ATM基因及其蛋白在動(dòng)脈粥樣硬化中的作用及機(jī)制

肖艷紅，劉娟，吳建華，吳東方 （．武漢大學(xué)中南醫(yī)院藥學(xué)部，湖北 武漢4007；2．中山大學(xué)附屬第六醫(yī)院檢驗(yàn)科，廣東 廣州50655；．恩施土家族苗族自治州中心醫(yī)院，湖北 恩施445000）

共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥（ataxia telangiectasia，AT）是一種罕見(jiàn)的影響多個(gè)器官的常染色體隱性遺傳性疾病，臨床上主要表現(xiàn)為神經(jīng)功能紊亂、腫瘤易感性增高、體液免疫和細(xì)胞免疫缺陷、胸腺萎縮、性腺發(fā)育異常、毛細(xì)血管擴(kuò)張、糖尿病等［1－2］。通過(guò)遺傳連鎖分析，AT的疾病基因位于人染色體11q22～q23，并將此基因命名為ATM（ataxia telangiecta－sia，mutated）。早期有報(bào)道，ATM雜合子缺失可增加與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的心血管疾病，與正常人群相比，ATM雜合子攜帶者明顯增加與年齡相關(guān)的死亡率，并且缺血性心臟病是這些患者早期死亡的重要原因之一。AT患者動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，As）兩個(gè)主要的危險(xiǎn)因素血漿膽固醇和三酰甘油水平均顯著增加。由于AT患者的壽命通常只有20～30歲，因此，As的致病因素在這些個(gè)體中一直沒(méi)有研究。由于近年ATM基因敲除鼠模型出現(xiàn)AT患者的典型特征，ATM基因的研究取得了諸多的進(jìn)展，本文就ATM基因及ATM蛋白與As的關(guān)系綜述如下。

1 ATM基因及ATM蛋白

ATM基因全長(zhǎng)160堿基對(duì)（base pair，bp），編碼序列12 000 bp，共有66個(gè)外顯子，外顯子長(zhǎng)度243～634 bp不等，內(nèi)含子大小從100 bp～11 000 bp不等。突變分析研究證實(shí)ATM是AT的疾病基因。ATM基因突變位點(diǎn)可見(jiàn)于整個(gè)ATM基因，無(wú)突變熱點(diǎn)及高頻率突變區(qū)，沒(méi)有1個(gè)位點(diǎn)的突變頻率超過(guò)3%。目前約有400余種突變被發(fā)現(xiàn)，其中缺失突變或剪切突變?cè)?5%以上，其他亦可見(jiàn)插入突變、框內(nèi)缺失等。錯(cuò)義突變只占已知突變的10%，大多數(shù)見(jiàn)于T淋巴細(xì)胞白血病患者。

ATM蛋白是370 kDa的磷酸化蛋白，在成年鼠各組織均有表達(dá)。盡管所研究的各組織均表達(dá)ATM mRNA和ATM蛋白，但不同組織ATM mRNA和ATM蛋白的水平并不一致。其中，胸腺、脾臟和睪丸ATM水平較高，而在腦組織，ATM水平并不高。原位雜交顯示ATM mRNA在整個(gè)小鼠胚胎中表達(dá)，且在胚胎鼠和新生鼠腦組織中含有較高的ATM蛋白。目前認(rèn)為，ATM蛋白是磷酸肌醇3－激酶（phosphoinositide 3－kinase，PI3K）家族中的一員，ATM 基因編碼的蛋白產(chǎn)物與PI3K有高度的系列同源性，含有蛋白激酶結(jié)構(gòu)域（domain）［3－4］。

ATM蛋白主要以無(wú)活性的多聚體存在于細(xì)胞核內(nèi)［5－6］，電離輻射導(dǎo)致DNA雙鏈斷裂（DNA double strand break，DSB）或不導(dǎo)致DSB的其他刺激因子如紫外線、鉻Ⅵ、一氧化氮、胰島素和營(yíng)養(yǎng)不良等均能激活A(yù)TM蛋白。當(dāng)DSB時(shí)，ATM進(jìn)行自體磷酸化，解聚成具有活性的單體。另外，細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中亦含有一定量的ATM蛋白，主要存在于胞漿囊泡結(jié)構(gòu)中，如過(guò)氧化物酶體、溶酶體等。當(dāng)細(xì)胞受到電離輻射或處于不同的細(xì)胞周期，細(xì)胞、胞漿中ATM蛋白水平及亞細(xì)胞器中的分布未出現(xiàn)明顯的變化。因此，胞漿ATM的作用機(jī)制目前尚不完全清楚。

2 ATM基因及蛋白與動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系

隨著對(duì)As的深入研究，越來(lái)越多的基因和蛋白被發(fā)現(xiàn)參與As的調(diào)控。ATM是從AT患者中發(fā)現(xiàn)的基因，調(diào)節(jié)人體多項(xiàng)系統(tǒng)平衡，對(duì)機(jī)體功能的穩(wěn)定性發(fā)揮著重要作用。早期研究證明ATM雜合子突變影響血漿總膽固醇和三酰甘油代謝，并增加As相關(guān)的心血管疾病，其機(jī)制尚不清楚。近年，Barlow等［7］在AT患者常見(jiàn)的ATM基因剪切突變區(qū)建立了小鼠ATM基因突變模型，使ATM基因與As的關(guān)系得到了廣泛而深入的研究。

3 ATM突變促進(jìn)As形成的可能機(jī)制

ATM是AT患者唯一的致病基因，可修復(fù)DNA雙鏈損傷、阻止細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)免疫功能和內(nèi)分泌功能、介導(dǎo)細(xì)胞的物質(zhì)代謝以及調(diào)節(jié)細(xì)胞的抗氧化應(yīng)激能力等。而這一系列作用與As的形成有著密切的聯(lián)系。

3．1 ATM抗氧化應(yīng)激作用 實(shí)驗(yàn)證明，ATM缺失性小鼠體內(nèi)的氧化應(yīng)激相比于野生型小鼠顯著提高，即ATM基因缺失有助于體內(nèi)高氧化應(yīng)激狀態(tài)的形成［8－9］。雖然有很多實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明ATM蛋白表達(dá)能夠抑制氧化應(yīng)激，但其影響機(jī)制目前還不清楚［10］。有研究證明ATM基因?qū)C(jī)體氧化應(yīng)激的修復(fù)作用主要是調(diào)控造血干細(xì)胞的自我更新作用［11］。而氧化應(yīng)激是As［12－14］形成的關(guān)鍵，氧自由基可與細(xì)胞膜上的多聚不飽和脂肪酸反應(yīng)，發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化，其過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛對(duì)細(xì)胞膜有很強(qiáng)的破壞作用，使其膜流動(dòng)性和通透性發(fā)生改變，從而導(dǎo)致細(xì)胞功能損傷。同時(shí)超氧化物歧化酶，過(guò)氧化氫酶，硫氧還蛋白濃度和活性降低，進(jìn)而對(duì)低密度脂蛋白氧化修飾形成氧化型低密度脂蛋白，后者通過(guò)多種途徑促進(jìn)單核巨噬細(xì)胞泡沫化的形成，從而促進(jìn)As發(fā)展［15］。

3．2 ATM蛋白介導(dǎo)非apoE依賴性的脂蛋白運(yùn)輸 高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）是血漿中膽固醇含量最少的一種脂蛋白，其膽固醇含量一般約20%左右，是As的保護(hù)因子。其來(lái)源主要由富含三酰甘油的脂蛋白分解衍生而來(lái)或由細(xì)胞膜分解衍生而來(lái)或由肝臟和小腸合成，而肝臟合成 HDL顆粒主要含有載脂蛋白（apolipoprotein E，apoE）。apoE是可與apoE受體和LDL受體結(jié)合的配體，清除血清中的膽固醇，因此，缺乏aopE則會(huì)導(dǎo)致血液循環(huán)中富含膽固醇的物質(zhì)積累，促進(jìn)As病灶的形成。有證據(jù)證明apoE－／－小鼠As病變的發(fā)展與人類極其相似。

以apoE缺失背景小鼠為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型研究顯示［16］，ATM＋／－突變選擇性地增高apoE缺失鼠血漿膽固醇水平，并促進(jìn)As的形成。而肝臟對(duì)乳糜微粒殘粒的清除能力降低導(dǎo)致血漿乳糜微粒殘粒水平增高是血漿膽固醇升高的主要原因。有研究證實(shí)，在apoE缺失時(shí)，LDL受體相關(guān)蛋白（LDLR－relative protein，LRP）在乳糜微粒殘粒清除中起重要作用。Magoori等報(bào)道［17］，apoE和LRP－5雙基因敲除鼠出現(xiàn)比apoE單基因敲除鼠更嚴(yán)重的高膽固醇血癥，其中，血漿乳糜微粒殘粒水平增高是小鼠血漿膽固醇水平增高的主要原因。而LRP－5單基因缺失鼠，血漿膽固醇水平未見(jiàn)明顯增高。此結(jié)果顯示LRP－5是apoE缺失時(shí)介導(dǎo)乳糜微粒殘粒清除的重要途徑。而研究證明乳糜微粒殘粒亦是心血管疾病的重要危險(xiǎn)因素。

3．3 ATM抗內(nèi)皮損傷作用 血管內(nèi)皮細(xì)胞并非穩(wěn)態(tài)的被膜細(xì)胞，而具有很強(qiáng)的代謝活性，在機(jī)體環(huán)境中會(huì)受到各種各樣的有害損傷，從而激活A(yù)TM。關(guān)于ATM激活機(jī)制尚不清楚，Bakkenist等［6］提出ATM的活化是通過(guò)DNA損傷而使細(xì)胞內(nèi)生物大分子的磷酸化和ATM多聚體解聚而形成的。

目前對(duì)ATM致細(xì)胞修復(fù)的作用途徑已經(jīng)研究的相當(dāng)明確。損傷的細(xì)胞能夠通過(guò)各種途徑使ATM激酶活性增加，磷酸化ATM激活P51而激活P21及GADD45控制DNA的修復(fù)，使細(xì)胞周期停留在G1／S控制點(diǎn)而對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行調(diào)控修復(fù)作用［18］。大量實(shí)驗(yàn)證明，在正常細(xì)胞內(nèi)，ATM通過(guò)阻滯ATM下游因子包括Chk2（一種與酵母的Rad53和cds1具有同源性的激酶）、Hcds1、Mdm2等以達(dá)到修復(fù)細(xì)胞的目的［19］。G2M期為細(xì)胞的合成后期，主要合成各種蛋白酶類對(duì)合成DNA進(jìn)行各種糾錯(cuò)修復(fù)，是維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵時(shí)期。正常細(xì)胞G2M期需要Cdc2與cyclinB構(gòu)成復(fù)合體的作用，并且在這個(gè)復(fù)合體的構(gòu)成中，Cdc2需要進(jìn)行N端Tyr和Tyr脫磷酸化，脫磷酸化修飾后的Cdc2才具有活性并與cyclinB1構(gòu)成有活性的復(fù)合體。任何影響Cdc2和cyclinB1的因素都將影響G2M期。Chk2、Chk1可以磷酸化Cdc25的Ser，從而干擾Cdc25對(duì)Cdc2 Tyr脫磷酸化，如此Cdc2因未脫磷酸化不具活性最終影響Cdc2與cyclinB1構(gòu)成的活性復(fù)合體而引起G2M期阻滯；P53在G1期阻滯有著重要的作用，在維持G2M期阻滯也同樣有重要作用［6］。

在ATM基因突變機(jī)體中，機(jī)體失去對(duì)于Ckh1和Ckh2的磷酸化作用，使損傷的DNA不能得到有效的修護(hù)，細(xì)胞遺傳物質(zhì)的改變使合成的蛋白質(zhì)有所改變，細(xì)胞功能相應(yīng)會(huì)造成損傷。而當(dāng)損傷積累到一定程度時(shí)，細(xì)胞的分裂能力將會(huì)受到影響，使細(xì)胞死亡。血管內(nèi)皮細(xì)胞不僅是循環(huán)血液與血管平滑肌細(xì)胞之間的機(jī)械屏障，而且是人體最大最重要的內(nèi)分泌器官，由于它所具有的機(jī)械屏障作用，使它很容易受到體內(nèi)外各種物理化學(xué)因素的損傷。而內(nèi)皮細(xì)胞的高度分化能力使其DNA產(chǎn)生的損傷容易分裂到下一代子細(xì)胞，使損傷在細(xì)胞中形成積累，細(xì)胞的損傷相比其他細(xì)胞大。內(nèi)皮細(xì)胞損傷而引發(fā)其內(nèi)分泌功能失調(diào)在As早期形成和發(fā)展階段的病理生理機(jī)制中起關(guān)鍵作用。

3．4 ATM抗內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激作用 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是廣泛存在于除紅細(xì)胞的其他所有細(xì)胞中的一種細(xì)胞器，未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response，UPR）和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)（endoplasmic reticulum stress，ERS）是機(jī)體內(nèi)的一種自我保護(hù)性機(jī)制，保持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)以保證細(xì)胞的存活，但持續(xù)或過(guò)度ERS則會(huì)引起細(xì)胞功能障礙。大量的實(shí)驗(yàn)證明ERS與As存在緊密的聯(lián)系，ERS是細(xì)胞存活和死亡程序同時(shí)被激活的過(guò)程，當(dāng)ERS過(guò)度激活時(shí)，下游凋亡信號(hào)分子就能促使細(xì)胞發(fā)生凋亡。Nakano等［20］通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明ERS在內(nèi)皮細(xì)胞凋亡方面發(fā)揮著重要作用，Caspase蛋白參與該過(guò)程。巨噬細(xì)胞對(duì)脂質(zhì)的吞噬作用是As形成的一個(gè)重要因素，Zhou等［21］通過(guò)測(cè)量?jī)?nèi)膜巨噬細(xì)胞和進(jìn)展型斑塊中泡沫細(xì)胞UPR的標(biāo)記蛋白GRP78以及磷酸化PERK，CHOP和TDAG51，提示ERS貫穿As進(jìn)展的整個(gè)過(guò)程。同時(shí)，ERS參與平滑肌細(xì)胞的凋亡作用，Croons等［22］在體外培養(yǎng)平滑肌細(xì)胞時(shí)，給與ERS阻斷劑放線菌酮能有效提高細(xì)胞的存活率。

在ATM－／－小鼠胸腺細(xì)胞和胸腺淋巴細(xì)胞內(nèi)，ERS和UPR有顯著的提高，He［23］等通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明ATM能阻斷衣霉素導(dǎo)致的ERS，其機(jī)制可能是ATM能阻斷細(xì)胞的氧化應(yīng)激性從而阻斷細(xì)胞的ERS。

3．5 ATM的其他功能失調(diào)作用 ATM在維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用，控制著體內(nèi)氧化還原物質(zhì)的平衡，平衡細(xì)胞的修復(fù)與凋亡，影響機(jī)體的免疫功能和內(nèi)分泌功能。大量臨床病例證明AT患者的癥狀不僅僅體現(xiàn)在小腦共濟(jì)失調(diào)、眼球血管擴(kuò)張、舞蹈手足徐動(dòng)癥等，同時(shí)還具有免疫功能紊亂，內(nèi)分泌失調(diào)。目前認(rèn)為，免疫反應(yīng)與內(nèi)皮損傷及As的發(fā)生密切相關(guān)。Tang等［24］通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明急性冠脈綜合征患者體內(nèi)存在效應(yīng)性T細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞之間的失衡，免疫調(diào)節(jié)功能紊亂參與了動(dòng)脈粥樣斑塊的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。而在AT癥患者體內(nèi)血清中IgA及IgE明顯減少，IgM代償性增高，其機(jī)制可能是有B和T細(xì)胞免疫缺陷，周圍淋巴細(xì)胞數(shù)減少有關(guān)。

近來(lái)很多研究表明，As的發(fā)生與很多的激素［26－27］有關(guān)，如胰島素、甲狀腺素、生長(zhǎng)激素、腎上腺髓質(zhì)和皮質(zhì)激素、性激素等，內(nèi)分泌的均衡與As有很大的相關(guān)性，而AT患者具有內(nèi)分泌失調(diào)的癥狀。

4 展望

目前，As的治療主要是阻止或延緩As形成的降低血脂藥物。隨著人們生活水平的提高，對(duì)As的治療要求也不斷提高，僅僅通過(guò)藥物的長(zhǎng)期使用來(lái)控制患者的血脂遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足患者的需求。隨著研究工作的深入開(kāi)展，基因治療技術(shù)逐漸在臨床上得到應(yīng)用和推廣。而ATM是一個(gè)能控制機(jī)體穩(wěn)態(tài)，與As有著密切的關(guān)系的正?；?。因此，深入研究ATM基因，不僅能從基因水平上闡明其與As發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系，而且有可能探索出治療As的新的途徑。

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