多功能蛋白Prohibitin 功能特性及其與心血管疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

孫鑫鑫，楊迪成，袁忠祥

南京醫(yī)科大學(xué)附屬上海一院臨床醫(yī)學(xué)院心臟及大血管外科，上海200080

心血管疾病是一組由多種原因?qū)е碌某Ｒ?jiàn)慢性病之一，其發(fā)病率及病死率逐年升高趨勢(shì)，發(fā)病年齡呈年輕化趨勢(shì)［1-2］。Prohibitin（PHB）是一種高度保守的多功能蛋白，主要表達(dá)于線粒體，參與維持線粒體的形態(tài)及功能。PHB 在多種心血管疾病如冠心病、糖尿病性心肌病、肺動(dòng)脈高壓、心室肥厚及心肌損傷或凋亡導(dǎo)致的心力衰竭中的作用和調(diào)節(jié)機(jī)制逐漸成為研究熱點(diǎn)，正常情況下PHB 在心臟中發(fā)揮保護(hù)作用。本研究對(duì)PHB 與心血管疾病的關(guān)系作一綜述，為心血管相關(guān)疾病的診療防治工作提供新的治療或預(yù)測(cè)靶點(diǎn)。

1 PHB的特性及功能

PHB 作為一種高度保守的多功能蛋白，廣泛分布于多種生物細(xì)胞中，之所以被命名為PHB，是因?yàn)槠湓诒举|(zhì)上具有抗增殖作用，最早被認(rèn)為是一種腫瘤抑制基因的產(chǎn)物［3］。一項(xiàng)雜交分析研究結(jié)果顯示，三種不同來(lái)源的DNA（小鼠—人雜交細(xì)胞系、含有人類染色體片段的雜交細(xì)胞系和人中期染色體原位樣本）在17q21-q22 區(qū)域均發(fā)現(xiàn)了PHB 的染色體位點(diǎn)［4］。之后研究證實(shí)，人類PHB 基因家族由位于17q21 位點(diǎn)的功能單一的PHB 基因組成，其他4 個(gè)加工過(guò)的偽基因PHBP1、PHBP2、PHBP3 和PHBP4分別位于6q25、11p11.2、1p31.3和2q21等不同的染色體位點(diǎn)上［5］。MERKWIRTH 等［6］通過(guò)免疫共沉淀研究證實(shí)PHB 由兩個(gè)亞基組成，即PHB1 和PHB2，這兩個(gè)亞基高度相似且相互作用，并在線粒體內(nèi)膜（IMM）空間定位為大分子復(fù)合物（約1.2 kD）。

線粒體自噬是一種選擇性的自噬過(guò)程，PHB2作為一個(gè)重要的線粒體自噬受體，參與靶向線粒體的自噬降解，在線粒體去極化和蛋白酶體依賴的外膜破裂時(shí)，PHB2 通過(guò)LC3 相互作用區(qū)域（LIR）與自噬體膜相關(guān)蛋白LC3 結(jié)合。PHB2 是parkin 誘導(dǎo)哺乳動(dòng)物細(xì)胞線粒體吞噬所必需的，這可能是其參與人體生理、衰老和疾病過(guò)程的作用基礎(chǔ)［7］。從機(jī)制上講，PHB 缺陷會(huì)損害線粒體呼吸超復(fù)合體（RSCs）的形成，而不會(huì)改變單個(gè)呼吸復(fù)合體亞基的豐度，PHB1 和PHB2 共同表達(dá)可有效地減輕PHB 缺陷引起的這些損傷；研究發(fā)現(xiàn)，PHB 復(fù)合物是RSCs 形成和線粒體閃光信號(hào)的新調(diào)節(jié)因子，RSCs形成與基礎(chǔ)活性氧產(chǎn)生和線粒體閃光生物發(fā)生之間均存在關(guān)系［8］。PHB 還參與抑制肺惡性腫瘤等疾病中癌細(xì)胞的增殖及擴(kuò)散，這可能與PHB 作為一類新型的分子伴侶，在維持線粒體結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用有關(guān)［9-10］。PHB 蛋白在線粒體和細(xì)胞核之間的轉(zhuǎn)位是一種凋亡反應(yīng)，線粒體中PHB 表達(dá)變化是由氧化還原失衡驅(qū)動(dòng)的，這表明PHB 蛋白轉(zhuǎn)位在保存線粒體完整性方面具有重要作用。研究顯示，PHB2 缺失的心肌細(xì)胞線粒體核仁排列紊亂，表明PHB2是維持心肌細(xì)胞IMM 微域結(jié)構(gòu)完整性所必需的，并與成年有絲分裂后哺乳動(dòng)物細(xì)胞的分子功能相關(guān)［11］。而線粒體功能異常是許多疾病如心血管疾病的常見(jiàn)病因，表明PHB 在心血管疾病中具有很高的診療或預(yù)測(cè)價(jià)值。

2 PHB與心血管系統(tǒng)疾病的關(guān)系

2.1 PHB 與冠心病 缺乏PHB2 的血管平滑肌細(xì)胞（VSMC）可表現(xiàn)出收縮表型喪失，并加劇了高磷酸鹽誘導(dǎo)的鈣化，PHB2 基因敲除可部分消除線粒體氧化磷酸化，表明PHB2通過(guò)抑制VSMC鈣化而維持線粒體穩(wěn)態(tài)和VSMC 的收縮表型［12］。胡曉艷等［13］研究表明，在白細(xì)胞介素8（IL-8）的刺激下，人、大鼠VSMC 和血管內(nèi)皮細(xì)胞中PHB1表達(dá)明顯升高，外源性siPHB1 可以明顯抑制VSMC 遷移和增殖，而過(guò)表達(dá)PHB1 可以明顯促進(jìn)其增殖。隨后體外研究顯示，敲除PHB2后在IL-8刺激下的VSMC增殖和遷移能力下降，表明PHB2蛋白可能存在調(diào)節(jié)VSMC增殖和遷移的功能，提示PHB 可能是一個(gè)與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的新靶點(diǎn)［14］。

有研究采用PHB1 轉(zhuǎn)基因小鼠構(gòu)建急性心肌梗死模型，結(jié)果顯示PHB1 可減少心肌梗死小鼠的梗死面積和線粒體分裂，miR-361 與PHB1 功能障礙相關(guān)并可抑制PHB1 翻譯，心肌缺血損傷后心肌特異性miR-361 轉(zhuǎn)基因小鼠心肌梗死面積升高、線粒體裂變?cè)鰪?qiáng)［15］。以上均表明，PHB 表達(dá)與缺血性心臟病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。針對(duì)冠狀動(dòng)脈粥樣斑塊的相關(guān)研究目前尚處于起步階段，但多項(xiàng)研究均表明PHB 在冠心病中存在較大的診療價(jià)值，其在冠心病中的作用機(jī)制可能是未來(lái)的研究熱點(diǎn)及重點(diǎn)。

2.2 PHB 與糖尿病性心肌病 研究顯示，高糖可誘導(dǎo)心肌成纖維細(xì)胞增殖，而PHB 表達(dá)升高能夠明顯抑制心肌細(xì)胞增殖；與對(duì)照組相比，高糖誘導(dǎo)的心肌成纖維細(xì)胞增殖模型組中PHB 在6 h 左右出現(xiàn)核轉(zhuǎn)位、48 h 左右表達(dá)下降；在苦參總黃酮介入后，心肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1、基質(zhì)金屬蛋白酶2（MMP-2）、膠原蛋白Ⅰ和膠原蛋白Ⅲ表達(dá)均降低，G1期細(xì)胞數(shù)量增加，作用48 h 時(shí)PHB 蛋白表達(dá)升高，但未觀察到其對(duì)PHB 核轉(zhuǎn)位的影響；該研究間接證明PHB 的抗細(xì)胞增殖功能，提示其可延緩高糖誘導(dǎo)的心室肥厚、心力衰竭等心臟疾病的進(jìn)展［16］。糖尿病性心肌病大鼠會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的胰島素抵抗、左心功能障礙、心肌纖維化和心肌細(xì)胞凋亡，而PHB 過(guò)表達(dá)可改善糖尿病性心肌病大鼠的上述改變［17］。在汞處理后的心肌成纖維細(xì)胞中，PHB 過(guò)表達(dá)可降低其膠原蛋白表達(dá)、基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）活性和細(xì)胞增殖；在H9C2 心肌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)PHB 可抑制汞誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶磷酸化水平顯著降低，此外過(guò)表達(dá)PHB 有助于恢復(fù)糖尿病性心肌病大鼠模型心肌組織的蛋白激酶磷酸化水平。李蕊［18］研究顯示，高糖環(huán)境下H9C2 心肌細(xì)胞中PHB過(guò)表達(dá)可明顯減少細(xì)胞凋亡、減輕細(xì)胞炎癥反應(yīng)。上述研究提示，PHB 蛋白可能成為治療糖尿病性心肌病的新靶點(diǎn)，為糖尿病性心肌病的治療提供了一種新方向。

2.3 PHB 與心室肥厚 研究顯示，雄性心肌肥厚大鼠的線粒體PHB 蛋白表達(dá)存在差異，在肥大左心室心臟總蛋白提取物中PHB 表達(dá)明顯降低，且通過(guò)凝膠電泳、質(zhì)譜和免疫印跡等技術(shù)證實(shí)PHB 表達(dá)降低可能是異丙腎上腺素誘導(dǎo)心肌肥厚的一個(gè)促進(jìn)因素［19］。與正常大鼠相比，自發(fā)性高血壓大鼠（SHR）左心室PHB mRNA 和線粒體PHB 蛋白表達(dá)均明顯下降，導(dǎo)致線粒體內(nèi)活性氧生成增加，從而抑制MMP、復(fù)合物Ⅰ活性和ATP 生成，間接導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大［20］。PHB mRNA 表達(dá)與SHR 左心室體積體質(zhì)量比呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在血漿和SHR 左心室誘導(dǎo)血管緊張素Ⅱ產(chǎn)生后，心肌細(xì)胞線粒體PHB 表達(dá)下降，但經(jīng)氯沙坦預(yù)處理后PHB 表達(dá)反而上升；表明SHR 左心室PHB 表達(dá)降低可通過(guò)刺激線粒體活性氧的形成導(dǎo)致左心室肥厚［16］。因此，PHB 是心臟肥厚和心力衰竭發(fā)展的關(guān)鍵因素，該蛋白在線粒體中發(fā)揮保護(hù)作用，特別是對(duì)抗氧化應(yīng)激方面。

2.4 PHB 與心力衰竭 張杰等［21］研究顯示，在腫瘤壞死因子α（TNF-α）誘導(dǎo)的H9C2 心肌細(xì)胞損傷中，PHB 蛋白表達(dá)升高可使心肌細(xì)胞凋亡率顯著降低，并有效增強(qiáng)心臟運(yùn)動(dòng)能力。氧化應(yīng)激可以誘導(dǎo)心肌細(xì)胞線粒體中PHB 表達(dá)升高，PHB 主要通過(guò)抑制線粒體膜通透性轉(zhuǎn)變、增加能量代謝、抑制細(xì)胞色素C 從線粒體向細(xì)胞質(zhì)釋放等途徑，抑制線粒體介導(dǎo)的凋亡反應(yīng)，從而抑制心肌細(xì)胞損傷、防治心力衰竭。WANG 等［22］研究顯示，miR-23a與p53抑癌基因結(jié)合可增強(qiáng)其與miR-128啟動(dòng)子的相互作用，p53基因直接與miR-128啟動(dòng)子結(jié)合，從而增強(qiáng)miR-128表達(dá)、抑制PHB 表達(dá)，最終促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡。最新研究表明，心臟特異性敲除PHB2 可導(dǎo)致脂滴堆積及心肌細(xì)胞損傷，PHB2 可通過(guò)影響肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1b（心臟線粒體脂肪酸氧化的限速酶）活性，引起不同程度的心臟脂肪酸氧化（FAO），并導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生［23］。肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1b 過(guò)表達(dá)可減輕PHB2缺陷導(dǎo)致的心肌細(xì)胞FAO 受損，表明PHB2是一種潛在的心肌線粒體內(nèi)膜FAO 調(diào)控因子。因此，增加線粒體中PHB 蛋白表達(dá)可能是治療心力衰竭的一種新手段。

蛋白質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果證實(shí)，PHB蛋白是H9C2心肌細(xì)胞對(duì)抗缺氧激活導(dǎo)致細(xì)胞死亡的一個(gè)促生存因子，PHB過(guò)表達(dá)可抑制細(xì)胞色素C釋放、MMP及Bcl-2基因表達(dá)降低；此外心臟凋亡相關(guān)長(zhǎng)非編碼RNA可直接靶向作用于miR-539和PHB2，發(fā)揮內(nèi)源性miR-539功能，通過(guò)調(diào)控PHB2表達(dá)水平和功能，而抑制缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞線粒體分裂和凋亡［24］。研究顯示，IL-6 預(yù)處理可引起H2O2作用后新生大鼠心室心肌細(xì)胞PHB 表達(dá)上調(diào)，PHB 部分受信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3（STAT3）磷酸化調(diào)節(jié)，不同信號(hào)可以通過(guò)兩個(gè)位點(diǎn)的磷酸化特異性觸發(fā)STAT3激活［25］。核內(nèi)未磷酸化STAT3 的積累與心肌肥大程度相關(guān)，并與誘導(dǎo)炎癥及促肥大相關(guān)的心臟基因亞群表達(dá)相關(guān)，PHB蛋白可通過(guò)調(diào)節(jié)STAT3磷酸化水平控制心肌肥大，從而保護(hù)心臟正常運(yùn)轉(zhuǎn)。阿霉素藥物治療癌癥的臨床應(yīng)用受到其心臟毒性的限制，黃酮素是一種天然產(chǎn)物，具有抗癌和保護(hù)心臟的功效。FL3是黃酮類化合物的合成類似物，可通過(guò)與PHB 結(jié)合而促進(jìn)其向線粒體的易位和積累，以穩(wěn)定線粒體膜，并通過(guò)磷酸化激活線粒體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與STAT3，從而啟動(dòng)FL3介導(dǎo)的心臟保護(hù)；這表明通過(guò)PHB 配體激活線粒體STAT3/PHB1 復(fù)合物可能是對(duì)抗阿霉素誘導(dǎo)的心臟毒性和其他心臟問(wèn)題的一種新策略［26］。

2.5 PHB 與肺動(dòng)脈高壓 研究發(fā)現(xiàn)，在高遷移率族蛋白B1 誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞損傷模型中PHB蛋白表達(dá)明顯降低，可能與其誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、促進(jìn)細(xì)胞色素C 釋放以及胱天蛋白酶3 剪切等密切相關(guān)［27］。PHB1 在血清刺激后的大鼠VSMC 中表達(dá)顯著升高，而且過(guò)表達(dá)PHB1 能抑制VSMC 增殖，表明PHB1 在VSMC 中能發(fā)揮經(jīng)典的抗增殖作用。野百合堿可誘導(dǎo)肺動(dòng)脈高壓大鼠肺組織中右室收縮壓升高、右心室肥厚加重，大鼠肺組織PHB1 蛋白表達(dá)明顯上升，免疫組化結(jié)果顯示PHB1 主要局限于肺血管平滑肌層［28］。PHB1 過(guò)表達(dá)可抑制PASMCs 增殖，延緩肺血管重構(gòu)進(jìn)程，從而減輕肺動(dòng)脈高壓癥狀，其機(jī)制可能可能與AKT磷酸化有關(guān)。

綜上所述，PHB 在冠心病、糖尿病性心肌病、心室肥厚、心力衰竭、肺動(dòng)脈高壓等心血管疾病中均具有重要調(diào)控作用，但目前其在心血管疾病中的功能作用和調(diào)控機(jī)制仍處于起步階段。調(diào)控PHB 表達(dá)可能為各種心血管疾病的治療提供一種新手段，目前PHB 蛋白在心血管疾病及其他相關(guān)疾病中的具體作用及相關(guān)機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。