從促纖維化訊息路徑引發心房心室纖維母細胞細胞活性變化探討心臟纖維化生成機轉

背景心衰竭與心房顫動是臨床上常見預後不佳的心血管疾病，兩種疾病之預後皆與心臟纖維化有關。使用抗纖維化藥物已經被證實可以改變心衰竭與心房顫動的預後。心臟受傷後，激化的心臟纖維母細胞可以展現其強化的複製、移行、膠原蛋白製造、及肌纖維母細胞分化的能力。轉化生長因子(Transforming growth factor-β1, TGF-β1)及血管緊張素(Angiotensin II, Ang II)等促纖維化激素是造成纖維化的重要驅動因子並且在心衰竭與心房顫動病生理中扮演重要角色。本研究探討不同的物質包含薑黃素(Curcumin)、生理劑量睪固酮(physiological testosterone)抑制促纖維化激素對於心室纖維母細胞的影響，以及不同心房纖維母細胞對於促纖維化激素是否有不同的反應與促纖維化訊息傳遞路徑。
方法在TGF-β1及Ang II的刺激下，給予心室纖維母細胞薑黃素或生理劑量睪固酮並評估細胞的複製、移行、膠原蛋白製造、及肌纖維母細胞分化的能力。並用西方點墨法分析訊息傳遞路徑的改變。另外以病理切片的方式分析健康與心衰竭大鼠左心房 (LA)和右心房 (RA)組織膠原蛋白差異。同樣分析TGF-β1及Ang II的刺激下，左右心房纖維母細胞的複製、移行、膠原蛋白製造、及肌纖維母細胞分化的能力。並用西方點墨法分析訊息傳遞路徑的改變。
結果 在薑黃素的研究中，當心室纖維母細胞在TGF-β1及Ang II的刺激下，薑黃素可以顯著地抑制細胞移行、複製、及膠原蛋白製造能力。薑黃素減少TGF-β1訊息傳遞路徑Smad2/3, Akt的磷酸化；薑黃素也減少了Ang II訊息傳遞路徑Ang II接受器及磷酸化ERK1/2蛋白質表現量。在生理劑量睪固酮的研究中，在相較沒有生理劑量睪固酮的心室纖維母細胞，經過生理劑量睪固酮處理的心室纖維母細胞，會產生較少的膠原蛋白製造能力。當同時處在TGF-β1環境下時，經過生理劑量睪固酮處理的心室纖維母細胞，會產生較少的複製、移行、肌纖維母細胞分化、及膠原蛋白製造能力。當同時處在Ang II環境下時，經過生理劑量睪固酮處理的心室纖維母細胞，會產生較少膠原蛋白製造能力。不管是否處在TGF-β1環境下，生理劑量睪固酮減少了磷酸化Akt, mammalian target of rapamycin, and 4E binding protein-1。而在轉化生長因子環境下，生理劑量睪固酮減少了基質金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase, MMP-2)的分泌，在Ang II環境下，生理劑量睪固酮減少了磷酸化 P38 and Smad 2/3 的產生。而在左右心房纖維化的研究中，在健康的大鼠心臟中，左右心房組織具有相似的纖維化程度，心衰竭情況下，左心房組織相較於右心房組織具有更多的心臟纖維化。相較於右心房纖維母細胞，左心房纖維母細胞具有較多的氧化壓力、製造更多膠原蛋白、轉化生長因子、結締組織生長因子(connective tissue growth factor, CTGF)，但製造較少的血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)。右心房與左心房纖維母細胞具有相同的移行、複製、肌纖維母細胞分化能力。TGF-β1及Ang II的刺激下，左心房纖維母細胞相較於右心房纖維母細胞有更強的移行、複製、膠原蛋白製造能力。VEGF顯著性地增加左心房纖維母細胞製造膠原蛋白的能力，但不增加右心房纖維母細胞的製造能力。不管有無TGF-β1及Ang II的刺激，左心房纖維母細胞具有更多的磷酸化ERK1/2和P38蛋白表現。ERK抑制劑(PD98059, 50 μmol/L)顯著減少右心房纖維母細胞膠原蛋白製造能力，且增加製造血管內皮生長因子能力，但不會影響左心房纖維母細胞。P38抑制劑(SB203580, 30 μmol/L)顯著減少左心房纖維母細胞膠原蛋白製造能力，但不會影響左心房纖維母細胞。P38抑制劑同時增加左右心房纖維母細胞製造血管內皮生長因子。
結論我們發現在TGF-β1及Ang II的刺激下，薑黃素或生理劑量睪固酮分別藉由改變促纖維化激素不同的訊息傳遞路徑，達到抑制細胞的複製、移行、膠原蛋白製造、及肌纖維母細胞分化的能力。可作為未來潛在抗心室纖維化的重要治療方法。另外也發現相較於右心房纖維母細胞，左心房纖維母細胞對於TGF-β1及Ang II的刺激會產生不同的訊息傳遞路徑而表現更強的細胞能力，引起更嚴重的纖維化反應。這個發現提供心房纖維化病生理機制不同的觀點，並可藉由比較兩者的差異，找出未來治療心房纖維化的新標的。