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心肌梗死(myocardial infarction, MI)是因冠状动脉或其分支阻塞而引起的缺血性心肌病,可导致心室重构,并可逐步进展为心力衰竭(heart failure, HF),严重威胁人类的健康和生命。心肌纤维化(myocardial fibrosis, MF)是多种心脏疾病发展到一定阶段的共同病理改变,是最具特征性的结构改变之一,为MI后心室重构的主要表现之一,可促进心肌收缩和舒张功能失调。心肌成纤维细胞(cardiac fibroblasts,CFs)的长期激活,即增强的细胞增殖、肌成纤维细胞分化和伴随的细胞外基质(extracellular matrix, ECM)分泌,可导致心肌纤维化。转化生长因子-p1(transforming growth factor-β1, TGF-β1)是最重要的促纤维化生长因子,为诸多因素所致MF的共同通路。MI后TGF-β1的表达显著性升高；而体内基因转染TGF-β1可诱导MF。为深入了解TGF-β1信号通路抑制对MI后MF过程的调控机制,本研究首先从细胞水平探讨了该信号通路抑制与CFs的生物学效应之间的关系。培养新生大鼠的CFs,随机分为四组：PBS组、TGF-β1组、可溶性转化生长因子一β1Ⅱ型受体(soluble transforming growth factor-β1 receptorⅡ, sTβRⅡ)组和TGF-β1+sTβRⅡ组。MTT法检测CFs的增殖。α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)免疫细胞化学染色检测肌成纤维细胞分化。免疫细胞化学染色和Western blot分析检测TGF-β1信号通路中关键的信号分子P-Smad2和Smad2/Smad3蛋白的表达水平。结果表明,与PBS组相比较,TGF-β1组CFs的增殖、肌成纤维细胞分化和P-Smad2蛋白的表达均显著性升高(P<0.01)；与TGF-β1组相比较,TGF-β1+sTβRⅡ组CFs的增殖、肌成纤维细胞分化和P-Smad2蛋白的表达均显著性降低(P<0.01)；各组间Smad2/Smad3总蛋白的表达水平无显著性差异(P>0.05)。以上结果提示,TGF-β1可激活Smad信号,诱导CFs的增殖和肌成纤维细胞分化；sTβRⅡ预处理可抑制TGF-β1诱导的Smad信号的激活和下游事件,即CFs增殖和肌成纤维细胞分化,从而抑制CFs的功能。此外,Wnt信号通路是脊椎动物发育过程中起关键作用的信号通路之一,参与了胚胎心脏的发育过程。而心脏病理过程中胚胎基因的重新表达是一种被普遍观察到的现象。研究表明,Wnt信号通路参与了MI后的组织修复过程。为深入了解Wnt信号通路抑制对MI后MF过程的调控机制,本研究进而探讨了该信号通路抑制与CFs的生物学效应之间的关系。培养新生大鼠的CFs,随机分为四组：PBS组、Wnt-1组、分泌型卷曲相关蛋白-1(secreted frizzled related protein-1, sFRP-1)组和Wnt-1+sFRP-1组。MTT法检测CFs的增殖。α-SMA免疫细胞化学染色检测肌成纤维细胞分化。免疫细胞化学染色和Western blot分析检测Wnt信号通路中的两个关键性信号分子dishevelled-1(DVL-1)和β-连环蛋白(p-catenin)的表达水平。结果表明,与PBS组相比较,Wnt-1组CFs的增殖、肌成纤维细胞分化、DVL-1和β-catenin的表达均显著性升高(P<0.01)；与Wnt-1组相比较,Wnt-1+sFRP-1组CFs的增殖明显降低(P<0.05)、肌成纤维细胞分化、DVL-1和β-catenin的表达均显著性降低(P<0.01)。以上结果提示,Wnt-1可激活Wnt信号通路,诱导CFs增殖和肌成纤维细胞分化；而sFRP-1预处理可拮抗Wnt-1的作用,抑制Wnt信号通路的激活和下游事件,即CFs增殖和肌成纤维细胞分化,抑制CFs的生物学功能。为了进一步阐明TGF-β1信号通路和Wnt信号通路阻断对MI后MF过程的调控机制,我们通过结扎大鼠左冠状动脉前降支制作MI模型,4天后存活的大鼠随机进行处理并分组：假手术组(给予等量PBS,n=10)、MI组(给予等量PBS,n=10)、MI+sTβRⅡ组(在梗死区和梗死边缘区注射100ng sTβRⅡ/20μl PBS, n=10)、MI+sFRP-1组(在梗死区和梗死边缘区注射100ng sFRP-4/20μl PBS, n=10)和MI+sTβRⅡ+sFRP-1组(给予100ng sTβRⅡ/10μl PBS和100ng sFRP-1/10μl PBS,n=10)。2周后,4只/组大鼠被处死,冰冻切片,a-SMA免疫组化染色检测肌成纤维细胞分化；4周后,测量血流动力学指标评价心功能,并计算重量参数和梗死面积。结果表明,与MI组相比较,MI+sTβRⅡ、MI+sFRP-1和MI+sTβRⅡ+sFRP-1组肌成纤维细胞分化显著性减少(P<0.01),左心室收缩压明显升高、左心室末期舒张压明显降低、左心室最大变化速率明显升高(P<0.01),心脏重/体重、左心室重/体重明显减轻(P<0.05),梗死面积显著性减少(P<0.05)。而MI+sTβRⅡ+sFRP-1组的变化最为显著。以上结果提示,联合应用sTβRⅡ和sFRP-1同时阻断TGF-β1信号通路和Wnt信号通路,可抑制肌成纤维细胞分化,有效缓解MF和左心室重构,改善缺血性心肌功能。综上所述,本研究从体内和体外两方面证实了TGF-β1和Wnt信号通路阻断对心梗后MF过程的调控,为将来可能进行的临床干预提供了新的思路。