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心力衰竭引起骨骼肌病变的分子机制

2024-07-25 来源:我们爱旅游
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・218 ・ 国际心血管病杂志2008年7月第35卷第4期 Int J ! Io !里 ! ly ! : ! :! betes[J].J Thorac Cardiovasc Surg,2007,134(6): 1453—1 460. r16] Boodhwani M,Nakai Y,Mieno S,et a1.Hyperchokster— olemia impairs the myocardial angiogenic response in a swine model of chronic ischemia:role of endostatin and oxidative stress[J].Ann Thorac Surg.2006,81(2): 634—641. [17]Boodhwani M,Nakai Y,Voisine P,et a1.High dose ator— vastatin improves hypercholesterolemic coronary endothe lial dysfunction without improving the angiogenic response 心力衰竭引起骨骼肌病变的分子机制 黄慧雅 陈骏良 方 艳 常冬元 胡向欣 李葚煦综述 唐朝枢审校 . 切 临 【摘要】 骨骼肌病变是慢性心力衰竭的主要症状之一。引发骨骼肌细胞结构和功能异常的确 切机制尚不清楚。本文介绍了近年来发现的相关分子机制,主要包括肌抑素、胰岛素样生长因 子一1、部分致炎细胞因子、过氧化物增殖激活受体 协同激活子一1a、MAFbx泛素连接酶和 Bcl一2家族蛋白等活性分子的发病学意义。对这些活性分子的研究,为心力衰竭临床治疗和改 1 H n 0 2 善预后提供了新的思路。 【关键词1 心力衰竭;骨骼肌病变;生物活性分子 中图分类号:R541.6 1 一~一一一一一 一一 一一 一一m 一  ~一谷耩 一 一 一 文献标识码:A 文章编号:1673 6583(2008)04—0218—04。 记物变化,神经内分泌变化及活动减少引起的骨 骼肌和外周循环改变等|1]。 心力衰竭患者早期会感到疲劳、乏力、嗜睡和 身体活动能力下降,以及包括呼吸肌在内的多种 骨骼肌功能的异常表现。以往认为这种病变是由 心力衰竭时骨骼肌功能受损的机制涉及多方 面,主要有:供能方式改变,即以糖酵解为主;神经 心力衰竭引起血流分布的改变而导致的并发症, 随着研究的深入,发现骨骼肌病变是心源性恶病 质(cardiac cachexia)的重要表现。在合成和分解 体液因子紊乱,交感神经兴奋性增强和肾素一血管 紧张素系统激活在导致心力衰竭发病的同时也造 成了骨骼肌功能受损;细胞凋亡和肌球蛋白表达 异常,直接影响骨骼肌的功能;钙超载和钙泵活性 代谢失平衡的全身性消耗过程中,进一步损伤心 脏功能,形成恶性循环。 1 心力衰竭引起骨骼肌病变的主要表现及原因 心力衰竭引起骨骼肌病变的主要表现为: 改变导致骨骼肌兴奋性衰减;哇巴因结合位点减 少,影响了局部组织钠、钾泵的活性并导致骨骼肌 氧化磷酸化功能异常等|2]。这些因素相互作用, 形成复杂的调节系统,多种成分的异常逐渐积累, 引起骨骼肌的病变,后者又可使心力衰竭加重预 后恶化,形成恶性循环。 (1)功能改变,如乏力、易疲劳;(2)结构改变,如萎 缩、工型纤维向Ⅱ型纤维转变、线粒体减少;(3)血 流改变,如毛细血管密度下降;(4)代谢改变,如蛋 白水解、糖酵解增加;(5)其他,细胞因子及氧化标 近几年发现多种参与骨骼肌生长发育和功能 作者单位:100083北京大学医学部生理学系 代谢调节的生物活性分子也参与了心力衰竭骨骼 维普资讯 http://www.cqvip.com 国际心血管病杂志2008年7月第35卷第4期 Int J car va !Di , : : ! :! ・219・ 肌病变的发病过程。 2参与心力衰竭骨骼肌病变的生物活性分子 2.1肌抑素 IGF轴功能低下,股四头肌收缩力明显降低,下降 幅度达24 l_8]。在动物模型中IGF一1表达的下 调与肌纤维横截面积的减少相关,提示心力衰竭 发生时IGF一1表达水平的下降与骨骼肌的收缩功 能障碍密切相关l_9]。 肌抑素属于转化生长因子B一家族(transfor— ming growth factor—beta family,TGF—B)成员,是 骨骼肌特殊分泌的一种糖蛋白因子,对肌肉生长 Stitt等[ 发现,IGF一1可降低蛋白水解酶的 活性,或抑制Fas—FasL介导的细胞凋亡;Musaro 具有负性调节作用。在人类和动物中,肌抑素基 因变异或功能缺陷引起骨骼肌的异常增生和肥 等[” 的实验显示,对毒素损伤肌肉后的小鼠进行 大,反之其过度表达会导致衰竭综合征,如以骨骼 mIGF一1转基因后,其骨髓干细胞活跃增殖,迁移 肌病变为表现之一的心源性恶病质 。 入肌损伤部位,加速表达各种肌蛋白并分化为肌 Shyu等 通过主动脉腔静脉瘘复制心脏容 细胞。在对细胞生长起正向作用的同时,IGF一1 量负荷过度的心力衰竭大鼠模型,发现4周后肌 还可通过激活p38 MAP激酶一MEF2肌抑素通路 抑素的表达增加了2.7倍,且8只小鼠中有5只发 实现对其自身的负反馈调节。 生明显肌肉萎缩。Shyu等 还证明过度牵张大鼠 心力衰竭发生时IGF一1的水平下调可能是导 心肌细胞可刺激其表达肌抑素,这种上调至少部分 致心力衰竭患者出现骨骼肌功能障碍的重要原因 是由胰岛素样生长因子一1通过p38 MAP激酶和肌 之一。临床治疗中发现,在帮助一些心力衰竭患 细胞增强因子2(myocyte enhancer factor 2, 者进行长期的体育锻炼后,他们体内的IGF一1水 MEF2)途径介导的。结果提示心力衰竭时过负荷 平都发生了成倍的提升,乏力症状明显改善,增强 牵张的心肌可能是血浆肌抑素重要来源之一。 了人们对IGF 1基因治疗临床效果的信心l1 。 实验表明,肌抑素能够通过神经一体液系统调 2.3 细胞因子 节骨骼肌纤维的数量和大小 ]。心力衰竭患者皮 慢性心力衰竭的特点之一是免疫系统的激活 质醇的水平升高,可能是心力衰竭时肌抑素活性 和致炎细胞因子在血循环中浓度升高,主要以肿 增强的原因之一。它能与抑制性受体蛋白结合, 瘤坏死因子一a(tumor necrosis factor—a,TNF—a) 通过一系列信号传导途径影响靶基因的表达,从 和白介素(interleukin,IL)为代表。TNF—a有膜 而引起骨骼肌萎缩、纤维化,进一步加重心力衰竭 结合型和游离型两种形式,都具有很强的促进分 的症状。对肌抑素的阻断可改善骨骼肌的结构和 解代谢和抑制合成代谢的能力。IL是一类庞大 功能 』。但作为一种生长因子,它在具体疾病中 的细胞因子家族,其中IL一1B和IL 6等可能与心 阻断作用的效应还有待进一步研究。 力衰竭的发病密切相关。 2.2 胰岛素样生长因子1 Toth等 。 的研究显示,心力衰竭患者中许 人类胰岛素样生长因子1(insulin—like 多炎性标记物较对照组明显增加,且血中TNF—a growth factor一1,IGF一1)是由7O个氨基酸残基组 水平越高,肌肉的质量越小;TNF—a和IL一6的水 成的单链肽。人体许多组织都可以合成并分泌 平与有氧代谢能力之问也表现出很强的负相关; IGF一1,它是生长激素(growth hormone,GH)的 TNF—a和IL一6水平增高与患者伸膝力量和前臂 下游因子,对骨骼肌细胞的生长代谢具有重要的 握力的减弱有关。这些结果都提示细胞因子可能 调控作用。 是导致心力衰竭时骨骼肌萎缩及其收缩功能障碍 Hambrecht等 发现,慢性心力衰竭患者骨 的影响因素之一。 骼肌组织中IGF一1 mRNA的表达量下降了52 , TNF- ̄主要通过泛素一蛋白酶体途径或半胱 并伴有GH水平的升高。在对心力衰竭患者的 氨酸一天冬氨酸蛋白酶(caspase)途径介导骨骼肌 骨骼肌功能测试中,与对照组相比,实验组GH一 的分解代谢,引起肌萎缩和骨骼肌病 。IL一1B 维普资讯 http://www.cqvip.com

・220・ 国际心血管病杂志2008年7月第35卷第4期 Int J Cardiovasc Di , u1 ! 1. , :! 可以抑制肌浆网Ca 一ATP酶的表达,干扰肌细 胞正常的舒缩性能。Adams等_1 在骨骼肌活检 标本中发现,心力衰竭患者的核转录因子(nucle— ar factor—fcB,NF_fcB)活性比对照组明显增强,提 及两种肌肉特异性泛素一蛋白连接酶MAFbx和 MuRF1(muscle RING finger 1)的表达,从而减 轻肌萎缩 。这一方面显示了心力衰竭骨骼肌 病变各分子机制问的协同作用,另一方面也提示 MAFbx蛋白可以作为新药开发的靶点之一。 2.6 Bax/Bcl一2 出上述几种致炎细胞因子在心力衰竭时的表达上 调很可能是通过激活NF一}cB实现的。而Toth 等 认为骨骼肌力量的减弱,可能主要是由于心 力衰竭引起了骨骼肌收缩功能的内在缺陷,而细 凋亡相关蛋白Bcl(B—cell leukemia—lympho— ma)一2蛋白和Bax蛋白(BCL一2 associated X pro— 胞因子在其中发挥了重要的作用。 2.4过氧化物增殖激活受体1,协同激活子一1 ot tein)均属于Bcl一2蛋白家族,是线粒体凋亡途径 的重要调控者,两者的比值决定了线粒体途径中 细胞对凋亡信号的敏感性_1 。细胞凋亡在心力 衰竭大鼠骨骼肌萎缩的发生中起重要作用。孙婷 等口叩在皮下注射野百合碱构建大鼠心力衰竭模 型的实验中发现,较对照组,心力衰竭组大鼠的骨 骼肌Bax/Bcl一2明显增加。Bax/Bcl一2的变化可 以激活下游的半胱氨酸一天冬氨酸蛋白酶,引起细 胞凋亡。同时还发现氯沙坦可通过改变Bax/Bcl一 2比值来减轻心力衰竭时骨骼肌的凋亡和萎缩。 过氧化物增殖激活受体7协同激活子一1 ot (peroxisome proliferator—activated receptor一1,CO— activator一1a,PGc一1a)是一种强效的核受体转录 协同激活子,通过与结合在DNA启动子上的转 录因子直接接触而发挥作用。以往的研究表明它 主要与能量代谢有关,并可能是IL一1a、IL一1l3、 TNF—a等细胞因子的作用靶点口 。 Vescovo等口 发现右心衰竭大鼠的比目鱼 肌表达的PGC-1a明显下降,而在心功能正常给 予GH和心力衰竭给予GH的两组大鼠骨骼肌 此外,研究发现,骨骼肌钠泵的改变,包括毒 毛花甙K结合位点以及异构体表达的变化,与心 力衰竭患者出现运动耐量降低有关,而运动能够 帮助恢复骨骼肌钠泵的含量及活性l2妇;心力衰竭 时骨骼肌萎缩破坏了胰岛素的信号传导途径,引 起胰岛素抵抗,进一步加重了骨骼肌的供氧减少、 运动耐力下降及心力衰竭全身系统症状_2 。 3结语与展望 中PGC-1a的含量相近,表明用GH治疗后心力 衰竭大鼠PGC-1a的水平可恢复到正常。同时, 给予GH后在心力衰竭中下降了的I型纤维肌 球蛋白重链一1(myosin heavy chain-1,MHC-1)、 细胞色素C和肌钙蛋白一I(Tn_I)的水平也得到恢 复。可见,PGC-1a在骨骼肌病变的发展和逆转 过程中有重要的作用。在给予GH后,可通过上 针对骨骼肌病变的心力衰竭治疗已逐渐成为 调PGC-1a使骨骼肌的结构和代谢异常得到改 临床治疗的重要靶点,肌抑素是最受关注的焦点 之一,第一个调节肌抑素的药物MYO一029已经 善,这对临床治疗具有一定的意义。 2.5 MAFbx泛素连接酶 被用于临床。临床实践证明适当的运动训练能影 响肌抑素、IGF-1、PGG1a、细胞因子和钠泵等的表 达和(或)分泌,从而改善骨骼肌病变及心力衰竭的 预后。局部IGF-1基因治疗、作用于MAFbx蛋白 MAFbx(muscle atrophy F—box)是一种SCF (skp—cullin—F box protein)家族E3泛素连接酶, 属于成肌调节因子MyoD降解过程中的核蛋白, 在心脏和骨骼肌特异性表达,心力衰竭时可出现 的药物、相关激素的使用、抑制或减轻炎症反应等 等都可能成为临床治疗的新策略,以这些分子为 靶点的预防和治疗手段可能具有广阔的临床应用 前景。 高表达。Li等口 ]的实验证明TNF-a可通过激活 p38 MAP激酶来调节MAFbx的表达,这种泛素 连接酶的高度表达引起骨骼肌蛋白质的泛素化增 加,蛋白质降解增多,是肌萎缩的开始。另有研究 表明,细胞内的IGF一1可阻断去神经肌肉的损耗 参 考 文 献 [1]Strassburg S,Springer J,Anker SD.Muscle wasting in 维普资讯 http://www.cqvip.com

国际心血管病杂志2008年7月第35卷第4期 Int J Cardiovasc Dis,July 2008,Vo1.35,No.4 ・ 221 ・ cardiac cachexia[J].Int J Biochem Cell Biol,2005,37 (10):1938—1947. Cell Biol,2005,37(1O):2023—2035.  PA,Tischler MD,et a1.Immune activa— [13] Toth MJ,Adestion is associated with reduced skeletal muscle mass and [2] 姚成增,崔松,蒋梅先.慢性心力衰竭与骨骼肌功能受损 EJ].中国康复医学杂志,2005,20(5):390 393. s:Myostatin is a mediator of car— [3] Hoenig MR.Hypothesiphysical function in chronic heart failure[J].Int J Cardiol, 2006,109(2):179—187. diac cachexia[J].Int J Cardiol,2008,f24(2):131—133.  a1.Myostatin expression [4] Shyu KG,Lu MJ,Wang BW,et[14] Saini A,A1 Shanti N,Stewart CE.Waste management— cytokines,growth factors and cachexia[J].Cytokine in ventricular myocardium in a rat model of volume—-over—- Growth Factor Rev,2006,17(6):475—486. load heart failure[J].Eur J Clin Invest, 2006,36(10): [15] Adams V,Spate U,Krankel N,et a1.Nuclear factor— 713 719. kappa B activation in skeletalmuscle of patients with chro— [5] Shyu KG,Ko WH,Yang WS,et a1.Insulin-like growth nic heart failure:Correlation with the expression of induc— factor—-1 mediates stretch induced upregulation of myosta—— ible nitric oxide synthase[J].Eur J Cardiovasc Prev Reha— tin expression in neonatal rat cardiomyocytes[J].Cardio bil,2003,10(4):273—277. vasc Res,2005,68(3):405—414. [16] Puigserver P,Spiegelman BM.Peroxisome proliferator [6] Patel K,Amthor H.The function of Myostatin and strat— activated receptor-gamma coactivator 1 alpha(PGC-1 al egies of Myostatin blockade new hope for therapies aimed pha):transcriptional coactivator and metabolic regulator at promOting growth of skeletal muscle[J].Neuromuscul [J].Endocr Rev,2003,24(1):78—90. Disord,2005,15(2):117 126. [177 Vescovo G,Ravara B,Gobbo V,et a1.Skeletal muscle fibres [7] Hambrecht R,Schulze PC,Gielen S,et a1.Reduction of synthesis in heart failure:role of PGC-1 alpha,ealcineurin and insulin——like growth factor-I expression in the skeletal mus—。 GH[J].Int J Cardiol,2005,104(3):298 306. cle of noncachectic patients with chronic heart failure[J]. [18] Li YP,Chen Y,John J,et a1.TNF-alpha acts via p38 J Am Coll Cardiol,2002,39(7):1175—1181. MAPK to stimulate expression of the ubiquitin ligase atro— [8] Niebauer J,Pflaum CD,Clark AL,et a1.Deficient insu— gin1/MAFbx in skeletal muscle[J].FASEB J,2005, lin-like growth factor I in chronic heart failure predicts al— 19(3):362—370. tered body composition,anabolic deficiency,cytokine and [19] Hougardy BM,Maduro JH,van der Zee AG,et ai.Clini— neurohormonal activation[J].J Am Coll Cardiol,1998, cal potential of inhibitors of survival pathways and activa— 32(2):393—397. tors of apoptotic pathways in treatment of cervical cancer: [9] Schulze PC,Gielen S,Adams V,et a1.Muscular levels of changing the apoptotic balance[J].Lancet Oncol,2005, proinflammatory cytokines correlated with a reduced ex- 6(8):589—598. pression of insulin-like growth factor-I in chronic heart [2O] 孙婷,田华,付春景,等.氯沙坦对心力衰竭大鼠骨 failure[J].Basic Res Cardiol,2003,98(4):267—274. 骼肌萎缩中细胞凋亡、抗凋亡蛋白Bcl-2和促凋亡蛋白 [1O] Stitt TN,Drujan D,Clarke BA。et a1.The IGF-1/PI3K/ Bax表达的作用[J].中国临床康复,2006,10(4O):43 45. Akt pathway prevents expression of muscle atrophy—-in—— [21] 袁彦菊,李田昌.钠泵与心力衰竭发展的相关机制及药物 duced ubiquitin ligases by inhibiting FOXO transcription 研究[J].中国医药导刊,2005,7(4):275—277. factors[J].Mol Cell,2004,14(3):395 403. [22] Adachi H,Ohno T,Oguri M,et a1.Effect of insulin sen— [11] Musar6 A,Giacinti C,Borsellino G,et a1.Stem cell—me— sitivity on severity of heart failure[J].Diabetes Res Clin diated muscle regeneration is enhanced by local isoform of Praet,2007,77(Suppl 1):¥258一¥262. insulin—like growth factor 1rJ].Proc Natl Acad Sci USA, (收稿:2007叭03修回:2008—04—07) 2004,1O1(5):1206—1210. (本文编辑:朱映) [12] Schulze PC,Spgte U.Insulin—like growth factor一1 and muscle wasting in chronic heart failure[J].Int J Biochem 

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