导语:心肌梗死后心肌组织修复对于恢复心脏完整性和功能至关重要。坏死的心肌细胞刺激成纤维细胞增殖与转化,并促进胶原表达。增加的胶原可填补坏死心肌组织,但过度胶原沉积又能引起心功能障碍,导致心力衰竭。因此,寻找有效调控心肌梗死后胶原表达介导组织修复的策略,对于维持心肌梗死后心功能及心肌梗死预后具有重要的意义。
一、心肌梗死可表现为胸部压迫感等不适,晚期的发病率和死亡率比较高
1、心肌梗死的临床特征
心肌梗死患者可能会出现多种症状,可表现为胸部压迫感等不适,这些不适会辐射到颈部、肩膀或手臂等其他部位,同时还可能伴随着呼吸急促、出汗、恶心、呕吐、心脏跳动异常、焦虑、疲劳以及其他症状。心肌细胞富含多种蛋白质和酶,主要包括肌红蛋白(myoglobin,MB)、肌钙蛋白I(cTnI)和肌酸激酶同工酶MB(CK-MB)。
当心肌细胞受损时,这些蛋白质和酶从坏死和分解的心肌细胞中释放并运输到血液中。因此,目前常用MB、cTnI和CK-MB三种生物标志物用于诊断患有疑似心肌梗死典型症状(例如胸痛)患者。虽然cTnI是心肌梗死后高度特异性生物标志物,但是在心肌梗死后的最初几个小时内血液中含量水平变化不明显。
另外,MB相对敏感,大约在心肌梗死后3小时内升高,但是人体其他部位横纹肌的损伤也会将MB释放到血液中从而提高其在血液中的浓度。目前,CK-MB是被广泛认可心肌损伤的生物标志物。
2、心肌梗死后组织修复过程
目前在降低心肌梗死早期死亡率方面取得成功,但是由于不适当的组织修复导致的心力衰竭是心肌梗死晚期发病率和死亡率的主要原因,仍然是一个未解决的临床问题。心肌梗死后组织修复是一个精细和复杂的生物过程。心肌梗死后的心肌损伤是激活炎症反应的一个强有力的触发器。
心肌梗死后,炎症反应被诱导并协助修复心肌和恢复心肌组织完整性,但过度的炎症过程促进了异常的心脏重塑和心力衰竭。心肌梗死后,首先心肌组织进入炎症期。急性心肌损伤导致局部炎症、血管内皮细胞的活化和粘附分子的过表达、整合素招募免疫细胞。
事实上损伤的心肌细胞在心肌梗死后启动坏死程序,并释放危险相关分子模式到细胞外环境,促进急性炎症反应消化,清除坏死碎片和细胞外基质组织。随后进入增殖期和修复期,伴随有肌成纤维细胞增殖,形成瘢痕和新生血管等。早期炎症的激活是过渡到后期增殖期和修复期的必要条件。
炎症的过度延长或抑制均可能导致心肌组织的不良愈合,从而形成缺陷的瘢痕,加剧心脏收缩功能障碍,最终导致心肌梗死面积扩大、不良重塑和腔室扩张等现象。因此,心肌梗死后的炎症期、增殖期和修复期均需要达到适当的稳态平衡,才能实现最佳的组织修复效果。
3、心肌梗死后的脂肪酸代谢
近年来,脂肪酸代谢越来越受到人们的重视。健康成年心脏的能量来源主要有脂肪酸(FA)(60–90%),葡萄糖(10–40%),乳酸盐和酮体氧化。葡萄糖氧化效率比FA氧化高5%至15%;此外,FA可以诱导线粒体解偶联,导致ATP产生效率降低。细胞中FA氧化发生在线粒体和过氧化物酶体中,主要有三种途径,即β氧化、α氧化和ω氧化。
其中,β-氧化是FA分解代谢的主要降解途径,也是研究最广的氧化途径。脂肪酸被氧化前必须先活化,由内质网、线粒体外膜上的脂酰辅酶A合酶催化成脂酰辅酶A。乙酰辅酶A羧化酶(ACACA)是脂肪酸合成中的限速酶。
脂肪酸合成酶(FASN)是一种关键酶,可催化脂肪酸完成最终反应,且脂肪酸链合成的整个过程都是在脂肪酸合成酶系统中进行。用于脂肪酸成的乙酰辅酶A主要是葡萄糖分解供给,葡萄糖分解的中间产物乙酰辅酶A在线粒体产生,不能自由透过线粒体内膜参与脂肪酸的合成过程。
参与脂肪酸链的二碳单位的直接来源并不是乙酰辅酶A,而是乙酰辅酶A的羧化产物——丙二酸单酰辅酶A(Malonyl-CoA)。胆固醇调节元件结合蛋白1(SREBP-1)属于基本螺旋-环-螺旋亮氨酸拉链转录因子超家族。研究表明,SREBP-1可调控脂肪酸合成过程,其中ACACA受SREBP-1的调控。
4、心肌梗死的体内与体外模型
心肌梗死的体内模型有很多种,其中通过开胸结扎冠状动脉左前降至建立心肌梗死模型的方法已经使用多年,是常用的心肌梗死动物模型。在实验操作过程中永久性结扎冠状动脉左前降至后,该区域血管堵塞不允许血液流入,而周围的心肌组织几乎不受影响,这种外科手术模仿了与心肌梗死疾病相关的病理生物学和病理生理学等。
近年来,心肌梗死的体外模型已越来越多地用于更好地了解相关的细胞和分子途径。为了模拟心肌梗死期间心脏氧气和营养供应中断,科研人员通常将细胞系或原代细胞放在无葡萄糖培养基糖和低氧的环境下培养,建立氧糖剥夺模型。
二、了解成纤维细胞研究现状,心肌成纤维细胞是正常心脏中的主要细胞
成纤维细胞是一种独特的细胞类型,它起源于间充质并广泛存在于所有的组织和器官中,它们主要负责调控细胞外基质的产生和急性伤口的愈合。扫描和透射电子显微镜及梯度离心实验的研究表明,成纤维细胞在成年哺乳动物心脏中的数量可能超过心肌细胞。然而,最新研究表明,心肌成纤维细胞可能比之前认为的少。
有数据表明,在成年鼠心脏中心肌细胞和成纤维细胞分别占总细胞含量的56%和27%,并且心肌成纤维细胞是正常心脏中除心肌细胞外主要存在的细胞类型。总之,心肌细胞与非心肌细胞之间的比例可根据物种、年龄和性别等因素而发生显著变化。
结语:研究已发现一种调节心肌脂肪酸降解的CPT1/HADHB信号通路,这一通路对于维持心肌能量的稳态是必不可少的。脂肪酸降解的增加将导致心肌梗死后病情恶化,因此抑制脂肪酸降解可能是治疗心肌梗死的一种有前景的治疗方法。但抑制脂肪酸降解是通过是否可以通过调控胶原表达参与心肌梗死后组织修复尚未见报道。