凋亡。研究发现，心肌特异性的整合素连接激酶(integrin-linked kinase，IKL)基因敲除小鼠表现为致命的扩张型心肌病和心力衰竭，以心肌细胞凋亡、纤维化和炎症反应为特点。为了确定IKL的下游物质，Dai等[17]采用差异表达基因深度分析发现，IKL基因敲除小鼠骨桥蛋白表达显著增加，也表明骨桥蛋白能促进心肌细胞凋亡和MF。Psarras等[18]报道，细胞中间丝蛋白-结蛋白基因缺失诱导的心肌细胞坏死可引起包括骨桥蛋白在内的一系列介导重构的蛋白过度表达。同时敲除结蛋白和骨桥蛋白的小鼠左心室功能和MF成熟较只敲除骨桥蛋白的小鼠均有所改善，表明骨桥蛋白是促使结蛋白基因敲除小鼠心肌细胞凋亡的主要有害物质。Duerr等[19]报道，OPN基因缺失小鼠在缺血/再灌注后3 d即出现非透壁性心肌梗死，左心室功能明显减退。虽然该研究没有检测心肌细胞凋亡水平，但OPN基因缺失小鼠心室前壁的厚度变薄。

3.4 调节心脏炎症反应

心脏急性或慢性炎症继发免疫应答激活是反应性纤维化的主要特征。炎性细胞合成大量炎性因子和细胞因子，通过不同的信号转导途径诱导CFB活化及胶原分泌。T细胞受抗原刺激被活化后不久即表达骨桥蛋白。活化的单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞也能表达骨桥蛋白。炎性组织中高表达的骨桥蛋白通过结合炎性细胞表面受体，调节先天免疫和适应性免疫。研究发现，iOPN依赖toll样受体-9、toll样受体-7和髓样分化因子88，可促进病毒感染后浆细胞样树突状细胞合成干扰素-α，启动抗病毒反应。虽然髓样分化因子88能激活转录因子核因子-κB途径引起炎性因子IL-12、IL-6的释放，但iOPN本身对核因子-κB途径无明显作用。iOPN还可以抑制IL-27在树突状细胞的表达，从而促进CD4+T细胞分化亚群Th17细胞的发育[20]。sOPN具有Th1细胞因子的功能，通过结合整合素和CD44诱导多种炎性细胞迁移。研究发现，骨桥蛋白分子内RGD序列、168RSKSSFRR176序列及C-端169Ser-Asn314片段是协助趋化因子CCL21诱导树突状细胞迁移的3个主要促趋化结构，而SVVYGLR序列不具备趋化性。在炎症早期，树突状细胞活化，骨桥蛋白与ECM中蛋白聚糖结合以维持组织的完整性，并最大程度地诱导树突状细胞迁移。随着炎症进展和局部凝血酶的产生，骨桥蛋白168RSKSSFRR176序列中断，对树突状细胞的促趋化作用减弱，但凝血酶裂解后释放的169Ser-Asn314片段可以弥补OPN减弱的促趋化作用[21]。

综上所述，多种心血管疾病可引起血浆和心肌骨桥蛋白表达升高。骨桥蛋白主要通过促进CFB分化、干扰胶原降解、诱导心肌细胞丢失和调节心脏炎症反应等机制加速MF和心功能衰竭。但部分研究发现，骨桥蛋白基因缺失与心肌梗死、缺血/再灌注[19]、Ang-Ⅱ浸润等实验动物左心室扩张和心功能障碍有关。这可能与模型系统内骨桥蛋白的细胞来源及进行心功能检查的时间不同有关。目前关于心肌细胞与心脏中其他细胞来源的骨桥蛋白，iOPN与sOPN，以及不同修饰类型的骨桥蛋白在心脏损伤后的作用尚存在很多疑问，值得进行更深入的研究。

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(本文编辑：周白瑜)

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本刊编辑部

·会议报道·

2015年德国心血管年会会议报道

马迎

第81届德国心血管年会于2015年4月8—11日在德国曼海姆(Mannheim)举行(图1)。本次年会共进行了180次科学会议，1 928个演讲报告，发表了1 767篇科研论文。共有来自34个国家的8 500人参加了本次会议。与会人员在会议期间对德国心脏内科的最新发展进行了广泛深入的探讨。

本次会议主席，来自格赖夫斯瓦尔德大学(Greifswald)的Felix教授在讲话中指出，心脏内科是医学领域在过去十几年中进步最显著的学科之一。心肌梗死患者死亡率明显下降，越来越多的患者脱离生命危险后患上严重的心力衰竭等并发症。生活水平的日益提高和人口老龄化也使心力衰竭、心脏瓣膜疾病以及心律失常的患病率呈上升趋势。

德国心血管协会主席Kuck教授在关于提高治疗质量的报告中阐述，治疗方法的进步明显延长了德国人口平均寿命，改善了生活质量。在过去的几年里，心脏内科微创治疗发展迅速，伴随着日新月异的科技进步，心脏导管越来越多的应用到心脏疾病的诊疗过程中。例如经导管主动脉瓣置换术(TAVI)不仅在过去的几年中取得了卓越的成绩，而且预期在未来几年中还会得到更广泛的普及。Kuck 教授强调，针对新的治疗方法和诸多相关问题，协会修改了治疗指南，今后一段时间的工作重点是对当前进行经导管瓣膜治疗的医疗中心进行统一的质量考察。

心血管内科协会主席Hamm教授作了题目为“成功的心脏医学：心肌梗死的死亡率明显下降，治疗水平显著提高”的总结报告。当代心脏内科学的发展明显改善了德国民众的生活质量并延长了平均寿命。在过去的二十年里德国急性心肌梗死的死亡率下降了40%，冠心病死亡率下降了28%，心力衰竭的死亡率下降了19%。心肌梗死死亡率的下降受多因素的影响，从介入治疗的普及到急救医生的培训制度的完善，以及院前处置流程的规范化，皆促成了对心肌梗死及时的诊断和合理的治疗。

心脏导管在心内科疾病的诊治中的应用呈上升趋势。2012—2013年间，冠状动脉导管检查从857 688例增长到了885 131例，其中经皮冠状动脉介入治疗(PCI)从337 171例增长到了342 749例。对于心肌梗死患者来说，介入是最有效的拯救生命的治疗措施。心肌梗死患者死亡率的显著下降也充分证实了以上观点。预计在2015年，心脏导管检查的数量仍会继续增长。从客观角度分析，加强应用核磁共振和CT等无创的诊断方法，来代替有创的心脏导管检查是日后心内科诊断的发展趋势。相关的技术完善和相应的专业技术培训是下一步的工作重点。

伴随人口老龄化，心力衰竭、心脏瓣膜疾病以及心律失常的患病率在过去几年中有明显的增长。统计资料显示因心力衰竭住院治疗的病例在2012年达到了386 548例，成为住院治疗的第二大主要病因。与此同时每十万居民心律失常的患病人数从282例上升到537例(上升了90%)，心脏瓣膜疾病从69例上升到105例(52%)。

最新的心律失常患者治疗报告中显示：2012年共进行了106 840例包括植入、置换以及修正的心脏起搏器手术。除颤器手术达46 037例。其中15.8%的手术由心外科进行，其余手术由心脏内科及其他科室完成的。

教育培训部联合心血管内科诊所医师协会(BNK)和Springer医学教材出版社，建立了专业网站为心内科医生提供最新的医学资讯。心血管协会的新闻发言人Fleck教授表示，心血管协会致力于建立多媒体的公开培训平台。这个平台摒弃了一切广告信息，除了提供年会相关的专业信息还有各种病例分析、图像诊断(B超、CT、MRT)的影音资料以及认证专业学分的各项课程，做到专业培训质量公开化。

图1 德国心血管年会会议现场

DOI：10.3969/j.issn.1007-5410.2015.03.022

作者单位：45768德国马尔，玛丽医院心内科

通信作者：马迎，电子信箱：dmaying@yahoo.de

(收稿日期:2015-04-20)

(本文编辑：周白瑜)

Research progress in relationship between osteopontin and myocardial fibrosis

ZhangBeibei,CaiHui.

DepartmentofIntegratedTraditionalChineseandWesternMedicine,NanjingGeneralHospitalofNanjingMilitaryCommand，Nanjing210002，China

CaiHui，Email：njzy_caihui@163.com

Osteopontin； Myocardial fibrosis； Extracellular matrix

10.3969/j.issn.1007-5410.2015.03.021

210002南京军区南京总医院中西医结合科

蔡辉，电子信箱：njzy_caihui@163.com

2015-03-12)