泛素-蛋白酶體抑制劑對血管平滑肌細胞增殖和遷移的影響

劉　夏(綜述)，孫瑞紅(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，哈爾濱 150001)

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泛素-蛋白酶體抑制劑對血管平滑肌細胞增殖和遷移的影響

劉夏△(綜述)，孫瑞紅※(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，哈爾濱 150001)

摘要：血管平滑肌細胞(VSMC)的增殖、遷移是動脈粥樣硬化(As)、高血壓和冠狀動脈成形術(shù)后再狹窄的主要病理表現(xiàn)。而As也是導(dǎo)致心腦血管疾病的重要原因。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)是真核細胞內(nèi)主要的細胞降解系統(tǒng)，而泛素-蛋白酶體抑制劑可以抑制VSMC的增殖及遷移。

關(guān)鍵詞：泛素-蛋白酶體抑制劑；血管平滑肌細胞；細胞增殖；細胞遷移

動脈粥樣硬化(atherosclersis,As)是一種慢性進展的炎癥性疾病，隨著疾病進展，最終可導(dǎo)致心肌梗死、缺血性心力衰竭和卒中等。As的形成機制復(fù)雜，可由慢性炎癥性疾病導(dǎo)致動脈粥樣斑塊形成，并在不同的血管床造成血管狹窄[1]。而血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle，VSMC)的增殖與遷移在As形成的早期、中期、后期以及血管狹窄性疾病的發(fā)病機制中均發(fā)揮著關(guān)鍵性作用[2]。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system，UPS)是真核細胞內(nèi)主要的細胞降解系統(tǒng)，UPS除了在降解功能失調(diào)和氧化損傷的蛋白質(zhì)方面起著重要的作用外，也參與調(diào)節(jié)As發(fā)生、發(fā)展的許多重要過程[3]。目前針對As的治療僅限于傳統(tǒng)風險因素(如高脂血癥、高血壓、糖尿病)的處理，針對UPS在As形成中的作用進行研究將是未來研究的熱點，但同時也具有挑戰(zhàn)性[1]?，F(xiàn)就UPI對VSMC增殖、遷移影響的機制進行綜述，以進一步探討治療心腦血管疾病的新途徑。

1VSMC增殖與As

VSMC分化增殖的表型變化導(dǎo)致了包括As、高血壓、血管成形術(shù)或冠狀動脈旁路移植術(shù)后再狹窄在內(nèi)的心腦血管疾病的發(fā)展[4]。VSMC是血管壁的主要細胞成分，它們通常以收縮表型的形式存在，以維持血管張力[5]。成人的VSMC增殖率極低，顯示非常低的合成活性，并表達了一套特異的收縮蛋白(如平滑肌肌球蛋白重鏈、平滑肌肌動蛋白、平滑肌22α蛋白和Calponin等)[6]。當收縮型的VSMC從人類或動物的動脈中被收集出來并在體外培養(yǎng)時，它們立即轉(zhuǎn)化為增殖或分化的細胞并在各種條件下開始增殖[7]。同樣，在血管成形術(shù)、支架置入術(shù)或冠狀動脈旁路移植術(shù)的損傷之后，VSMC開始去分化和重新進入細胞周期，出現(xiàn)增殖、遷移率增加，并合成細胞外基質(zhì)，而且在同一時間，VSMC收縮蛋白的表達下降[8]。去分化及增殖的表型對As、高血壓、血管成形術(shù)或冠狀動脈旁路移植術(shù)后再狹窄及糖尿病血管并發(fā)癥等的發(fā)展起著重要的病理生理作用[9]。許多環(huán)境因素(包括生長因子、炎性介質(zhì)、基質(zhì)成分和細胞與細胞之間的相互作用)已被證明可以調(diào)節(jié)VSMC的增殖和分化[6]。VSMC的增殖與遷移在As形成過程中以及血管狹窄性疾病的發(fā)病機制中均發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，這主要由于它是纖維帽的主要組成部分，是決定As斑塊纖維帽穩(wěn)定性的主要因素[2]。生理條件下，VSMC的增殖與凋亡之間保持平衡，而在許多病理條件下，其增殖可能失控，從而引起血管壁的一系列變化[10]。炎癥反應(yīng)可刺激VSMC發(fā)生遷移和增殖，并與炎性病變內(nèi)的炎性成分形成混合物，使動脈壁增厚；而單核細胞的蓄積、VSMC的增殖和纖維組織的形成可導(dǎo)致病變進一步擴大并重組，成為覆蓋在脂質(zhì)核心和壞死組織上的纖維帽，最終導(dǎo)致As斑塊的形成及破裂[2]。隨著血管壁的損傷，可進一步通過增強血小板源性生長因子受體信號來促使VSMC的增殖和血管疾病的發(fā)生[11]。綜上所述，VSMC的增殖、遷移是As、高血壓和冠狀動脈成形術(shù)后再狹窄的主要病理表現(xiàn)[1]。當血管受到外來因素刺激后,VSMC由收縮型向合成型轉(zhuǎn)變,伴隨著肌纖維的驟減，大量的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體等細胞器的形成和細胞骨架蛋白的表達減少,導(dǎo)致細胞收縮功能消失，并由中膜向內(nèi)膜的遷移、增殖,同時分泌大量的細胞外基質(zhì)，最終導(dǎo)致As的形成及進展，從而引起心腦血管疾病[2]。

2UPS與VSMC的增殖與遷移

2.1UPS的構(gòu)成及泛素化的過程UPS主要由泛素活化酶(ubiquitin-activating enzyme,E1)、泛素綴合酶(ubiquitin-conjugating enzyme,E2)、泛素蛋白連接酶(ubiquitin protein ligase,E3)和26S蛋白酶體組成，泛素化過程中它們依次行使功能[12]。首先，E1激活泛素分子,并把激活的泛素連接到E2上，E3則負責識別目標蛋白[13]。一方面，E3將E2和目標蛋白在空間上拉近,促進E2將泛素轉(zhuǎn)移到目標蛋白；另一方面，E2把泛素轉(zhuǎn)移到含有HECT(homologous to E6-APC-terminus)結(jié)構(gòu)域的E3上,再由E3作為供體,把泛素結(jié)合到目標蛋白上[12]。當泛素化水平達到一定程度時,目標蛋白就被運輸?shù)?6S蛋白酶體并進行降解[13]。

2.2UPS在細胞周期調(diào)控中的作用UPS在各種蛋白質(zhì)的非溶酶體降解中發(fā)揮重要作用，包括那些需要在細胞周期的精確調(diào)控中及時降解的蛋白質(zhì)[14]。一些細胞周期的負性調(diào)節(jié)蛋白，需要接受泛素依賴的蛋白水解[15]。目前，有越來越多的研究以UPS為靶點，來探討治療細胞生長增殖調(diào)節(jié)異常性疾病(如癌癥等)[16]。細胞周期受細胞周期控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制，是細胞增殖的最后共同通路[2]。UPS主要通過精確降解細胞周期相關(guān)蛋白質(zhì)(包括p53和p21)，在細胞周期調(diào)控中發(fā)揮重要作用[14]。p21蛋白是細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑，它對VSMC增殖的重要抑制作用是通過誘導(dǎo)的p53基因來實現(xiàn)的[15]。1997年，首次關(guān)于UPS對VSMC作用的報告顯示，在分化型人體及大鼠的VSMC中，泛素載體蛋白(ubiquitin C，UbC)的表達升高，同時也有平滑肌肌動蛋白、γ-SM-肌動蛋白、調(diào)寧蛋白、磷蛋白和平滑肌22α蛋白等表達的增加，表明UbC基因是收縮表型的標記[17]。隨后的研究表明，UPS可促進蛋白質(zhì)的降解，引起VSMC從收縮型向增殖型轉(zhuǎn)變，而泛素-蛋白酶體抑制劑(ubiquitin-proteasome inhibitor，UPI)則使VSMC脫離了合成的形態(tài)[18]。在近十年的研究中，上述觀點得到了進一步的支持[19]。核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是一類關(guān)鍵性的轉(zhuǎn)錄因子,靜息狀態(tài)下，NF-κB 的p65亞基與NF-κB抑制因子(inhibitor of NF-κB，IκB)單體結(jié)合形成的三聚體復(fù)合物以失活狀態(tài)存在于細胞質(zhì)中,不具有調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的能力[20]。NF-κB的激活需要UPS降解胞質(zhì)內(nèi)的抑制蛋白IκB，NF-κB與IκB三聚體解離釋放NF-κB從而使NF-κB活化,進入細胞核與相應(yīng)序列結(jié)合而啟動靶基因轉(zhuǎn)錄[21]。除此之外，NF-κB還參與細胞周期的調(diào)節(jié),有利于細胞的G1期向S期轉(zhuǎn)移,促進細胞增殖[4]。在As的發(fā)展階段，UPS表達增加，NF-κB活化引起抗凋亡基因活化,進而引起VSMC增生[20]。而且，NF-κB的激活是腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)的平滑肌細胞遷移的必要條件[2]。NF-κB作為一種重要的轉(zhuǎn)錄因子,在炎癥反應(yīng)中也起著重要的中介作用[21]。NF-κB被激活后,進入細胞核內(nèi),與多種炎性因子啟動子區(qū)域中的κB序列結(jié)合,參與趨化因子(如白細胞介素8、單核細胞趨化蛋白等)、黏附分子(如細胞間黏附分子和血管細胞黏附分子1)、生長因子以及一氧化氮合酶、組織因子、血管緊張素原等的轉(zhuǎn)錄[20]。

2.3UPS在VSMC增殖及遷移中的作用機制在VSMC的增殖中，E3連接酶Skp2(S-phase kinase-associated protein-2)作用的相關(guān)機制已得到了證實[17]。Skp1-Cul1-F-box(SCF)復(fù)合物通過對G1細胞周期蛋白和細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑的特異性識別而參與細胞G1～S過渡期的調(diào)控[22]。SCF復(fù)合物由Skp1、Cull、Rbx1和F-box四部分組成，其中F-box蛋白種類多樣，可對不同蛋白底物進行特異性識別[4]。SCF復(fù)合物型連接酶Skp2，是第一個被確定的p27連接酶，連同細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21，被證實可以阻止細胞增殖[22]。在大鼠頸動脈損傷后局部應(yīng)用UPI可上調(diào)p21的水平，同時降低了S期細胞的數(shù)量和新生內(nèi)膜的形成[18]。此外，環(huán)腺苷酸通過下調(diào)Skp2，可抑制培養(yǎng)中的VSMC的增殖[17]。而在球囊損傷后應(yīng)用毛喉素治療可降低Skp2的表達、VSMC的增殖及新生內(nèi)膜的形成[23]。Skp2蛋白定位于細胞核，通過識別Thr187磷酸化的p27來介導(dǎo)S期早期的p27降解并促進泛素化[22]。Skp2也會識別其他目標來進行泛素化，如某些腫瘤抑制基因的產(chǎn)物和其他的細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑[如p130、transducer of ErbB 2,1(TOB1)、p57和p21]。Skp2蛋白水平的上調(diào)可以通過小Ras相似物鳥苷三磷酸酶1來介導(dǎo)[17]。總之，這些結(jié)果表明，Skp2可被視為阻止VSMC增殖的一個潛在的治療靶點[1]。心肌素在VSMC分化中起著至關(guān)重要的作用[17]。E3連接酶CHIP(C-terminus of Hsc-70-interacting protein)的超表達，可促進心肌素的降解，以此來影響基因的表達和血管的收縮[19]。另一方面，CHIP也可以通過泛素化和降解叉頭轉(zhuǎn)錄因子01來促進VSMC的增殖[22]。CHIP抑制產(chǎn)生的潛在不明確信號，與混雜標記的蛋白酶體降解是一致的[15]。實際上，CHIP在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解中如同非特定連接酶一樣，表現(xiàn)為一種普通蛋白質(zhì)質(zhì)量控制的感受器[17]?？傊琔PS對VSMC表型變化和對合成的VSMC表型轉(zhuǎn)變是一個重要的影響因素[18]。

3UPI抑制VSMC的增殖和遷移

UPI包括天然化合物和人工合成的小分子化合物，這兩類化合物均是通過與26S蛋白酶體的20S核心顆粒發(fā)生可逆或不可逆結(jié)合，占據(jù)蛋白結(jié)合位點，使蛋白降解受阻、細胞分裂周期停滯而起作用[2]。依據(jù)化學結(jié)構(gòu)的不同，UPI分為硼酸肽類、醛基肽類、β內(nèi)酯類、乙烯酚類、環(huán)肽類化合物-95A及其衍生物等[24]。通過調(diào)控細胞周期泛素連接酶或蛋白酶體，UPI可以降低VSMC增殖，也會促進VSMC凋亡并減少新生內(nèi)膜[17]。在As的體外模型中，UPI顯示出了血管保護作用和減輕炎癥的作用[11]。UPI通過活化VSMC來增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細胞死亡和抑制未折疊蛋白的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[18]。例如，蛋白酶抑制劑MG132(z-leu-leu-leu-al)被證實在體外實驗中可以抑制頸動脈平滑肌細胞的增殖，并顯著減少內(nèi)膜增生[15]。同樣，UPI乳胞素不僅可以誘導(dǎo)p21基因通過阻止細胞進入S期來抑制體外培養(yǎng)的主動脈平滑肌細胞增殖和遷移，也可以顯著降低體內(nèi)頸動脈球囊損傷后新生內(nèi)膜的形成[14]。Pfisterer等[25]研究表明，硼替佐米可抑制培養(yǎng)的VSMC遷移和侵襲的能力，同時還可阻斷合成型VMSC的顯性(如細胞增殖、遷移和心肌素的損耗)，從而有利于它們處于靜止狀態(tài)。

4小結(jié)

通過研究結(jié)果推測UPI可改善血管內(nèi)皮功能障礙和抑制VSMC增殖、遷移。然而，并未有UPI針對As治療的相關(guān)報道[14]。目前新的、結(jié)構(gòu)多樣的UPI已經(jīng)達到了亞臨床和臨床抗癌治療的實驗階段。因此，有必要加強基礎(chǔ)研究來明確UPS在As起始和進展中的作用本質(zhì)及治療相關(guān)疾病的新分子靶點。雖然UPI目前主要用作抗癌藥物，但其在抗炎和免疫調(diào)節(jié)方面的作用也有很大研究意義。因此，UPS是一個可行的研究治療As的選擇[1]。

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Effects of Ubiquitin-Proteasome Inhibitor on Proliferation and Migration of Vascular Smooth Muscle CellsLIUXia，SUNRui-hong.(DepartmentofInternalMedicine-Neurology,theFirstAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity，Harbin150001，China)

Abstract:Vascular smooth muscle cells(VSMC) proliferation,migration are the main pathological manifestations of atherosclerosis,hypertension and restenosis after coronary angioplasty.Atherosclerosis is an important cause of cardiovascular and cerebrovascular diseases.The ubiquitin proteasome system is the major intracellular degradation system in eukaryotic cells,and the ubiquitin-proteasome inhibitor can inhibit the proliferation and migration of VSMC.

Key words:Ubiquitin-proteasome inhibitor； Vascular smooth muscle； Cell proliferation； Cell migration

收稿日期：2014-12-16修回日期：2015-04-19編輯：鄭雪

基金項目：黑龍江省自然科學基金(H201306)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.011

中圖分類號：R741

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)20-3675-03