轉(zhuǎn)錄因子Bach1在心血管疾病中的研究進(jìn)展

賈孟萍，郭階雨，孟丹

（復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系，上海200032）

轉(zhuǎn)錄因子Bach1在心血管疾病中的研究進(jìn)展

賈孟萍，郭階雨，孟丹

（復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系，上海200032）

轉(zhuǎn)錄因子Bach1（BTB-CNC同源體1，BTB and CNC homology 1）是一種轉(zhuǎn)錄抑制因子，廣泛存在于哺乳動(dòng)物的各種組織中.Bach1能抑制血紅素環(huán)氧化酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）等抗氧化基因的表達(dá)，參與氧化應(yīng)激反應(yīng).Bach1基因敲除對(duì)心肌缺血再灌注損傷有保護(hù)作用.近期研究發(fā)現(xiàn)Bach1能抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路和小鼠缺血下肢血管新生.主要就Bach1在心血管疾病中的研究進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述.

Bach1；心血管疾??；血管新生；Wnt信號(hào)

1　Bach1的基本結(jié)構(gòu)

Bach（bric-a'-brac，tramtrack and broad complex and cap'n'collar homology）轉(zhuǎn)錄因子家族包括Bach1和Bach2，屬于堿性亮氨酸拉鏈（basic leucine zipper，bZIP）蛋白家族［1］.Bach1廣泛存在于哺乳動(dòng)物的各種組織中，Bach2主要在神經(jīng)細(xì)胞和B細(xì)胞分化的特定階段表達(dá)并參與調(diào)節(jié)成熟B細(xì)胞的分化.Bach1和Bach2都是轉(zhuǎn)錄抑制因子，參與調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄. Bach1基因主要含與轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)的參與形成蛋白二聚體的N端BTB/POZ結(jié)構(gòu)域；以及C端的亮氨酸拉鏈bZIP結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域可與細(xì)胞核內(nèi)的小Maf蛋白（small Maf proteins）形成異二聚體，在細(xì)胞核內(nèi)與目的基因結(jié)合［2］（見圖1）.Bach1是一種血紅素結(jié)合蛋白，含有6個(gè)半胱氨酸-脯氨酸的基序（motif），分別被命名為CP1～CP6，其中CP3～CP6參與和血紅素的結(jié)合，CP3，CP4參與由血紅素引起的Bach1出核［3］.Bach1的出核依賴輸出蛋白Crm-1［4］.此外，在Bach1的C端還有一個(gè)核輸出信號(hào)，稱為胞漿定位信號(hào)（cytoplasmic localization signal，CLS）.Bach1與小Maf蛋白分離，以單體形式通過穿梭運(yùn)動(dòng)改變核內(nèi)與胞漿內(nèi)的分布平衡.

圖1　Bach1基本結(jié)構(gòu)Fig.1 Basic structure of Bach1

2　Bach1調(diào)控的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制

轉(zhuǎn)錄因子Bach1與細(xì)胞核內(nèi)的小Maf蛋白在細(xì)胞還未受到外界刺激時(shí)結(jié)合形成異二聚體，該異二聚體反式作用于抗氧化反應(yīng)元件（anti-oxidative response element，ARE），從而抑制ARE調(diào)節(jié)的靶基因的表達(dá)［5］.反之，紅系衍生核因子相關(guān)因子-2（NF-E2 related factor 2，Nrf2）與Bach1之間存在相互競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系.在受到氧化應(yīng)激刺激的情況下，細(xì)胞中的Bach1與ARE分離，而Nrf2與ARE結(jié)合，引起一系列抗氧化酶的表達(dá)增強(qiáng)，包括谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（glutathione S-transferase，GST）、谷氨酰半胱氨酸合成酶（γ-glutamyl cysteine synthetase，γ-GCS）和血紅素環(huán)氧化酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）等.Bach1除了能抑制抗氧化酶基因的表達(dá)，還可以抑制自身基因的轉(zhuǎn)錄.Bach1可以招募組蛋白去乙?；久?（histone deacetylase 1，HDAC1）結(jié)合，在Bach1基因的啟動(dòng)子區(qū)抑制Bach1自身的轉(zhuǎn)錄［6］，這種機(jī)制有助于維持體內(nèi)Bach1水平的相對(duì)恒定.Nrf2具有高度保守的bZIP結(jié)構(gòu)，屬于CNC轉(zhuǎn)錄因子家族成員之一.Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1（Kelch-like epichlorohydrin（ECH）-associated protein 1，Keap1）能調(diào)控Nrf2轉(zhuǎn)錄活性，起到分子開關(guān)的作用.在正常生理狀態(tài)下，Keap1的雙甘氨酸序列與Nrf2的Neh2部位相互作用，促進(jìn)泛素蛋白酶體與底物Nrf2的連接，從而不斷對(duì)Nrf2進(jìn)行泛素化和蛋白酶體降解，使Nrf2的表達(dá)量維持在較低水平.在氧化應(yīng)激情況下，親電性化合物與Keap1的半胱氨酸相互作用，使Keap1構(gòu)象改變，與Nrf2解耦聯(lián)，從而抑制Nrf2泛素化，增強(qiáng)Nrf2的穩(wěn)定性，增多的Nrf2入核，啟動(dòng)下游多種抗氧化應(yīng)激基因的表達(dá)［7-8］.

在胞漿內(nèi)，Bach1與胞內(nèi)透明質(zhì)酸結(jié)合蛋白（intracellular hyaluronic acid binding protein，IHABP）形成異二聚體，IHABP可對(duì)Bach1進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要通過與Bach1分離，從而為Bach1的穿梭運(yùn)動(dòng)提供基礎(chǔ)，進(jìn)而改變Bach1在細(xì)胞核內(nèi)與胞漿中的表達(dá)水平，并有利于Bach1聚集于胞漿中［9］.在靜息狀態(tài)下，大部分Bach1在細(xì)胞核內(nèi)富集，但在氧化應(yīng)激刺激下，細(xì)胞核內(nèi)的Bach1與ARE分離，Bach1轉(zhuǎn)移出細(xì)胞核，定位于細(xì)胞漿，并與IHABP結(jié)合，從而使Bach1對(duì)抗氧化基因的抑制作用解除.

3　Bach1與血管新生

血管新生是由多種因子參與調(diào)控的病理生理過程，轉(zhuǎn)錄因子在這一過程中起著重要的調(diào)控作用.本課題組的早期研究發(fā)現(xiàn)，Bach1在人微血管內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，砷通過使Bach1與HO-1啟動(dòng)子區(qū)ARE解離促進(jìn)HO-1的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移和管腔形成，其中Bach1基因半胱氨酸殘基557和574位點(diǎn)在功能調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用［10］.此外，還發(fā)現(xiàn)抑制轉(zhuǎn)錄因子Bach1的表達(dá)可增加內(nèi)皮細(xì)胞HO-1和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表達(dá)，從而促進(jìn)人微血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移和管腔形成，表明Bach1是調(diào)控血管新生的負(fù)調(diào)控因子［11］.

本課題組研究發(fā)現(xiàn)，在Bach1基因敲除下肢缺血小鼠模型中，與對(duì)側(cè)正常下肢相比，缺血下肢處的促血管新生相關(guān)因子明顯增多，毛細(xì)血管和小動(dòng)脈的密度顯著增加.通過原代內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，Bach1基因敲除小鼠內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和管腔形成能力較野生型小鼠明顯增強(qiáng).經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路是通過調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移、分化和促血管生成因子的表達(dá)等作用來促進(jìn)血管新生，但是Bach1是否會(huì)影響Wnt信號(hào)通路和相關(guān)疾病的血管新生尚不明確.已有研究發(fā)現(xiàn)，Bach1過表達(dá)可通過抑制Wnt下游靶基因IL-8和VEGF的表達(dá)引起小鼠缺血下肢新生血管的減少［12］.已發(fā)現(xiàn)的作用機(jī)制包括Bach1與β-catenin競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合于TCF4；Bach1減少p300/CBP和β-catenin的結(jié)合從而抑制β-catenin的乙酰化；在IL-8啟動(dòng)子區(qū)的TCF4結(jié)合位點(diǎn)上，Bach1通過招募HDAC1來抑制IL-8基因的轉(zhuǎn)錄［12］（見圖2）.

圖2　Bach1抑制Wnt信號(hào)通路模式Fig.2 Model for negative regulation of Wnt signaling pathway by Bach1

Bach1的靶基因參與調(diào)控細(xì)胞周期和凋亡［13］.已有研究發(fā)現(xiàn)，抑制Bach1表達(dá)能阻斷趨化因子受體CXCR3-B對(duì)乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制［14］.本課題組近期研究證實(shí)，Bach1過表達(dá)能增加內(nèi)皮細(xì)胞線粒體活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生，阻礙內(nèi)皮細(xì)胞周期進(jìn)展，促進(jìn)Caspase-3依賴的細(xì)胞凋亡.在下肢缺血模型中，Bach1過表達(dá)增加缺血下肢肌肉ROS的產(chǎn)生并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，進(jìn)而抑制缺血下肢的血流恢復(fù)［15］，這是Bach1抑制小鼠缺血下肢血管新生的機(jī)制之一.但是，已有研究發(fā)現(xiàn)，Bach1可以通過抑制P53的靶基因來抑制氧化應(yīng)激引起的小鼠成纖維細(xì)胞衰老.這些研究結(jié)果的差異提示在不同的細(xì)胞和實(shí)驗(yàn)條件下，Bach1對(duì)細(xì)胞的作用可能是不同的.事實(shí)上，在一些腫瘤細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，Bach1也可以促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移［6，16］.近期研究發(fā)現(xiàn)，在人血管內(nèi)皮細(xì)胞上，Bach1在不同氧含量的條件下有不同的靶基因［17］，這或許可以解釋在不同實(shí)驗(yàn)條件下Bach1對(duì)細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生不同的影響.因此，研究在不同情況下Bach1的表達(dá)情況和作用調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)其在心血管疾病中的靶向治療具有重要意義.

4　Bach1與心肌缺血損傷和血管重構(gòu)

對(duì)于Bach1缺失小鼠，HO-1在心肌和平滑肌細(xì)胞中的表達(dá)水平升高［18-19］，Bach1基因敲除能減輕小鼠心肌缺血再灌注損傷［19］.Bach1基因敲除小鼠心肌梗死面積較正常小鼠明顯減小，采用HO-1活性抑制劑可阻斷Bach1基因敲除對(duì)小鼠心肌梗死的保護(hù)作用，提示HO-1在Bach1敲除保護(hù)心肌缺血損傷中起重要作用.在糖尿病小鼠心肌缺血再灌注損傷模型中，硫化氫通過誘導(dǎo)Bach1出核，促進(jìn)HO-1表達(dá)，進(jìn)而減輕心肌缺血再灌注損傷［20］.Bach1缺失對(duì)小鼠主動(dòng)脈縮窄誘導(dǎo)的左心室肥大和重構(gòu)也具有保護(hù)作用，阻斷HO-1活性可抑制Bach1敲除對(duì)左心室心肌肥大和重構(gòu)的保護(hù)作用［21］.此外，在小鼠股動(dòng)脈損傷引起的內(nèi)膜增厚模型中，Bach1基因敲除可明顯抑制內(nèi)膜的增厚和平滑肌細(xì)胞的增殖［18］，提示Bach1參與調(diào)控血管的重構(gòu).

5　展望

近年來，轉(zhuǎn)錄抑制因子Bach1的功能引起越來越多的關(guān)注.Bach1與氧化應(yīng)激相關(guān)疾病、腫瘤等的發(fā)生發(fā)展有一定的相關(guān)性.但是Bach1在腫瘤細(xì)胞中的不同作用和調(diào)節(jié)機(jī)制還有待闡明.近期本課題組首次報(bào)道了Bach1抑制血管新生和Wnt/β-catenin信號(hào)通路的作用［12］.這一發(fā)現(xiàn)為臨床缺血性疾病的治療提供了新的策略，例如干擾內(nèi)皮細(xì)胞Bach1的表達(dá)能促進(jìn)血管新生，可用于治療缺血性疾病，如心肌缺血、下肢缺血、腦缺血等，篩選以Bach1為靶點(diǎn)的藥物將是未來的研究方向.關(guān)于Bach1的分子調(diào)控機(jī)制以及Bach1在心血管疾病中的特異性的靶向治療還有待進(jìn)一步研究.

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Advances of transcription factor Bach1 in cardiovascular diseases

JIA Mengping，GUO Jieyu，MENG Dan
（Department of Physiology and Pathophysiology，School of Basic Medical Sciences，F(xiàn)udan University，Shanghai 200032，China）

BTB and CNC homology 1（Bach1）is a transcription factor widely existing in most tissues of mammals.Bach1 negatively regulates various antioxidant gene such as heme oxygenase-1（HO-1），involving oxidative stress.Knockout of Bach1 has a protective effect on myocardial ischemia reperfusion injury.Recent research found that Bach1 inhibits the Wnt/β-catenin signaling pathway and angiogenesis in hindlimb ischemia of mice.This paper focuses on the research of Bach1 in cardiovascular diseases.

Bach1；cardiovascular disease；angiogenesis；Wnt signal

R 363.2

A

1007-2861（2016）03-0326-05

10.3969/j.issn.1007-2861.2016.03.014

2016-04-19

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81170298，81270410）

孟丹（1974—），女，副研究員，研究方向?yàn)楦杉?xì)胞生物學(xué)和疾病血管新生機(jī)制. E-mail：dmeng@fudan.edu.cn