病毒性心肌炎是由病毒感染引起的一种非特异性心肌炎症，10%～20%的病例最终发展为扩张型心肌病。病毒感染心肌的初期即对心肌造成直接损伤，持续存在的炎性反应及持续的病毒感染诱导机体发生的免疫反应间接损伤心肌，导致心肌进一步损伤。在心肌炎的进程中伴随着心肌细胞的死亡，其方式包括凋亡、自噬、坏死、程序性坏死等。现阐述细胞死亡在病毒性心肌炎发生发展过程中的作用及机制。
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病毒性心肌炎是病毒侵犯心脏引起的心肌细胞炎症病变，可累及间质、血管及心包。在儿童及青少年中的发病率较高，是造成儿童及青少年心源性死亡的重要原因。病毒诱导心肌炎的过程中伴随着不同形式的心肌细胞死亡。研究表明，不同形式的细胞死亡均参与病毒性心肌炎的发生发展过程。
凋亡是病毒性心肌炎细胞死亡的主要机制之一，在病毒性心肌炎的急性期，心肌组织存在凋亡，但这些凋亡细胞主要是浸润于心肌局部组织的炎性细胞。病毒性心肌炎转为慢性心肌炎以后，心肌纤维化和心肌细胞凋亡相伴发生，而且凋亡是心肌组织发生纤维化的重要机制。早期研究发现，心肌细胞系HL1在柯萨奇病毒B3(CVB3)感染后发生凋亡现象[1]，在小鼠模型中同样发现CVB3诱导的心肌炎存在凋亡现象[2]。通过对人体肠道病毒诱发的病毒性心肌炎活检标本进行Tunel染色，发现病毒性心肌炎标本呈现Tunel强阳性，直接证明了病毒性心肌炎发生了凋亡[3]。体外实验及体内试验均证实，抑制凋亡相关蛋白酶的活性，可以有效地减轻病毒诱导的心肌损伤[3]，提示心肌细胞凋亡是病毒性心肌炎发生发展的重要方式。凋亡发生的途径有3种：线粒体途径、死亡受体途径及内质网途径。由死亡受体和Caspase 8介导的外源性凋亡途径是心肌细胞在病毒感染后凋亡的主要途径[4]。在小鼠及人组织学标本中均发现心肌炎细胞自杀相关因子(Fas)高表达，减弱Fas表达可以使病毒性心肌炎凋亡现象受到抑制，游离Fas(sFas)及sFas配体(sFasL)的高表达可作为急性心肌炎的预后指标[5]。组蛋白去乙酰化酶(HDAC)在表观遗传中发挥重要作用，最初将抑制HDAC作为强有力的抗肿瘤治疗策略，此后发现HDAC参与机体多种炎症过程，在CVB3诱导的病毒性心肌炎中，抑制HDAC将会加重心肌炎，但并不是通过增强炎症反应所导致，而是通过增加CVB3复制及心肌细胞凋亡实现的[6]。CVB3触发心肌细胞凋亡的机制尚未完全明确，研究表明，mTOR/eIF信号通路及PI3K/Akt/mTOR信号通路可能参与了CVB3触发心肌细胞凋亡[7,8,9]。
在病毒性心肌炎发病过程中存在细胞自噬现象[10]。细胞自噬是细胞的一种自我保护机制，在细胞损伤的情况下，能有效清除被活性氧损伤的蛋白质和细胞器，维持细胞稳态。自噬作为细胞器在细胞内降解的保守机制，通常情况下保存组织结构及功能，在应激过程中被激活，大多数情况下限制细胞损伤。在病毒性心肌炎中，细胞自噬可以促进感染细胞对病毒的清除，成为细胞存活的一种机制。Toll样受体(TLR)是广泛分布于免疫细胞及某些体细胞的模式识别受体，是机体抵抗感染性疾病的第一道屏障。TLR3通过自噬途径清除小RNA病毒感染，而TLR3突变的细胞自噬能力减弱，感染CVB3后，Ⅰ型干扰素途径受抑制，导致CVB3复制增加，TLR3缺陷小鼠感染CVB3后更容易发生病毒性心肌炎[11]。说明TLR3通过自噬途径对CVB3诱导的心肌炎起保护性作用。另外，CVB3感染过程中，自噬介导的降解标志物P62蛋白的表达并未发生变化，溶酶体未降解蛋白质，说明CVB3感染机体后，虽然诱导自噬的发生，但并未清除病毒。研究发现，CVB3感染后P62及另一种自噬介导的降解标志物NBR1(Neighbor of BRCA1 gene protein)在CVB3编码的蛋白酶2A和蛋白酶3C作用下发生裂解[12,13]。研究证明，细胞自噬可通过增加病毒的复制，参与到病毒性心肌炎发生的病理生理过程。诱导型一氧化氮合酶(iNOS)在损伤诱导后表达，能帮助机体对抗病原体，在心肌中也有表达，抑制iNOS可以通过抑制自噬途径减弱CVB3对心肌细胞的损伤[14]，说明自噬参与了病毒性心肌炎发生的病理生理过程。正链RNA病毒的复制需要细胞内的膜结构，而自噬体作为双模结构，可能为此类病毒复制提供有利环境。研究发现，RNA病毒可以通过诱导机体自噬体的形成，促进自身的复制。但Zhao等[15]发现，RNA病毒并未刺激机体自噬体的形成，并且诱导自噬或抑制自噬均不会影响病毒的复制。CVB3属于小RNA病毒科人肠道病毒属，是正链RNA病毒家族中的一员，是病毒性心肌炎的主要病原之一。自噬体可为CVB3的复制提供有利环境，敲除自噬体形成的关键基因——ATG7，能抑制CVB3的复制；同时CVB3可以诱导自噬的发生，导致CVB3复制增加[10]。抑制HDAC即可通过增加CVB3复制及心肌细胞凋亡加重心肌炎，也可通过增强自噬体形成介导的途径增加CVB3复制[6]。自噬作用一方面可以杀灭病毒，另一方面却使病毒得以逃逸机体免疫，促进自身复制。细胞的自噬作用在CVB3感染引起病毒性心肌炎的发病及预后机制中起一定作用。CVB3诱导自噬发生的机制目前亦未完全明确，PI3K/Akt/mTOR信号通路也可能参与CVB3诱导自噬的发生[10]。
病毒性心肌炎是以心肌细胞变性、坏死为主要病理表现的疾病。在该病患者的活检组织及病毒性心肌炎动物实验中，均可发现心脏出现小灶性、散在性或大片状坏死。心肌细胞变性坏死、心肌组织中炎性细胞浸润及间质纤维化引起的心肌重构，最终导致左心室扩张和心功能障碍，形成扩张型心肌病。坏死是体内局部细胞的死亡，以酶溶性为特点，坏死可促进周围组织炎症，是病毒性心肌炎心肌细胞死亡的主要方式之一。研究表明，一部分心肌细胞在CVB3感染后，表现出具有泡状形式等细胞坏死的特征，提出CVB3可能诱导细胞坏死，并且细胞坏死较细胞凋亡发生的更早[16]。Jensen等[16]在CVB3感染细胞的上清液中检测到坏死细胞在细胞外释放的高迁移率族蛋白(HMGB1)，并且HMGB1的释放不受凋亡抑制剂的影响，但经坏死抑制剂处理后，HMGB1释放减低，说明HMGB1是CVB3刺激的可靠坏死标志物。P38信号传导是坏死途径的关键组成部分，且是独立于细胞外调节蛋白激酶(ERK)依赖的细胞凋亡途径。抑制P38导致细胞凋亡及坏死均被阻断，病毒后代滴度略微降低，如果通过阻断ERK1/2过度活化的方式保留P38抑制细胞的凋亡途径，病毒后代滴度明显降低[16]。说明相对于凋亡，坏死是CVB3感染细胞更倾向的一种死亡方式。
一直以来认为，坏死是一种细胞不受控制的死亡方式。近来发现很多的坏死是细胞精细调控的结果，由此提出程序性坏死的名称。程序性坏死是一种具有典型细胞坏死形态的细胞程序性死亡方式。受体相互作用蛋白丝氨酸苏氨酸激酶(RIP) 1和RIP3是细胞程序性坏死启动的关键蛋白，RIP3依赖的程序性坏死参与了机体防御外来病原体的过程。程序性坏死启动后，经过一系列的分子传递，主要是激活混合系列蛋白激酶样结构域(MLKL)，靶向质膜并破坏质膜，最终使细胞在缺乏Caspase的情况下死亡，并表现出类似坏死的形态特征[17]。在CVB3诱导的病毒性心肌炎中，特异性下调RIP1/RIP3表达，心肌损伤明显减轻，说明程序性坏死是病毒性心肌炎心肌细胞死亡的主要途径之一，且坏死性凋亡抑制剂-1(Nec-1)能阻断这种作用[18]。目前，病毒性心肌炎发生程序性坏死的详细机制尚不清楚。
不同类型的心肌细胞死亡对病毒性心肌炎的发生发展起重要作用。在心脏衰竭模型中可以同时发现凋亡、自噬、程序性坏死等细胞死亡形式。细胞凋亡可以通过切割自噬关键蛋白Beclin-1和ATG5抑制细胞自噬[19]。同时，在CVB3感染心肌细胞的早期，中性半胱氨酸蛋白酶家族中的钙蛋白酶被激活，诱导心肌细胞自噬，使Caspase-3受到抑制，最终抑制细胞凋亡[20]。心肌细胞自噬不足诱导的多聚泛素化蛋白质的增加可能加重内质网应激和细胞凋亡。FLICE抑制蛋白(FLIP)是一类含有死亡效应结构域的凋亡抑制蛋白，其不仅参与细胞的凋亡，还参与自噬、程序性坏死[21]，FLIP过表达显示出对CVB3心肌炎的保护作用，这种保护作用主要通过抑制细胞自噬引起的细胞死亡实现[22]。同时有研究指出在病毒感染过程中，FLIP的抗凋亡特性是通过增强自噬体的形成实现的，自噬体的形成有利于清除病毒并延长细胞存活时间[23]。CVB3的复制依赖于自噬体，但CVB3从细胞释放则依赖于细胞凋亡。
病毒直接或间接引起不同形式的心肌细胞死亡，是病毒性心肌炎发生发展的基础。病毒诱导心肌炎过程中涉及的心肌细胞死亡形式包括凋亡、自噬、坏死、程序性坏死等，这些形式的细胞死亡并不是独立存在的，而是相互影响，最终发展形成病毒性心肌炎。深入了解病毒感染后心肌细胞的死亡方式，有助于了解病毒性心肌炎的发生发展，并在阻止病毒性心肌炎发展至扩张型心肌病的过程中有重要意义。
