激活轉(zhuǎn)錄因子6與心血管疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

王沛，彭瑜，張鉦,*

1蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000；2蘭州大學(xué)第一醫(yī)院心臟中心，蘭州 730000；3甘肅省心血管病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000

心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)是全球范圍內(nèi)死亡率最高的疾病，且發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)[1]。CVD的發(fā)生發(fā)展涉及眾多系統(tǒng)、器官及組織。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞胞質(zhì)的膜系統(tǒng)，內(nèi)通核膜的外膜，外連細(xì)胞膜，具有蛋白質(zhì)合成、分泌性/跨膜蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)位、Ca2+調(diào)節(jié)及脂質(zhì)生物合成等多種基本生物學(xué)功能，尤其在蛋白質(zhì)的合成、加工、包裝及運(yùn)輸中具有極其重要的作用[2]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)受未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)調(diào)控，這是一種應(yīng)激反應(yīng)信號(hào)通路。代謝紊亂、缺氧及炎癥等刺激因素作為CVD病理生理的主要組成部分，可導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)蛋白質(zhì)的錯(cuò)誤折疊及積累，引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)失衡，稱(chēng)為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)[3]。ERS會(huì)觸發(fā)UPR，通過(guò)激活轉(zhuǎn)錄及翻譯途徑來(lái)恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)。UPR的急性激活可能是適應(yīng)性的，有利于維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，但長(zhǎng)期、持續(xù)的激活會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙及細(xì)胞死亡。事實(shí)上，許多疾病的發(fā)病機(jī)制涉及UPR的異常調(diào)節(jié)。最近的研究表明，UPR參與了CVD的發(fā)生發(fā)展，如結(jié)構(gòu)性心臟病、缺血性心臟病及終末期心臟病[4]。在CVD的治療中，維持心肌細(xì)胞內(nèi)蛋白穩(wěn)定對(duì)保證心肌細(xì)胞活力及功能至關(guān)重要。作為調(diào)節(jié)UPR的重要信號(hào)分子，激活轉(zhuǎn)錄因子6(activated transcription factor 6，ATF6)已被證實(shí)是基于上述機(jī)制的CVD治療靶點(diǎn)[5-6]。因此，本文就ATF6在CVD發(fā)生發(fā)展中的作用及機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為相關(guān)疾病的實(shí)驗(yàn)研究及臨床診療提供思路。

1 ATF6的分子結(jié)構(gòu)及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制

ATF6是一種位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的分子質(zhì)量為90 ku的Ⅱ型跨膜糖蛋白，其C端突入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，N端則位于細(xì)胞質(zhì)，是堿性域亮氨酸拉鏈(basic leucine zippe，bZIP)轉(zhuǎn)錄因子家族的成員。哺乳動(dòng)物表達(dá)兩種同源ATF6蛋白：ATF6α(670個(gè)氨基酸)及ATF6β(703個(gè)氨基酸)，盡管二者具有明顯的序列同源性，但卻表現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)錄激活域，ATF6α是一種有效的轉(zhuǎn)錄激活劑，而ATF6β的轉(zhuǎn)錄激活作用甚微，且有可能被ATF6α抑制。在ERS的誘導(dǎo)作用下，來(lái)自ATF6α蛋白的免疫球蛋白結(jié)合蛋白(binding immunoglobulin protein，Bip)解離，暴露了ATF6α蛋白的2個(gè)高爾基體定位序列GLS1及GLS2，使ATF6α轉(zhuǎn)位至高爾基體，并被其中的2種蛋白酶S1P及S2P裂解，產(chǎn)生1個(gè)含50 ku氨基末端的細(xì)胞質(zhì)片段ATF6f。在這種受控膜內(nèi)蛋白水解(regulated intramembrane proteolysis，RIP)后，被釋放的ATF6f轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入細(xì)胞核并與ERS反應(yīng)元件結(jié)合，誘導(dǎo)X-盒結(jié)合蛋白1(X-box binding protein 1，XBP1)及Bip、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶的表達(dá)，增強(qiáng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白的折疊能力，進(jìn)而維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白質(zhì)的合成穩(wěn)態(tài)，幫助細(xì)胞抵御應(yīng)激，維持生存狀態(tài)[7]。

2 ATF6與動(dòng)脈粥樣硬化

動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是一種慢性炎癥性動(dòng)脈疾病，也是心血管系統(tǒng)中最常見(jiàn)的疾病。在AS過(guò)程中，血脂過(guò)多、高半胱氨酸血癥、單核/巨噬細(xì)胞激活等因素均可刺激ERS，誘導(dǎo)ATF6對(duì)細(xì)胞內(nèi)的UPR進(jìn)行調(diào)控[8]。Gao等[9]發(fā)現(xiàn)，在給予小鼠致動(dòng)脈粥樣硬化飲食后，ATF6及其調(diào)控基因的表達(dá)均明顯下調(diào)，進(jìn)而使UPR減弱，導(dǎo)致血脂升高，并加劇了血管內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。Zhang等[10]發(fā)現(xiàn)，高水平同型半胱氨酸可誘導(dǎo)ERS激活A(yù)TF6，促進(jìn)ATF6與可溶性環(huán)氧化物水解酶(soluble epoxide hydrolase，sEH)啟動(dòng)子結(jié)合，增強(qiáng)sEH表達(dá)，而sEH表達(dá)增高則會(huì)水解環(huán)氧二十碳三烯酸(epoxyeicosatrienoic acids，EETs)，降低EETs的內(nèi)皮保護(hù)作用。Doran等[11]發(fā)現(xiàn)，在人類(lèi)及小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化病程中，壞死斑塊巨噬細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性蛋白激酶(CaMKⅡ)激活，Ca2+/CaMKⅡ在壞死薄帽斑塊的形成中具有重要作用，而ATF6正是這一途徑中的關(guān)鍵信號(hào)分子?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，有研究者考慮針對(duì)ATF6進(jìn)行靶向調(diào)控以抑制AS的發(fā)生發(fā)展。Xu等[12]發(fā)現(xiàn)，柚皮苷可通過(guò)抑制小鼠巨噬細(xì)胞ERS信號(hào)分子ATF6的活性而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)膽固醇外流增強(qiáng)，進(jìn)而抑制小鼠主動(dòng)脈粥樣硬化病變。

3 ATF6與心肌梗死

心肌梗死(myocardial infarction，MI)是由于冠脈血供減少或中斷使相應(yīng)的心肌發(fā)生嚴(yán)重而持久的缺血所致，近年來(lái)其發(fā)病呈年輕化趨勢(shì)，已成為威脅人類(lèi)健康的主要疾病之一[13]。

3.1 ATF6對(duì)MI后心功能的作用 MI的發(fā)病率及病死率均較高，是導(dǎo)致CVD患者死亡的主要原因。Toko等[14]通過(guò)構(gòu)建MI小鼠模型，發(fā)現(xiàn)MI后小鼠心臟ATF6活性升高，此時(shí)若使用ATF6抑制劑4-(2-氨基乙基)苯磺酰氟治療，則可降低MI后小鼠的心功能，使病死率增高；該研究還發(fā)現(xiàn)，使用藥物抑制ATF6可導(dǎo)致假手術(shù)小鼠左心室擴(kuò)張及心功能下降；與野生型同卵鼠比較，表達(dá)ATF6顯性負(fù)性突變體的轉(zhuǎn)基因小鼠左心室更大，射血分?jǐn)?shù)更低，提示ATF6激活后不僅可在病理狀態(tài)下保護(hù)心臟，在生理狀態(tài)下也具有維持心臟功能的重要作用。缺血性心肌病(ischemic cardiomyopathy，ICM)屬于MI的晚期階段，Ortega等[15]發(fā)現(xiàn)，ICM患者左心室高表達(dá)的ATF6可通過(guò)調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)蛋白的水平來(lái)改變內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從而影響左心室功能，結(jié)構(gòu)蛋白核糖體結(jié)合蛋白1(ribosomal receptor-binding protein 1，RRBP1)水平越高，左心室功能越差。

3.2 ATF6在MI后血運(yùn)重建所致缺血再灌注損傷中的作用 盡快恢復(fù)血供被認(rèn)為是治療MI的關(guān)鍵步驟[16]。心臟血管阻塞后通過(guò)溶栓、介入等治療措施恢復(fù)血供時(shí)可發(fā)生心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI)。目前MIRI的具體發(fā)生發(fā)展機(jī)制尚不清楚，大量國(guó)內(nèi)外研究均致力于闡明其病因及發(fā)病機(jī)制[17]。研究表明，ERS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡在MIRI中起關(guān)鍵作用，而ATF6作為ERS的核心信號(hào)分子，在MIRI過(guò)程中對(duì)心肌細(xì)胞具有保護(hù)作用[18]。Blackwood等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在MIRI過(guò)程中使用選擇性藥物激活UPR信號(hào)通路中的ATF6，可穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄蛋白，改善心肌損傷并保護(hù)心臟功能，而這些作用在心肌細(xì)胞ATF6缺失時(shí)消失，表明ATF6在缺血再灌注過(guò)程中通過(guò)維持心肌細(xì)胞蛋白質(zhì)平衡而發(fā)揮心臟保護(hù)作用。Jin等[19]發(fā)現(xiàn)，在缺血再灌注誘導(dǎo)下，小鼠心肌細(xì)胞ATF6表達(dá)下調(diào)可增加心肌中活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)的生成及心肌細(xì)胞凋亡，而腺相關(guān)病毒9(adenoassociated virus 9，AAV9)誘導(dǎo)的ATF6過(guò)表達(dá)可減輕這一反應(yīng)；通過(guò)構(gòu)建ATF6基因敲除小鼠模型來(lái)驗(yàn)證這一結(jié)論，發(fā)現(xiàn)ATF6基因敲除小鼠在缺血再灌注過(guò)程中表現(xiàn)出更嚴(yán)重的心肌受損及功能下降。Jia等[20]采用大鼠體內(nèi)MIRI模型及Langendorff離體灌注大鼠心臟體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ATF6表達(dá)上調(diào)在慢性缺氧減輕MIRI的病理生理過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。

在MIRI過(guò)程中，ATF6可誘導(dǎo)活化氧化應(yīng)激反應(yīng)基因，這些基因編碼位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外的多種抗氧化蛋白來(lái)抵御應(yīng)激，表明ATF6為氧化應(yīng)激反應(yīng)基因的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)劑，該基因編碼的抗氧化蛋白在MIRI過(guò)程中可減少ROS的生成，減輕心肌細(xì)胞凋亡[19]。因此，以ATF6為靶點(diǎn)可能會(huì)成為臨床診治MIRI的一條新思路。

4 ATF6與心肌肥厚

心肌肥厚是由心肌細(xì)胞蛋白合成異常引起的[21]，細(xì)胞內(nèi)蛋白合成量與細(xì)胞維持蛋白量的能力失衡，最終導(dǎo)致了錯(cuò)誤折疊蛋白的積累。Glembotski等[18]發(fā)現(xiàn)，ATF6調(diào)控的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)量控制系統(tǒng)對(duì)于細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中維持蛋白質(zhì)量十分重要，可能是治療心肌肥厚的潛在靶點(diǎn)。Li等[22]發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)脂素誘導(dǎo)的H9C2心肌細(xì)胞肥大過(guò)程中，ATF6表達(dá)水平明顯上調(diào)，但如果先用ERS阻斷劑普伐他汀預(yù)處理H9C2細(xì)胞，則在ATF6明顯降低的基礎(chǔ)上，心肌細(xì)胞肥大標(biāo)志物心房鈉尿肽(ANP)及腦尿鈉肽(BNP)表達(dá)水平均明顯降低。此外，Li等[23]又構(gòu)建了大鼠主動(dòng)脈弓縮窄(TAC)模型以研究軸突生長(zhǎng)抑制因子(Nogo)-B在對(duì)心肌肥厚的調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)抑制Nogo-B可激活ERS通路的ATF6分支信號(hào)通路，從而促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大及心肌成纖維細(xì)胞活化。Blackwood等[5]也發(fā)現(xiàn)，TAC小鼠ATF6信號(hào)通路激活后可誘導(dǎo)其靶基因轉(zhuǎn)錄，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大，而敲除ATF6基因可減弱TAC以及運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大及心功能受損。Correll等[24]研究了ATF6α及ATF6β對(duì)心臟壓力過(guò)載反應(yīng)的影響，對(duì)ATF6基因敲除小鼠進(jìn)行2周的TAC處理，結(jié)果顯示，與對(duì)照組比較，實(shí)驗(yàn)組小鼠心肌肥厚程度明顯下降，ERS相關(guān)蛋白表達(dá)水平也明顯降低。然而，在長(zhǎng)期壓力超負(fù)荷的情況下，實(shí)驗(yàn)組小鼠較對(duì)照組小鼠的心臟代償能力減弱，表現(xiàn)為心臟重量增加、肺水腫及心功能下降，揭示了ATF6在調(diào)節(jié)心臟壓力過(guò)載引起的心肌肥厚反應(yīng)及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)基因表達(dá)方面的作用。在心肌細(xì)胞中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)合成最多的部位。因此，負(fù)責(zé)調(diào)控應(yīng)激狀態(tài)下內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)質(zhì)量平衡的ATF6可能是心臟對(duì)肥厚性生長(zhǎng)刺激做出適應(yīng)性反應(yīng)的重要決定因素。

5 ATF6與糖尿病心肌病

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)是糖尿病患者死亡的主要原因。研究表明，高血糖誘導(dǎo)的基于ATF6調(diào)控的ERS在DCM發(fā)生發(fā)展中起重要作用[25]。

對(duì)于DCM，心肌細(xì)胞凋亡及心肌纖維化是公認(rèn)的病因。Xu等[26]通過(guò)構(gòu)建金屬硫蛋白-轉(zhuǎn)基因(MT-TG)及野生型糖尿病小鼠模型，發(fā)現(xiàn)野生型糖尿病小鼠的心肌細(xì)胞凋亡增多，同時(shí)伴有ATF6裂解明顯增加，而MT-TG糖尿病小鼠則未見(jiàn)此反應(yīng)。Liu等[27]發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠模型中，由ATF6介導(dǎo)的ERS在高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡過(guò)程中被激活，而ATF6缺失可減輕高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡；他們還通過(guò)構(gòu)建DCM大鼠模型發(fā)現(xiàn)ATF6信號(hào)通路在心臟組織中被激活，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣累積及活化T細(xì)胞核因子(NFAT)激活，進(jìn)而啟動(dòng)細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)基因表達(dá)，導(dǎo)致心肌間質(zhì)膠原沉積。此外，Liu等[28]還發(fā)現(xiàn)，苦參堿在非細(xì)胞毒性濃度下可阻斷心臟成纖維細(xì)胞(CFs)中的ATF6信號(hào)通路，從而抑制ECM的合成，抑制心肌纖維化，進(jìn)而恢復(fù)心功能，提高心臟順應(yīng)性。Galan等[29]發(fā)現(xiàn)，在1型糖尿病小鼠模型中，抑制表皮生長(zhǎng)因子受體酪氨酸激酶(EGFRtk)磷酸化及ERS可下調(diào)ATF6的表達(dá)，減輕細(xì)胞凋亡，改善微血管功能。ATF6信號(hào)通路誘導(dǎo)的心肌纖維化是DCM的發(fā)生機(jī)制之一，其特征是心臟順應(yīng)性及功能喪失[28]。Ji等[30]發(fā)現(xiàn)，ERS最主要的致細(xì)胞凋亡途徑是通過(guò)ERS相關(guān)蛋白CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白(CHOP)介導(dǎo)的，而ATF6是此途徑中的重要誘導(dǎo)因子。利拉魯肽可下調(diào)ATF6的表達(dá)，通過(guò)抑制UPR通路阻斷CHOP介導(dǎo)的ERS，從而減輕細(xì)胞凋亡。Sun等[31]發(fā)現(xiàn)，黃芪多糖可通過(guò)下調(diào)ERS通路相關(guān)因子ATF6的表達(dá)，在DCM大鼠及高糖誘導(dǎo)的H9C2細(xì)胞中減輕心肌細(xì)胞凋亡。上述研究均表明，通過(guò)調(diào)控ATF6信號(hào)通路來(lái)減輕心肌細(xì)胞凋亡及心肌纖維化是切實(shí)可行的，可以此為靶點(diǎn)進(jìn)一步研究DCM的防治措施。

6 ATF6與心律失常

心律失常作為常見(jiàn)的CVD之一，其發(fā)病機(jī)制較復(fù)雜，涉及多種心臟電生理及結(jié)構(gòu)的改變，因此，心律失常的治療目前仍然是臨床的難題，且一直是臨床研究的熱點(diǎn)[32]。

心房顫動(dòng)(atrial fibrillation，AF)是最常見(jiàn)的心律失常之一，有研究表明其發(fā)生發(fā)展與心肌離子通道功能失調(diào)有關(guān)[33]。Deshmukh等[34]對(duì)239例AF患者選擇左心耳進(jìn)行全基因組mRNA芯片分析，發(fā)現(xiàn)心肌離子通道轉(zhuǎn)錄水平的明顯變化僅限于持續(xù)性AF患者，心肌離子通道功能的改變?cè)贏F后期起作用，而AF的易感性與應(yīng)激反應(yīng)通路有關(guān)；ATF6作為應(yīng)激反應(yīng)通路轉(zhuǎn)錄因子的靶蛋白，其表達(dá)降低與AF易感性明顯相關(guān)，然而是否由于過(guò)度的應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致心肌離子通道功能失調(diào)，使得房顫持續(xù)發(fā)展，仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。眾所周知，hERG基因突變?cè)斐傻膆ERG通道蛋白功能不足是長(zhǎng)QT間期綜合征(long Q-T syndrome 2，LQTS)的主要病因[35]。ATF6靶向調(diào)控應(yīng)激反應(yīng)通路的作用也在LQTS中被證實(shí)。Shi等[36]發(fā)現(xiàn)，高糖可通過(guò)上調(diào)ATF6的表達(dá)水平來(lái)激活UPR，造成hERG通道蛋白的表達(dá)明顯下調(diào)，抑制hERG通道的運(yùn)輸，這正是復(fù)極減緩及QT間期延長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。

7 總結(jié)與展望

基于上述ATF6與多種CVD的關(guān)系，能否設(shè)計(jì)一種小分子誘導(dǎo)劑，通過(guò)調(diào)控ATF6表達(dá)來(lái)診治CVD是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。隨著對(duì)ATF6激活機(jī)制的深入研究及小分子庫(kù)的嚴(yán)格篩選檢測(cè)，基于ATF6的治療方法取得了較大進(jìn)展，并在CVD及其他基于蛋白質(zhì)疾病的小動(dòng)物模型上顯示出了良好的療效[37]。但目前仍存在較大的研究空間，如在人體細(xì)胞中，ATF6及適應(yīng)性UPR其他必要成分的表達(dá)水平隨年齡的增長(zhǎng)而降低，而CVD發(fā)病率隨年齡的增長(zhǎng)而增高，這就突顯了進(jìn)一步研究ATF6在各種CVD中的激活情況及作用機(jī)制的必要性。

ATF6作為CVD發(fā)生發(fā)展中的一個(gè)重要調(diào)控因子，可調(diào)控病理生理過(guò)程中的多種信號(hào)通路，與動(dòng)脈粥樣硬化、MI、心肌肥厚、DCM、心律失常等常見(jiàn)CVD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，且在不同的CVD中，正向/負(fù)向調(diào)控作用存在不一致的情況。目前，ATF6在多種CVD病因中的激活及作用機(jī)制尚未完全闡明，許多以ATF6為靶點(diǎn)的治療方式仍有待開(kāi)發(fā)。隨著更多高質(zhì)量研究的開(kāi)展，靶向ATF6治療將會(huì)成為CVD防治領(lǐng)域的又一亮點(diǎn)。