心力衰竭发病机制及其与中叶素关系的研究进展

心力衰竭是一个公共卫生问题，随着药物和医学科技水平的提高， 心力衰竭引起的死亡率有所下降，然而，伴随着心力衰竭病人生存时间的延长，心力衰竭的患病率却日益上升，在65岁以上老年住院病人中，其已经成为首位原因，且正逐渐成为现代社会的主要疾病。近年来，发现中叶素(intermedin，IMD)在调节血压和心脏功能、加速血管形成、抗氧化应激、抗细胞凋亡功能中起着关键作用，而中叶素在心力衰竭病人中是否具有心肌保护作用有待探讨。本研究综述心力衰竭发病机制、中叶素的生物学特性及其与心力衰竭之间的相关性研究进展。

1 心力衰竭

心力衰竭又称心功能不全，指各种病因引起的心脏功能减退，不能保证机体正常代谢的需要，是多数有器质性病变的心脏病终末期阶段，其再次住院和死亡率也在逐年升高[1]。在我国，35～74岁人群中心力衰竭的发病率为1.3%(约有450万人)，80岁以上的老年人群中，其发病率达10%以上[2-3]。

心力衰竭发病机制较复杂，不同原因所致的心力衰竭以及心力衰竭发展的不同阶段机制有所不同，其发展经历了“心-肾机制”“血流动力学学说”以及“神经内分泌系统激活和心室重塑”为主导的心力衰竭机制，其关键途径为神经-体液调节失衡，分子基础是心室重塑，最终导致心肌舒缩功能障碍，并形成了以“拮抗神经内分泌系统亢进，抑制心室重构”为主的生物医学模式[4]。虽然心力衰竭是一种慢性的、自发性的进展性疾病，但是心室重塑却是一种自身不断发展的过程，随着人们对心力衰竭发病机制的不断研究，认为经过合理的干预后可以减轻甚至逆转心室重塑，同时也发现程序性细胞死亡、免疫系统、促肾上腺皮质激素释放激素受体2、内皮功能障碍等均与心力衰竭的发生发展有着密切的关系。

1.1 程序性细胞死亡 目前，已有研究证实多种心力衰竭的动物模型及人体心脏中有细胞凋亡的存在。实验发现，当心肌缺血时，在其边缘区域能够观察到存在细胞凋亡；同时，观察发现老年病人的心肌细胞数量明显减少，而细胞凋亡就是心肌细胞减少的主要原因。同时，也发现心肌细胞凋亡可以在心室重塑中起作用，而且也可以调节细胞数量，并且也发现在代偿性心力衰竭转变过程中细胞凋亡也占有重要地位。有研究通过动物、分子和细胞生物学实验发现，心脏特异性敲除如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)受体相关因子2(TRAF2)小鼠可出现心肌细胞凋亡、病理性重构和心力衰竭，研究发现TRAF2通过衔接上游调节因子TRADD作用于下游靶标TAK1，来调控 RIP1-RIP3-MLKL神经递质信号转导，并且发现敲除RIP3基因可以弥补TRAF2敲除引发的心脏表型，进一步证实了程序性细胞死亡在心力衰竭中的关键作用，结果表明TRAF2通过调节程序性细胞死亡而对心脏起到保护性作用[5]。因此，对于心力衰竭的防治，可以将干预心肌细胞凋亡作为其中的一个靶点。

1.2 免疫系统 心力衰竭时促炎性和抗炎性细胞因子的激活和失衡在其中起着重要的作用。心力衰竭时发现促炎性介质TNF-α、白细胞介素(IL)-1、C反应蛋白等均有明显增加，而同时发现抗炎细胞因子(如IL-10等)并没有相应增加。有研究证明，在正常心脏中，促炎性介质并不表达，但是在心力衰竭的早期时能够被激活[6]，而促炎性介质的激活可能有多种原因，如氧化应激、神经激素的激活、微生物、血流动力学因素等。有研究也提示，在心力衰竭中，促炎性细胞因子能够起到抑制心肌收缩、加速细胞凋亡、参与心肌重构的作用[7]。其中2型抗炎细胞因子IL-13和IL-4，是通过常见的IL-13受体α1链和2型IL-4受体信号通路来介导实现的[8]。 Amit等[9]分析来自人类供者(136例)和终末期心力衰竭病人(177例)的心肌样本发现IL-13受体α1存在于心肌细胞中，并与互补的2型IL-4受体链I14ra一致，在心力衰竭病人心脏中的表达是明显下调的。推测在心肌稳态和损伤反应中免疫系统具有重要作用。

在心力衰竭病人血清中，细胞因子上升水平可以反映心力衰竭的程度，同时也可作为心力衰竭病人的预后指标。Bansal 等[10]将成年小鼠进行永久冠状动脉结扎，8周后发现，在心力衰竭组小鼠的心肌、脾脏中T淋巴细胞明显升高，该实验证明，在心力衰竭个体中T淋巴细胞可导致心肌损伤和重构，并可保留记忆在过继性转移上。同时，最新研究也证明，通过CD39参与三磷酸腺苷(ATP)水解，再通过CD73将磷酸腺苷(AMP)水解为腺苷，而导致炎性和抗炎反应[11]。此外，发现心肌梗死后由于基质金属蛋白酶(MMP)活性显著上升而引起心肌基质降解和重构，导致了MMP与MMP组织抑制物的平衡被打破，但并不是所有MMP均会引起心肌重构。

1.3 促肾上腺皮质激素释放激素受体2(CRHR2) CRHR2是G蛋白偶联受体，其信号蛋白是心肌细胞表面一种能促进慢性心力衰竭的受体蛋白，将其改变心脏功能的能力称为urocortin2(Ucn2)的蛋白质激活[8]。研究显示， CRHR2和Ucn2的表达水平在心力衰竭小鼠中均升高，且Ucn2水平在病人血液中也增高[12]。并发现Ucn2可激活CRHR2从而刺激致心肌细胞功能损伤的基因表达几个下游信号通路，而缺乏CRHR2的小鼠可受到 Ucn2保护，并且对心力衰竭有抵抗能力，或抑制CRHR2的小分子对心脏受损后维持心脏功能也同样有效。结果显示，组成型CRHR2的激活可引起心脏功能障碍，因此，可能通过阻断CRHR2来抑制心力衰竭的进展。

1.4 肾素-血管紧张素系统(RAS) RAS的过渡激活是心力衰竭发生发展的重要决定因素，抑制血管紧张素(Ang)的水平和活性是心力衰竭治疗的主要目标之一；血管紧张素转换酶2(ACE2)主要表达于心、脑、肾等部位，它的主要作用是为了降解AngⅡ从而产生Ang1-7，而Ang1-7是RAS中近年来发现的新成员，是一内源性AngⅡ对抗剂，具有抗炎症、抗增殖、舒张血管的作用，对受损的心肌起到保护作用。当前认为RAS中有两条作用相反的通路即ACE产生AngⅡ、ACE2降解AngⅡ而产生Ang1-7，这两条通路的平衡对维持心脏正常结构功能具有重要意义[6]，ACE2-Ang(1-7)-MAS轴的研究为心力衰竭治疗提供了新的思路和方向。另有研究显示，重组人脑利钠肽(rhBNP)显著降低了Ang Ⅱ、醛固酮(ALD)、去甲肾上腺素(NE)及血清氨基末端脑钠肽前体(NT-proBNP)的血清水平，认为NT-proBNP可能通过拮抗神经内分泌因子来改善心功能[13]。

1.5 交感神经系统 持续的交感-肾上腺素能系统激活是心力衰竭发生发展的基本机制。而心力衰竭主要是由于交感神经过度激活，导致儿茶酚胺类物质的含量增加，对心肌产生毒性作用，而导致心肌损伤，研究也证明心脏交感神经阻滞能够对心脏起到一定的保护作用；不间断的、过多的刺激能够使心肌β受体的敏感性减弱甚至消失，钙和钾等离子的转运过程发生障碍，对心肌收缩的协调性产生了一定的影响，从而诱发心律失常，加速心力衰竭的进展。因此，心力衰竭时交感神经的长期激活是造成心功能恶性循环的重要环节。在衰竭心脏高浓度儿茶酚胺水平使β1、β2受体下调或脱敏，β3受体兴奋，并与心力衰竭严重程度相关[14]。研究证实，β3受体具有引起负性肌力、参与心肌能量代谢和细胞凋亡的作用。儿茶酚胺能增加β3受体介导的产热和脂解作用，而脂肪酸增加具有直接的细胞毒性作用，损伤心肌收缩功能，甚至引起严重的恶性心律失常；有研究表明，β3受体激动后，β3受体密度明显上调、心肌细胞凋亡数量显著增多，提示β3受体参与了细胞凋亡途径。因此，对β3受体进行适时干预，既可以拮抗负性肌力作用，还能改善心肌细胞能量代谢，减少细胞凋亡，增强心功能。CIBISII、COPERNICUS、BEST等大型临床实验结果也表明，在使用利尿剂和血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)的基础上应用β受体阻滞药对抗交感活性治疗心力衰竭，可明显降低病死率和住院率，并改善预后[15]。

1.6 内皮功能障碍 在射血分数保留的心力衰竭(HFpEF)发病机制中，与合并症相关的系统性炎症导致的内皮功能障碍发挥着重要作用。研究表明，内皮功能障碍可影响心脏成纤维细胞的功能、心肌细胞功能及心脏神经体液的调节。内皮功能障碍时，一氧化氮(NO)的生物利用度减少，引起内皮-间充质转变(EndMT)及加速心脏纤维化；NO通过环磷酸鸟苷(cGMP)-蛋白激酶 G途径发挥直接抗纤维化作用，而EndMT过程中，发现成纤维细胞的水平明显上升[16]。 Zeisberg 等[17]研究证明，在慢性压力超负荷期间EndMT导致心脏纤维化。最近的研究证明，内皮素-1[18]和还原型辅助Ⅱ(NADPH)氧化酶[19]分别在糖尿病病人和AngⅡ诱导的心脏肥大和纤维化的实验模型中诱导 EndMT。因此，当内皮功能障碍时可以引起心肌细胞肥大和HFpEF。HFpEF合并症引起全身炎症状态，严重影响冠状动脉微血管内皮，导致神经元功能障碍或死亡以及神经血管灌注减少、功能障碍和细胞凋亡。研究发现，心脏神经体液系统的失调不仅直接调节血流动力学和心脏功能，也会激活心脏炎症反应和随后的重构。

1.7 表观遗传学 其主要通过使基因组DNA胞嘧啶甲基化、组蛋白乙酰化以及利用小分子的microRNA抑制RNA序列的翻译，修饰增生的信号转导通路，进而达到修饰、调节心脏肥厚的目的，这具有重要的潜在治疗意义，有希望通过表观遗传学手段抑制心脏适应不良性肥厚，最终延缓或逆转衰竭心脏的恶化。心力衰竭发生发展的过程是进展性的、不可逆的，病人一旦进入更高的分期，就难以回到之前的分期。心力衰竭病人分期的进展与5年生存率降低和血钠尿肽水平升高相关。各期的治疗目标着重点不同，21世纪在心血管药物方面的研究虽然取得了巨大进步， 但远期病死率仍无明显降低，迫切需要寻求新的治疗方法，因此，针对心力衰竭机制的研究将成为未来防治心力衰竭的主要方向。

2 中叶素

中叶素是近年发现的一种心血管调节肽，是降钙素基因相关肽(calcitonin generelated peptide，CGRP)超家族新成员，可以广泛作用于 CGRP家族受体即降钙素受体样受体(CRLR)/受体活化修饰蛋白(RAMP)，从而发挥一系列生物学效应，具有调节血压和心脏功能、加速血管形成、抗氧化应激、抗细胞凋亡等关键作用。

2.1 中叶素结构 降钙素基因相关肽超家族是由降钙素(calcitonin，CT)、胰淀粉样多肽(islet amyloid polypeptide，IAPP)、降钙素基因相关肽(CGRP)和肾上腺髓质素(adrenomedullin，ADM)共同构成。 中叶素是Roh等[20]在2004年采用系统进化分析法从人类和其他脊椎动物基因组发现的一种新的血管活性物质，由于它在腺垂体中叶(intermediate lobe of the anterior pituitary)表达丰富， 故命名为Intermedin。而在此之前，2003年日本学者Takei 等[21]亦在哺乳动物体内证实了ADM家族新成员肾上腺髓质素 2(ADM2)的存在，并发现人ADM2与preprolMD在结构与功能都极为相似，二者的氨基酸序列完全相同，且较强的舒张血管作用也相仿。中叶素与CGRP、ADM类似，通过与G蛋白耦联的CRLR/RAMPx复合物结合后发挥其生物学活性。CGRP可选择性地活化 CRLR/RAMP1复合体，ADM可选择性地活化CRLR/RAMP2 或 CRLR/RAMP3 ，而中叶素能与 CRLR/RAMPx 任何一个复合体非选择性地结合。杨靖辉等[22]研究发现，中叶素1-53较同浓度ADM作用组具有更强的降压作用。以上研究均证实中叶素是较 ADM 作用更强、更广泛的 CGRP 家族的新成员，其与 ADM家系在结构和功能上的相似，又称为ADM2。

人中叶素基因定位于22号染色体，其基因编码是由148个氨基酸残基组成中叶素前体蛋白，其 N-端有分子内环，以S-S键相连，前体蛋白上有多个蛋白酶切位点[23]，蛋白水解断裂在体内可进一步剪切为不同的活性片段，如含47个氨基酸的中叶素1-47即preproIMD101-147和含40个氨基酸的中叶素8-47即preproIMD108-147。另外，对中叶素氨基酸序列的进一步分析发现在preproIMD分子的第93位和第94位是一对精氨酸残基[24]，是内源性肽酶降解的位点，可降解为preproIMD95-147即IMD1-53，是中叶素 的主要活性片段。

2.2 中叶素的分布及生理学作用 研究表明在新生儿心肌细胞可测到IMD mRNA 表达，而在成人中未测到，推测其在成人阶段已达生理性最大水平，只有在应激状态下才表达增加[24]。在动物组织中发现，中叶素的分布比较广泛，而在一些组织中存在高表达，如心、脑(下丘脑)、肾，在心脏层面，中叶素表达于心肌细胞、冠状动脉平滑肌细胞等。

既往大量研究发现，中叶素在降低血压、升高心率、改善心肌缺血再灌注、抗心肌肥厚等方面均具有重要的生物学作用。研究还发现，在早期急性肺损伤中中叶素对肺表面活性物质 A(pulmonary surfactant-A，SPA)具有抑制作用，同时也可以促进多种炎性因子的生成，从而对肺损伤起到一定的保护作用[25]。在肾脏系统中叶素可不改变肾小球滤过率而使肾血流量增加，并产生抗利尿、抗利钠效应[21]。在动物实验中发现中叶素通过激活下丘脑垂体-肾上腺轴促进催乳素等激素的释放，从而对生长激素的表达产生了抑制作用[26]。另有研究证明，中叶素对在脂质代谢紊乱过程中导致的肝损害也有一定的保护作用[27]。此外，中叶素还与减弱胃肠运动、肥胖的发生有关。

2.3 中叶素与心血管疾病 有研究显示，当机体受到外界刺激时，抗氧化酶清除毒物能力减弱，导致氧自由基大量产生、炎性因子释放，而内源性中叶素代偿性升高可使机体组织器官免受或减轻损伤。据报道，中叶素能通过与CRLR/RAMP损伤复合物结合而激活具有抗氧化应激效应的MAPK/ERK1/2通路，但具体机制还需进一步研究。

既往动物试验中， Teng等[28]发现，活性氧(ROS)的过量产生是心肌损伤的主要机制， 而注射外源性中叶素可以减弱大鼠缺血再灌注损伤(I/R)诱导的心肌损伤、逆转心动过缓、增强心肌收缩力和左室压力， 同时减少肌红蛋白、丙二醛(MDA)等心肌损害物质，其作用机制与 cAMP活化，从而激活下游信号通路偶联有关。杜秋香等[29]在大鼠心脏 I/R模型中观察到股静脉注射中叶素后，血清中乳酸脱氢酶(LDH)、心肌组织 MDA活性降低，超氧化物歧化酶(SOD)活性升高，认为中叶素在缺血性心肌中可作为内源性反调节肽，通过氧化应激从而减少心肌细胞凋亡。Zhao等[30]报道，中叶素1-53可以通过抑制ROS的产生和增强ERK的磷酸化、降低NADPH氧化酶复合物亚基 gp91 phox和 p47 phox的蛋白水平， 来改善由 I/R诱导的心肌氧化应激损伤。张辉等[31]在急性心肌梗死(AMI)大鼠模型中观察到中叶素干预组的肌纤维断裂、融合现象及心肌纤维化均得到改善，认为中叶素对AMI损伤有保护作用。另外，还有研究还发现，在糖尿病I/R模型中，中叶素可降低心肌中 MDA含量，并增加SOD活性[32]；在肾脏I/R模型中，在缺血的肾脏中中叶素的过表达可导致 SOD 活性明显上升，从而减少 MDA 的含量[33]。在大鼠脑I/R模型中观察到与 I/R组相比， 中叶素组可明显提高 SOD的含量，同时可导致 MDA的含量减少，为了减少脑缺血再灌注损伤，中叶素可通过抗氧化应激反应来起作用[34]。而在临床试验中，Morrice等[35]研究表明，在急性冠脉综合征(ACS)组，发病24 h内，血清中叶素水平明显上升，考虑心肌缺血损伤时， 通过开放细胞外K+通道，中叶素受体 CRLR/RAMP1/2/3更多地被运输到细胞表面， 中叶素与更多的受体结合，其含量升高，提示着在ACS中中叶素可能对缺血心肌具有保护作用。同时，张梦迪[36]研究也表明在ACS 病人血清中，经检查发现中叶素水平也是上升的，而SOD 的活性却是降低的，考虑在ACS 中，中叶素对心肌的保护作用可能是通过抑制氧化应激从而发挥作用的。还有研究表明，当人主动脉中缺血缺氧时出现代谢应激产物如过氧化氢、脂质过氧化物等升高， 测定主动脉内皮细胞中中叶素也随之代偿性上调，提示中叶素在主动脉内皮细胞具有一定免受氧化损伤和细胞凋亡的保护性作用[37]。

研究发现，中叶素与心力衰竭机制之间存在一定的关系。给予大鼠外源性中叶素1-47后，休克时所出现的心力衰竭现象和低血糖高乳酸血症均显著改善，表现为中叶素含量和蛋白表达的升高，故考虑在休克引起的损伤时，中叶素可能起到了内源性保护作用[38]。 余小华等[39]采用放射免疫分析46例慢性心力衰竭(CHF)病人和42名健康体检者血浆中叶素水平发现，CHF病人血浆中叶素的浓度明显低于健康人，且血浆中叶素水平的降低与病人CHF的严重程度呈正相关。王学军等[40]研究也发现了这一关系，并认为CHF病人血浆中叶素水平降低可能与心脏压力负荷减轻相关。

中叶素可通过干预其氧化应激状态发挥其生物学效应，中叶素可能与抑制心力衰竭机制相关，而中叶素能否通过抑制氧化应激效应来改善心力衰竭的作用尚未见详细报道，有待进一步深入研究。

3 结语与展望

心力衰竭时机体受到多种因素刺激，可激活免疫应答、氧自由基爆发、机体功能障碍，此时内源性的中叶素代偿性升高，并可能通过抗氧化应激机制起到抗心力衰竭的作用。但目前关于此相关机制尚不明朗，有待进一步探究。后期可通过研究心力衰竭病人中中叶素水平变化及其与氧化应激指标(如ROS、SOD)之间的相关性，并增加相关的动物实验，给予外源性中叶素和氧化应激抑制剂等，进一步观察中叶素抗氧化应激的作用机制，或许会为心力衰竭的治疗带来新的希望。另外，在后期研究中还可对心力衰竭病人进行主要不良心血管事件(MACE)[41]随访，并通过单因素和多因素分析血浆中叶素水平与MACE的相关性，研究中叶素是否作为心力衰竭病人MACE的预后因素，且中叶素血浆水平升高是否为MACE的独立预测因子。该方面研究如果能够取得进展，将有望将中叶素合理应用于临床中，为心力衰竭的诊断、治疗、防治等提供科学依据。