心臟衰竭（Heart failure）是文明社會中常見的疾病，患者心臟的舒張與收縮功能失調，導致身體不適甚至是死亡，現代人的飲食與運動習慣更加深心臟衰竭的盛行率。儘管我們了解運動能改善心臟的功能，但困難點就在於有些患者的心臟功能已無法負荷正常的運動，造成心臟衰竭的惡性循環。好消息是，近期來自加拿渥太華大學（University of Ottawa）心臟研究所的團隊發現一種名為心營養素 1（Cardiotrophin 1, CT1）的蛋白能修復心臟之功能。
健康與不健康的心肌肥厚差異
當心臟功能失調，導致血液循環不良時，會造成部分心肌細胞死亡。此時身體會以增厚心臟的方式來適應，但這種心臟增生並無助於改善心室功能，故稱之為病理性心肌肥厚（Pathological cardiac hypertrophy）。反之，當人體運動或懷孕時，身體會透過不同於病理性心肌肥厚的機轉，促使心肌增生來適應身體之需求，此種增生則稱為生理性心肌肥厚（Physiologic cardiac hypertrophy），是一種健康的心臟增生。
CT1 以類似運動和懷孕的效果促進心臟功能
渥太華大學研究團隊發表在《Cell Research》上的研究，指出 CT1 能以類似運動和懷孕的效果來改善心臟的功能，相較於典型的心臟肥大，CT1 誘導的心臟肌肉增生能恢復心臟的運作功能（增加血液運送能力）。研究員將外源性的人類 CT1（Human CT1, hCT1）注射到老鼠體內，觀察到如同運動和懷孕促進的生理性心肌肥厚，彷彿hCT1 具有欺騙心臟的作用。
hCT1 誘導之心臟增生是健康且可逆的
特別的是，研究員發現 hCT1 促進的心臟增生是可逆的。當大鼠接受兩週 hCT1 的處理後（6 µg/ kg/ h），相較於未給藥的組別，其心臟有增生之現象。但當停止給予 hCT1 六週後，此種心臟增生的情況已不復見，心臟回復至與未給藥組別之大鼠相同的基準，顯示 hCT1 誘導之心臟增生是可逆的。
相反的，臨床上一些特定的藥物如 isoproterenol（ISO）與 phenylephrine（PE）在實驗中造成的心臟增生在停止給予藥物六週後，心臟大小不但不可逆，且會增高右心室與左心室之內徑比例，屬於病理性的心臟增生。更精確的說，心臟只有變大而已，並無益於心臟功能的提升。
延伸閱讀：冠狀動脈疾病的基因 探尋病因與治療契機hCT1 增厚心臟之機制
實際上，hCT1 促進心臟增生的機制與傳統藥物如 PE 是截然不同的。兩者雖都是透過細胞凋亡相關的分子機制（Caspase 3）來刺激心臟細胞增生，但 hCT1 所引發的 Caspase 3、Mef2 與 NF-κB 表現期相較於 PE 組別是較弱的。此外 hCT1 傾向於刺激 STAT3 路徑（抗發炎），而 PE 則是屬於 STAT1 路徑（誘導細胞凋亡）。研究員統整以上資訊與進一步的實驗後，推測 hCT1 能藉由活化 CK2 來達到有限度的 Caspase 活化來促使有益身體的生理性心肌肥大發生，預防不受控制的病理性心肌肉增生出現。
更重要的是，hCT1 誘導心臟增生的同時，也會促進血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）和其它血管新生因子（如angiopoietin-like 4）的分泌來適應變大的心臟。這意味著 hCT1 所促進的心臟增生是具功能性，而非像 PE 引起的病理性心肌肥大，空有變大的心臟卻無法增加血流量來幫助血液循環。
圖一、hCT1 引起的生理性心臟增生與病理性增生之機制比較。來源 Cell Research. doi:10.1038/cr.2017.87 。
肺動脈高壓引起的右心室衰竭可被 hCT1 改善
為了瞭解 hCT1 的醫療潛力，研究員利用肺動脈高壓（Pulmonary arterial hypertension）引起的右心臟衰竭老鼠模式來探討 hCT1 是否具治療潛能。相較於未給藥的組別，在給予老鼠四周 hCT1 的試驗後，改善了其心臟收縮能力與微血管的密度，初步證明 hCT1 能促進心臟的重塑（remodeling）來改善健康。
CT1 可望成為未來心臟衰竭新療法
在此研究中，不管是心臟病（心臟左側受損）或高血壓（心臟右側受損）引起的心臟衰竭老鼠都可藉由注射 CT1 來修復心臟的功能，能增加心肌的增生與微血管的生成，提高心臟收縮的能力來輸送血液。研究團隊認為 CT1 能帶來與運動鍛鍊的相近的益處，使心臟衰竭而無法負荷運動的患者受惠。此研究的通訊作者 Megeney 博士已申請CT1 的專利，但還需要更多的研究與時間來測試 CT1 能否用於臨床治療，期待未來 CT1 可望成為心臟衰竭患者的新療法。
文 / Nate Hsu
參考文獻：
1. Cardiotrophin 1 Stimulates Beneficial Myogenic and Vascular Remodeling of the Heart. Cell Research. doi:10.1038/cr.2017.87
2. “Exercise as a drug” treatment for heart failure. https://www.bhf.org.uk/news-from-the-bhf/news-archive/2017/august/exercise-drug
3. Human Cardiotrophin 1 Protein Improves Heart Function in Rats with PAH, Study Shows. https://pulmonaryhypertensionnews.com/2017/08/11/human-cardiotrophin-1-protein-improves-heart-function-in-rats-with-pah/
4. How to trick your heart into thinking you exercise. https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-08/ohri-htt080117.php
©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因線上版權所有 未經授權不得轉載。合作請聯繫：service@geneonlineasia.com
