FKBP1B基因?qū)π哪X血管系統(tǒng)作用的研究進(jìn)展

高 一，呂 陽，劉理想，張國梁

(吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 畜牧科學(xué)分院， 公主嶺 136100)

FKBP1B(FK506 binding proteins 1B，F(xiàn)KBP1B)含有108個氨基酸，分子量為12.6×103，是一種免疫親和素受體蛋白。FKBP1B是FK506結(jié)合蛋白(FK506 Binding Proteins，F(xiàn)KBPs)家族低分子量成員，根據(jù)自身的分子量大小，F(xiàn)KBP1B也被命名為FKBP12.6。此外，F(xiàn)KBP1B也被稱為KBP1L(FK506 Binding Protein 1-Like)[1]和Calstabin2[2]。目前發(fā)現(xiàn)FKBPs包含20多種類型，在哺乳動物中至少存在8種。作為受體類蛋白，它們能夠與免疫抑制劑FK506和雷帕霉素(rapamycin，RAP)特異性結(jié)合[3]。其中FKBP1B與FK506結(jié)合，通過抑制鈣調(diào)磷酸酶(CaN)活性，從而抑制免疫反應(yīng)[4]。FKBP1B還具有肽基脯氨酰異構(gòu)酶活性，與蛋白結(jié)合能夠起到穩(wěn)定作用[3]。FKBP1B的3個氨基酸(Gin31、Asn32和Phe59)是FKBP1B結(jié)合到蘭尼堿受體(ryanodine receptor 2，RyR2)通道上非常重要的位點[5]。FKBPs家族中研究較多的就是FKBP1B和FKBP1A(FKBP12)，并且FKBP1B與FKBP1A氨基酸序列同源性高達(dá)88%[1]。除此之外，F(xiàn)KBP1B基因編碼區(qū)序列在多種哺乳動物中具有高度同源性和保守性，在25種哺乳物種中，108個氨基酸中僅存在10個氨基酸發(fā)生替換的現(xiàn)象[5]。在人類的幾種組織中發(fā)現(xiàn)FKBP1B含有一個大小為45 bp的可變剪接體和一個終止密碼子的插入片段[1]。

在肌細(xì)胞中，F(xiàn)KBP1B在封閉狀態(tài)下能穩(wěn)定結(jié)合RyR2，調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)的鈣誘導(dǎo)的鈣釋放(calcium induced calcium release，CICR)，發(fā)揮調(diào)控Ca2+作用。而后Ca2+從肌漿網(wǎng)腔釋放到胞質(zhì)中，被各種需要Ca2+參與的信號過程所利用，確保機(jī)體活動正常運行。目前實驗證實，F(xiàn)KBP1B主要分布于心肌、腦組織和平滑肌等組織，且在腦組織中表達(dá)較高[6,7]。在心肌中，盡管FKBP1B的含量要顯著低于FKBP1A，但FKBP1B對于RyR2有更高的親和性，可以優(yōu)先與RyR2結(jié)合[8]。FKBP1B參與心臟發(fā)育、老化，心肌細(xì)胞表型分化、心臟結(jié)構(gòu)形成和心臟脈搏啟動等活動，對心臟疾病如心肌肥厚[9]、心臟衰竭[10]、心率失常[2]等發(fā)揮重要調(diào)控作用；FKBP1B也參與神經(jīng)退行性疾病發(fā)生，具有促進(jìn)神經(jīng)再生和神經(jīng)元保護(hù)功能[4,11]。盡管FKBP1B還有很多方面的功能需要探索，但目前研究熱點主要集中在心臟與神經(jīng)系統(tǒng)兩個方面。

1 FKBP1B與心臟

1.1 FKBP1B與心臟疾病

1.1.1 FKBP1B與心力衰竭

研究發(fā)現(xiàn)，在心力衰竭的患者心肌中RyR2磷酸化程度增多，在犬的心力衰竭模型中也有類似發(fā)現(xiàn)，無論是體內(nèi)實驗還是體外實驗對RyR2進(jìn)行磷酸化都會導(dǎo)致結(jié)合到RyR2大分子復(fù)合物上的FKBP1B量減少，進(jìn)而增加RyR2通道開放的可能性[12]。此外，心力衰竭實驗結(jié)果表明，交感神經(jīng)張力會長期處于增高狀態(tài)，且通過cAMP依賴蛋白激酶A(protein kinaee A，PKA)途徑使RyR2高度磷酸化RyR2，RyR2-Ca2+的位點通道與FKBP1B受體結(jié)合力降低，導(dǎo)致RyR2復(fù)合體中FKBP1B受體減少，從而引起肌漿網(wǎng)上的Ca2+釋放通道異常開放[13]。在犬的心力衰竭實驗中，應(yīng)用JTV519(苯并噻氮卓衍生物)可抑制FKBP1B與RyR2分離，進(jìn)一步改善Ca2+滲漏[14-15]。這些資料顯示一旦RyR2磷酸化，與其結(jié)合的FKBP1B與RyR2發(fā)生分離，RyR2上Ca2+通道開放異常引發(fā)Ca2+滲漏最終導(dǎo)致心力衰竭。

1.1.2 FKBP1B與心肌肥厚

在小鼠FKBP1B敲除模型中，雄性和雌性小鼠表現(xiàn)出相似的異常，但僅雄性小鼠出現(xiàn)心肌肥大，雌性小鼠心臟未發(fā)生異常。用雌激素受體拮抗劑它莫西芬處理雌性FKBP1B敲除小鼠，出現(xiàn)心肌肥厚癥狀[16]。研究者認(rèn)為FKBP1B調(diào)節(jié)心肌興奮收縮耦聯(lián)，而雌激素在Ca2+調(diào)節(jié)異常導(dǎo)致的心肌肥厚性反應(yīng)中起保護(hù)作用。此外，相關(guān)實驗發(fā)現(xiàn)過表達(dá)FKBP12.6可減弱胸主動脈收縮(TAC)誘導(dǎo)的小鼠心肌肥厚，并且FKBP12.6能夠通過抑制Ca2+介導(dǎo)的信號通路，防止心臟心肌肥厚，提示FKBP1B參與心肌肥厚調(diào)控過程并發(fā)揮保護(hù)作用[9,17]。但也有研究證明腺病毒介導(dǎo)的FKBP12.6過表達(dá)可誘導(dǎo)新生鼠心肌細(xì)胞肥厚和凋亡，并且在人的肥厚型心肌病的分子遺傳學(xué)研究結(jié)果表明FKBP1B可能并非致病基因[18-19]。于是關(guān)于FKBP12.6在心肌肥厚中的作用仍存在爭議，但也要考慮或許是由于兩者實驗對象不同所造成的，尤其是人的機(jī)體更為復(fù)雜，樣本量采集困難等因素影響，因此需要后續(xù)更多的實驗進(jìn)行分析驗證。

1.1.3 FKBP1B與心律失常

室性心律失常引起的心臟猝死是一個主要原因，但目前預(yù)防心律失常的藥物治療不能提供令人滿意的結(jié)果，因此對新的抗心律失常策略提出需求。Wehrens等[2]進(jìn)行了FKBP1B基因敲除實驗，發(fā)現(xiàn)運動會引起小鼠心室性心律失常，導(dǎo)致心臟猝死。通過1,4-苯并噻唑衍治療增強(qiáng)FKBP1B對RyR2的親和力，穩(wěn)定了RyR2的封閉狀態(tài)，防止了引起心律失常的Ca2+滲漏。且有其他資料顯示，過表達(dá)FKBP1B或是增加FKBP1B與RyR2親和力可以改善通道缺陷，進(jìn)而改善心律失常[20]。這些結(jié)果提示FKBP1B-RyR2通路參與心律失常調(diào)控，通過增強(qiáng)FKBP1B對RyR2的結(jié)合力可能是治療常見室性心律失常的一種治療手段。除了FKBP1B蛋白外，與細(xì)胞內(nèi)Ca2+處理有關(guān)的如鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶II (CaMKII)、Na/Ca交換蛋白(NCX)、RyR和I Na- late[21]都作為治療心律失常的新靶點，但在臨床應(yīng)用成為現(xiàn)實之前，更深入地了解長期藥物效應(yīng)是必要的。

1.2 FKBP1B與心臟發(fā)育和老化

在胚胎發(fā)育中，F(xiàn)KBP1B主要表達(dá)于心臟，且表達(dá)量較高，但隨著心臟發(fā)育，F(xiàn)KBP1B的表達(dá)量降低，并集中于心房。同時心肌細(xì)胞分化和FKBP1B基因表達(dá)具有一致性：小鼠胚胎發(fā)育過程中心肌細(xì)胞能夠增殖，而在小鼠出生后增殖停止；FKBP1B也在整個心臟發(fā)育過程表達(dá)，在小鼠出生后其表達(dá)能力局限于心房[22]。說明FKBP1B參與心臟發(fā)育、形成的過程，并且對心肌細(xì)胞的舒縮耦聯(lián)具有重要作用。心臟老化是心臟功能障礙和其他心臟疾病的主要原因之一。研究FKBP12.6基因敲除小鼠發(fā)現(xiàn)FKBP12.6的缺失導(dǎo)致了細(xì)胞周期抑制劑p16和p19升高，增強(qiáng)心肌纖維化，細(xì)胞死亡，以及更短的端粒。并且實驗小鼠出現(xiàn)心臟的胰島素信號增強(qiáng)，AKT磷酸化、mTOR活性增強(qiáng)以及自噬功能受損現(xiàn)象[23]。這些結(jié)果證實FKBP12.6的基因缺失促進(jìn)了心臟衰老，并表明AKT/mTOR通路的激活在這一過程中起著機(jī)械作用。

1.3 心臟中FKBP1B對RyR2調(diào)節(jié)機(jī)制

心肌細(xì)胞中，Ca2+是參與收縮-舒張偶聯(lián)過程的重要物質(zhì)，一旦Ca2+濃度異常，將會導(dǎo)致心臟電信號傳導(dǎo)速度減慢、心室收縮功能紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致心功能失常[14,24]。目前已知的Ca2+通道有RyRs通道和三磷酸肌醇受體(inositoll，4,5-trisphosphate receptor，IP3R)通道[25]，在過去的幾十年里，RyRs和IP3R的研究極大地促進(jìn)了研究人員對心衰、心律失常、心肌肥厚、肌肉病變、癲癇等各種疾病的生理功能和病理機(jī)制的理解。其中RyR2通道作用效果是IP3R通道的50多倍，所以肌漿網(wǎng)膜上的RyR2通道是心肌收縮偶聯(lián)過程中最重要的一種離子通道[12,26]。RyR2能夠與FKBP1B、鈣調(diào)蛋白(calmodulin)、PKA、蛋白磷酸酶I(protein phosphatase-1，PPI)等結(jié)合發(fā)揮相應(yīng)調(diào)控作用[27]。因此，F(xiàn)KBP1B可通過與肌漿網(wǎng)上的RyR2結(jié)合，穩(wěn)定Ca2+通道，維持心肌細(xì)胞的穩(wěn)定性和興奮性進(jìn)而保證心率穩(wěn)定和心臟正常泵血。當(dāng)RyR2被PKA磷酸化，F(xiàn)KBP1B從RyR2上分離，RyR2對CICR敏感性提高，大量的Ca2+從肌漿網(wǎng)流出，胞漿內(nèi)鈣超載，引發(fā)心臟舒縮功能紊亂。

2 FKBP1B與腦神經(jīng)

2.1 FKBP1B與神經(jīng)系統(tǒng)

FKBPs家族具有促進(jìn)神經(jīng)元再生和神經(jīng)元保護(hù)作用，且對多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病如阿爾茨海默癥、帕金森病有顯著影響，且在神經(jīng)系統(tǒng)中又以FKBP12、FKBP51和FKBP52研究較多[4]，F(xiàn)KBP1B的研究則相對較少。FKBP1B在腦組織如海馬、杏仁核中廣泛表達(dá)，Ca2+對神經(jīng)細(xì)胞生長、分化、新陳代謝、胞外分泌和細(xì)胞凋亡等具有調(diào)控作用[4]。在多種物種中，Ca2+失調(diào)與衰老相關(guān)的認(rèn)知功能障礙有關(guān)，在死后阿爾茨海默病(AD)的大鼠和小鼠AD模型得到驗證[28-29]。FKBP1B在肌細(xì)胞中能夠結(jié)合RyR2，調(diào)節(jié)Ca2+釋放。在心肌細(xì)胞中，F(xiàn)KBP1B的基因缺失能夠引發(fā)Ca2+從RyR2脫離。因此，推測FKBP1B在神經(jīng)元中可能通過RyR2來調(diào)節(jié)Ca2+，進(jìn)而發(fā)揮相關(guān)功能。

雷帕霉素可以取代RyR2上的FKBP1B，使得細(xì)胞內(nèi)的Ca2+釋放增加[30]。RyRs參與了大腦神經(jīng)元Ca2+失調(diào)過程[31]，且雷帕霉素增加了Ca2+電流[32]，提示神經(jīng)元中FKBP1B的結(jié)合可以穩(wěn)定RyR2通道，調(diào)控Ca2+釋放。有資料顯示FKBP1B基因在老齡大鼠海馬和早期阿爾茨海默氏病中表達(dá)量降低[33]，那關(guān)于大鼠海馬區(qū)FKBP1B基因表達(dá)隨著年齡的增長而降低，其在生命早期開始下降，在認(rèn)知缺陷出現(xiàn)中后期會繼續(xù)下降的研究也進(jìn)一步證實這一結(jié)果[34]。干擾幼鼠海馬區(qū)FKBP1B的表達(dá)，慢后超極化(slow afterhyperpolarization，sAHP)增加，Ca2+失調(diào)。與幼小動物相比，老齡動物海馬神經(jīng)元的Ca2+依賴型sAHP更大，即隨著年齡的增長，海馬體內(nèi)的其他Ca2+介導(dǎo)的電生理反應(yīng)隨之增強(qiáng)[35]。反之，大鼠海馬區(qū)過表達(dá)FKBP1B，負(fù)調(diào)控細(xì)胞內(nèi)Ca2+反應(yīng)，逆轉(zhuǎn)衰老相關(guān)的Ca2+失調(diào)和認(rèn)知障礙[29]。這些資料表明FKBP1B是神經(jīng)元關(guān)鍵的Ca2+穩(wěn)態(tài)和認(rèn)知過程調(diào)節(jié)因子，并在在衰老過程中表達(dá)減弱或下降。此外，大鼠海馬區(qū)過表達(dá)FKBP1B，除了減少老年大鼠的記憶缺陷，還能夠選擇性地抵消了基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控37%的衰老誘導(dǎo)基因的表達(dá)變化[35]。與認(rèn)知過程并行的一種新型的協(xié)調(diào)大腦結(jié)構(gòu)組織的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)會隨著衰老而失調(diào)，但因FKBP1B而得到恢復(fù)。因而，F(xiàn)KBP1B或許為預(yù)防甚至逆轉(zhuǎn)大腦衰退提供一種新的治療靶標(biāo)。

2.2 大腦中FKBP1B對RyR2和L-VGCC調(diào)節(jié)

大腦衰老與多種Ca2+參與的過程相關(guān)，其中調(diào)控海馬CA1神經(jīng)元最主要的兩個路徑為L型電壓門控鈣通道(L-VGCC)和RyRs[34]。FKBP1B干擾實驗結(jié)果證明FKBP1B抑制大腦神經(jīng)元和肌細(xì)胞中RyR2介導(dǎo)的CICR。并且FKBP1B能夠明顯抑制VGCC電流產(chǎn)生，為FKBP1B通過VGCCs來抑制Ca2+進(jìn)入細(xì)胞以及RyRs介導(dǎo)的Ca2+胞內(nèi)釋放提供了初步依據(jù)[33]。目前還不清楚FKBP1B如何調(diào)控VGCCs，但可以明確的是在VGCCs-RyR途徑中，F(xiàn)KBP1B通過CICR增加Ca2+。L-VGCC位于RyR的上游，RyR與在VGCC-RyR通路中的FKBPs結(jié)合，VGCC-RyR通過CICR增加Ca2+[34]。因此，F(xiàn)KBPs可能通過與RyRs的結(jié)合進(jìn)一步影響VGCCs來調(diào)節(jié)Ca2+電流，更為直接的解釋是FKBP1B通過一個尚未確定的互作來直接調(diào)節(jié)VGCC的活動。

2.3 FKBPs抑制mTOR通路

FKBP1B除了與RyR2復(fù)合物結(jié)合外，還與細(xì)胞通路相互作用。FKBP1B/1 A通過與免疫抑制劑雷帕霉素結(jié)合能夠抑制mTOR通路中的基因，調(diào)控大腦細(xì)胞生長和可塑性[35-36]。雷帕霉素對FKBP-RyR和FKBP-mTOR有相反的作用，減弱了FKBP對RyRs抑制，但增強(qiáng)了FKBP對mTOR抑制。提示FKBP1B/1 A和mTOR的相互作用與FKBP1B/1 A依賴性RyRs調(diào)節(jié)Ca2+釋放作用是獨立的。FKBP1A能夠反向調(diào)控大腦mTOR通路而不依賴?yán)着撩顾豙36]，但過表達(dá)FKBP1B，mTOR通路24個基因中僅有Hif1an和Nfkb1基因發(fā)生變化[37]，統(tǒng)計學(xué)角度來講mTOR通路沒有被對FKBP1B敏感性基因所覆蓋，反應(yīng)出FKBP1B并不能夠如FKBP1A單獨調(diào)控mTOR通路，同時也說明FKBP1B的基因組效應(yīng)不受mTOR途徑介導(dǎo)。

2.4 大腦中FKBP1B降低的因素

海馬區(qū)FKBP1B表達(dá)量降低是Ca2+失調(diào)表型發(fā)展的關(guān)鍵因素，這種下降可能是由于表達(dá)減少或翻譯后的修改造成的。結(jié)合分析FKBP1B對VGCCs和RyR2調(diào)節(jié)，并對FKBPs的多個路徑進(jìn)行了假定的老化效應(yīng)，表明了雷帕霉素對FKBP-RyR和FKBP-mTOR通路的反向調(diào)控。破壞海馬FKBP1B功能可以誘導(dǎo)Ca2+失調(diào)，這與老化過程中出現(xiàn)的類似損傷模型一致，于是提出了FKBP1B降低可能是觸發(fā)初始老化的原因。一種可能是在衰老過程中，海馬神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的代謝發(fā)生變化，重要能量蛋白質(zhì)的生物合成減少，尤其是FKBPs[38]。另一種可能與激素有關(guān)，例如腎上腺素(糖皮質(zhì)激素)長期作用于大腦老化，對大腦的影響隨著年齡的增長而改變[39]，其也能增強(qiáng)海馬依賴的Ca2+sAHP[40]。此外，鹽皮質(zhì)激素能夠降低FKBP1B表達(dá)，并增強(qiáng)RyR介導(dǎo)的Ca2+釋放[41]。因此，激素和/或代謝變化可能導(dǎo)致FKBP1B表達(dá)/功能下降。

3 展望

無論是在心臟還是腦神經(jīng)元中都存在FKBP1B基因表達(dá)，并且能夠依賴RyR2受體通道模式調(diào)節(jié)Ca2+釋放，發(fā)揮相關(guān)的功能作用。盡管生命有機(jī)體是一個龐大精密而復(fù)雜的系統(tǒng)，不能僅靠單個基因或是單條信號通路調(diào)控，但是FKBP1B為解決心臟疾病或是神經(jīng)系統(tǒng)衰老、功能障礙等問題提供了新靶點。相信通過研究人員的不懈努力，更多的實驗數(shù)據(jù)結(jié)果積累，心腦血管系統(tǒng)疾病發(fā)生機(jī)制的面紗將被揭開。同時為其他組織器官FKBP1B的表達(dá)和功能是否依賴于RyR2-Ca2+機(jī)制達(dá)到調(diào)控目的提供參考依據(jù)。