QKI在心血管發(fā)育和功能中的研究進展

摘要 綜述QKI（Quaking）在心血管發(fā)育和功能中的研究進展。QKI作為核糖核酸結(jié)合蛋白（RBP），是核糖核酸（RNA）的信號轉(zhuǎn)導和激活（STAR）基因家族的一個特殊成員，屬于異質(zhì)核糖核蛋白（hnRNP）K同源域（KH）結(jié)構(gòu)域蛋白家族，有QKI-5、QKI-6和QKI-7三種羧基末端結(jié)構(gòu)域不同的選擇性剪接異構(gòu)體。QKI不僅神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮作用，在包括心血管發(fā)育、骨代謝和癌癥進展的領(lǐng)域中也發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞 心血管；RNA結(jié)合蛋白；QKI；綜述

doi：10.12102/j.issn.1672-1349.2024.13.010

RNA結(jié)合蛋白（RNA-binding proteins，RBP）是一種能夠與核糖核酸（RNA）結(jié)合并形成核糖核蛋白的蛋白質(zhì)，參與選擇性剪接、定位、穩(wěn)定性和翻譯等過程。因此，RBP可以通過多種轉(zhuǎn)錄后機制改變RNA的命運。RBP已經(jīng)建立了RNA結(jié)合域，由于含有RNA識別基序（RRM）、異質(zhì)核糖核蛋白（hnRNP）K同源域（KH）和C3H1鋅指，因此能夠靶向各種類型的RNA，包括單鏈、雙鏈、干環(huán)和三級折疊［1］。轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控中RBP通過與信使核糖核酸（mRNA）的直接結(jié)合，RBP控制mRNA前剪接［2］、RNA穩(wěn)定性［3］和mRNA翻譯效率［4］，從而以細胞依賴的方式改變RNA命運。

QKI（Quaking）是RNA的信號轉(zhuǎn)導和激活（STAR）基因家族的一個特殊成員，屬于hnRNP-KH結(jié)構(gòu)域蛋白家族。對該家族的分析表明，QKI包含一個K同源域RNA結(jié)合基序結(jié)構(gòu)域、N端Qua1和C端Qua2結(jié)構(gòu)域以及多個磷酸化位點［5］。由于可變剪接產(chǎn)生了多種QKI同工型，其共享RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，僅在羧基末端有所不同［6］。QKI有3種主要的異構(gòu)體，即QKI-5、QKI-6和QKI-7，其中QKI-5主要位于細胞核中，也是唯一一種大量存在于早期胚胎中的異構(gòu)體；QKI-6同時存在于胞核和胞漿中，而QKI-7主要位于胞漿中。此前，QKI被認為主要在神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮作用［7］。研究發(fā)現(xiàn)，QKI在包括心血管發(fā)育、骨代謝和癌癥進展等領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用［8］。本研究綜述QKI在心血管發(fā)育和功能中的研究進展。

1 QKI與心臟的發(fā)育

1.1 QKI與心肌細胞分化

心臟是胚胎發(fā)育過程中形成的第一個功能器官。QKI在發(fā)育中和成年的心臟中高度表達［9］。此外，Chen等［10］在人胚胎干細胞（hESCs）-心肌細胞分化系統(tǒng)中分析了QKI的時間表達模式。QKI-5是hESCs、心源性祖細胞和分化心肌細胞中的主要亞型，在心源性前體細胞向早期分化心肌細胞過渡的階段顯著升高，表明QKI功能可能與早期心源性過程更相關(guān)。QKI-6和QKI-7的表達水平保持在較低水平，這表明QKI-6與QKI-7對心源性過程并不重要［10］。QKI在心肌細胞分化中的作用處于將早期心肌細胞連接到功能性心肌細胞的過渡階段。

1.2 QKI與心臟中胚層形成

另一項研究比較了3種從hESCs分化的特定細胞譜系中獨特的選擇性剪接事件，即內(nèi)胚層、心源性中胚層和神經(jīng)外胚層，并表明QKI在朝向心臟中胚層的譜系和心肌細胞的形成中起關(guān)鍵作用，敲除QKI破壞了心臟中胚層相關(guān)的選擇性剪接程序和心肌細胞的形成［11］。這些變化部分是由于與心臟發(fā)育相關(guān)的橋接整合蛋白1/角蛋白2（BIN1）剪接變異體表達減少所致。從機制上，QKI通過外顯子ACUAA基序抑制嗜乳脂蛋白1（BIN1）前mRNA中外顯子7的剪接，并伴隨著內(nèi)含子的去除和染色質(zhì)的切割［11］?？傊?，QKI在心源性中胚層形成中發(fā)揮著重要的作用。在正常的心臟發(fā)育過程中，特別是在流出道中QKI高度表達，這表明QKI在發(fā)育中的心臟具有潛在的獨特功能［12］。

1.3 QKI與心臟成纖維細胞活化

心臟成纖維細胞在向肌成纖維細胞的細胞轉(zhuǎn)化過程中，轉(zhuǎn)化生長因子-β1（TGF-β1）被認為是主要的調(diào)節(jié)因子，而研究表明，QKI的沉默抑制了TGF-β1刺激下游的成纖維細胞活化，這表明了QKI在擴張型心肌病及心臟纖維化中的重要作用［13］。

2 QKI與心臟功能

2.1 QKI與心肌細胞的收縮功能

一項研究表明，QKI缺陷突變體hESCs能夠分化成單層心肌細胞片，但具有明顯較弱的異步自發(fā)搏動活性。QKI缺陷突變體hESCs在很大程度上保持多能性、自我更新活性和早期心臟前體分化能力，但在成為功能性心肌細胞方面存在顯著缺陷［10］。參與收縮功能的基因，如α-肌動蛋白2（ACTN2）、肌球蛋白輕鏈2（MYL2）、β-肌球蛋白重鏈（MYH7）、錨蛋白重復結(jié)構(gòu)域1（ANKRD1）、肌鈣蛋白I3（TNNI3）、肌動蛋白α-心肌1（ACTA1）和轉(zhuǎn)鐵蛋白（TAGLN），在源自QKI缺陷突變體hESCs的心肌細胞中顯著下調(diào)，提示QKI缺陷心肌細胞收縮功能的改變主要是由肌節(jié)基因的調(diào)節(jié)改變引起的［10］。與這一發(fā)現(xiàn)一致的是，免疫熒光染色顯示QKI缺乏的心肌細胞中的肌原纖維基本上沒有條狀結(jié)構(gòu)［14］。此外，對QKI缺乏小鼠模型的分析也證實了QKI通過調(diào)節(jié)參與Z盤形成和收縮生理的基因的選擇性剪接，在心肌肌原纖維生成和功能中發(fā)揮重要作用［10］。這些研究表明QKI通過調(diào)節(jié)肌節(jié)基因中的選擇性剪接，來影響心肌細胞的收縮功能［14-15］，進一步提示了QKI與某些形式的心肌病的發(fā)病機制有關(guān)，確定其在心肌病發(fā)病機制中的潛在參與。

2.2 QKI與冠心病

一項兩階段全基因組關(guān)聯(lián)研究將QKI確定為與心肌梗死和冠心病相關(guān)的潛在基因座，表明QKI在心臟功能和疾病中的潛在作用［16］。比較冠心病易感基因和晝夜節(jié)律途徑的相關(guān)性分析表明，QKI是參與晝夜節(jié)律和心力衰竭之間串擾的9個候選基因之一［17］。這些數(shù)據(jù)表明，QKI不僅對心臟形成至關(guān)重要，而且可能在冠心病發(fā)病機制方面具有重要作用。

2.3 QKI與心肌細胞凋亡

在對抗心肌損傷時，QKI可通過促進凋亡轉(zhuǎn)錄因子叉頭盒O1（FoxO1）的升高，抑制心肌細胞缺血/再灌注誘導的細胞死亡，QKI-5和QKI-6都是心肌細胞中的抗凋亡蛋白，通過拮抗心肌損傷中某些促凋亡因子的升高有利于心臟存活［18］。FoxO1激活兩個關(guān)鍵途徑，亞硝化應激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，從而導致糖尿病心肌細胞缺血/再灌注損傷超敏反應和心肌細胞死亡。QKI-5可以通過降低心肌細胞中FoxO1 mRNA的穩(wěn)定性來抑制FoxO1的表達，從而作為糖尿病心肌病的保護劑［19］。QKI還可以通過調(diào)節(jié)心臟中的環(huán)狀RNA包括鈦（Ttn）、紋狀體/鈣調(diào)蛋白結(jié)合蛋白3（Strn3），在阿霉素介導的心臟毒性中起保護因子的作用，QKI-5的有限過表達逆轉(zhuǎn)了阿霉素誘導的心臟毒性［20］。此外，QKI表達可能受3種微小RNA（miR-155、miR-31-5p和miR-208a/b）的調(diào)節(jié)。通過抑制miR-155獲得的QKI水平升高已被證明可以抑制心肌細胞凋亡，從而改善心臟功能［21］。類似地，miR-31-5p通過抑制QKI表達促進阿霉素誘導的心肌細胞凋亡［22］。而細胞外囊泡介導的miR-208a/b通過和QKI 3′非翻譯區(qū)（UTR）之間的直接結(jié)合，從而降低QKI表達，加重缺血/再灌注損傷誘導的心肌細胞凋亡。QKI-5的過度表達顯著抑制了缺血/再灌注誘導的活化半胱氨酸蛋白酶3（Caspase-3）的表達和活性氧的產(chǎn)生，從而加劇心肌細胞凋亡［23］。這一系列研究證實了QKI在調(diào)節(jié)心肌細胞凋亡中的核心作用，并強調(diào)了其作為窄窗口治療靶點的潛在用途。

2.4 QKI與心房顫動和心肌肥大

心房顫動誘導促炎巨噬細胞極化，而促炎巨噬細胞通過分泌白細胞介素1β加劇心房電重構(gòu)，進一步抑制心房肌細胞中的QKI表達，這有助于L型鈣離子通道的下調(diào)。這一研究證明了心房顫動發(fā)病機制和進展的新分子機制，并表明QKI是潛在的治療靶點［24］。在血管緊張素Ⅱ誘導的心肌細胞肥大模型中，過表達QKI-6能顯著抑制血管緊張素Ⅱ引起的A型腦利鈉肽和B型腦利鈉肽升高（P＜0.05），而QKI-5無類似變化，提示QKI-6可能具有抑制心肌肥大的作用，為心肌肥大的治療提供了新的思路［25］。

3 QKI與血管發(fā)育

3.1 QKI與血管內(nèi)皮細胞分化

QKI在大血管和微血管內(nèi)皮細胞中都高度表達［16］。QKI參與內(nèi)皮細胞的分化和功能。在誘導多功能干細胞（iPSC）到內(nèi)皮細胞分化系統(tǒng)中，QKI-5被誘導［26］。QKI-5直接與STAT3的3′UTR結(jié)合，以穩(wěn)定STAT3的表達，從而增強血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）受體2介導的信號傳導和VEGF分泌，從而促進內(nèi)皮細胞分化和血管生成［26］。在iPSC衍生的內(nèi)皮細胞中過度表達QKI-5可以大大改善試驗性后肢缺血中的血管生成和新生血管形成以及血流恢復，證明了QKI在內(nèi)皮細胞分化和功能中的關(guān)鍵作用［26］。

3.2 QKI與血管平滑肌細胞（VSMCs）分化

在胚胎干細胞向VSMCs分化過程中，miR-214直接靶向QKI-6/7 mRNA的3′UTR區(qū)，而不是QKI-5 mRNA，而發(fā)揮在QKI基因表達中的負調(diào)節(jié)作用。血清應答因子（SRF）、肌細胞增強子2（MEF2）和心肌素（Myocd）是心血管系統(tǒng)發(fā)育過程中激活VSMCs基因表達的轉(zhuǎn)錄因子。在VSMCs從干細胞分化過程中，QKI通過轉(zhuǎn)錄抑制和直接結(jié)合SRF、MEF2和Myocd基因的啟動子來下調(diào)SRF、MEF2和Myocd的表達［27］。表明了QKI/同種型介導的調(diào)節(jié)VSMC分化和功能的重要機制。

QKI-6調(diào)節(jié)組蛋白脫乙酰基酶7剪接并促進VSMC從誘導的iPSC分化，QKI-6過度表達的平滑肌細胞顯示出更強的收縮能力，當與QKI-5過度表達的內(nèi)皮細胞共培養(yǎng)時，QKI-6過度表達的心肌細胞顯示出更大的血管生成潛力［28］，這表明血管內(nèi)皮和平滑肌生理學之間存在獨特的協(xié)同功能。

4 QKI與血管功能

4.1 QKI與血管損傷

QKI是VSMCs表型可塑性的中心調(diào)節(jié)因子，干預QKI活性可以改善血管損傷的致病性、纖維增殖反應。QKI表達可在VSMCs中強烈誘導，以響應血管損傷。QKI與心肌前體mRNA相互作用，并調(diào)節(jié)肌球蛋白外顯子2a的剪接，影響心肌素v3/v1 mRNA平衡，從而參與血管平滑肌細胞去分化［29］。QKI活性的擾動改變了血管損傷的發(fā)病和纖維增殖反應［29］。

4.2 QKI與肺動脈高壓血管重塑

肺動脈高壓病人肺動脈硬度的早期增加驅(qū)動肺動脈內(nèi)皮細胞的致病性改變，導致血管重塑。細胞外基質(zhì)硬化上調(diào)了QKI，而QKI敲低導致miR-7增加，在QKI-miR-7軸下游，絲氨酸/精氨酸富集剪接因子1（SRSF1）被鑒定為miR-7的直接靶點，因此QKI-miR-7-SRSF1軸定義為將肺動脈血管硬度與致病性內(nèi)皮功能聯(lián)系起來的機械敏感性機制。表明了開發(fā)針對肺動脈高壓中QKI依賴軸的治療的潛在益處［30］。

4.3 QKI與糖尿病血管病

QKI-7也在糖尿病病人的冠狀動脈內(nèi)皮細胞和糖尿病嚴重肢體缺血病人的血管中上調(diào)［31］。QKI-7上調(diào)與細胞屏障破壞、血管生成受損和單核細胞黏附增強相關(guān)。在糖尿病條件下，QKI-7直接結(jié)合并促進VE-鈣黏著蛋白（CD144）、神經(jīng)連接蛋白1（NLGN1）和腫瘤壞死因子誘導蛋白6（TSG6）的mRNA降解，從而導致血管內(nèi)皮細胞功能障礙［31］。CD144被認為是一種內(nèi)皮黏附分子，參與維持屏障完整性和促進血管生成。TSG6和NLGN1已被證明調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞-基質(zhì)相互作用，并在血管生成中發(fā)揮重要作用。在糖尿病小鼠中敲除QKI-7可恢復內(nèi)皮功能并促進缺血后肢的血流恢復［31］。因此，這些發(fā)現(xiàn)顯示了QKI-7的異常剪接和隨后的上調(diào)，在糖尿病血管病的發(fā)病機制中起著關(guān)鍵作用。此外，QKI-5與VE鈣黏蛋白和β-連環(huán)蛋白mRNA的3′UTR結(jié)合，從而介導和啟動翻譯，這兩種蛋白在維持內(nèi)皮細胞-細胞黏附和屏障功能方面具有廣泛的作用［32］。總之，這些數(shù)據(jù)表明，QKI-5和QKI-6分別通過內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞對血管生成提供正調(diào)節(jié)，而QKI-7對內(nèi)皮功能進行負調(diào)節(jié)，表明其糖尿病血管病的發(fā)病機制中的重要作用。QKI被確定為與衰老相關(guān)的25大基因之一［33］。

5 小 結(jié)

QKI控制細胞表型的能力在通過恢復或預防疾病表型的治療中具有巨大潛力。與此同時，更多的研究可能會發(fā)現(xiàn)QKI亞型對mRNA的替代定位和局部翻譯。同樣重要的是，對多種細胞類型的QKI特異性轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)進行表征，以找到核心QKI特異性特征。QKI在各種轉(zhuǎn)錄后環(huán)節(jié)如何調(diào)控的具體分子機制的研究，有助于為目前不可治療的靶點開辟新的治療途徑。

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（收稿日期：2023-02-03）

（本文編輯鄒麗）

基金項目 國家自然科學基金資助項目（No.82070472）

通訊作者 邊云飛，E-mail：sydeyyunfeibian@163.com

引用信息 樊晉榮，邊云飛，余浩瑗，等.QKI在心血管發(fā)育和功能中的研究進展［J］.中西醫(yī)結(jié)合心腦血管病雜志，2024，22（13）：2366-2369.