杨水祥教授谈：心房纤维化与心房重构对房颤的作用及意义

北京世纪坛医院   杨水祥

 
        关键词：心房纤维化 电重构 收缩性重构 结构重塑 螺内酯 分子机制 细胞外基质 胶原

        编者按：心房纤维化与心脏疾病及心律失常（包括心衰和房颤）的发生有着极为密切的关系。盐皮质激素受体拮抗剂能有效降低动物模型心房纤维化及房颤的发生，已成为房颤治疗的潜在手段，并在心衰合并房颤病人的治疗中得到证实。本文将综述并讨论这方面的研究进展，包括：1心房纤维化与心房纤颤的关系；2 螺内酯治疗心房纤维化与房颤的作用；3 心房纤维化和房颤发生的一些重要和共同机制。

        1. 前言 
    
        房颤的发生源于心脏电生理改变和心房结构重塑的共同作用。心房纤维化是一个有害的过程，会引起细胞外基质沉积与降解失衡，以及成纤维细胞的过度增值等。早期研究显示心室纤维化会引起心室壁进行性硬化，进而引起心室功能不全和充血性心力衰竭。但随后的研究突出显示了心房纤维化与房颤的关系，与瓣膜病、高血压和老龄化的关系。由于房颤是成人中最常见的心律失常，并且极大地增加中风和早产儿死亡的风险，因而心房纤维化与房颤的关系已成为近期研究的热门课题。针对心房纤维化及房颤相关信号途径的药物也成为近期研究的焦点。血管紧张素II受体阻滞剂，血管紧张素转换酶抑制剂，抗炎及抗其它(非抗心律失常)因子作为心房纤维化与房颤的潜在干预方法已倍受人们关注。现在越来越多的证据表明盐皮质激素受体的激活是心房纤维化及房颤进展的重要促进因素，盐皮质激素受体拮抗剂能有效降低动物模型中心房纤维化及房颤的发生，进而作为治疗人类房颤的潜在方法已得到越来越多的关注。

        2. 心房纤维化与心房纤颤：是因是果？ 
    
        人们已发现心房纤维化与心房纤颤常共同发生，但是不清楚它们之间是否有直接的因果关系还是作为心脏各自独立的病理结果而出现。临床上，单独患房颤病人的心房活组织样本组织学分析显示25%的此类病人并没有出现心房纤维化的标志。同样，在山羊房颤的模型中，也证实患有房颤的山羊对心房纤维化没有太大的影响。然而，利用慢性快速心室起搏或者转化生长因子-β1（TGF-β1）制备的其他慢性心房纤维化的动物模型，显示心房纤维化的加重与房颤诱发性的增加相关联。这些数据表明心房纤维化是房颤诱发的充分非必要条件。

        房颤同样也能促进心房纤维化。单独患有房颤的人群中，对诊断为房颤并且心房大小正常的病人进行长时间的评估，人们已经证实房颤持续20个月以上时，病人会出现心房结构的重塑进而引起心房扩大和扩张。有两项研究，一是通过二尖瓣反流在狗身上诱发慢性心房扩张，另一个是借助快速心室起搏诱发狗充血性心力衰竭，均显示了房颤的诱发性与心房扩张或纤维化存在联系。这些研究强调了慢性心房扩张在心房结构重塑中的作用，并提示心房纤维化既是房颤的触发器又是房颤的副产物，可能是通过某种机制影响心房扩张相关的信号途径所致。因而，房颤与心房纤维化间的关系会引起心脏功能的不断恶化以及房颤发作的增加。

        3. 心脏电重构与收缩性重塑 
        3.1 电重构 
    
        心房电重构主要是由于L型钙电流的显著减少及动作电位持续时间的缩短，从而引起心房有效不应期的缩短所致。这一机制与心房纤维化的发生和维持有关。山羊房颤模型的研究显示，心房有效不应期显著缩短同时引起房颤发作持续时间的显著增加。这种缩短的有效不应期极大地影响了收缩期间心肌细胞的反应能力，进而增加了房颤发生的易感性。许多研究者主张这些电位变化与早期分子丢失以及缝隙连接蛋白（连接素40和连接素43）与闰盘分离相关联，从而提议早期缝隙连接重塑构成了房颤中传导异常的基础。然而，由于临床和动物实验数据不符，因而连接素43与房颤的确切联系尚待明确。离子重构也是充血性心力衰竭合并房颤电重构的结果，但同时也是房颤患者心房结构重塑的继发结果。连锁分析研究已经鉴定出了房颤病人钾离子通道的突变，尽管仍未确定离子通道重构能否直接促进小鼠和人类房颤及其心房纤维化的发展。

        3.2 收缩性重构 
        收缩性重构的证据表明，在纤颤的心脏中，心房收缩性能的降低导致了心房的扩张。近期研究指出1，4，5-三磷酸肌醇受体介导的钙离子释放在房颤发生及心房组织兴奋收缩偶联调节中起着重要的作用。对2型三磷酸肌醇受体缺陷型小鼠研究揭示，心房细胞2型三磷酸肌醇受体的丢失会破坏内皮素1的正性肌力作用，并保护心房细胞免受其致心律失常作用，从而意味着钙释放通道也能促进房颤的发展。这一观点得到了降低L型钙电流研究的进一步支持，证明L型钙电流的降低是慢性房颤兴奋收缩偶联不可或缺的。

        3.3    结构重塑 
        心房内结构重塑由间质纤维化和心房扩张所构成。由细胞丢失、纤维组织替代及细胞外基质的扩展造成的细胞间隙增大也会引起心肌细胞间传导延迟和传导通路的改变。这些变化形成明显的心电异位病灶和各向异性传导（方向性变化），并可产生非均匀波阵面从而引起折返性心律失常。心房结构重建对房颤发展的影响，在过度表达TGF-β1的心肌细胞特异转基因小鼠模型中得到证实，TGF-β1过度表达会引起心房纤维化。在这些转基因小鼠中，心房纤维化的加重明显增加房颤的易感性，而且表明心房纤维化加重为房颤的发生打下了充分的基础。

        4. 心房纤维化和房颤的药物干预 

        4.1 肾素-血管紧张素-醛固酮系统的作用 
    
        肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）对肾脏的作用机制已得到广泛研究，醛固酮在心脏纤维化中的作用也已被广泛探讨。尽管醛固酮在心脏中明确的机制和效应尚未清晰，但先前多种小鼠模型的研究显示，增加醛固酮水平会导致心房纤维化的进展。醛固酮在心脏中的生物合成仍有争议，尤其当涉及到心脏合成的醛固酮水平是否足以影响心脏的病理变化时更为明显。尽管醛固酮主要在肾脏中合成，但已有报道小鼠心脏也能合成醛固酮。在用血管紧张素II
(AngII)和一氧化氮合成抑制剂（N-硝基-精氨酸-甲酯）调控的高血压及心脏损伤的小鼠模型中，发现通过肾上腺切除术或应用选择性醛固酮拮抗剂依普利酮去除醛固酮的作用，足以显著降低其对心肌和肾脏的损害。这些研究表明与心脏局部产生的醛固酮相比，由肾上腺产生的全身性醛固酮对心肌损伤的发展具有更大的作用。

        4.2 盐皮质激素受体拮抗剂 
    
        盐皮质激素受体(MR)拮抗剂已作为一种潜在的治疗纤维化方法。评估螺内酯在降低严重心衰患者的发病率和死亡率的试验表明，1663位住院心衰病人，在使用血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)、速尿及地高辛三联治疗的基础上，给予每天25毫克的螺内酯，发现治疗组较对照组死亡率下降30%，因心脏并发症住院的风险下降30%，从而提供了强有力的证据证明螺内酯在治疗心衰中的疗效。另外，对螺内酯治疗前和治疗六个月时病人体内前胶原水平分析显示，III型前胶原血清水平低于基础水平。尽管这项实验强调螺内酯治疗与血清胶原代谢下降相联系，但是螺内酯在房室心肌纤维化中的作用并没有给予直接评估。随后的研究显示螺内酯联合应用氯沙坦能够改善心率变异性以及QT离散度，提示螺内酯在心脏自主节律控制和心电稳定性方面的作用，后者对室性心律失常的发生具有预测性。

    
        螺内酯对心脏产生积极作用的机制虽不完全清楚，但在心梗诱导的心衰小鼠模型中，螺内酯治疗明显阻止了房室纤维化的发展。同样在充血性心力衰竭的小鼠中，螺内酯能抑制纤维化以及缩短房颤持续时间，这些结果表明盐皮质激素受体依赖途径虽不是螺内酯作用靶点，但在心房纤维化发展中起着至关重要的作用。螺内酯抗纤维化的作用似乎与拮抗醛固酮降低血压的作用不相关，但在高醛固酮血症的小鼠中，给予不足以引起血压下降剂量的螺内酯会显著降低心房纤维化。总之这些研究突出了螺内酯在抑制心房纤维化及房颤中的作用。

    
        许多研究都试图发现螺内酯的作用途径，经醛固酮及盐处理的小鼠，其心肌损伤的程度可被螺内酯和氯沙坦所减弱，并由其降低心肌纤维化的程度所证实。同样，螺内酯和氯沙坦也能降低心脏1型血管紧张素II（AT1）受体的表达。最近，小鼠中含Nox2的还原型辅酶II氧化酶，作为AngII的下游靶点，已被证实能引起间质纤维化，但能被螺内酯所抑制。该研究提出螺内酯与心肌纤维化相关的AngII信号通路相关联，但具体机制仍不清楚。另外，使用小干扰RNA敲除心脏成纤维细胞MR的近期实验证实，醛固酮可以通过非MR依赖途径刺激弹力纤维发育，可能是潜在非MR依赖的螺内酯作用机制。

    
        尽管螺内酯作为抗纤维化MR拮抗剂得到了更多的关注，新型MR拮抗剂依普利酮，在降低实验性心肌纤维化以及提高对充血性心力衰竭病人的预后方面有着相同的作用。与非选择性MR拮抗剂螺内酯相比，依普利酮选择性与MR结合，不与孕酮和雄激素受体相结合，不诱导男性乳房发育、乳房疼痛及阳痿发生。尽管依普利酮的临床研究似乎很有前景，但对病人长期预后和对心脏纤维化的有利作用仍待明确。

        4.3    血管紧张素II受体拮抗剂 
    
        AngII受体拮抗剂治疗心肌纤维化和房颤的作用有待证实。研究表明，缬沙坦能够降低高血压小鼠心肌纤维化的程度。同样坎地沙坦，能降低房颤模型犬的心肌间质纤维化和房颤发作持续时间。但最近的一个临床试验表明，缬沙坦对伴发心血管疾病、糖尿病及左房扩大的房颤患者一年后房颤的复发没有影响，与以前的动物实验和临床研究结果相矛盾，需要进一步探讨其治疗心房纤维化及房颤的作用程度，包括从心房纤维化进展到房颤的长期效应以及对心房纤颤一级预防的作用。

        5. 房室纤维化中的信号传导
        心室纤维化的机制已有较多的研究。然而，心房纤维化的机理尚未明了。房室纤维化的共同触发机制已有描述，包括了RAAS、炎症及氧化应激的激活。阻断AngII受体和醛固酮具有抗炎效应，同样用抗炎药物曲尼司特治疗高血压小鼠可以阻止心肌纤维化及胶原积聚。通过小鼠心肌细胞特异的Nox2的过度表达抑制氧化应激，可降低醛固酮介导的纤维化进程。过氧化物酶增值活化受体γ (PPAR-γ)激活剂匹格列酮能拮抗AngII的激活，具有体外抗炎和抗氧化特性，还能够成功延缓小鼠充血性心力衰竭相关的心房重塑及房颤进展。总之，当上述这些通路不同程度激活时，房室特异的纤维化过程也变得更加明显。

    
        纤维化并不总是累及整个心脏，在单纯性房颤的病人可出现局灶性心房纤维化。房颤动物模型研究表明，在α-MHC启动子控制下，过度表达血管紧张素转化酶（ACE）的转基因小鼠，显示心室正常而心房肥大扩张并伴有局灶性纤维化和房颤；在同样的启动子控制下，表达具有构建活性的TGF-β1突变体的转基因小鼠，心室正常而心房纤维化。这些研究提示心房心室纤维化存在不同的介导机制，至少涉及到AngII和TGF-β1信号途径。Paradis et al报道过度表达AT1受体同时导致心房和心室的纤维化；过度表达ACE及AT1受体时出现房室不同程度的纤维化。可能的解释是心房心室中能有效结合的AT1受体数量不同，进而导致心脏纤维化的程度不同。

    
        房室在形态、内分泌及纤维增值反应中也存在差异。研究显示心房对各种致纤维化的刺激反应更为强烈，心房成纤维细胞的强烈反应，能解释许多心脏疾病中出现选择性的心房纤维化。研究表明，心房中内源性AT1受体水平远高于心室。AngII通过偶联AT1受体，激活G（q11）蛋白而调节醛固酮的分泌。然而，最近的研究强调了另一种由骨架蛋白β-阻遏蛋白1(betaarr1)调控的AT1受体依赖的醛固酮分泌机制，这种参与纤维化相关调节信号途径的接头/骨架蛋白在心房中表达而不是心室。所以相比心室而言，许多情况可能更易于促进选择性心房纤维化进展。

        6. 心房纤维化相关细胞外基质蛋白的调控 
    
        在心房纤维化的病例中，尽管存在不同表达水平的细胞外基质蛋白，胶原是最常检测到的这种成分蛋白。细胞外基质主要由胶原纤维组成，同时也包含层粘连蛋白、巢蛋白、纤维连接蛋白和原纤维蛋白。这些成分构成了基底膜和各种蛋白聚糖。I型和III型胶原纤维有助于维持心肌组织结构的完整性以及帮助把心肌细胞收缩性转化为为心室的泵血功能。基底膜维持细胞间相互作用和细胞粘附，而蛋白聚糖被认为在粘附及信号传导中起着重要作用。

    
        尽管胶原成为纤维化的主要标志，但是其他的细胞外基质蛋白在决定细胞外基质的特性方面起着重要作用。在扩张性、缺血性及瓣膜性心肌病中，心脏表达的大量细胞外基质蛋白存在差异，其中包括胶原，纤维连接蛋白和层粘连蛋白，这就提示不同细胞外基质蛋白的水平可能会导致不同的心肌病变。其他不能直接检测到的细胞外基质蛋白的表达可能在纤维化中也会改变。心衰犬模型显示犬心脏内8种胶原基因的表达活性上调了10倍以上，原纤维蛋白1上调了八倍，纤维连接蛋白上调了五倍。这些发现证实其他基底膜蛋白对纤维化的潜在促进作用。用AngII处理的大鼠心脏，其细胞外基质中的原纤维蛋白1增加。同样，与窦性节律的心脏相比，在猪房颤模型心房中检测到许多上调的细胞外基质蛋白，包括原纤维蛋白1，纤维连接蛋白以及纤维调节素。蛋白质表达的差异有可能导致细胞外基质中蛋白比例的改变，进而有助于心房纤维化的形成。另外，增加原纤维蛋白的水平可能引起其他信号途径的变异从而导致进一步的病理改变。目前仍缺乏详尽的关于非胶原细胞外基质蛋白在心房纤维化中的作用研究。

    
        心脏中另一个促进细胞外基质重建的因子是基质金属蛋白酶（MMPs）,和内源性组织金属蛋白酶抑制物(TIMPs)。金属蛋白酶属于基质蛋白酶家族，参与细胞外基质蛋白的代谢。不同的刺激物，包括氧自由基，都能激活MMPs从而增加纤维化的发生。同样，下调TIMPs也会导致纤维化增强。Mukherjee et al 研究发现在患有充血性心力衰竭而无房颤的病人中，心脏房室在胶原成分、MMPs和TIMPs上有明显的改变，进而发现它们在控制房颤相关的心房结构重塑中发挥作用。Moe et al 在随后的一项研究中也证实TIMPs会降低充血性心力衰竭小鼠模型中心房纤维化的发生和房颤的可诱发性，这一发现也强调了MMPs成为心房纤维化和房颤潜在的治疗靶位点。

        7. 未来与发展 
    
        有充分证据表明心房纤维化在心房纤颤的发展和维持方面起了关键性的作用。因此，抗纤维化成为成功治疗房颤的潜在手段。盐皮质激素受体介导的通路是治疗心房纤维化和房颤的明确靶点，盐皮质激素受体拮抗剂在降低心衰病人发病率和死亡率方面也显示出了希望。虽然其作用的潜在机制还不明确，但螺内酯确实能够减弱细胞外基质蛋白的正向调节和特定AngII信号靶序列的表达。然而，盐皮质激素介导的通路能否直接影响细胞外基质的新陈代谢、基因调控和/或针对AngII信号传导通路起作用还有待证实。因为AngII信号轴中的特定介质被认为优先调控心房纤维化而不是心室纤维化。盐皮质激素介导的通路是否也能够针对心房纤维化，特别是针对AngII介导的靶点起作用还有待证实。

    
        在研究活体内心房纤维化和心室成纤维细胞的一个限制条件是缺乏特异的心室成纤维细胞标记物，所以在活体内无法对这些特殊细胞进行研究。有一些研究的目的在于识别心脏成纤维细胞的特定基因，或识别这些基因中能够导致心脏成纤维细胞基因靶向切除或过度表达的调节序列。由于目前的心房纤维化小鼠模型是通过心肌细胞特定候选基因的过度表达来制备的,这表明心肌细胞中表达的基因对心脏成纤维细胞产生作用。一系列的新近研究已经发现了新的候选基因，有待于通过基因敲除或过度表达明确这些基因在心脏的定位。这些候选基因可能是位于与纤维化有关的信号通路中更下游的目标。有特殊作用的基因包括甘油二脂激酶Z，纤溶酶原激活剂抑制剂I（PAI-1）和结缔组织生长因子和它的调节因子基因。最近的研究已经把微小RNA133和微小RNA30视为通过结缔组织生长因子转录后调节来合成胶原蛋白的重要介质。那些评估盐皮质激素受体拮抗剂效应的临床试验，只有与心房的组织学分析相结合才能使我们更完整的确定药物的功效。从预防房颤角度直接对比螺内酯和其它抗纤维化药物的作用也是必须的。同样，从心房细胞的电生理特性和药物治疗后基因表达图谱的改变，来直接评估盐皮质激素受体介导的通路的直接效应也是很关键的。

        文章来源：心血管网