钙化性主动脉瓣膜病(calcificaorticvalvedisease,CAVD)是以主动脉瓣叶纤维化、钙化为特征的进展性心血管疾病,人群中患病率达0.12%,随着年龄的增长而增加,75岁以上人群可达1%以上[1]。CAVD是仅次于冠心病、高血压的第3大心血管疾病,可导致瓣膜活动受损、左心室流出道梗阻、心力衰竭甚至死亡[2]。2024年流行病学调查显示,全球CAVD患者死亡数为126827例,是1990年的1.38倍[3]。外科开胸或经导管主动脉瓣置换术是CAVD目前仅有的治疗方式,但这些技术较为复杂,尚不能在基层推广,有效性和安全性有待进一步提高[4-6]。更重要的是,目前尚无有效的CAVD治疗药物[7]。炎症反应是CAVD发生发展的重要机制,肿瘤坏死因子-α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)是一类重要的炎性递质。已有多项研究证实TNF-α介导炎症反应参与CAVD的发生发展[8-9]。因此,研究TNF-α参与的炎性信号通路加剧CAVD发生发展的机制,并寻找与其相关的早期药物干预靶点,对未来开发新药用于临床具有重要意义。

1、CAVD的病理机制

人主动脉瓣由面向主动脉的纤维层、面向左心室流出道的心室层以及位于两者之间的富含糖胺和蛋白多糖的海绵层组成,主要组织学构成包括瓣膜间质细胞(valvularinterstitialcells,VICs)、瓣膜内皮细胞(valvularendothelialcells,VECs)和细胞外基质(extracellular matrixc,ECM )[8]。在CAVD进展过程中,静止的VICs活化为肌成纤维样细胞,表达α-平滑肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA),进而分化为成骨细胞(osteoblast,OB)和软骨细胞样细胞(chondrocyte-likecells,CLCs),引起ECM重塑、胶原沉积、成核位点形成,最终形成成骨瓣膜间质细胞,介导主动脉瓣钙化[10]。激活炎症途径会促进上述过程[11-12]。

2、TNF-α介导

炎症反应加剧CAVD的潜在机制正常人主动脉瓣中巨噬细胞等炎性细胞含量较少,但CAVD患者的瓣膜可见T淋巴细胞、肥大细胞和巨噬细胞的大量浸润[13],以及TNF-α等炎性因子的表达[14]。TNF-α是一种主要由活化的巨噬细胞等炎性细胞合成和分泌,在成纤维细胞、平滑肌细胞、内皮细胞等中也有表达,是炎症反应中最常见、最早出现、最快起效和最重要的炎性递质。既往研究证实TNF-α是多种疾病包括阿尔茨海默病、帕金森病、关节炎等的致病炎性递质[15]。TNF-α可以活化单核巨噬细胞以及中性粒细胞、淋巴细胞等炎性细胞,激发局部组织的炎症病理反应,激活下游信号通路,释放白细胞介素-1β(interleukin,IL-1β)、IL-6、IL-8、TNF-α、干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ)等多种下游炎性因子,促进细胞浸润,引起结构和功能异常。Abdelbaky等[16]研究发现,与动脉粥样硬化相比,CAVD钙化程度和炎症表现更加显著。Bosse等[17]转录组学研究表明,在CAVD组织715个差异调控的基因中,包括基质金属蛋白酶12(matrixmetalloproteinase12,MMP12)、IL-6、IL-1β、TNFα诱导蛋白6 (TNF-αinduced protein 6,TNFAIP6)在内的相当一部分基因与炎症有关。Coté等[18]研究分析了285例接受主动脉瓣置换手术的CAVD患者的主动脉瓣,发现炎症是其中最显著的特征,并且慢性炎症成分的主动脉瓣中TNF转录物的水平升高。Isoda等[19]发现,缺乏IL-1受体拮抗剂蛋白(由IL-1rn编码)的小鼠血浆TNF-α水平高于野生型小鼠,并且主动脉瓣增厚;然而,双敲除IL-1rn-/- TNF-α-/-小鼠受到保护,不会发生主动脉瓣增厚,表明TNF-α在促进主动脉瓣钙化过程中起重要作用。TNF-α导致CAVD主要通过核因子-κB(NF-κB)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、AKT、炎性小体、Toll样受体(TLRs)等信号通路。

2.1 NF-κB信号通路

Gee等[20]通过遗传谱系示踪研究认为,CAVD的诱导主要依赖于NF-κB的激活,主要来自M1亚型的巨噬细胞分泌促炎细胞因子,包括TNF-α、IL6等,通过NF-κB等通路促进细胞外基质重塑,加重内皮细胞向间质细胞转化(endothelial-to-mesenchymaltransition,EMT),并推动CAVD钙化的演变[21-22]。TNF-α受体有TNF受体1(TNFreceptortype1,TNFR1)和TNFR2。TNFR1也称为p55、CD120a,TNFR2也称为p75、CD120b。TNFR1持续性表达在几乎所有有核细胞表面,TNFR2的表达范围比较局限,主要是诱导性表达在炎性细胞(T细胞和巨噬细胞等)、神经细胞以及内皮细胞表面。CAVD进展过程中,TNF-α与TNFR1的结合招募TNF受体相关死亡域蛋白(TNFR1-associatedDD,TRADD)以及受体相互作用丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1(receptor-interactingserine/threonine-proteinkinase1,RIPK1),随后募集由TNF受体相关因子2(TRAF2)/TRAF5和细胞凋亡抑制分子(cIAP1/2)组成的信号复合体1,激活κB抑制因子激酶IKK(包括IKKα、IKKβ和IKKγ),磷酸化IκB并促进其泛素化降解,释放NF-κB磷酸化入核,启动靶基因转录,形成经典NF-κB信号转导途径,进一步促进TNF-α和IL-1等炎性因子表达,加剧CAVD炎症反应[23]。大黄素可以用来改善CAVD。Xu等[24]提取CAVD患者的VICs,用TNF-α诱导细胞钙化,加用大黄素处理的细胞表现出的差异表达基因富集在与TNF、NF-κB、MAPK、PI3K-Akt和Ras信号通路相关的功能中,进而证实大黄素通过抑制TNF、TRAF1等基因的表达,抑制NF-κB信号通路,抑制TNF-α诱导的VICs钙化和表型转化。另一方面,CAVD形成过程中,TNF-α通过NF-κB替代途径募集TRAF2,激活NF-κB和c-junn-末端激酶(JNK),上调MAPK信号,激活AP1转录因子,同时上调IL-6、IL-1和TNF-α等炎性因子的表达,促进巨噬细胞向促炎型M1表型的激活,加速炎症反应。évaSikura等[25]在CAVD患者主动脉瓣组织和APOE-/-小鼠钙化主动脉瓣组织均证实了炎性因子IL-1β和TNF-α表达的增加,并且发现通过外源性给予H2S可以抑制NF-κB的核转位,可明显抑制IL-1和TNF-α的表达,减轻主动脉瓣的炎症,减少钙盐沉积。Combi等[26]通过体外细胞实验同样证实H2S能改善CAVD瓣膜钙化也主要通过对TNF-α和IL-1β的抑制。

2.2 MAPK信号通路

MAPK信号通路是TNF-α下游的主要信号通路之一。TNF-α通过与其细胞表面受体TNFR1和TNFR2的结合募集多种因子,最终激活MAPK级联反应,包括细胞外信号相关激酶(ERK)-1/2、p38和JNK。细胞受到刺激后,MAPKKK、MAPKK和MAPK依次磷酸化并激活下游的因子,p38/MAPK和JNK/MAPK常导致TNFα、ILs、MMPs、ICAM-1等炎性因子和Caspase8、Caspase9等凋亡因子的产生,促进下游TNF-α、IL1β、IL-6等多种炎性因子的表达。Wu等[27]研究30组钙化与非钙化的瓣膜置换术后的人主动脉瓣组织,发现巨噬细胞标志物CD68在钙化主动脉瓣中的表达水平高于非钙化组,JNK、NF-κB的磷酸化水平和TNF-α、NF-κBp65、IL-6等炎性因子的表达显著高于非钙化组织,提示CAVD患者的主动脉瓣炎症过程中,TNF-α通过调控JNK/MAPK/NF-κB信号通路促进炎性因子IL-6、TNF-α的表达,加剧炎症反应。Zhang等[28]在CAVD瓣膜中观察到单核细胞的积聚,并在Pam3CSK4激活的人类单核细胞(thehumanmonocytes,THP-1)条件培养基中加入JNK抑制剂和NF-κB抑制剂干预,发现TNF-α通过激活JNK/MAPK和NF-κB信号通路提高AVICs的促纤维原性效应和成骨细胞活性,减少TNF-α的表达可以从上游下调炎症反应,进而抑制CAVD的进程。另外,Wu等[27]发现,人主动脉瓣组织中YTHDF1介导m6A甲基化修饰增加了钙离子通道TRPM4稳定性,在THP-1中敲低TRPM4则显著降低了JNK、IκBα和p65的磷酸化水平及炎性因子TNF-α和IL-6的表达,提示TRPM4也可以通过增强JNK/MAPK/NF-κB信号轴,促进主动脉瓣炎症反应。研究提示抑制TRPM4可能作为治疗CAVD的新药理靶点。

2.3 AKT信号通路

TNF-α与TNFR1相结合后激活PI3K,导致PIP2转化为PIP3,招募并激活AKT信号通路,调控细胞的生长、存活、代谢和凋亡,同时TNF-α激活的NF-κB和MAPK途径与AKT途径交叉影响,调节其活性。在钙化的人主动脉瓣组织中,全长前体蛋白(progranulin,PGRN)及其非全长降解产物(如45-GRN)的表达显著增加。在TNF-α刺激下45-GRN过表达促进TNF-α的表达并激活AKT信号通路,诱导VICs的肌成纤维细胞转化,促进OM诱导的主动脉瓣钙化[29]。

2.4炎性小体

TNF-α在巨噬细胞中能够直接激活NLRP3等炎性小体,刺激下游IL-1β、IL-18等炎性因子的释放。同时,TNF-α通过激活NF-κB信号通路间接激活NLRP3,加剧炎症反应。TNF-α激活NLRP3炎性小体促进动脉粥样硬化的血管平滑肌细胞的炎症反应,并加剧其钙化过程。Wang等[30]建立APOE-/-小鼠主动脉瓣钙化模型结合成骨诱导培养基处理hVICs的体外实验发现,Cardamonin作为一种具有抗炎效果的有机物,可以降低IL-1β、TNF-α等多种炎性因子的表达,并通过NF-κB信号通路抑制NLRP3炎症体的激活,发挥抗炎和抗钙化作用,抑制VICs的表型钙化以及成骨分化。因此Cardamonin可能具有潜在抑制主动脉瓣膜钙化的治疗作用。

2.5 TLRs

TLRs是识别病原体和损伤相关分子模式的受体,TNF-α介导TLRs促进黏附因子ICAM-1、VCAM-1的表达,诱导细胞浸润和炎症反应,加剧CAVD瓣膜的钙化[31]。Zhang等[32]发现,单核细胞浸润的AVICs中TNF-α和TLR2水平升高,低水平的TLR2激活剂Pam3 CM显著增加了ICAM-1和VCAM-1的表达,而在AVICs中抑制或敲除TLR2使得Pam3CM诱导的ICAM-1和VCAM-1表达显著下降。并且实验证实,下调TNF-α显著减弱了Pam3CM激活TLR2诱导黏附分子表达的能力,提示TNF-α对TLR2促进CAVD瓣膜炎症反应具有增敏作用。

3、TNF-α参与CAVD发生发展的重要作用

相较于IL-1β、IL-6、NF-κB等炎性因子,TNFα不仅可以直接诱导炎症反应,而且和其他炎性因子协同,加剧CAVD瓣膜损伤和钙化[18,22]。另外,TNF-α可以启动与放大其他炎症信号通路,形成炎症级联反应[9,21,24]。与通过激活NLRP3炎性小体促进炎症反应和CAVD钙化的IL-1β相比,TNF-α可以启动更为广泛的炎症反应,参与炎症、纤维化和钙化等CAVD的多个环节[30]。而IL-6、NF-κB并非独立的致炎因子,其作用依赖于TNFα或IL-1β的初始激活[22,24]。因此,和其他炎性因子相比,TNF-α的作用贯穿CAVD全过程[9,24]。此外,TNF-α还可以诱导EMT的发生,促进CAVD瓣膜纤维化和钙化;同时通过上调RUNX2等成骨基因的表达,直接促进VIC向成骨细胞样表型转化,最终导致CAVD瓣膜钙化[9,25]。

4、针对TNF-α调控

炎症反应治疗CAVD研究表明,抑制TNF-α信号通路可有效减轻CAVD主动脉瓣膜的炎症与钙化。如前所述,大黄素、H2S和Cardamonin等物质通过拮抗TNF-α相关信号通路对CAVD存在潜在治疗作用[24-26,30]。但上述药物有待临床研究进一步证实。目前正在临床试验研究的用于缓解CAVD的药物包括PCSK9抑制剂、吡非尼酮、依普利酮、吡格列酮和依沃格列汀等药物[33]。其中秋水仙碱和吡格列酮有抑制TNF-α信号通路的作用,但药物能否通过抑制TNF-α通路达到治疗CAVD的作用有待进一步验证[34-36]。

5、小结

综上所述,TNF-α介导的炎症反应在CAVD的发生发展中起重要的作用,TNF-α通过NF-κB、MAPK及与其交叉影响的PI3K-AKT等多条信号通路激活下游炎性因子,导致细胞炎症浸润,促进组织病理改变,且这些通路相互影响、协同作用。目前大量证据支持TNF-α作为治疗CAVD的潜在靶点,部分已处于临床试验阶段。但对于TNF-α在CAVD中的作用及机制仍需进一步探索,靶向抑制TNF-α介导的炎症反应治疗CAVD的药物仍需临床试验与不断完善,从而为CAVD的药物治疗提供更多的思路与方法。

参考文献:

[4]王世杰,刘鹏,温姝钰,等.主动脉瓣疾病手术治疗现状与进展[J].临床心血管病杂志,2023,39(6):417-424.

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[6]王圣,陈现杰,陆国庆,等.胸骨旁切口微创主动脉瓣置换的围术期指标观察[J].临床心血管病杂志,2024,40(11):918-922.

文章来源:黄馨,肖峰,李库林,等.TNF-α介导的炎症反应在钙化性主动脉瓣膜病中的作用机制[J].临床心血管病杂志,2025,41(05):395-399.