GATA4對(duì)心臟結(jié)構(gòu)影響研究進(jìn)展

石潤(rùn)竹，王鑫，楊樹森

作者單位：1 150000 哈爾濱,哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心內(nèi)一科

心臟結(jié)構(gòu)改變是多種心臟疾病發(fā)生的病理學(xué)基礎(chǔ)，心肌肥大、心肌纖維化是心臟重構(gòu)的危險(xiǎn)因素。心肌細(xì)胞中的基因表達(dá)受各種核的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子，共同激活或抑制的相互作用。鋅指蛋白GATA4是一種參與心肌肥大、心肌纖維化的核轉(zhuǎn)錄因子，響應(yīng)于諸如涉及交感神經(jīng)和腎素-血管緊張素系統(tǒng)的肥大刺激，同時(shí)增加氧化應(yīng)激、促進(jìn)炎癥導(dǎo)致心肌纖維化，從而影響心臟的結(jié)構(gòu)改變，增加心臟重構(gòu)易感性。同時(shí)，GATA4參與胚胎時(shí)期心臟發(fā)育，其突變可造成心臟發(fā)育缺陷，導(dǎo)致先天性心臟病的發(fā)生。本文將對(duì)核轉(zhuǎn)錄因子GATA4對(duì)于心肌肥大及纖維化的作用，以及突變后對(duì)心臟發(fā)育的影響加以說(shuō)明。

1 GATA4家族

GATA轉(zhuǎn)錄因子是含有的鋅指結(jié)構(gòu)域，與DNA序列5'-WGATAR-3'片段結(jié)合。GATA共有6個(gè)成員，其中GATA4與GATA6廣泛存在于心臟中，GATA4在心臟的發(fā)育中起到重要作用，GATA4的突變被證實(shí)與先天性心臟?。–HD）的發(fā)生有關(guān)系[1,2]。GATA4敲除鼠在早期胚胎就死亡[3,4]。Chaitali等應(yīng)用免疫染色證實(shí)了GATA4參與調(diào)控CDK4的表達(dá)，高度證實(shí)了GATA4參與心臟分隔的形成，其突變可導(dǎo)致先天性心臟病的形成[5]。有報(bào)道稱GATA4在心肌細(xì)胞中對(duì)肥大基因的轉(zhuǎn)錄中起到重要作用，如α-肌球蛋白和β-肌球蛋白重鏈（α和β-MHC）、肌球蛋白輕鏈1/3（MLC1/3）、心肌肌鈣蛋白C、心臟、肌鈣蛋白I、心房利鈉因子（ANF）、腦利鈉肽（BNP）和內(nèi)皮素1（ET-1）[6,7]。除了在調(diào)節(jié)心臟肥大中確定性作用，GATA4還可調(diào)節(jié)細(xì)胞存活和抗細(xì)胞凋亡信號(hào)傳導(dǎo)。

在成人心肌細(xì)胞中，Kakita等報(bào)道了鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶/NF-1/GATA4途徑是ET-1介導(dǎo)的途徑，可抑制心肌細(xì)胞凋亡，心臟特異性表達(dá)的GATA4缺失通過(guò)改變壓力超負(fù)荷后細(xì)胞凋亡中涉及的基因表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[8]。已顯示GATA4的過(guò)表達(dá)可降低由蒽環(huán)類藥物（如阿霉素、柔毛霉素）引發(fā)的心肌細(xì)胞凋亡[9]。 同時(shí)GATA4被證實(shí)可以調(diào)節(jié)Bcl-2的表達(dá)，BCL-2是一種在心肌中抗細(xì)胞凋亡的蛋白，在小鼠心臟中被證實(shí)參與紅細(xì)胞生成素介導(dǎo)的抗心肌缺血的心臟保護(hù)作用[10,11]。

2 GATA4與心肌肥大

肥大是一種對(duì)于壓力負(fù)荷和容量超負(fù)荷、肌節(jié)蛋白突變、心肌梗死導(dǎo)致收縮力喪失的適應(yīng)，是心力衰竭發(fā)生的危險(xiǎn)因素，交感神經(jīng)興奮和腎素-血管緊張素系統(tǒng)是心肌肥大發(fā)生的起始，配體與功能受體的結(jié)合，激活參與心肌細(xì)胞磷酸化和鈣內(nèi)流的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，并改變心肌細(xì)胞核基因的表達(dá)。各種研究表明細(xì)胞核中的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)對(duì)于病理性心肌肥厚和心力衰竭的發(fā)展極為重要，轉(zhuǎn)錄因子如肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2（MEF2）、血清反應(yīng)因子（SRF）、GATA結(jié)合蛋白4（GATA4）、AP-1、神經(jīng)元限制性沉默因子（NRSF）、活化T細(xì)胞核因子（NFAT）和心肌素，被認(rèn)為與心臟肥大和心臟有關(guān)[12-17]。以往研究證實(shí)，GATA4介導(dǎo)的心臟肥大和心力衰竭的作用。在心臟肥大和心力衰竭期間，心臟中GATA4表達(dá)和翻譯后修飾被改變，GATA4的翻譯后修飾如乙?；?、磷酸化、泛素化對(duì)于GATA4的生物學(xué)活性十分重要，GATA4和其他蛋白質(zhì)間的相互作用對(duì)于調(diào)節(jié)DNA結(jié)合活性和基因轉(zhuǎn)錄也非常重要。

2.1 乙?；饔?目前已經(jīng)證明了組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAT）p300對(duì)GATA4存在乙?；饔?，乙?；蟮腉ATA4對(duì)于細(xì)胞肥大相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄、心肌肥大的發(fā)生及心力衰竭的發(fā)生必不可少[18]。心臟特異性p300轉(zhuǎn)基因小鼠顯示其發(fā)生心肌梗死后左心室重塑加速，但缺乏p300轉(zhuǎn)基因小鼠的HAT活性心肌重塑能力減弱[19,20]。證實(shí)了p300對(duì)于左室重構(gòu)起到重要作用。通過(guò)分析P300誘導(dǎo)的GATA4乙?；饔?，我們發(fā)現(xiàn)4種賴氨酸被乙?；?。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)Cdk9亦與GATA4存在結(jié)合，Cdk9與心臟的肥厚發(fā)生有關(guān)，p300/GATA4通路可被磷酸化的p300結(jié)合提升HAT的活性，促進(jìn)乙?；l(fā)生。

2.2 肥厚相關(guān)刺激 GATA4活性的激活被認(rèn)為于其磷酸化相關(guān)[21]。絲裂原蛋白活化激酶(MAPK)級(jí)聯(lián)反應(yīng)是介導(dǎo)肥厚發(fā)生的關(guān)鍵生物學(xué)信號(hào)[22]。存在S105A突變的GATA4不能被ERK磷酸化，在培養(yǎng)的心肌細(xì)胞中抑制了由MEK1介導(dǎo)的肥厚的發(fā)生，GATA4可能是ERK信號(hào)通路介導(dǎo)肥大發(fā)生的下游[23]。GATA4可被P38 MAPK通路激活，P38 MAPK是MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的關(guān)鍵因素[24]。有報(bào)導(dǎo)稱，Rho/Rho kinase（ROCK）途徑是GATA4被ERK和p38 MAPK磷酸化的上游，在心肌細(xì)胞中Rho/ROCK通路被證實(shí)參與了GATA4磷酸化和心肌肥大的發(fā)生[25]。

3 GATA4與心肌纖維化

GATA4參與心肌纖維化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，一方面GATA4存在抗心肌纖維化的作用。最近研究發(fā)現(xiàn)心臟成纖維細(xì)胞可通過(guò)多種轉(zhuǎn)錄因子被轉(zhuǎn)分化為誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞樣細(xì)胞（iCMs），如GATA4，Mef2c和Tbx5[GMT]，在大鼠心肌梗死模型中有效而且迅速的將肌成纖維細(xì)胞重新編程整合成心肌細(xì)胞，GATA4或GMT可通過(guò)這種作用降低心肌梗死后心肌纖維化，減少瘢痕組織形成從而恢復(fù)心臟功能[26]。另一方面，GATA4也可通過(guò)增加轉(zhuǎn)錄活性，參與促進(jìn)纖維化形成。在高血壓心肌肥厚大鼠模型中，GATA4轉(zhuǎn)錄活性增加，促進(jìn)心肌肥厚和纖維化，下調(diào)GATA4的轉(zhuǎn)錄活性，抑制纖維化發(fā)生。在研究去SIRT3在老鼠壽命中的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)SIRT3可通過(guò)抑制GATA4的轉(zhuǎn)錄活性，抑制細(xì)胞老化和纖維化[27]。2015 年《Science》報(bào)道GATA-4 在細(xì)胞中堆積，能通過(guò)TRAFIP2和IL-1A，激活細(xì)胞核因子κB（NF-κB），啟動(dòng)和分泌衰老相關(guān)分泌表型（SASP），促進(jìn)炎癥和氧化應(yīng)激[28]。GATA-4 可與c-Rel相互作用促進(jìn)心肌肥厚及纖維化的形成[29]。

4 GATA4突變與心臟發(fā)育

先天性心臟病是先天性疾病最常見(jiàn)的類型，發(fā)生率約8‰～9‰[30]，目前先天性心臟病成因仍未知，但大多數(shù)與環(huán)境及基因表型相關(guān)聯(lián)。GATA4編碼鋅指蛋白，在心臟的形成及心臟形成相關(guān)的多種活動(dòng)中起到重要作用[31]。GATA4與TBX5相互作用，在胚胎中調(diào)控心肌細(xì)胞增殖，且參與了房室間隔的形成[32]，Thomford等研究表明，GATA4（P193H），MTHFR 677TT的變異與房間隔缺損及室間隔缺損，法洛四聯(lián)癥和動(dòng)脈導(dǎo)管未閉有關(guān)[33]。

5 總結(jié)

心臟結(jié)構(gòu)的變化是許多心臟病包括心力衰竭、心房顫動(dòng)及先天性心臟病形成的病理基礎(chǔ)。在胚胎發(fā)育中，轉(zhuǎn)錄因子GATA4的突變與多種先天性心臟?。ㄈ缧姆?、心室間隔缺損、法洛四聯(lián)癥及動(dòng)脈導(dǎo)管未閉等）相關(guān)。而成年后，GATA4通過(guò)多種途徑被激活參與了心肌纖維化及心肌肥厚而導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)的變化，從而為多種心臟疾病的發(fā)生提供病理學(xué)基礎(chǔ)及發(fā)生條件。目前對(duì)于心臟結(jié)構(gòu)改變的確切因素尚不清楚。對(duì)于GATA4在心臟結(jié)構(gòu)變化的研究有望成為抑制心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)的新的治療靶點(diǎn)，從而為治療及預(yù)防心力衰竭，治療房顫及為提高心房顫動(dòng)發(fā)生后的射頻消融成功率提供新的可能。同時(shí)在于胚胎時(shí)期，對(duì)于GATA4突變的基因檢測(cè)有望為先天性心臟病的診斷提供新的診斷及治療靶點(diǎn)。