王術(shù)芳 王曉麗 (遼寧醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科,遼寧 錦州 121001)
心肌肥厚是臨床上高血壓、心肌梗死等心血管疾病共有的病理過(guò)程。初期有一定的代償作用,晚期可以導(dǎo)致心律失常、猝死、心力衰竭。研究表明〔1〕:心肌肥厚的啟動(dòng)和發(fā)展與多條細(xì)胞信息通道有關(guān),如鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶系統(tǒng)(CaN)、蛋白激酶C(PKC)系統(tǒng)、Wnt信號(hào)通路、絲裂素活化蛋白激酶(MAPK)系統(tǒng)、mir-RNA133和磷脂酰肌醇3(PI3K)介導(dǎo)的信號(hào)系統(tǒng)等。近年研究CaN系統(tǒng)在心肌肥厚的研究成為熱點(diǎn),本文就CaN系統(tǒng)在心肌肥厚研究中作一綜述。
CaN屬絲蘇氨酸蛋白磷酸酶家族成員(又稱(chēng)蛋白磷酸酶2B,PP2B),是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一受 Ca2+/鈣調(diào)素(CaM)調(diào)節(jié)的絲/蘇氨酸蛋白磷酸酶。
1.1 CaN結(jié)構(gòu)組成及功能 它是由一個(gè)催化亞基(CaNA)和一個(gè)調(diào)節(jié)亞基(CaNB)組成的異源二聚體,由5個(gè)不同結(jié)構(gòu)域組成:N-末端區(qū)、催化區(qū)、CaNB結(jié)合區(qū),CaM結(jié)合區(qū)及自動(dòng)抑制區(qū)。CaNA氨基端有一催化域,中間是CaNB和CaM結(jié)合域,梭基端有一自抑制域。CaNA具有和CaM結(jié)合的位點(diǎn),而Ca2+則通過(guò)與CaNB結(jié)合增加該酶的活性。人類(lèi)的CaNA有CaNAα、CaNAβ、CaNAγ 3種異構(gòu)體,其中 CaNAα/β 存在于心臟,目前認(rèn)為主要是 CaNAβ參與心肌重構(gòu)〔2〕。
1.2 CaN-NFAT通路 Molkentin等〔3〕研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)去磷酸化胞漿中的活化 T細(xì)胞核因子(nuclear factor of activated T cells,NFATs),然后進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與鋅指轉(zhuǎn)錄因子(GATA4)結(jié)合,形成復(fù)合物,共同激活下游傳導(dǎo)系統(tǒng),引起心臟肥大基因轉(zhuǎn)錄:如心房利鈉因子(ANF)、肌球蛋白重鏈(β-MHC)、肌球蛋白輕鏈-2(MLC-2)和胎兒β-原肌球蛋白等表達(dá)。其中NFAT-c2是CaN的下游信號(hào)傳導(dǎo)分子〔4〕經(jīng)磷酸酶催化后進(jìn)入細(xì)胞核中,與MEF-2、GATA-4和AP-1等轉(zhuǎn)錄因子一起調(diào)節(jié)基因表達(dá),促使CaN轉(zhuǎn)錄增多。在轉(zhuǎn)基因大鼠中,Cain得到表達(dá),可抑制主動(dòng)脈結(jié)扎所誘發(fā)的心肌肥厚。從而說(shuō)明CaN內(nèi)源性抑制蛋白 Cain在抗心肌肥厚反應(yīng)方面具有一定的作用〔5〕。
2.1 絲裂素活化蛋白激酶系統(tǒng) MAPK信號(hào)通路是心肌肥大的重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。心肌細(xì)胞肥大相關(guān)因素可與心肌細(xì)胞的G蛋白偶聯(lián)受體、酪氨酸激酶受體、心臟營(yíng)養(yǎng)素-1等結(jié)合,啟動(dòng)MAPK信號(hào)調(diào)節(jié)途徑級(jí)聯(lián)反應(yīng),傳入細(xì)胞核,作用于核內(nèi)底物,促進(jìn)Fos的轉(zhuǎn)錄,調(diào)控細(xì)胞基因的表達(dá),從而使蛋白質(zhì)合成增加,導(dǎo)致心肌肥大〔6~9〕。Molkentin 等〔10〕在 CaN 轉(zhuǎn)基因鼠的肥大心臟中發(fā)現(xiàn)MAPK活化增加,與CaN增長(zhǎng)平行;轉(zhuǎn)基因鼠的肥大心臟中,JNK和ERK激活增加,但是p38 MAPK因子的激活未見(jiàn)明顯改變;用CaN-腺病毒感染誘導(dǎo)心肌肥大,同時(shí)檢測(cè)用CaN抑制劑CsA對(duì)心肌肥大抑制的作用,實(shí)驗(yàn)表明,P38 MAPK的激活對(duì)CaN誘導(dǎo)的心肌肥大有一定影響。有實(shí)驗(yàn)也表明:在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大機(jī)制中,存在CaN、和MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的交互作用〔11〕。
2.2 蛋白激酶C系統(tǒng) 心肌細(xì)胞受外界信號(hào)刺激后,激活磷脂酶C(PLC),水解膜磷脂生成二?;视?DAG),細(xì)胞內(nèi)DAG濃度升高,促使PKC從胞漿向細(xì)胞膜移位,激活PKC。研究顯示〔12〕:瓣膜性心臟病患者如果出現(xiàn)左室質(zhì)量指數(shù)增大和左室離心性肥厚,外周淋巴細(xì)胞中的CnAα mRNA水平將會(huì)明顯升高,可能系神經(jīng)激素分泌增多以及 PKC通路激活所致。經(jīng)典PKC對(duì)CaN的催化活性還有調(diào)節(jié)作用,PKC也可能經(jīng)調(diào)節(jié)GATA-4 mRNA 5'非翻譯區(qū),參與調(diào)節(jié)精氨酸加壓素誘導(dǎo)的心肌肥大細(xì)胞GATA-4 mRNA核糖體進(jìn)入位點(diǎn)的活性。CaN表達(dá)與神經(jīng)激素有關(guān),同時(shí)與PKC信號(hào)通路相互影響。
2.3 Wnt信號(hào)通路 Wnt蛋白是一組富含半胱氨酸的糖基化蛋白,參與細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及控制細(xì)胞的定位等過(guò)程。主要有經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑,其中非經(jīng)典途徑與Ca2+有這密切關(guān)系。由Wnt5a激活,通過(guò)增加胞內(nèi)Ca2+含量激活PKC、PLC和NFAT,NFAT激活后進(jìn)入造血干細(xì)胞(HSCs)細(xì)胞核,調(diào)節(jié)HSCs基因轉(zhuǎn)錄〔13〕。目前 Wnt通路與心肌肥厚有一定關(guān)聯(lián),并與心臟傳導(dǎo)細(xì)胞的發(fā)育有密切關(guān)系。該通路與PKC信號(hào)通路和CaN下游的NFAT之間有一定的聯(lián)系,Wnt信號(hào)通路在心臟發(fā)育各方面和心血管系統(tǒng)有一定作用。
2.4 microRNA-133(miR-133) 國(guó)內(nèi) 研究表明〔14〕:calcineurin/NFAT通路和miR-133在心肌肥厚過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。HEK293細(xì)胞轉(zhuǎn)染miR-133下調(diào)calcineurin的表達(dá),共轉(zhuǎn)染miR-133和miR-133特異反義寡核苷酸抑制miR-133下調(diào)calcineurin的作用。miR-133或calcineurin通過(guò)彼此相互抑制的方式,正反饋調(diào)節(jié)自身表達(dá);心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展依賴(lài)于MiR-133與calcineurin相互作用的結(jié)果。
2.5 磷脂酰肌醇3介導(dǎo)的信號(hào)系統(tǒng) Vecchione等〔15〕研究發(fā)現(xiàn)AngⅡ通過(guò) PI3Kγ激活蛋白激酶B(PKB/Akt),繼而增加 L型鈣通道介導(dǎo)的外鈣內(nèi)流,PI3Kγ缺陷小鼠上述反應(yīng)明顯受抑。由于PI3K/Akt信號(hào)通路是 PTEN作用的主要信號(hào)通路,提示PTEN可能對(duì)G蛋白βγ亞基 /PI3Kγ/Akt介導(dǎo)的 L型鈣通道開(kāi)放具有抑制作用。
3.1 T細(xì)胞激活核因子 轉(zhuǎn)錄因子NFAT家族包括NFAT1,NFAT2,NFAT3,NFAT4等。NFAT3存在于包括心臟在內(nèi)的多種組織細(xì)胞中。NFAT蛋白活性均依賴(lài)于胞漿中鈣離子轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核內(nèi)的流量,胞漿內(nèi)鈣離子的增加激活鈣調(diào)蛋白,進(jìn)而激活鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶,隨之NFAT穿梭到細(xì)胞核內(nèi),并與一系列包括AP-1、NF-κB在內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子共同調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄,從而導(dǎo)致心肌細(xì)胞的肥大。
3.2 GATA-4 GATA結(jié)合蛋白是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)與分化的重要轉(zhuǎn)錄因子,GATA-1~3主要在造血系統(tǒng)中表達(dá),GATA-4~6大多表達(dá)于心臟。在心血管系統(tǒng)中,GATA-4也參與了心肌重塑過(guò)程。Liu等〔16〕在研究脂多糖在心肌肥厚中的作用時(shí)發(fā)現(xiàn),脂多糖在H9C2細(xì)胞系中能夠顯著激活 GATA-4,進(jìn)而上調(diào)ANP和BNP的表達(dá)。GATA-4的下游靶分子有ANP、BNP、α-MHC、β-MHC和ET-1等蛋白質(zhì)分子,近年發(fā)現(xiàn)其他心臟表達(dá)基因也受到 GATA-4的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。Liang等〔17〕的研究發(fā)現(xiàn),利用重組腺病毒轉(zhuǎn)染技術(shù)過(guò)表達(dá) GATA-4,使體外培養(yǎng)的心肌細(xì)胞表面積蛋白增多,肥厚的相關(guān)基因激活,提示GATA-4是心肌肥厚的有效調(diào)節(jié)因子。
3.3 核因子κB 核因子κB(NF-κB)是一種具有基因轉(zhuǎn)錄多向調(diào)控作用的核轉(zhuǎn)錄因子,在心肌肥厚、心肌細(xì)胞凋亡、心力衰竭的發(fā)生中,NF-κB的過(guò)分表達(dá)導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大。Purcell等〔18〕研究證明苯腎上腺素、ET-1及 AngⅡ 導(dǎo)致的心肌肥厚,均通過(guò)NF-κB介導(dǎo)。Gupta等〔19〕研究顯示心肌肥厚需要 NF-κB激活。內(nèi)分泌-細(xì)胞因子引起的心室重構(gòu)、心室肥厚的信號(hào)通路最終都經(jīng)過(guò)NF-κB。眾多的研究表明:NF-κB是心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因子之一,是CaN下游的轉(zhuǎn)錄因子中與之相關(guān)的共同轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子之一。
3.4 肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2 肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2(MEF2)是一種特定的轉(zhuǎn)錄因子,主要促進(jìn)肌細(xì)胞分化過(guò)程中的基因轉(zhuǎn)錄,在骨骼肌、心肌、平滑肌的發(fā)育過(guò)程中起介導(dǎo)細(xì)胞分化的作用。近年研究發(fā)現(xiàn)MEF2提供了心室肥厚信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用靶點(diǎn),其信號(hào)通路與Ca2+密切相關(guān)。當(dāng)Ca2+濃度增加時(shí),可以通過(guò)Ca2+→MAPK→p38→MEF2、Ca2+→PKC→MEF2、Ca2+→CaN→NFAT→MEF2三條通路來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。Ma等〔20〕通過(guò)對(duì)鈣調(diào)磷酸酶抑制劑CsA、FK506、MEF2阻遏蛋白的干預(yù)及RNA干擾等多種方法研究證明:在基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程中,Ca2+信號(hào)經(jīng)由鈣調(diào)磷酸酶和NFAT介導(dǎo)。Kim等〔21〕的研究發(fā)現(xiàn),MEF2D與心肌纖維化過(guò)程有關(guān),為延緩心肌纖維化、逆轉(zhuǎn)心室重構(gòu)提供了新的研究方向。
3.5 組蛋白去乙酰化酶 組蛋白去乙?;?HDACs)調(diào)節(jié)包括N F-κB等多種轉(zhuǎn)錄因子非組蛋白的乙酰化,進(jìn)而抑制或激活基因的轉(zhuǎn)錄。蛋白活性調(diào)節(jié)通過(guò)乙?;蛉ヒ阴;?,可以改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)錄因子的活性,從而可以調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的活性。陸瑩等〔22〕研究顯示:HDAC2可能參與了心肌細(xì)胞肥大的過(guò)程,給予相關(guān)抑制劑后,HDAC2的表達(dá)減少且伴隨心肌細(xì)胞肥大程度而下降。Lee等〔23〕學(xué)者曾在大鼠心肌梗死動(dòng)物模型中亦觀察到組蛋白脫乙?;敢种苿?丙戊酸對(duì)于心肌細(xì)胞肥大的改善作用,兩實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。
大通路相互協(xié)調(diào)、相互調(diào)控的機(jī)制,闡明心血管疾病的信號(hào)傳遞機(jī)制,阻斷肥大信號(hào)的傳遞可能達(dá)到阻止心肌肥大晚期向心衰發(fā)展和缺血性心肌損傷的目的,為防治高血壓、心衰等心血管疾病向終末期發(fā)展開(kāi)拓了新的思路。隨著研究的不斷深入,CaN信號(hào)通路在心血管疾病的研究中日益成為熱點(diǎn)。心肌肥厚是眾多心血管事件的始動(dòng)因素,尚未找到特異性的藥物阻止或者逆轉(zhuǎn)心肌肥厚的進(jìn)一步惡化,本綜述試圖從CaN通路方面上做了一個(gè)概述,從而為藥物治療心肌肥厚尋找新的靶點(diǎn),為開(kāi)發(fā)新藥提供一個(gè)新思維。
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