据《中国心血管健康与疾病报告（2020）》所示，我国心血管病病死率处于持续上升阶段，且心血管病死亡占死亡构成比40%以上[1]。心肌纤维化是多数心血管病（如心肌梗死、高血压、肥厚型心肌病、心肌炎及主动脉狭窄等）的共同病理机制，其持续性进展将最终导致心力衰竭和死亡等不良临床预后。据统计，心肌纤维化在全球范围人群中的年发病率高达1/60[2]。通常来说，心肌纤维化是指心肌间质胶原网络因心肌缺血损伤、全身性疾病、药物或其他影响循环系统或心脏本身的有害因素刺激而发生的定性和定量变化[3]。心肌纤维化导致心肌结构和功能紊乱，改变电、机械和血管舒缩功能，诱发心律失常，加快心功能不全的发展，严重者可致心力衰竭。心肌纤维化持续性进展导致心力衰竭后，死亡率极高，40%~60%的患者在诊断后5年内死亡[4]。
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据《中国心血管健康与疾病报告（2020）》所示，我国心血管病病死率处于持续上升阶段，且心血管病死亡占死亡构成比40%以上[1]。心肌纤维化是多数心血管病（如心肌梗死、高血压、肥厚型心肌病、心肌炎及主动脉狭窄等）的共同病理机制，其持续性进展将最终导致心力衰竭和死亡等不良临床预后。据统计，心肌纤维化在全球范围人群中的年发病率高达1/60[2]。通常来说，心肌纤维化是指心肌间质胶原网络因心肌缺血损伤、全身性疾病、药物或其他影响循环系统或心脏本身的有害因素刺激而发生的定性和定量变化[3]。心肌纤维化导致心肌结构和功能紊乱，改变电、机械和血管舒缩功能，诱发心律失常，加快心功能不全的发展，严重者可致心力衰竭。心肌纤维化持续性进展导致心力衰竭后，死亡率极高，40%~60%的患者在诊断后5年内死亡[4]。
目前，心肌纤维化仍无明确的分子机制和有效的干预靶点。心肌纤维化一旦形成，难以逆转。胶原交联作为其关键一环具有极其重要的研究意义。因此，本文拟阐述胶原交联在心肌纤维化中的关键作用和可能机制，以及作为治疗靶点可能的临床应用，为开发有效抗心肌纤维化药物，改善患者临床结局提供一定帮助。
心肌纤维化绝大多数病理生理过程发生在细胞外基质（extracellular matrix, ECM）。生理情况下，ECM成分在心肌间质中形成复杂的网络结构，为心肌细胞、内皮细胞和成纤维细胞等提供结构支撑，并整合细胞内外信号传导和多种细胞反应。而在病理条件下（如缺血缺氧、压力负荷或代谢损伤等），炎症因子和趋化因子的释放，生长因子的诱导，机械应激的增加，以及神经激素因子的激活等刺激使成纤维细胞增殖、迁移并向肌成纤维细胞分化，进而出现ECM紊乱，最终导致心肌纤维化[5,6]。心肌纤维化包括修复型纤维化和反应型纤维化。适度的心肌纤维化被认为是适应性的。如在急性心肌梗死（acute myocardial infarction, AMI）初期，激活的心肌纤维化可在一定程度上代替坏死的心肌细胞，稳定心脏结构，减少心脏破裂。我们前期研究了通过冠状静脉逆行灌注碱性成纤维细胞生长因子和骨髓间充质干细胞至梗死心肌调控AMI后纤维修复并改善心肌损伤[7]。另外，我们证实了5型磷酸二酯酶敲除鼠通过影响AMI后的ECM损伤和纤维化修复减少心脏破裂的发生[8]。然而，长期、过量的纤维化往往与心血管疾病的不良预后密切相关。如在AMI晚期，血管周围的胶原纤维沉积增加了氧气的弥散距离，导致心肌细胞的氧供相对不足；瘢痕处肌成纤维细胞持续活化将进一步扩大梗死，增加心肌硬度，降低心肌抗拉强度，导致心脏收缩功能障碍，最终可进展为心力衰竭[5]。我们的前期研究也发现，睡眠呼吸暂停持续激活AMI后的纤维化相关通路，进而加重梗死区纤维化程度和非梗死区的心肌间质纤维化[9]。此外，我们也发现衰老基因相关的心脏功能受损也与局部活化的成纤维细胞数量显著增加相关[10]。心肌纤维化是射血分数保留型心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction, HFpEF）的重要病理生理特征。在HFpEF患者中，心内膜活检提示蛋白酶激活受体2表达降低与舒张功能障碍加重和心肌纤维化增加相关[11]。事实上，心肌纤维化本身并非完全惰性，组织结构及病理生理机制上也存在可控性，这些因素均使抗心肌纤维化治疗成为可能[12]。我们课题组前期研究发现，通过上调CTRP9以特异性拮抗促纤维化的关键调控分子转化生长因子β（transforming growth factor-β, TGF-β）从而减轻心肌间质纤维化，改善了睡眠呼吸暂停合并心肌梗死小鼠的心肌重构，并进一步提高了小鼠的心功能和生存率[9]；通过上调分泌卷曲相关蛋白-5的表达调控AMPK通路，减少小鼠AMI后纤维化并改善心脏功能[13]。
为推动抗心肌纤维化治疗的进展，欧盟委员会近年专门资助成立FIBROTARGETS联盟（http://www. fibrotargets. eu ），旨在系统地寻找心肌纤维化的干预靶点，并建立临床转化的快速机制。目前临床上一些专门针对心脏疾病的标准化治疗药物对心肌纤维化有一定的疗效。血管紧张素转换酶抑制剂赖诺普利和血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂氯沙坦可减少高血压患者的胶原容积分数，降低左心室僵硬度[14,15]。盐皮质激素受体拮抗剂安体内酯可降低心力衰竭患者循环中Ⅰ型前胶原羧基末端前肽和Ⅲ型前胶原氨基末端前肽，减少心肌纤维化[16]。但是，此类药物并非专门针对心肌纤维化，其抗纤维化作用来自改善其他病理机制后的辅助效应。此外，经典的抗心力衰竭药物（肾素-血管紧张素-醛固酮抑制剂等）只能改善心力衰竭患者症状，不能逆转纤维化进程，且未显著改善HFpEF患者（主要为反应性纤维化病理改变）的临床预后[17,18]。现阶段抗心肌纤维化的主要研究途径和潜在靶点是盐皮质激素和TGF-β，以及非结构性基质蛋白和微RNA （microRNAs，miRNAs）[19]。此外，新兴靶向抗心肌纤维化策略包括松弛素2受体拮抗剂（serrelaxin ）、腺苷A1受体部分激动剂（capadenoson）、遗传调节（如组蛋白去乙酰化酶抑制剂、抗非编码miRNA化合物）和旁分泌调节（如重组神经调节蛋白-1β、干细胞治疗、抗纤维化生长因子）、骨形态发生蛋白-1抑制剂和血管内皮生长因子-C等[20]。TGF-β是目前抗纤维化治疗方案研发中最重要的靶点。临床前研究表明，抑制TGF-β可减轻心肌纤维化，改善心室重构，提高心功能和存活率[9]。然而，针对TGF-β的治疗多因消除了TGF-β本身的生理功能，进而引起严重的不良反应而未能实现临床转化[2]。例如，人体TGF-β功能丧失性基因突变导致了严重的结肠炎和神经功能障碍[21]，靶向TGF-β的中和性抗体在动物模型中也加剧了冠状动脉和瓣膜的炎症[22]，阻断TGF-β的下游分子Smad反而引起了较高的胚胎致死率以及早期的心室扩张[12, 23]，而在临床试验中，应用TGF-β单克隆抗体fresolimuma治疗纤维化肾病时则引起了角化棘皮瘤等不良效应[24]。因此，针对TGF-β靶点治疗纤维化的策略如何实现临床转化仍需进一步探索。
胶原交联是心肌纤维化的最终环节，是直接影响心肌纤维化预后的关键过程，是决定心脏组织性质变化的重要一步。Friebel等[11]在HFpEF患者中利用心内膜活检和组织多普勒成像技术，发现胶原交联增加与心室僵硬度间存在显著相关性，且影响胶原交联的酶在循环中的含量明显升高。既往文献提示，心脏组织中存在3种类型的胶原交联：由赖氨酰氧化酶（lysyl oxidase, LOX）蛋白质家族催化的胶原交联、转谷氨酰胺酶（transglutaminases, TG）蛋白质家族催化的胶原交联，以及非酶促晚期糖基化终末产物（advanced glycation end-products, AGEs）生成的胶原交联。
LOX蛋白质家族目前共发现5个家族成员，在生理和病理条件下的心脏组织中表达水平不同[25]。据报道，心肌疾病患者纤维化心肌中LOX的活性形式表达水平异常增高[26]。LOX的活性和表达上调导致心肌间质胶原交联增加，进而导致心肌纤维化和心力衰竭。此外，赖氨酰氧化酶样蛋白2(lysyl oxidase-like 2, LOXL2）最近也被认为是心脏胶原交联的重要介质。LOXL2在缺血性心脏病或特发性扩张型心肌病患者中均升高[27]。在特异性抗体或转基因抑制LOXL2活性后，心肌纤维化减少，心脏功能改善。所有LOX家族成员都可被β-氨基丙腈（β-aminopropionitrile, β-APN）抑制。β-APN是一种有效的、不可逆的LOX抑制剂，可显著降低心肌硬度，降低心肌胶原蛋白总体水平[28]。
TG是一类结构和功能相关的多功能酶，由八种同工酶组成，即凝血因子ⅩⅢ和TG1-7，主要催化邻近蛋白质分子内或分子间交联，提高蛋白质组装的稳定性。最近研究表明，组织型TG2是唯一在压力负荷诱导心肌肥大时表达增加的TG家族成员，并在心肌纤维化中发挥关键作用[29]。进一步研究发现，在TG2抑制剂ERW1041E干预后，主动脉缩窄诱导压力负荷导致的心肌纤维化程度显著缓解[30]。
AGEs是长期暴露于醛糖、蛋白质和脂质发生非酶促糖基化和氧化形成的产物。高血糖状态易促进蛋白质发生非酶促糖基化形成AGEs,导致糖尿病患者心肌纤维化，进而降低心肌顺应性，引起舒张功能障碍，诱发心律失常，导致心力衰竭[31]。糖尿病相关心肌纤维化主要由活化的心肌成纤维细胞介导，糖尿病高血糖直接激活纤维化程序，导致AGEs在细胞内和细胞间累积，通过交联细胞外基质中胶原蛋白和层粘连蛋白，转导纤维化信号[31]。AGEs是糖尿病肾病的重要介质，可通过激活AGEs受体或其他机制促进肾脏炎症和肾小球硬化[32]。同样，AGEs生成增多形成结构蛋白交联，促进主动脉硬化[33]。此外，AGEs生成交联与LOX催化交联存在竞争关系。ALT-711（晚期糖基化终末产物交联蛋白裂解剂）是AGE交联的抑制剂，既往研究已在糖尿病大鼠中发现，ALT-711可逆转糖尿病心肌胶原溶解度的下降，减轻糖尿病相关的心脏纤维化，改善心脏功能[34]。
蛋白聚糖和基质细胞蛋白通过直接影响LOX和TG的活性在胶原交联中发挥重要作用。蛋白聚糖和基质细胞蛋白可调节纤维胶原组装，参与胶原纤维大小和交联的调节[35]。与LOX和TG相反，蛋白聚糖和基质细胞蛋白本身不具有酶促作用，而是通过影响胶原交联酶的活性和复合物的位置及组装促进胶原交联。
既往研究显示，LOX/LOXL2抑制疗法在延缓心力衰竭进展和防止心肌梗死后心室不良重塑方面极为重要。过度LOX催化的胶原交联会干扰组织药物的分布。因此，限制LOX诱导的心肌僵硬可改善已有疗法的治疗反应。但是，慢性和不可逆性抑制LOX（如β-APN）可能会干扰ECM稳态，损害心室完整性。长期标准使用托拉塞米能抑制高血压性心力衰竭患者中LOX表达，减少胶原交联，增加左心室顺应性，降低心肌纤维化[36]。此外，阿托伐他汀或瑞舒伐他汀可通过降低LOX表达，延缓或逆转心力衰竭患者或代谢综合征模型小鼠心肌纤维化进程[37]。虽然高血压患者抑制LOX可降低血管硬度，对预防心血管不良事件可能有一定裨益，但长期抑制LOX/LOXLs可能促进斑块不稳定，增加血管动脉瘤和夹层发生的风险。LOX/LOXLs的不可逆抑制剂（如β-APN）作为长期治疗药物具有极大的局限性。有报道显示，长期服用β-APN会引起神经毒性和山黧豆中毒[38]。为避免LOX/LOXLs抑制剂的不良反应，目前已开发出针对LOX和LOXL2的单克隆抗体，并在压力负荷和心肌梗死动物模型中证明可有效减少心肌纤维化和功能障碍[27]。Simtuzumab是LOXL2的人源化IgG4单克隆抗体，已在肝、肺纤维化和胰腺癌患者中测试其抗纤维化能力。遗憾的是，尽管动物模型中Simtuzumab抗纤维化效果显著，但临床试验均未能证明Simtuzumab作为抗纤维化药物的疗效[39]。目前尚不清楚Simtuzumab是否具有限制心肌纤维化的积极作用。同样，直接抑制LOXL2催化活性的小分子正在开发中，并正在健康志愿者中进行1期试验[40]。除特定LOX/LOXLs抑制剂外，降低LOX活性的其他策略包括螯合剂的使用，例如浴铜灵或多胺螯合剂，但这会限制赖氨酸酪氨酰醌生物作用所需铜的可用性。此外，抑制骨形态发生蛋白-1可能是抑制LOX的另一种方法。而催化赖氨酸端肽修饰为羟赖氨酸的赖氨酸羟化酶2(lysyl hydroxylase 2, LH2）也可能是心肌纤维化潜在的抑制靶点。抑制LH2将减少更耐降解的交联形成，使纤维化类型更可逆。
TG2交联活性抑制剂治疗可能会持续抑制病理性纤维化，但由于TG2作用和功能广泛，随之而来的是诸多不良反应。因此，目前正在开发更具针对性、更有全身分布可控性的临床化合物和抗体。目前有效的TG2抑制剂由Zedira GmbH开发，正在进行乳糜泻治疗相关临床试验。TG2抑制剂ZED1227已被证明在几种纤维化模型中具有持续保护作用，包括四氯化碳和胆管结扎引起的肝纤维化，但其在心肌纤维化中的作用有待研究[41]。此外，肾纤维化治疗新型候选药物也已成功研发。未来，TG2抑制剂将在肺和肝脏等其他器官纤维化的患者身上进行试验。TG2介导的底物蛋白交联数据库也正在创建，未来将用于不同纤维化器官中抑制底物蛋白交联从而抑制纤维化的新型预防药物的开发[41]。
针对AGEs催化的交联，多种药物干预已被用于通过减少AGEs总负荷或化学修饰现存AGEs为无活性形式来减少AGEs的积累。氨基胍、吡哆胺、苯硫胺、OPB-9195、ALT-946和二甲双胍等主要通过直接抑制AGEs的形成或阻断甲基乙二醛等关键中间体抑制AGEs的形成，进而减少AGEs的累积。ALT-711或Alagebrium作为交联阻断剂，是另一种潜在抑制AGEs的药物。目前实验研究已证明抑制AGEs可减少糖尿病相关并发症的发生发展，但其应用于临床糖尿病心肌纤维化仍需进一步研究。
心肌纤维化是大多数心脏疾病的必经过程，是几乎所有心血管疾病的终末病理表现，也是其进展为心力衰竭的关键机制。目前，临床针对心肌纤维化尚无明确的分子靶点和有效的治疗策略。胶原交联是心肌纤维化的关键环节。针对胶原交联关键分子或通路的药物研发，将有望成为防治心肌纤维化的新方向。
