摘要心肌肥厚是肥大刺激诱导核内基因异常表达的结果，细胞内信号转导通路是肥大刺激与核内基因转录活化的偶联环节。然而，不同刺激诱导的心肌肥大可能具有不同的“分子表型”，这主要取决于它们启动的信号转导通路。对心肌肥大信号转导通路的深入认识，不仅有助于阐明心肌肥厚的细胞分子机制，而且可为药物干预防治心肌肥厚提供新思路。

学科分类号Q463;R54

Signal Transduction Pathways in Cardiac Myocyte Hypertrophy

FU Min-Gui,TANG Chao-Shu

(Institute of Cardiovascular Research,the First Hospital,Beijing Medical University,Beijing 100034)

AbstractCardiac hypertrophy is the consequence of hypertrophic stimulus-induced changes in gene expression,which is linked by intracellular signal transduction.It is likely,however,that there are “molecular phenotypic” differences underlying cardiac hypertrophy triggered by different stimuli,which is caused by the different signal pathways that they initiated.Studying on the signal pathways in cardiac myocyte hypertrophy contributed to elucidate the cellular and molecular mechanisms of cardiac hypertrophy and might find some new strategies for the prevention of cardiac hypertrophy.

Key wordsCardiac hypertrophy; Signal transduction pathway; Gene expression

心肌肥厚(cardiac hypertrophy)是指心肌细胞增大而无细胞分裂，是心肌细胞对高血压、瓣膜病、急性心肌梗塞及先天性心脏病等常见临床疾病的一种基本应答。由于人出生后不久心肌细胞就失去分裂的能力，所以成年心肌细胞只能以这种机制来适应负荷的增加。虽然初期心肌肥厚是一种有益的适应性反应，以求平衡心肌应激的增加，但长期应激所致的持续性心肌肥厚最终可导致扩张性心肌病、心衰和猝死。

从细胞水平上心肌肥厚可分为三个环节：胞外的肥大刺激信号、胞内信号转导及核内基因转录的活化，最终诱发细胞发生肥大表型变化。可诱发心肌肥大的刺激因素主要包括机械应激及多种神经体液因子，如血管紧张素Ⅱ（angiotensin Ⅱ，AngⅡ）、内皮素（endothelin，ET）、儿茶酚胺（catecholamine）、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、转化生长因子β(TGF-β)、白介素-1(IL-1)等。它们均可诱发心肌细胞内一些特异性基因的活化，产生各种特征性的心肌肥厚^［1］。

心肌肥厚的表型特征是由核内基因表达模式决定的，大量研究表明^［2］，肥大刺激30分钟以内即可诱发一系列早期反应基因（immediately early response gene,IE gene）如c-fos、c-myc、c-jun、egr-1、hsp-70等的活化；其后一些作为胚心标志的基因如β-MHC、a-sk actin、ANF等活化；最后是一些心肌收缩蛋白基因如MLC-2、a-cd actin等表达上调。不同的刺激因素诱发的基因表达模式不尽相同，这主要取决于它们启动的信号转导通路。

胞内的信号转导通路是胞外刺激与核内基因活化的偶联环节，对于心肌肥厚的发生发展起着至关重要的作用。对心肌肥大信号转导通路的深入认识，不仅有助于阐明心肌肥厚的细胞分子机制，而且可能为药物干预防治心肌肥厚开拓全新的思路。兹对近年来该领域的研究进展作一简要综述。

一、机械牵拉及其信号转导通路

体内外实验证实，牵张刺激是诱发心肌肥大的一个直接的刺激因素，并不一定需要神经或体液因子的介入。然而，牵拉刺激引起的胞内信号转导通路至今仍未完全阐明。Sadoshima等报道(1995)，机械刺激可诱导贮存在心肌细胞分泌颗粒中的AngⅡ释放，通过一种自分泌机制，作用于心肌细胞上的AngⅡ 1型受体（AT1受体），从而活化蛋白激酶C (protein kinase C,PKC)及丝裂素活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)级联反应。然而机械牵拉诱导的Raf-1和MAPKs的活化并不完全被AngⅡ受体拮抗剂拮抗；另外牵拉刺激的Raf-1和MAPK的活化及氨基酸摄取增加等仅部分依赖PKC的活化；AngⅡ受体拮抗剂或PKC抑制剂可完全阻断AngⅡ诱导的MAPK的活化。进一步的研究^［3］发现在AT1A基因敲除的小鼠上，压力超负荷同样可诱导心肌肥大的发生。以上结果说明，机械刺激诱导的心肌细胞肥大反应并不完全由AngⅡ介导，其本身可能直接启动胞内的信号转导，活化核内基因的表达。目前认为机械刺激启动胞内信号转导通路可能存在以下几种机制：(1)作用于细胞表面的机械力可能直接引起与质膜连接的某些分子如生长因子受体、G蛋白、磷脂酶或蛋白激酶的构型改变，从而使其直接活化，启动下游信号转导通路；(2）机械牵拉可能活化细胞上的“mechanotransducer”或“mechanoreceptor”(Komuro等.1994)如机械敏感的离子通道、细胞骨架或整合素，后者继而活化各种信号转导通路；(3）机械应激可能引起某些生长因子释放，这些因子作用于它们相应的受体，从而活化胞内信号系统。有研究表明^［4］，压力负荷(PO)和容量负荷 (VO)可分别诱导不同生长因子的释放，如PO可诱导TGFβ₃和IGF-1合成增加，而VO则使aFGF合成减少，这种差异可能正是它们产生不同肥大表型的原因。

Sadoshima等(1993)观察到牵拉培养的大鼠心肌细胞,可使PKC活性快速增加2倍以上，PKC抑制剂如H-7或staurosporine可完全阻断牵拉诱导的c-fos的表达。表明牵拉刺激可活化心肌细胞内的PKC，而且PKC的活化对牵拉诱导IE基因的表达是必不可少的。

Yamazaki等^［5］观察到牵拉刺激可按一定顺序活化MAPK途径的多种信号分子，它们的活化顺序是Raf-1和MEKK→MAPKK→MAPKs→pp90^RSK。应用PKC抑制剂只能部分阻断牵拉诱导的MAPK级联的活化，提示MAPK级联的活化可能存在PKC依赖和不依赖两种机制。最近研究表明，机械刺激可活化心肌细胞中的p21^ras，后者可通过活化Raf-1启动MAPK级联反应。

应用EGTA除去培养介质中的Ca²⁺，对牵拉诱导的c-fos的表达无明显影响；应用ryanodine 耗竭胞内的贮Ca²⁺或应用可通透细胞膜的BAPTA-AM(一种Ca²⁺络合剂)，则可显著抑制牵拉诱导的c-fos的表达；说明牵拉诱导c-fos表达的信号通路不依赖外Ca²⁺的内流，但依赖内贮Ca²⁺的释放。另一方面应用钙调素（calmodulin,CaM）拮抗剂-W7完全抑制Ca²⁺/CaM依赖的蛋白激酶的活性，并不影响牵拉诱导的c-fos的表达，说明Ca²⁺/CaM激酶的活化对牵拉诱导的c-fos的表达并不重要，胞内Ca²⁺可能通过其他机制起作用^［4］。另外的研究证实cAMP途径不参与牵拉诱导的c-fos基因的活化。

以上结果表明，牵拉刺激可能主要通过活化PKC和MAPK信号途径启动核内基因的表达；Ca²⁺信号在介导牵拉刺激的信号传递中可能起重要作用；而cAMP途径可能并不参与牵拉刺激的信号传递。

二、儿茶酚胺及其信号转导通路

儿茶酚胺作为心肌肥大的主要刺激因素之一已被很多研究证实。在急、慢性血流动力学超负荷时，均伴有心交感神经活性和循环血中儿茶酚胺含量增加。动物实验中，长期注射亚高血压剂量的去甲肾上腺素(NE)或异丙肾上腺素(ISO)均可诱发心肌肥大。在心肌细胞培养体系中，加入NE可引起心肌细胞蛋白合成显著增加，这些结果均表明儿茶酚胺可直接刺激心肌细胞肥大。

在心肌细胞上存在α1-和 β1-、β2-肾上腺素受体(AR)，以前曾认为儿茶酚胺刺激的心肌细胞肥大主要是由α1-AR介导的，β-AR不起作用，最近的研究表明^［6］，α1-及β-AR均参与介导儿茶酚胺刺激的心肌细胞肥大。心肌细胞上的α1-AR是一种Gq蛋白偶联受体，可通过活化细胞膜的磷脂酶C（PLC-β），使三磷酸肌醇(IP₃)和甘油二酯(DAG)释放，前者使胞内游离Ca²⁺离子浓度增加，后者可激活PKC，PKC又可通过活化Raf-1而激活MAPK信号途径，MAPK转位入核可活化多种转录因子如SRF、GABA4、AP1等调节核内基因表达。Gillespie-Brown等^［7］证实,MAPK信号途径的活化对苯肾上腺素(PE)诱导的ANF、β-MHC、skm-actin等基因的表达是必不可少的 。β-AR是一种Gs偶联受体， 可通过活化腺苷环化酶(AC)使胞内cAMP水平增高，PKA活化。在非心肌细胞中的研究表明， PKA通过使Raf-1激酶Ser⁴³磷酸化而降低Raf-1激酶与ras的亲和性，从而抑制Raf-1激酶/MAPK级联反应 。cAMP升高可抑制某些细胞生长可能与此有关。但在心肌细胞中观察到，β肾上腺素激动剂(ISO)可诱导典型的心肌细胞肥大反应，如蛋白合成速率增加、肌原纤维聚集、c-fos和c-jun 表达 ，其信号途径一直不甚清楚。Bogoyevitch等^［8］的研究表明，NE和ISO均可活化心肌细胞中的MAPK，应用佛波酯对心肌细胞预处理可部分下调NE对MAPK的活化作用，但不影响ISO的作用，提示PKC在 NE活化MAPK中起一定作用，但不参与ISO对MAPK的活化。另外，应用BAPTA耗竭胞外Ca²⁺或用nifepidine或varapamil阻断L-型Ca²⁺通道可抑制ISO对MAPK的活化，但对NE的作用无影响。说明Ca²⁺内流在ISO活化MAPK中起重要作用。PKA可磷酸化L-型Ca²⁺通道，促进Ca²⁺内流; Gs也可与L-型Ca²⁺通道偶联而促进Ca²⁺内流，使胞内Ca²⁺