轉(zhuǎn)錄激活因子3在心肌肥厚中的研究進展

馬聰 楊俊 楊簡

三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院心內(nèi)科（湖北宜昌 433003）

近年來我國心血管疾病患者高達2.9億，因心血管疾病而死亡的人數(shù)占城鄉(xiāng)居民總死亡人數(shù)的首位［1］。研究表明，心肌肥厚是高血壓、急性心梗、心臟瓣膜病等心血管疾病向終末期心力衰竭發(fā)展的共同中間環(huán)節(jié)，同時也是增加心力衰竭發(fā)病率和死亡率的獨立危險因素［2］。隨著心肌肥厚研究的不斷深入，轉(zhuǎn)錄激活因子3（activating transcription factor 3，ATF3）被發(fā)現(xiàn)在心肌肥厚的發(fā)展過程中有重要作用。因此，深入探索在心肌肥厚發(fā)生發(fā)展過程中異常表達的特異性轉(zhuǎn)錄因子ATF3及其信號通路，對研究心肌肥厚的發(fā)病機制以及尋找心肌肥厚新的治療方案具有重要意義。本文就ATF3與心肌肥厚之間的關(guān)系及作用機制做一綜述。

1 轉(zhuǎn)錄激活因子3（ATF3）

ATF3屬于富含亮氨酸拉鏈（basicleucinezippe，bZlP）結(jié)構(gòu)的cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白轉(zhuǎn)錄因子（cAMP-response element-binding，ATF/CERB）家族成員之一，分子量為22kDa，可以編碼生成含181種氨基酸的蛋白質(zhì)，最早是從經(jīng)佛波酯（TPA）處理后的Hela細胞中分離所獲得［3］。作為ATF/CERB家族成員，ATF3可以作為轉(zhuǎn)錄激活劑或抑制劑，通過與家族其他成員的異二聚作用來增強轉(zhuǎn)錄，也可通過招募組蛋白去乙酰化酶1（histone deacetylase 1，HDAC1）到靶基因啟動子來抑制轉(zhuǎn)錄［4］。有研究表示，ATF3在靜止細胞中基本水平較低，但在如損傷、缺血或化學(xué)毒素等刺激下表達增加，并同時在多種靶基因的快速調(diào)控反應(yīng)中起中心作用，是細胞自適應(yīng)反應(yīng)的中樞［5］。

2 心肌肥厚與ATF3的聯(lián)系

心肌肥厚是心肌重構(gòu)的中心環(huán)節(jié)，而心肌重構(gòu)參與了幾乎所有心臟疾病的病理過程。由于心臟重構(gòu)是由多個g蛋白結(jié)合受體信號通路調(diào)控的［6］，因此，針對參與心肌重構(gòu)的不同信號通路如Toll樣受體4（Toll-like receptors 4，TLR4）、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）等或這些通路所激活的核轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白1（transcriptiona1 activating protein，AP-1）、早期生長應(yīng)答因子 1（early growth response factor 1，EGR1）等轉(zhuǎn)錄因子［7-8］，ATF3作為適應(yīng)性反應(yīng)基因，已被證明可以參與到心肌細胞的多個調(diào)控靶點如MAPK和AMPK等信號通路以及EGR1、核因子B（nuclear factor κB，NF-κB）等轉(zhuǎn)錄因子中［9］。因此筆者推測，通過參與這類信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，ATF3可能在促進或抑制心肌重構(gòu)、間質(zhì)纖維化以及細胞凋亡等過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

2.1ATF3的負性作用ZHOU等［10］通過胸主動脈縮窄術(shù)建立小鼠循環(huán)壓力超負荷模型時發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，ATF3基因敲除（ATF3-KO）小鼠的胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1，Igf1）、轉(zhuǎn)化生長因子2（transformation growth factor 2，Tgfb2）等肥厚信號和細胞外基質(zhì)調(diào)控因子的表達增加，同時出現(xiàn)趨化因子、趨化因子受體和TLR4信號通路的上調(diào)以引起炎癥因子增多。這不僅意味著ATF3在心肌肥厚的發(fā)展過程中起到了抑制作用，還表明ATF3的缺失會導(dǎo)致心肌的炎癥反應(yīng)加重。GIRALDO等［11］將小鼠暴露在內(nèi)皮素1（endothelin-1，ET-1）下以建立心肌肥厚模型，發(fā)現(xiàn)ATF3-KO小鼠心肌細胞明顯大于對照組，表明抑制心肌細胞內(nèi)ATF3表達能加重由ET-1誘導(dǎo)心肌肥厚的程度。LIN等［12］使用橫向主動脈縮窄術(shù)誘導(dǎo)ATF3-KO小鼠心肌肥厚后，再通過AAV8載體使ATF3在ATF3-KO小鼠體內(nèi)重新表達，發(fā)現(xiàn)ATF3表達上調(diào)的小鼠心室收縮功能以及心肌細胞肥大程度較前相比明顯改善，甚至連心肌間質(zhì)纖維化、炎癥浸潤等過程也明顯好轉(zhuǎn)。ZHOU等［13］在另外一項研究中，也通過建立小鼠心肌肥厚模型發(fā)現(xiàn)抑制ATF3的表達可促進由壓力超負荷引起的心肌肥大、功能障礙和纖維化。此類研究提示，在ATF3缺乏時，會在一定程度上加重心肌肥厚、心肌間質(zhì)纖維化及炎癥反應(yīng)。NOBORI等［14］研究發(fā)現(xiàn)ATF3過表達可以對阿霉素誘導(dǎo)心肌細胞凋亡的過程起到顯著的抑制作用。而細胞凋亡作為心肌重構(gòu)過程中的重要基礎(chǔ)反應(yīng)，筆者猜測ATF3對心肌肥厚的負性調(diào)控作用可能與對細胞凋亡的抑制密切相關(guān)。

2.2ATF3的正性作用相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)ATF3表達可能在心肌肥厚過程中產(chǎn)生正性調(diào)控作用。KOREN等［15］誘導(dǎo)小鼠慢性循環(huán)壓力超負荷時發(fā)現(xiàn)，ATF3-KO小鼠心臟重構(gòu)標(biāo)志物的表達明顯減少，同時發(fā)現(xiàn)其心肌細胞橫斷面積的增加程度與對照組相比顯著降低。OKAMOTA等［16］通過建立小鼠缺血-再灌注模型誘導(dǎo)ATF3表達上調(diào)后發(fā)現(xiàn)，模型小鼠心肌細胞的變性和纖維化程度遠大于假手術(shù)組，超聲心動圖提示模型小鼠的心臟出現(xiàn)收縮性降低和傳導(dǎo)異常并且心房出現(xiàn)增大和肥厚。KOREN等［17］研究表明，在胚胎期，小鼠ATF3過表達會導(dǎo)致小鼠的心房擴大和過早死亡，成年小鼠ATF3的過表達即使在沒有如壓力過載等外在條件的情況下也足以誘發(fā)心室肥大，而ATF3-KO小鼠沒有上述情況發(fā)生。這些研究意味著ATF3在心臟組織中的特異性表達在一定程度上都會影響心肌細胞的結(jié)構(gòu)和功能，進而導(dǎo)致心肌肥厚的加重和心肌纖維化的進一步惡化。

3 ATF3在與心肌肥厚相關(guān)信號通路中的作用機制

心肌肥厚的產(chǎn)生，是由如機械性或神經(jīng)體液性刺激等多種因素所引起的。從細胞和分子水平上來看，心肌肥厚的本質(zhì)是肥大性刺激通過信號傳導(dǎo)從而誘導(dǎo)核內(nèi)基因異常表達的結(jié)果［18］。而細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作為肥大刺激傳遞與核內(nèi)基因轉(zhuǎn)錄激活的重要環(huán)節(jié)，多種信號通路［7-8］如MAPK、TLR4/NF-κB、鈣調(diào)磷酸酶以及AMPK等參與其中。ATF3在心肌肥厚中活化的確切機制目前尚不清楚，但ATF3作為一種早期壓力誘導(dǎo)性基因，可能會通過參與這些與心肌肥厚相關(guān)的信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)以使靶基因在細胞內(nèi)過表達或抑制性表達從而達到對心肌肥厚發(fā)展過程的調(diào)控作用。

3.1ATF3與MAPKMAPK是能在心肌纖維化、心室重塑以及炎癥反應(yīng)等過程中發(fā)揮重要作用的信號通路，其相關(guān)下游通路如ERK1/2、JNK和p38-MAPK等都是機械負荷誘導(dǎo)心肌肥厚的關(guān)鍵信號通路，這些通路通過調(diào)節(jié)如AP-1、Nkx-2.5等轉(zhuǎn)錄因子的表達，從而促進心肌肥厚的發(fā)生。其中MAPK通路的中間環(huán)節(jié)產(chǎn)物MAP2K3影響著下游p38 MAPK的活化水平，在p38-MAPK通路介導(dǎo)心肌肥厚的過程中發(fā)揮著重要作用［19］。LI等［20］在使用血管緊張素II（Ang-II）誘導(dǎo)小鼠高循環(huán)壓力模型時發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，ATF3-KO小鼠的心肌細胞中MAP2K3的表達明顯較多，表明在心肌細胞中ATF3抑制MAP2K3的表達，從而抑制心肌重塑。并且在后續(xù)的實驗中，LI等［20］陸續(xù)證明ATF3是通過與MAP2K3的啟動子結(jié)合，招募HDAC1，導(dǎo)致與MAP2K3基因相關(guān)的組蛋白去乙酰化，從而抑制MAP2K3表達。ZHOU等［13］在驗證ATF3負性調(diào)控心肌肥厚時發(fā)現(xiàn)，在ATF3表達受抑制時，通路中的ERK1/2、JNK和p38 MAPK被顯著激活，這說明ATF3對心肌肥厚的影響可能是通過ERK1/2和JNK等通路進行調(diào)控的。但在另外一項研究中，GUO等［21］使用前列腺素F2誘導(dǎo)ATF3表達時發(fā)現(xiàn)，ATF3的表達上調(diào)不僅能促進MAPK信號通路的激活，而且可以誘導(dǎo)MAPK的磷酸化。這表明，此項研究中，ATF3促進MAPK信號通路的激活和誘導(dǎo)其磷酸化水平增加，可能會在心肌肥厚的發(fā)展過程中起到正性的促進作用，從而導(dǎo)致心臟功能進一步惡化。目前這一矛盾作用的分子機制仍不明確，可能是ATF3分別形成不同的二聚體所致，也可能是由不同表達水平和持續(xù)時間的ATF3所引起。

3.2ATF3與TLR4/NF-κB研究已經(jīng)證明可以通過調(diào)控NF-κB來減少凋亡以挽救心臟功能，提高心肌細胞在炎癥反應(yīng)中的存活率。而ATF3的表達正是通過TLR4/NF-κB信號通路來激活的，在這條通路中NF-κB可以轉(zhuǎn)移到細胞核內(nèi)進而引起炎癥介質(zhì)的表達，但同時ATF3可以通過招募HDAC1到炎癥因子基因啟動子上的NF-κB位點從而抑制NF-κB的轉(zhuǎn)錄，從而對心臟產(chǎn)生保護作用［22］。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)ATF3的過表達增加了NF-κB的DNA結(jié)合活性以及激活Nkx-2.5，從而顯著降低了IL-6的表達水平。KWON等［23］用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）處理細胞，發(fā)現(xiàn)2 h后細胞核中的ATF3顯著增加，NF-κB的二聚體p65蛋白在30 min內(nèi)迅速積累到核內(nèi)誘導(dǎo)目標(biāo)基因的表達而在2 h后開始消失，由此可以發(fā)現(xiàn)ATF3和p65蛋白在細胞核內(nèi)的水平是呈反比的。KWON等［23］隨后用LPS處理缺乏ATF3的細胞時發(fā)現(xiàn)，p65蛋白無法與HDAC1結(jié)合，并且在LPS誘導(dǎo)8h后p65的乙?；皆黾?，而對照組中p65蛋白卻能與HDAC1輕松結(jié)合，這說明ATF3在介導(dǎo)p65和HDAC1之間相互作用以及p65的乙?；竭^程中發(fā)揮著重要的作用，此項實驗后續(xù)也證明了ATF3是通過將HDAC1招募至p65蛋白復(fù)合物中并去乙?；瘑幼?，從而導(dǎo)致p65裂解以達到抑制炎癥因子釋放的目的。WU等［24］通過將小鼠肺組織暴露于香煙煙霧（CSE）的體外實驗也證實了ATF3過表達會導(dǎo)致p65蛋白顯著減少并且抑制著炎癥因子IL-6、IL-8等釋放。這些研究說明ATF3在TLR4/NF-κB通路中作為一種負性調(diào)控因子，可以通過抑制NF-κB相關(guān)蛋白的表達和炎癥因子的釋放，從而在改善心臟功能以及抑制心肌重構(gòu)和纖維化等方面發(fā)揮著重要的作用。

3.3 ATF3與AMPKAMPK是代謝途徑中的主要信號調(diào)節(jié)通路，主要用于感受體內(nèi)的ATP/AMP比率以調(diào)節(jié)代謝。最初發(fā)現(xiàn)AMP在組織缺氧而顯著增加時，會激活A(yù)MPK信號通路，從而抑制蛋白質(zhì)的合成和促進糖的消耗［25］。此后越來越多的研究證實了AMPK作為一種能量傳感器，可以通過抑制與心肌肥厚有關(guān)的下游信號通路如ERK1/2和真核伸長因子2（eukaryotic elongation factor，eEF2）從而在心室重塑、心肌細胞肥大等病理過程中發(fā)揮負性調(diào)控作用［26］。ATF3在心肌組織中與AMPK的相互作用關(guān)系目前尚未得到完整的實驗證明，但其在如胰腺、肝臟等組織中與AMPK關(guān)系的研究已取得較大進展。KIM等［27］利用高糖誘導(dǎo)大鼠肥胖時發(fā)現(xiàn)，ATF3過表達的肥胖大鼠體內(nèi)，AMPK磷酸化水平較對照組明顯增高，并且此類大鼠胰腺在如胰凋亡水平明顯高于對照組，而在將ATF3干擾RNA（siRNA）注射至其體內(nèi)后，其葡萄糖代謝及細胞凋亡較前明顯改善。這意味著ATF3抑制著AMPK在胰腺組織中發(fā)揮有利影響，筆者推測ATF3在心肌組織中同樣可以通過增加AMPK的磷酸化以降低其活性，從而增強ERK1/2、eEF2等下游信號通路，以進一步加重心肌肥厚和心肌纖維化。

4 總結(jié)與展望

ATF3作為細胞自適應(yīng)反應(yīng)的中樞，通常會抑制轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮負性調(diào)控作用。但是ATF3可能在不同的細胞環(huán)境中產(chǎn)生不同程度的表達而起到激活作用。在不同刺激下，ATF3在心肌肥厚中所起到的作用是有害還是有利的，目前仍有爭議。這種差異可能是由于ATF3在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的雙重作用，作為抑制因子或激活因子所造成。因此，調(diào)控ATF3表達很可能是預(yù)防心臟病理性應(yīng)激的重要手段，其上調(diào)可能對心肌肥厚的發(fā)展起抑制作用，但持續(xù)過度表達的ATF3可能是一種轉(zhuǎn)錄激活劑，這對心臟是有害的，這表明調(diào)節(jié)ATF3表達的水平和持續(xù)時間是很重要的。然而，使ATF3在心肌肥厚中產(chǎn)生的激活或抑制作用達到平衡的具體基因表達水平和持續(xù)時間目前尚未明確，其作用是否與其他信號通路有關(guān)?是否存在其他的轉(zhuǎn)錄因子在心肌肥厚的過程中對ATF3的表達產(chǎn)生協(xié)同或拮抗作用?這些問題目前仍未得到完整的回答，但隨著ATF3被人們所了解，探索ATF3產(chǎn)生激活或抑制作用的具體表達水平和持續(xù)時間有望為心肌肥厚的治療提供新的治療靶點和思路。