MG53在心臟疾病過程中的研究進展

劉婷婷，尉延春，馮凱，湯依群

(中國藥科大學(xué)，江蘇 南京 211198)

迄今為止，在哺乳動物中已經(jīng)鑒定出70多種三結(jié)構(gòu)域(TRIM)蛋白家族成員。這些TRIM蛋白在各種生理活動過程中發(fā)揮重要作用，其中包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡及機體發(fā)育、先天免疫及腫瘤的發(fā)生等[1]。Mitsugumin 53(MG53)蛋白，又稱為TRIM72蛋白，是TRIM家族的成員之一，其具有一個指環(huán)(ring finger)結(jié)構(gòu)域(見圖1)，一個或兩個B-box和卷曲螺旋(coiled-coil，CC)結(jié)構(gòu)域，被稱之為RBCC結(jié)構(gòu)，金屬鋅(Zn)是其中必不可少的成分之一[2]。MG53蛋白作為一種膜修復(fù)蛋白，主要分布于心臟和骨骼肌中，是肌膜機械性修復(fù)的關(guān)鍵組成部分之一。2009年，研究者首次發(fā)現(xiàn)MG53可以通過不同的機制參與調(diào)節(jié)多種機體組織的生理和病理過程[3]。MG53作為一種泛素連接酶E3，主要通過在膜損傷部位迅速聚集，與細(xì)胞膜上的磷脂酰絲氨酸結(jié)合，形成化合物，從而在骨骼和心肌的細(xì)胞膜損傷中起修復(fù)作用；MG53也可以介導(dǎo)胰島素受體(insulin receptor，IR)和胰島素受體底物-1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)的降解，從而引發(fā)胰島素抵抗和代謝疾病[4-5]。MG53在心臟和骨骼肌中高度表達，參與多種生理和病理過程，但其引發(fā)心臟代謝紊亂的機制仍需進一步研究。本文主要對MG53在心臟疾病過程中的研究進展做一總結(jié)，為今后的研究提供相應(yīng)參考。

A.MG53在細(xì)胞內(nèi)的分布圖；B.MG53的立體結(jié)構(gòu)圖；C.MG53的結(jié)構(gòu)示意圖圖1 MG53分布與結(jié)構(gòu)

1 MG53與心房顫動

心房顫動(atrial fibrillation，AF)，又稱房顫，是臨床上常見的一種心律失常[6]。依據(jù)房顫持續(xù)的時間，可將房顫分為初發(fā)房顫、陣發(fā)性房顫、持續(xù)性房顫和永久性房顫。隨著年齡的增加，房顫的發(fā)病率不斷升高。但至今，對于房顫的具體發(fā)病機制沒有一個詳細(xì)的解釋。目前主流的解釋為心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)，電重構(gòu)和離子重構(gòu)。心房纖維化是房顫的一個重要的病理變化，隨著房顫的持續(xù)發(fā)生，心房成纖維細(xì)胞增殖分化為肌成纖維細(xì)胞，分泌大量的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM，包含CollagenⅠ、Collagen Ⅱ、α-SMA等)，由于ECM不具有導(dǎo)電性，其大量分布于細(xì)胞外間隙，嚴(yán)重阻礙了細(xì)胞電傳導(dǎo)，進一步延長了房顫持續(xù)時間[7]，即房顫致房顫。因此抑制和減少心房中ECM的大量堆積，成為改善和治療房顫的一個重要方向。

趙建全等[8]研究發(fā)現(xiàn)MG53可以通過TGF-β(transforming growth factor-β)/Smad信號通路調(diào)節(jié)心臟成纖維細(xì)胞的增殖和遷移。該研究主要利用小干擾RNA(small interfere RNA，siRNA)沉默TRIM72基因，然后進一步研究TRIM72敲除對心臟成纖維細(xì)胞增殖和遷移的作用。實驗發(fā)現(xiàn)，降低TRIM72的表達可以抑制心臟成纖維細(xì)胞的增殖和遷移，同時也降低與其相關(guān)蛋白(TGF-β1、TGF-βR1)的表達，這為之后進一步的研究提供了理論基礎(chǔ)。有研究表明[9]，在TGF-β1過表達的轉(zhuǎn)基因小鼠中，TGF-β1在心房比心室中上調(diào)更為顯著。TGF-β1的高水平表達主要與心房中某些基因(例如：miR-21、miR-133a)的表達增加有關(guān)。心室和心房中的TβRI、TβRII和Smad蛋白水平表達相似，但心房中Smad2磷酸化增加，使得其更容易發(fā)生選擇性纖維化[9-10]。因此，TGF-β1是刺激心臟纖維化最有效的影響因素之一。近年來，Guo等[11]對人類心房組織和大鼠心房成纖維細(xì)胞進行了研究，發(fā)現(xiàn)了MG53與TGF-β1信號通路之間存在關(guān)系以及MG53在心房纖維化和房顫中發(fā)揮作用。該研究發(fā)現(xiàn)，與竇性心律(sinus rhythm，SR)的風(fēng)濕性心臟病患者相比，患有房顫的風(fēng)濕性心臟病(rheumatic heart disease，RHD)患者的心房組織中TGF-β/Smad通路被激活，與此同時，TGF-β1、MG53等基因的表達增加。此外，該實驗還證明了MG53是TGF-β信號通路發(fā)揮作用的重要蛋白，在心肌細(xì)胞受損時，MG53可以通過介導(dǎo)TGF-β1表達加速細(xì)胞修復(fù)。MG53與TGF-β1之間存在負(fù)性反饋調(diào)控機制，并且MG53位于人心房和大鼠心房成纖維細(xì)胞中TGF-β/Smad通路的上游。這說明MG53是房顫患者TGF-β/Smad通路誘導(dǎo)的心房纖維化的潛在調(diào)節(jié)因子。該研究為MG53在人類心房纖維化中的作用以及在培養(yǎng)的大鼠心房成纖維細(xì)胞中的心房纖維化作用提供了臨床和實驗證據(jù)。該研究表明MG53在房顫纖維化中起重要作用，為今后的抗房顫藥物開發(fā)提供了方向和理論依據(jù)。

2 MG53與缺血性心臟病

缺血性心臟病是全球死亡的主要原因之一，心臟血流阻塞可導(dǎo)致心肌缺血[12]。持續(xù)性心肌缺血可導(dǎo)致心肌梗塞，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡，產(chǎn)生不可逆的心肌損傷以及永久性的收縮性功能障礙。心肌在生理條件下遭受短暫損傷時，再給予各種病理應(yīng)激(如缺血)，可使心肌損傷加劇。成年人的心肌細(xì)胞是終末分化的細(xì)胞，其再生能力有限[13]。大量研究表明，及時對缺血心臟進行再灌注是保護心肌細(xì)胞活力的一條重要途徑。目前，對缺血損傷的心肌細(xì)胞的修復(fù)保護主要涉及兩條重要的通路實現(xiàn)：一條是缺血-再灌注損傷補救激酶(ischemia-reperfusion injury rescue kinase， RISK)通路，主要由PI3K-Akt-GSK3β軸和ERK1/2參與[14]；另一條是生存激活因子增強(survivor activating factor enhancement，SAFE)通路，該通路涉及細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子-3(STAT-3)的激活[14-15]。有研究表明，MG53不僅在骨骼肌中有特異性表達，而且在心肌細(xì)胞中也表現(xiàn)出特有的生物學(xué)活性，其可以通過相應(yīng)的信號通路維持心肌細(xì)胞內(nèi)外鈣離子濃度的穩(wěn)定，確保心肌細(xì)胞的完整性，確保心肌細(xì)胞能夠完成相應(yīng)的生理活動[16-18]。尤其，MG53在激活RISK途徑中起著關(guān)鍵性作用。因此，MG53可以作為減緩缺血引起的心肌細(xì)胞損傷的一個新的研究靶點。

現(xiàn)在已知缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion injury,I/R)可引起生物機體發(fā)生復(fù)雜的級聯(lián)反應(yīng)，嚴(yán)重時可導(dǎo)致細(xì)胞和組織環(huán)境的改變，引起器官功能障礙，甚至?xí)黾影l(fā)病率和死亡率。目前，心臟I/R損傷仍是被人們所忽略的，同時治療心肌I/R損傷方法有限[19]，因此，治療I/R損傷已成為限制繼發(fā)性缺血損傷重要途徑。2010年，Cao等[20]第一次發(fā)現(xiàn)MG53在心肌細(xì)胞中具有保護作用，實驗表明，MG53能保護心臟免受缺血引起的再灌注損傷。在缺血再灌注損傷的心肌中，MG53蛋白表達水平顯著降低，并且MG53基因缺陷可以加重I/R引起的心肌損傷。相反，MG53的過表達可保護心肌免受缺血引起的損傷。因此，MG53是一種重要的心臟保護因子。近期，Kohr等[21-22]發(fā)現(xiàn)MG53的S-亞硝基化可以修復(fù)受損傷的心臟，實驗通過抑制S-亞硝基化后MG53上144位點處氨基酸殘基上的半胱氨酸的氧化來消除I/R誘導(dǎo)的MG53表達下調(diào)。此外，還有研究表明，系統(tǒng)性給予外源重組MG53可以改善心臟I/R損傷；在離體試驗中，MG53仍發(fā)揮心肌細(xì)胞保護作用[23]。

近年來，Ma等[24]研究進一步發(fā)現(xiàn)MG53在缺血前適應(yīng)(ischemic preconditioning，IPC)和后適應(yīng)(ischemic postconditioning，IPO)的心臟保護中起著非常重要的作用。最近，Lemckert等[25]研究發(fā)現(xiàn)，MG53參與了心臟中另一種內(nèi)源性的保護機制中，即心臟遠(yuǎn)端缺血前處理。該實驗用七氟烷麻醉后進行缺血預(yù)處理，可使心臟中MG53的表達上調(diào)，從而達到對心肌細(xì)胞的保護作用。此外，有研究發(fā)現(xiàn)MG53可以通過血腦屏障來保護缺血性腦損傷[26]。

3 MG53與糖尿病性心肌病

目前，全球死于心臟病的人數(shù)日趨上升，其中死于糖尿病性心肌病的患者已經(jīng)超過50%。糖尿病性心肌病是糖尿病的一種主要并發(fā)癥，并且是糖尿病患者發(fā)病率和死亡率較高的主要原因[27]。糖尿病性心肌病主要表現(xiàn)為心肌脂質(zhì)的積聚，心肌肥大，心肌纖維化和心功能不全[28]。在此之前，人們對糖尿病性心肌病的發(fā)病機制了解甚少。

2002年，F(xiàn)inck等[29]研究闡明了糖尿病性心肌病的發(fā)生發(fā)展機制，通過上調(diào)過氧化物酶體增殖激活受體-α(PPAR-a)及其相關(guān)的靶基因表達損害心肌細(xì)胞脂質(zhì)代謝功能。心肌細(xì)胞內(nèi)PPAR-α的過度表達可導(dǎo)致脂肪酸氧化增加以及葡萄糖的利用量減少，這是典型的糖尿病模式。Liu等[30]發(fā)現(xiàn)了PPAR-α上游調(diào)控蛋白，即MG53蛋白，具有泛素連接酶功能，其可以編碼調(diào)控PPAR-α基因的表達。在該實驗中，成年的MG53基因敲除小鼠表現(xiàn)出明顯的心肌肥大，與肥胖相關(guān)基因激活，心肌細(xì)胞的脂肪變性和收縮功能障礙。這與MG53在骨骼肌中抑制胰島素信號傳導(dǎo)的作用一致，其可以介導(dǎo)胰島素受體(insulin receptor，IR)和胰島素受體底物-1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)的降解，并減弱胰島素激活的Akt磷酸化[5]。研究結(jié)果表明，心肌MG53的過表達可以通過上調(diào)PPAR-α和阻礙胰島素信號傳導(dǎo)雙重機制誘導(dǎo)糖尿病心肌病。這些研究結(jié)果不僅揭示了MG53在調(diào)節(jié)心臟PPAR-α基因表達和脂質(zhì)代謝中的新功能，而且還強調(diào)了MG53是糖尿病和相關(guān)心肌病的重要治療靶點。此外，MG53誘導(dǎo)心肌細(xì)胞對脂質(zhì)的攝取嚴(yán)重依賴于PPAR-α的表達，因此，降低PPAR-α表達可減弱心肌細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積聚，進而降低機體發(fā)生代謝綜合征(metabolic syndrome，MetS)及其并發(fā)癥的可能性[30]。

4 總結(jié)與展望

MG53作為TRIM蛋白家族成員之一，是一種膜修復(fù)蛋白，可作為肌膜機械性修復(fù)的關(guān)鍵組成部分之一，既可以促進心臟和骨骼肌細(xì)胞中的質(zhì)膜修復(fù)，保持細(xì)胞的正常功能形態(tài)，也可以激活介導(dǎo)心臟IPC和IPO的心臟保護的RISK通路。但，Liu等[30]發(fā)現(xiàn)小鼠的心肌細(xì)胞中MG53的過表達可使小鼠引發(fā)嚴(yán)重的糖尿病性心肌病。由此可見，MG53在某些心臟疾病的發(fā)生發(fā)展中起一種“雙刃劍”的作用[31]。進一步了解MG53生物學(xué)功能及其作用機制，對把TRIM家族發(fā)展成為各類心臟疾病的新型療法尤為重要，尤其是為MG53在臨床治療的應(yīng)用提供更多的理論的依據(jù)，更為MG53對相關(guān)疾病的治療達到最大的治愈效果提供依據(jù)。目前，幾乎所有關(guān)于MG53功能的研究均處于動物模型階段，若想通過介導(dǎo)MG53蛋白的表達緩解或者治療相關(guān)疾病，例如心血管疾病，骨骼肌損傷，糖尿病及相關(guān)并發(fā)癥，還需大量研究者進行更深一步的研究。