泛素-蛋白酶體抑制劑對血管平滑肌細胞凋亡的影響

羅秀軍，孫瑞紅

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·綜述·

泛素-蛋白酶體抑制劑對血管平滑肌細胞凋亡的影響

羅秀軍，孫瑞紅*

血管平滑肌細胞(Vascular smooth muscle，VSMC)是構成血管壁的重要成分。在動脈粥樣硬化(Atherosclerosis,AS)病變中,VSMC在病理狀態(tài)下凋亡失平衡引起血管重塑，導致動脈粥樣硬化的發(fā)生。目前研究發(fā)現，細胞凋亡在動脈粥樣硬化形成的發(fā)病和治療中具有重要意義，而泛素-蛋白酶體抑制劑(The ubiquitin-proteasome inhibitor，UPI)能夠促進VSMC凋亡進而影響動脈粥樣硬化。本文對泛素-蛋白酶體抑制劑影響VSMC凋亡的機制進行了綜述。

泛素-蛋白酶體抑制劑；血管平滑肌細胞；凋亡

0 引言

隨著人口老齡化的發(fā)展，動脈粥樣硬化(AS)以及由其引發(fā)的心腦血管疾病的患病率逐年增加。AS是一個多因素引起的慢性炎癥性疾病,是引起中風、高血壓病、冠心病等常見病、多發(fā)病的主要病理學基礎。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(Ubiquitin-proteasome system，UPS)是真核細胞降解蛋白質的主要途徑，廣泛參與細胞周期調控、細胞增殖、細胞凋亡、炎癥發(fā)應、DNA修復、蛋白的跨膜定位、細胞信號轉導和細胞表面膜受體內化等多種生理過程［1-2］。越來越多的研究證據表明，UPS可能參與AS病變的發(fā)生發(fā)展。在AS病變初期,血管壁細胞數量增多、內膜增厚、管腔變窄,除了與血管平滑肌細胞(Vascular smooth muscle，VSMC)過度增殖有關,還與凋亡率下降導致細胞累積、數量增多密切相關，這種增殖與凋亡之間的不平衡促進AS的早期形成，從而引發(fā)各種心腦血管疾病，因此，在病變初期調節(jié)VSMC凋亡可能成為抗AS的一種途徑。因此，研究泛素-蛋白酶體抑制劑(Ubiquitin-proteasome inhibitor，UPI)在血管平滑肌細胞凋亡中的作用及相關機制，將為防治AS性心腦血管疾病提供新的方向。

1 平滑肌細胞凋亡與動脈粥樣硬化

VSMC是構成血管壁的重要組成部分，主要存在于血管壁中層，僅少量VSMC存在于血管內膜中。在形態(tài)上VSMC可以分為收縮型和合成型兩種類型。收縮型是一類已終末分化的VSMC，對分裂刺激不敏感，增殖率很低，但具有良好的血管收縮功能；合成型是一類較原始的去分化的VSMC，具有遷移、增殖和分泌等功能［3］。VSMC在正常情況下呈非增殖性的收縮表型，但當其受到外來刺激因子如生長因子或機械損傷等刺激時，VSMC就會由靜止的收縮表型向活躍的分泌表型轉化；同時伴隨VSMC從動脈壁中層向內膜遷移并在內膜增殖等［4］。

AS斑塊由增殖的VSMC、炎癥細胞(巨噬細胞、T淋巴細胞、樹突狀細胞和肥大細胞)、損傷的血管內皮細胞、脂質等組成，其形成涉及平滑肌細胞增殖、巨噬細胞浸潤、脂類代謝障礙、血管內皮細胞損傷和血小板粘集等多種因素。生理條件下，VSMC以收縮表型為主，但在受到促AS因素如機械損傷、生長因子、氧化低密度脂蛋白(Ox-LDL)等因素刺激下，可由靜止的收縮表型向合成表型轉化，增殖能力增強，并可以從中膜遷移到內膜，聚積在由壞死的泡沫細胞形成的脂質周圍，在轉換生長因子(TGF-β)及血小板衍生生長因子(PDGF)等刺激下，產生組成細胞外基質的彈力纖維和膠原纖維等，并積聚在脂質斑塊中的細胞周圍,細胞吞噬膽固醇,使脂質在平滑肌細胞中聚積,轉變成纖維脂質斑塊［5-7］。

2 UPS與AS

UPS是細胞內蛋白質選擇性降解的主要途徑。UPS在正常蛋白質周轉和移除損壞或錯誤折疊的蛋白質起著至關重要的作用。UPS除了參與清除損傷的蛋白質外，廣泛參與多種生物過程，包括細胞增殖、細胞凋亡、主要組織相容性復合物(MHC)-Ⅰ類抗原的遞呈、細胞周期以及細胞內信號傳導等多種生理過程［8］。UPS主要由76個氨基酸構成的泛素及一系列相關酶組成，包括泛素活化酶E1、泛素結合酶E2、泛素-蛋白連接酶E3、26S或20S蛋白酶體以及去泛素化酶。26S蛋白酶體包括1個具有催化活性的20S核心顆粒和2個具有調節(jié)功能的19S調節(jié)顆粒，19S與多聚泛素鏈結合使底物蛋白變性,協助底物進入蛋白酶體的水解中心；20S是主要起催化作用的復合體，由內層2個β環(huán)和外層2個α環(huán)組成，α亞基主要用于底物識別，β亞基主要參與底物降解,將泛素化的蛋白質降解成3～22個氨基酸殘基的小肽段。UPS降解蛋白的過程包括二個步驟:第一步,在ATP的參與下,泛素甘氨酸端的羧基連接到泛素活化酶E1的巰基使泛素活化,E1將活化后的泛素通過高能硫酯鍵與泛素結合酶E2結合,泛素連接酶E3將泛素連接至目標蛋白底物賴氨酸殘基的ε-氨基上,形成特定的泛素化蛋白;第二步,泛素化的蛋白底物被26S蛋白酶體復合物識別和降解,最終在蛋白酶的催化下蛋白質分解為短肽或氨基酸，同時釋放游離的、可重新利用的泛素分子［9-10］。

目前研究發(fā)現，UPS在細胞內參與蛋白質降解、細胞周期運轉、DNA修復、細胞增殖、細胞凋亡、信號傳遞、膽固醇代謝等［11-12］,是真核細胞中參與蛋白質降解的主要途徑。AS的發(fā)生和發(fā)展過程涉及多種機制，與UPS的密切相關［13］。UPS參與多種生物過程，包括炎癥、增生和凋亡,所有這些構成AS的重要特征［14］。AS是由損傷性刺激對動脈壁造成的炎癥增殖反應所致。核轉錄因子(Nuclear factor,NF-κB)是一種重要的促炎癥因子，其活化與AS的啟動密切相關。當細胞受到氧化應激或某些細胞因子(如IL-1、TNF-α)等因素刺激時,NF-κB抑制蛋白IκB 32位和36位絲氨酸被磷酸化,之后泛素化,在26S蛋白酶體中被降解,NF-κB從NF-κB-IκB復合物中解離出來，激活后進入細胞核，與DNA鏈上特異部位結合,啟動基因轉錄,產生粘附因子、炎癥因子、血管生成調節(jié)因子、血管緊張素原、IL-2受體等,從而啟動AS炎癥增殖反應［15-16］。在AS發(fā)展過程中，受損蛋白大量聚積，UPS活性增加，引起細胞內抗凋亡基因活化及血管平滑肌細胞過度增殖［13］。UPS還可聚集Ox-LDL或LDL,誘導人單核細胞泛素耦聯酶E2-25k表達并泛素化細胞內蛋白,參與泡沫細胞形成。Joery等［17］研究表明，在氧化應激時，AS作為蛋白變性疾病，主要是損害蛋白細胞內聚集、淀粉樣蛋白細胞外沉積所致，此過程與伴侶分子(HSP60、HSP70)以及UPS功能受到損害有關。Versari等［15］通過對頸動脈粥樣硬化斑塊的研究發(fā)現,頸動脈粥樣硬化斑塊和增生的平滑肌細胞內泛素聚合物及氧化應激的表達水平有癥狀患者較無癥狀的患者高,表明UPS在人的AS過程中發(fā)揮著重要作用。

3 UPI與血管平滑肌細胞凋亡

細胞凋亡(Apoptosis)又稱程序性細胞死亡，是由細胞內特定基因操縱、調控的一種生理性或病理性的自殺性細胞死亡方式,是貫穿于機體整個生命活動過程的基本生理機制,它調節(jié)著機體細胞增殖與更新間的平衡,維持組織器官正常生理功能及細胞數量的穩(wěn)定?，F在普遍認為，細胞凋亡是一系列高度調控的半胱氨酸蛋白酶Caspase級聯反應(Cascade)事件的結果。天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶(Cysteine-containing aspartate specific protease,Caspase)與細胞凋亡密切相關，Caspase是執(zhí)行細胞凋亡的主要酶類，絕大部分細胞凋亡依賴Caspase［18］，其中Caspase-2、8、9、10是凋亡的啟動者，Caspase-3、6、7是凋亡的執(zhí)行者。而Caspase-3處于凋亡的核心環(huán)節(jié)，激活后的Caspase-3是啟動細胞凋亡的最終分子，其水平的高低可以間接反映細胞凋亡率［19］。當異常蛋白質降解減少而在細胞內異常積聚時，就可能啟動凋亡信號，導致細胞凋亡。

UPI包括天然化合物和合成的小分子化合物，依據化學結構的不同，UPI分為硼酸肽類、醛基肽類、β-內酯類、乙烯酚類、TMC-95A及其衍生物等。UPI通過與26S蛋白酶體的20S核心顆粒發(fā)生可逆或不可逆結合，占據蛋白結合位點，使蛋白降解受阻、細胞分裂周期停滯而起作用［20］。硼替佐米(Bortezomib)因抑制作用可逆，選擇性高，不良反應少成為第一個被FDA批準的UPI，在臨床上已用于多發(fā)性骨髓瘤的治療。硼替佐米作用于26S蛋白酶體的催化中心，與20SCP的β亞單位環(huán)Thr位點結合，能選擇性地抑制一些特定蛋白的降解，使得細胞周期不能有序進行，細胞周期停滯于G2/M期，最終導致ADP-核糖聚合酶(Poly-ADP-ribose polymerase)降解、核的固縮、細胞凋亡［21］。

近年來研究發(fā)現，細胞凋亡可能是AS病變中細胞死亡的主要方式，VSMC凋亡與增殖失衡和凋亡小體清除不足可能是加劇AS發(fā)展的重要因素［22］。郭芳等［23］研究發(fā)現，蛋白酶體抑制劑MG132能夠誘導人臍靜脈VSMC凋亡，其作用呈量-效關系；抑制UPS活性，使細胞內Caspase-3增加而促進細胞凋亡。

4 結語

AS以及由其引發(fā)的心腦血管疾病的患病率逐年增加,其發(fā)病機制及治療一直是研究的重點。在AS病變初期,血管壁細胞數量增多、內膜增厚、管腔變窄,除了與VSMC過度增殖有關,還與凋亡率下降導致細胞累積、數量增多密切相關，這種增殖與凋亡之間的不平衡促進AS的早期形成，從而引發(fā)各種心腦血管疾病，因此，在病變初期調節(jié)VSMC凋亡可能成為抗AS的一種新的途徑，UPS降解體內異常的蛋白質,影響多種疾病的發(fā)生發(fā)展。盡管迄今為止關于蛋白酶體抑制劑的效應主要來自于腫瘤的研究,但UPI在心腦血管疾病中仍應引起重視,其可能成為防治AS的重要靶點。由于AS斑塊內細胞過度凋亡,在促進不穩(wěn)定斑塊形成的過程中起著重要的作用，因此在AS的防治過程中，如何適時、適度地調控平滑肌細胞的凋亡，從而延緩甚至阻斷AS的進展仍需進一步研究。

［1］ Jung T,Catalgol B,Grune T.The proteasomal system［J］.Mol Aspects Med,2009,30:191-296.

［2］ Tan C,Li Y,Tan X,et al.Inhibition of the ubiqutin-proteasome syetem:a new avenue for atherosclerosis［J］.Chin Chem Lab Med,2006,44(10):1218-1225.

［3］ Salabei JK,Cummins TD,Singh M,et al.PDGF-mediated autophagy regulates vascular smooth muscle cell phenotype and resistance to oxidative stress［J］.Biochem J,2013,451(3):375-388.

［4］ Mack CP.Signaling mechanisms that regulate smooth muscle cell differentiation［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol,2011,31:1495-1505.

［5］ Rivard A,Andrs V.Vascular smooth muscle cell proliferation in the pathogenesis of atherosclerotic cardiovascular diseases［J］.Histol Histopathol,2000,15(2):557-571.

［6］ Karagiannis GS,Weile J,Bader GD,et al.Integrative pathway dissection of molecular mechanisms of moxLDL-induced vascular smooth muscle phenotype transformation［J］.BMC Cardiovasc Disord,2013,13:4.

［7］ Mayr M,Xu Q.Smooth muscle cell apoptosis in arteriosclerosis［J］.Exp Gerontol,2001,36(7):969-987.

［8］ Mukhopadhyay D,Riezman H.Proteasome-independent functions of ubiquitin in endocytosis and signaling［J］.Science,2007,315(5809):201-205.

［9］ Wilck N,Ludwig A.Targeting the ubiquitin-proteasome system in atherosclerosis:status quo,challenges,and perspectives［J］.Antioxid Redox Signal,2014,21(17):2344-2363.

［10］Herrmann J,Lerman LO,Lerman A.On to the road to degradation:atherosclerosis and the proteasome［J］.Cardiovasc Res,2010,85(2):291-302.

［11］Karl Stangl,Verena Stangl.The ubiquitin-proteasome pathway and endothelial (dys)function［J］.Cardiovasc Res,2010,85(2):281-290.

［12］Willis MS,Townley-Tilson WH,Kang EY,et al.Seat to destroy:the ubiquitin proteasome system regulates cell signaling and protein quality control in cardiovascular development and disease［J］.Circ Res,2010,106(3):463-478.

［13］Herrmann J,Soares SM,Lerman LO,et al.Potential role of the ubiquitin-proteasome system in atherosclerosis:aspects of a protein quality disease［J］.J Am Coll Cardiol,2008,51(21):2003-2010.

［14］Marfella R,D′Amico M,Di Filippo C,et al.The possible role of the ubiquitin proteasome system in the development of atherosclerosis in diabetes［J］.Cardiovasc Diabetol,2007,6:35.

［15］Versari D,Hermann J,Gossl M,et al.Dysregulation of the ubiquitin-proteasome system in human carotid atherosclerosis［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol,2006,26(9):2132-2139.

［16］Jeon KI,Jeong JY,Jue DM.Thiol-reactive metal compounds inhibit NF-kappa B activation by blocking IκB kinase［J］.Immunology,2000,164(11):5981-5989.

［17］Herrmann J,Soares SM,Lerman LO,et al.Potential role of the ubiquitin-proteasome system in atherosclerosis:aspects of a protein quality disease［J］.J Am Coll Cardiol,2008,51(21):2003-2010.

［18］Logue SE,Martin SJ.Caspase activation cascades in apoptosis［J］.Biochem Soc Trans,2008,36(Pt 1):1-9.

［19］Kuribayashi K,Mayes PA,El-Deiry WS.What are caspases-3 and 7 doing upstream of the mitochondria［J］.Cancer Biol Ther,2006,5(7):763-765.

［20］Herrmann J,Ciechanover A,Lerman LO,et al.The ubiquitin-proteasome system-micro target for macro intervention［J］.Int J Cardiovasc Intervent,2005,7(1):5-13.

［21］Aghajanian C,Soignet S,Dizon DS,et al.A phase I trial of the novel proteasome in hibitor PS341 in advanced sol id tumor malignancies［J］.Clin Cancer Res,2002,8(8):2505-2511.

［22］尚秀玲,朱鵬立.細胞凋亡在動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展中的作用［J］.福建醫(yī)藥雜志,2008,30(3):80-82.

［23］郭芳,何慧,孫文清,等.MG132誘導人血管平滑肌細胞凋亡及對caspase3表達的影響［J］.中國藥物與臨床,2009,5:381-383.

Effects of ubiquitin-proteasome inhibitor on apoptosis of vascular smooth muscle cells

LUO Xiu-jun,SUN Rui-hong*

(Department of Neurology,The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University,Harbin 150001,China)

Vascular smooth muscle cells (VSMC) are the important components of the vessel wall.The apoptosis unbalance of VSMC can cause vascular remodeling under the pathological state in the pathology of atherosclerosis.Studies indicate that cell apoptosis plays an important role in the pathogenesis and treatmentof atherosclerosis.The ubiquitin-proteasome inhibitor (UPI) can promote the apoptosis of VSMC to affect atherosclerosis.This article reviews the mechanism of UPI in the apoptosisof VSMC.

Ubiquitin-proteasome inhibitor;Vascular smooth muscle;Apoptosis

2015-02-05

哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院神經內科，哈爾濱 150001

黑龍江省自然科學基金(H201306)

10.14053/j.cnki.ppcr.201509025

*通信作者