【关键词】 同型半胱氨酸； 慢性心力衰竭； 发病机制
doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2016.11.039
慢性心力衰竭（CHF）是各种心脏疾病的终末期表现和最主要的死因，其发病率高，是当今最重要的心血管病之一。CHF的主要发病机制之一为心肌病理性重构，神经内分泌系统过度激活所致的系统反应，其中肾素-血管紧张素-醛固酮系统和交感神经系统过度兴奋起着主要作用，但目前在醛固酮、血管紧张素转化酶抑制剂及其受体拮抗剂等广泛应用的前提下心衰的发病率及其死亡率仍逐年升高[1]。
心衰是一种慢性、自发进展性疾病，很难根治，但可预防。目前同型半胱氨酸（Hcy）与冠心病的相关性已经达成共识，众多研究亦表明Hcy与CHF的发生、发展、预后有一定相关性，且其作用独立于冠心病缺血机制之外，但其致病机制尚不明确。本文旨在对Hcy与CHF发病机制及其干预的相关性进行综述，为防治和延缓心肌重构的发展提供新的线索，从而有望降低CHF的病死率和住院率。
1 高Hcy与CHF发病机制的相关性
1.1 高Hcy与氧化应激 机体受到各种有害刺激时，活性氧（ROS）产生过多，氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致组织损伤。而Hcy是一种含硫氨基酸，包含一个高活性硫醇基很容易氧化形成ROS，这提示Hcy诱导心肌损伤的机制可能涉及氧化应激。
目前学者对Hcy损伤心肌组织的机制较认可的是，Hcy通过氧化应激损伤血管内皮细胞等途径使心肌微血管循环障碍，影响心肌供血，间接导致心肌缺血损伤。但Hcy是否通过氧化应激直接损伤心肌组织仍在研究中。尽管有研究显示Hcy对心肌细胞的氧化还原反应无明显影响[2]，但越来越多的研究支持两者之间是有关系的。如相关研究表明，高Hcy可以通过激活NADPH氧化酶（NOX）增加心肌超氧阴离子自由基（O2-），抑制一氧化氮（NO）调控的心脏O2利用，损伤心肌组织[3]。还可以通过直接损伤心肌细胞钠钙交换体及心肌细胞肌浆网钙ATP酶，使线粒体内Ca2+浓度增加，导致电子传递链中断、ROS产生增多，引起细胞损伤[4]。另外，还有研究表明Hcy可减少抗氧化剂酶，如超氧化物歧化酶（SOD）、血红素氧合酶-1、谷胱甘肽过氧化物酶的表达和活性[5]，这提示Hcy不仅可以增强氧化系统，还可以降低体内的酶抗氧化能力，间接引起心肌组织氧化损伤。
1.2 高Hcy与心肌细胞外基质重塑 越来越多的研究表明基质金属蛋白酶（MMPs）参与细胞外基质重塑。MMPs几乎能降解细胞外基质（ECM）中的各种蛋白成分，其活性可受基质金属蛋白酶抑制剂（TIMP）的调节。相应的MMP与TIMP的比例可调节ECM中胶原蛋白和弹性蛋白的平衡，正常情况下MMPs的阳性率很低，其只在各种刺激下可高表达和被激活。研究显示，高Hcy培养的HL-1心肌细胞中MMP-2，-9，TIMP-1，-3表达增加，TIMP-4表达减少[6]；亦有研究表明高Hcy可激活MMP9，减少心肌连接蛋白[7]；还有研究提示高Hcy通过增加转化生长因子-β1（TGFβ1）的表达，影响TIMP1/MMP1比率，从而导致细胞外基质降解失调，引起心肌细胞外基质重塑，影响心脏功能[8]，这表明MMP/TIMP参与了高Hcy导致的心肌重构。除上述机制外，还有研究显示高Hcy可通过增加心肌成纤维细胞胶原蛋白Ⅰ型蛋白的表达，引起心肌细胞外基质重塑[9]。
1.3 Hcy与心肌细胞自噬、凋亡 自噬、凋亡是一种重要的心血管疾病的发病过程。目前已有很多研究表明研究表明高Hcy可通过增加细胞内一氧化二氮、细胞内钙离子， 活性氧而引起心肌细胞自噬[10]。另外，Tyagi等[11]的研究中，高Hcy组线粒体连接蛋白-43（mtCxn-43）易位及退化，微管相关蛋白LC3-I/II（自噬的标记物）及MPP-9明显增加，提示Hcy可通过使mtCxn-43易位，并增加MMP-9介导的mtCxn-43降解，使心肌细胞线粒体自噬，影响心肌细胞线粒体正常功能。还有研究表明高Hcy培养的心肌细胞凋亡率增高，同时MMP-3和caspase-3的表达增加，而MMP-3是一种基质溶素，caspase-3是细胞凋亡过程中最主要的终末剪切酶，提示高Hcy可通过上述方式导致心肌细胞凋亡[12]。
1.4 高Hcy与遗传表观机制 miRNAs是一类内源性的具有调控功能的非编码RNA，通过和靶基因mRNA碱基配对引导沉默复合体（RISC）降解mRNA或阻碍其翻译，在细胞生长和发育过程中起多种调节作用。目前众多研究表明miRNAs在与心肌重构相关的调节基因的表达中发挥关键作用，且关于miRNAs在高Hcy所致心肌重构中的作用是当前研究热点，但具体何种miRNAs参与该过程及其发挥何种作用仍在探索中。相关研究 表明在高Hcy致心肌重塑的体外小鼠心肌细胞培养模型中，高Hcy组中的7种miRNAs表达下调，
4种miRNAs表达上调，其中miR-188表达下调最明显[6]，提示miRNAs，尤其是miR-188，可能参与高Hcy所致的心肌重塑[6]。还有研究显示氧化应激可通过上调miRNA-29b使MMP-2，-9基因上调，导致心肌疾病[13]。另有研究报道，在高Hcy环境下DNA甲基转移酶1（DNMT1）的活性及其mRNA水平均增高[14]；通过应用高分辨率DNA甲基化数组（450k）亦证实DNA甲基化水平和Hcy水平呈正相关[15]。在（CBS+/-）小鼠模型体内及体外HL-1心肌细胞进行的研究显示[16]，在高Hcy组DNMT1、MMP-9水平增高，组蛋白H3K9乙酰化作用增强，组蛋白去乙酰化酶1（HDAC1）、miRNA-133a、mi-RNA-499表达下降，表明高Hcy可能是通下调miRNA-133a、mi-RNA-499，从而影响DNA甲基化及组蛋白乙酰化酶的表达，使心肌组织细胞蛋白的表达异常，如MMP-9的表达增加，最终导致心肌重塑。还有研究表明[17]，高Hcy组中心肌细胞肥大标记物c-fos、心钠素（ANP）、β-MHC水平及肌细胞促进因子2C与HDAC1复合物（MEF2C-HDAC1）水平较对照组明显高，miR-133a、MEF2C水平明显低于对照组，而MEF2C是miRNA-133a的转录诱导物，提示高Hcy通过使MEF2C与HDAC1绑定使MEF2C失活导致miR-133a表达减少，从而使心肌细胞肥大，引起心肌重构。这些均提示多种miRNAs通过多种途径参与高Hcy所致心肌重构的病理过程。
除上述机制外，还有其他遗传机制参与。有研究表明，高Hcy可影响心肌蛋白精氨酸甲基化[18]，而蛋白质精氨酸甲基化是重要的细胞翻译后修饰方式，参与众多生命过程；其还可以上调依赖p53的促细胞凋亡基因，Noxa和Bax，导致细胞凋亡增加[19]。另外，还有研究提示，高Hcy能通过对转录因子蛋白家族NF-κB活动的调控，使心肌干细胞因子（SCF）的浓度增加，而SCF介导的心脏肝细胞迁移可引起心肌损伤[20]。可见高Hcy对心肌的负面影响不仅是通过直接损伤，还可通过遗传机制使心肌结构改变，从而影响心脏功能。
1.5 其他 Hcy除通过氧化应激、促进心肌细胞外基质重塑、诱导心肌细胞自噬及凋亡、影响正常遗传表达这4个方面参与CHF的发生之外，还有其他研究发现被报道。如Hcy还可通过抑制胱硫醚γ裂解酶活性减少内源性H2S生成，从而使血管紧张素Ⅱ生成增多，引起心肌重构[21]；通过内质网应激诱导心肌细胞结构和组织改变，且对心肌的能量和脂质的代谢有影响[22]；使过氧化物酶体增殖物活化受体（PPAR-α，-γ）、PGC-1α、雌激素相关受体α配体（ERRα）的表达受损从而导致心肌细胞增大、线粒体解体和功能障碍，改变脂肪酸氧化和能量代谢[23]。
2 相关干预研究
2.1 降低血清Hcy疗法 叶酸和维生素B12是Hcy代谢过程中的重要辅酶。众所周知，补充叶酸和B族维生素可以降低血清中Hcy的水平，但对心血管事件的发展及预后是否有益目前仍有争议[24]。有学者进行的涉及到47 429名参与者的随机对照研究，发现应用叶酸、B族维生素降低血清Hcy的干预不能起到预防心血管事件的作用[25]。而更多研究提示降低Hcy疗法是可改善疾病的，Das Undurti[26]进行的研究表明其对CHF的发生、发展有显著益处。且有学者进行的AdCBS（能使肝细胞特异性生成胱硫醚-β-合成酶的基因载体）基因转导、主动脉缩窄术（TAC，使后负荷增加导致心肌病变）小鼠模型实验中，AdCBS基因导入后的高Hcy血症小鼠，Hcy水平明显降低（P<0.001）、TAC术后生存率较对照组及高Hcy组高（P<0.05）、TAC术后心肌肥大及心肌纤维化较高Hcy组改善（P<0.001）、血清中抗氧化剂及过氧化物酶较高Hcy组高（P<0.05）、血清中硫代巴比妥酸反应物（TBARS，用于分析细胞的脂质过氧化产物水平）及心肌的3-硝基酪氨酸阳性区域较高Hcy组低（P<0.05），提示选择性降低Hcy水平的基因转导可通过减少氧化应激从而减弱因高负荷压力产生的心肌病变[27]。
2.2 其他疗法 茶多酚是一种较强的抗氧化剂[28]，在健康人群中进行的研究表明其可明显降低血清Hcy水平，同时缓解Hcy引起的氧化应激[29]；N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体是兴奋性谷氨酸受体的一种亚型，过度激活后可引起细胞膜内外离子失衡，引起细胞损伤。Pankaj等[16]的实验中，高Hcy组NMDAR1表达增加，应用地卓西平可以减弱组蛋白H3K9的乙酰化作用、减少NMDAR1的表达，从而改善高Hcy引起的心室重构。亦有研究表明，心脏特定的NMDAR1删除，可改善高Hcy激活的MMP9介导的线粒体自噬[11]；目前已有众多研究表明适量的H2S是一种对心肌细胞有益的气体[30]，其可以缓解高Hcy介导的心肌组织脂质过氧化所致的心肌损伤[31]。有研究表明，H2S还可以使MEF2C从MEF2C-HDAC1复合物中解离出来，并诱导产生miR-133a，从而缓解心肌细胞肥大[17]。以上研究均为高Hcy所致的CHF治疗提供新的视角，但如何应用于临床中，仍需要大量研究。而阿利吉伦是医药市场上已成熟的药物，其为第二代肾素抑制剂，是新一代非肽类肾素阻滞药，能在第一环节阻断RAS系统，降低肾素活性，减少AngⅡ和醛固酮的生成。目前已有研究表明阿利吉伦可有效防止及改善高Hcy所至的心肌纤维化及舒张功能障碍，为临床上CHF的治疗提供了新的选择[9]。
3 展望
越来越多的研究表明Hcy与CHF的发病机制相关，且损害机制是多途径的，相关的治疗方法亦在探索中。但在2014年中华医学会心力衰竭诊疗指南中仍未明确将Hcy列为CHF的风险因素。因此关于Hcy对心肌组织的负面影响及相关治疗有待进一步研究。
参考文献
[1]中华医学会心血管病学分会，中华心血管病杂志编辑委员会.中国心力衰竭诊断和治疗指南2014[J].中华心血管病杂志，2014，42（2）：98-122.
[2] Parodi O，Chiara B D，Baldassarre D，et al.Plasma cysteine and glutathione are independent markers of postmethionine load endothelial dysfunction[J].Clin Biochem，2007，40（3-4）：188-193.
[3] Zivkovic V， Jakovljevic V，Djordjevic D，et al.The effects of homocysteine-related compounds on cardiac contractility， coronary flow， and oxidative stress markers in isolated rat heart[J].Mol Cell Biochem，2012，370（1-2）：59-67.
[4] Vacek Thomas P，Vacek Jonathan C，Tyagi Suresh C，et al.
Mitochondrial mitophagic mechanisms of myocardial matrix metabolism and remodelling[J].Arch Physiol Biochem，2012，118（1）：31-42.
[5] Steed Mesia M，Tyagi Suresh C.Mechanisms of cardiovascular remodeling in hyperhomocysteinemia Antioxid[J].Antioxid Redox Signal，2011，15（7）：1927-1943.
[6] Mishra P K，Tyagi N，Kundu S，et al.MicroRNAs are involved in homocysteine-induced cardiac remodeling[J].Cell Biochem Biophys，2009，55（3）：153-162.
[7] Rosenberger D，Gargoum R，Tyagi N，et al.Homocysteine eiched diet leads to prolonged QT interval and reduced left ventricular performance in telemetric monitored mice[J].Nutr Metab Cardiovasc Dis，2011，21（7）：492-498.
[8] Raaf L，Noll C，Cherifi M E，et al.Myocardial fibrosis and TGFB expression in hyperhomocysteinemic rats[J].Mol Cell Biochem，2011，347（1-2）：63-70.
[9] Hui Z， Ivan L，Gaurav A，et al.Effects of direct renin inhibition on myocardial fibrosis and cardiac fibroblast function[J].PLoS One，2013， 8（12）：e81 612.
[10] Vacek T P，Vacek J C，Tyagi N，et al.Autophagy and heart failure：A possible role for homocysteine[J].Cell Biochem Biophys，2012，62（1）：1-11.
[11] Tyagi N，Vacek J C，Givvimani S，et al.Cardiac specific deletion of N-methyl-D-aspartate receptor 1 ameliorates mtMMP-9 mediated autophagy/mitophagy in hyperhomocysteinemia[J].
J Recept Signal Transduct Res，2010，30（2）： 78-87.
[12] Tyagi Suresh C，Joshua Irving G.Exercise and nutrition in myocardial matrix metabolism， remodeling， regeneration， epigenetics， microcirculation，and muscle[J].Can J Physiol Pharmacol，2014，92（7）：521-523.
[13] Chen K C，Wang Y S，Hu C Yu，et al.OxLDL up-regulates microRNA-29b， leading to epigenetic modifications of MMP- 475 2/MMP-9 genes：A novel mechanism for cardiovascular diseases[J].FASEB J，2011，25（5）：1718-1728.
[14] Liang Y，Yang X L，Ma L N，et al.Homocysteine-mediated cholesterol efflux via ABCA1 and ACAT1 DNA methylation in THP-1 monocyte-derived foam cells[J].Acta Biochim Biophys Sin （Shanghai），2013，45（3）：220-228.
[15] Kinoshita M，Numata S，Tajima A，et al.Plasma total homocysteine is associated with DNA methylation in patients with schizophrenia[J].Epigenetics，2013，8（6）：584-590.
[16] Pankaj C，Anuradha K，Srikanth G，et al.Differential regulation of DNA methylation versus histone acetylation in cardiomyocytes during HHcy in vitro and in vivo： An epigenetic mechanism[J].Physiol Genomics，2014，46（7）：245-255.
[17] Kesherwani V，Nandi S S，Sharawat S K，et al.Hydrogen sulfide mitigates homocysteine-mediated pathological remodeling by inducing miR-133a in cardiomyocytes[J].Mol Cell Biochem，2015，404（1-2）：241-250.
[18] Esse R，Florindo C，Imbard A，et al .Global protein and histone arginine methylation are affected in a tissue-specific manner in a rat model of diet-induced hyperhomocysteinemia[J].Biochim Biophys Acta，2013，1832（10）：1708-1714.
[19] Ma S C，Zhang H P，Sun W W，et al.Hyperhomocysteinemia induces cardiac injury by up-regulation of p53-dependent Noxa and Bax expression through the p53 DNA methylation in ApoE2/2 mice[J].Acta Biochim Biophys Sin，2013，45（5）：391-400.
[20] Zhao X，Kuang D，Duan Y P，et al.Hyperhomocysteinemia regulated SCF expression in cultured cardiomyocytes via modulation of NF-jB activities[J].Mol Cell Biochem，2015，405（1-2）：197-203.
[21] Sen U，Mishra P K，Tyagi N，et al.Homocysteine to hydrogen sulfide or hypertension[J].Cell Biochem Biophys，2010，57
（2-3）：49-58.
[22] Martinez E，Gérard N，Garcia Maira M，et al.Myocardium proteome remodelling after nutritional deprivation of methyl donors[J].Journal of Nutritional Biochemistry，2013，24（7）：1241-1250.
[23] Garcia M M，Guéant-Rodriguez R M，Pooya S，et al.Methyl donor deficiency induces cardiomyopathy through altered methylation/acetylation of PGC-1alpha by PRMT1 and SIRT1[J].J Pathol，2011，225（3）：324-335.
[24] Clarke R，Halsey J，Bennett D，et al.Homocysteine and vascular disease：review of published results of the homocysteine-lowering trials[J].J Inherit Metab Dis，2011，34（1）：83-91.
[25] Martí-Carvajal A J，Salanti G，Hidalgo R，et al.Homocysteine lowering interventions for preventing cardiovascular events[J].Cochrane Database of Systematic Reviews，2009，1（4）：CD006 612.
[26] Das Undurti N.Nutritional factors in the prevention and management of coronary artery disease and heart failure[J].Nutrition，2015，31（2）：283-291.
[27] Muthuramu I，Singh N，Amin R，et al.Selective homocysteine-lowering gene transfer attenuates pressure overload-induced cardiomyopathy via reduced oxidative stress[J].J Mol Med，2015，93（6）：609-618.
[28] Bazylko A，Piwowarski J P，Filipek A，et al.In vitro antioxidant and anti-inflammatory activities of extracts from Potentilla recta and its main ellagitannin，agrimoniin[J].J Ethnopharmacol，2013，149（1）：222-227.
[29] Deáková Z，Országhová Z，Andrezálová L，et al.Influence of oak wood polyphenols on cysteine， homocysteine and glutathione total levels and PON1 activities in human adult volunteers-a pilot study[J]Gen Physiol Biophys，2015，34（1）：73-80.
[30] Yang H B，Mao Y C，Tan B，et al.The protective effects of endogenous hydrogen sulfide modulator， S-propargyl-cysteine， on high glucose-induced apoptosis in cardiomyocytes：A novel mechanism mediated by the activation of Nrf2[J].Eur J Pharmacol，2015，761（5）：135-143.
[31] Olas B，Kontek B.Hydrogen sulfide decreases the plasma lipid peroxidation induced by homocysteine and its thiolactone[J].Mol Cell Biochem，2015，404（1-2）：39-43.
（收稿日期：2015-11-17） （本文编辑：蔡元元）