磷酸酶和肌動蛋白調(diào)節(jié)因子1的研究進展

趙 唯，楊文瓊

磷酸酶和肌動蛋白調(diào)節(jié)因子家族(protein phosphatase actin regulators，PHACTRs)是在大腦中表達的一類新型蛋白質(zhì)，由PHACTR1～PHACTR4組成，最初被發(fā)現(xiàn)與蛋白磷酸酶1(protein phosphatase 1，PP1)和G-actin相互作用并調(diào)節(jié)其活性。PHACTR1和PHACTR3在成熟神經(jīng)元中高表達，而PHACTR2在神經(jīng)元中表達較少，PHACTR4伴隨大腦發(fā)育過程在神經(jīng)干細胞中表達。PHACTR2與帕金森病密切相關(guān)；PHACTR3可抑制軸突發(fā)育，通過肌動蛋白重構(gòu)和PP1信號通路影響腫瘤細胞形態(tài)，其突變在非小細胞肺癌中可促進腫瘤細胞快速生長；PHACTR4在增殖的神經(jīng)上皮細胞中富集，通過調(diào)節(jié)細胞周期和PP1活性參與神經(jīng)管發(fā)育，且通過RHO/RHO相關(guān)的盤繞蛋白激酶(ROCK)途徑負調(diào)控整合素信號，協(xié)調(diào)PP1和cofilin活性調(diào)節(jié)腸神經(jīng)嵴細胞的定向遷移。PHACTRs過表達時，均導(dǎo)致細胞形態(tài)改變從而影響細胞運動。目前關(guān)于PHACTR1的研究多集中于基因表達及其多態(tài)性與相關(guān)疾病發(fā)生風(fēng)險?，F(xiàn)綜述PHACTR1的結(jié)構(gòu)、功能及其與相關(guān)疾病的關(guān)系，以期為疾病的分子診斷、靶向治療及發(fā)生發(fā)展機制的研究提供參考。

1 PHACTR1的結(jié)構(gòu)與功能

PHACTR1基因位于6p24.1染色體上，由20個外顯子和19個內(nèi)含子組成。N-端包括核定位信號和RPEL區(qū)域，C-端含有3個RPEL區(qū)和PP1結(jié)合區(qū)。RPEL區(qū)域與G-actin相互作用，通過調(diào)節(jié)PHACTRs細胞內(nèi)定位，在調(diào)節(jié)細胞形態(tài)和運動中具有關(guān)鍵作用[1-2]。PHACTR1可編碼484個氨基酸，包括預(yù)測的8個蛋白激酶A(PKA)磷酸化位點和7個蛋白激酶C(PKC)位點，這些位點在PHACTR1分子的N-端和C-端的重復(fù)RPEL序列附近聚集成兩組，這些位點的磷酸化可能改變細胞骨架的功能，從而調(diào)控PP1底物進而發(fā)揮作用[3]。PP1是一種多功能酶，參與細胞周期、蛋白質(zhì)合成、肌肉收縮、碳水化合物代謝、轉(zhuǎn)錄和神經(jīng)元信號傳導(dǎo)等過程。PP1在神經(jīng)系統(tǒng)中具有調(diào)節(jié)突觸活性和樹突形態(tài)的作用，PHACTR1可有效調(diào)節(jié)PP1活性，其機制可能是PP1直接作用于與肌動蛋白細胞骨架相關(guān)的神經(jīng)元底物。因此，進一步研究確定PHACTR1蛋白分子相互作用的結(jié)構(gòu)和功能，有助于設(shè)計干預(yù)策略以明確這些復(fù)合物在控制神經(jīng)元功能方面的作用。

PHACTR1位于一個高度保守的基因組區(qū)，PHACTR1在血管形成、內(nèi)皮細胞凋亡、氧化應(yīng)激與炎癥等方面發(fā)揮著作用。Allain等[4]研究表明，PHACTR1通過神經(jīng)介素-1(neuropilin-1，NRP-1)和血管內(nèi)皮生長因子受體1(vascular endothelial growth factor regulator 1，VEGF-R1)共同促進血管的形成和維持，NRP-1和VEGF-R1減少可抑制PHACTR1 mRNA表達，而NRP-2和VEGF-R2對其無影響。Jarray等[5]將PHACTR1描述為由VEGF-a165誘導(dǎo)在人內(nèi)皮細胞中表達的基因，并發(fā)現(xiàn)PHACTR1表達依賴于VEGF-a165，PHACTR1缺失可顯著減少血管形成。斑馬魚體內(nèi)PHACTR1基因下調(diào)導(dǎo)致血管擴張[6]，這些證據(jù)均支持PHACTR1在血管結(jié)構(gòu)和功能中發(fā)揮關(guān)鍵的病因作用。PHACTR1缺失通過誘導(dǎo)死亡受體4(death receptor，DR4)、死亡受體5(DR5)和Fas等受體、Fas相關(guān)死亡功能域(Fas-associated death domain，F(xiàn)ADD)蛋白、凋亡相關(guān)蛋白(Bad和Bax)過表達，從而誘導(dǎo)細胞凋亡。人內(nèi)皮細胞中的PHACTR1-siRNA能激活Caspase-3，在內(nèi)源性凋亡途經(jīng)和外源性凋亡途徑中發(fā)揮作用，進而加速細胞凋亡[5]。Jing等[7]通過敲除小鼠腦毛細血管內(nèi)皮細胞PHACTR1基因發(fā)現(xiàn)，PHACTR1可抑制內(nèi)皮細胞增殖和遷移，促進細胞凋亡，調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metallopeptidase，MMP)2、MMP9和凋亡相關(guān)蛋白(Bax、Bcl-2)，為研究PHACTR1能否作為腦微血管疾病的診斷和治療靶點奠定了基礎(chǔ)。Zhang等[8]研究表明，PHACTR1通過與心肌素連接轉(zhuǎn)錄因子(myocardin-related transcription factor A，MRTF-A)相互作用減輕p65和核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)的核積聚，從而減輕人冠狀動脈內(nèi)皮細胞氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。Yang等[9]通過轉(zhuǎn)染靶向PHACTR1的siRNA抑制其表達，發(fā)現(xiàn)PHACTR1沉默可降低人冠狀動脈內(nèi)皮細胞存活率?？傊?，PHACTR1在調(diào)控血管形成和內(nèi)皮細胞存活中發(fā)揮著重要作用。

2 PHACTR1基因表達與臨床意義

2.1 PHACTR1與心血管疾病

2.1.1 PHACTR1與冠心病 冠心病是冠狀動脈粥樣硬化病變引起的血管腔狹窄或阻塞，進而導(dǎo)致心肌缺血、缺氧或壞死的心臟病，盡管已進行積極預(yù)防，但發(fā)病率仍較高。Reschen等[10]通過免疫組化方法發(fā)現(xiàn)，PHACTR1在動脈粥樣硬化斑塊中的巨噬細胞、載脂泡沫細胞、內(nèi)皮細胞中高表達，是一個關(guān)鍵的動脈粥樣硬化候選基因，與之前小鼠腦內(nèi)發(fā)現(xiàn)的長轉(zhuǎn)錄本不同，動脈粥樣硬化細胞模型發(fā)現(xiàn)了中轉(zhuǎn)錄本、短轉(zhuǎn)錄本，其表達方式各有差異，為研究PHACTR1在神經(jīng)系統(tǒng)外的作用提供了較多可能性。多項研究表明，PHACTR1與冠心病發(fā)生風(fēng)險相關(guān)，PHACTR1 rs9349379 GG基因型使內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)中的內(nèi)皮素1(endothelin-1，ET-1)基因和其蛋白產(chǎn)物表達增加，而ET-1為有效的血管收縮內(nèi)源性調(diào)節(jié)因子，與內(nèi)皮功能障礙和血管收縮有關(guān)，其過表達可加速動脈粥樣硬化，這可能是PHACTR1 rs9349379 GG基因型導(dǎo)致冠心病風(fēng)險增加的可能原因之一[11-13]。有研究指出，PHACTR1 rs9349379定位于心肌細胞增強因子2(myocyte enhancer-factor 2，MEF-2)，而MEF-2在心臟和肌肉發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用，內(nèi)皮細胞中MEF-2參與內(nèi)皮細胞的發(fā)育和形成[14]，PHACTR1 rs9349379單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNP)通過破壞MEF-2結(jié)合位點參與冠心病發(fā)病[15]。PHACTR1 rs9349379通過調(diào)節(jié)人冠狀動脈中內(nèi)皮細胞或血管平滑肌細胞中PHACTR1轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物表達，可一定程度影響冠心病的發(fā)生發(fā)展[16]?？傊?，PHACTR1基因在冠心病發(fā)生和發(fā)展中可能通過阻礙正常的內(nèi)皮功能和分化程序發(fā)揮作用。全基因組關(guān)聯(lián)研究(genomic wild association study，GWAS)表明PHACTR1是冠狀動脈狹窄的主要決定因素，PHACTR1基因第4個內(nèi)含子上rs12526453位點的SNP與早發(fā)性心肌梗死有一定相關(guān)性，PHACTR1可能通過直接促進動脈粥樣硬化發(fā)展導(dǎo)致心肌梗死[17]。Szpakowicz等[18]研究顯示，含有rs12526453 CC純合子的心肌梗死小鼠可較好地長期生存。由此可見，PHACTR1影響心肌梗死的發(fā)生及預(yù)后。

2.1.2 PHACTR1與高血壓 高血壓發(fā)病機制復(fù)雜，包括基因調(diào)控、中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能失調(diào)、巨噬細胞極化、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)和交感神經(jīng)系統(tǒng)激活、腎臟損傷等。Fujimaki等[19]通過研究與冠狀動脈疾病相關(guān)的29個遺傳位點的SNP發(fā)現(xiàn)，PHACTR1 rs9369640、 SMARCA4 rs1122608、PSRC1 rs599839位點與高血壓發(fā)病有關(guān)，其中T、G、C這3種等位基因?qū)ζ溆斜Ｗo作用。Gupta等[20]應(yīng)用來源于干細胞并經(jīng)CRISPR/cas9編輯的內(nèi)皮細胞顯示，PHACTR1 rs9349379能調(diào)節(jié)其上游600 kb處ET-1基因表達，內(nèi)皮細胞可增強ET-1基因轉(zhuǎn)錄從而增加ET-1表達。ET-1主要由內(nèi)皮細胞產(chǎn)生，以旁分泌方式通過血管平滑肌細胞介導(dǎo)的血管收縮、重塑和增殖，促進動脈粥樣硬化斑塊形成。ET-1可能是通過與內(nèi)皮素B(ETB)受體結(jié)合產(chǎn)生一氧化氮(NO)和前列環(huán)素舒張血管，進而降低血壓[21]。因此，PHACTR1在高血壓病發(fā)生機制可能通過影響ET-1發(fā)揮作用。

2.2 PHACTR1與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

2.2.1 PHACTR1與偏頭痛 關(guān)于偏頭痛發(fā)病機制的學(xué)說眾多，主要包括血管學(xué)說、神經(jīng)元學(xué)(皮質(zhì)擴散抑制學(xué)說、三叉神經(jīng)血管學(xué)說)、炎癥介質(zhì)學(xué)說等。偏頭痛病人存在不同程度腦結(jié)構(gòu)和功能異常及相關(guān)基因遺傳易感性，并有學(xué)者相繼提出中樞神經(jīng)系統(tǒng)學(xué)說及基因遺傳學(xué)說。偏頭痛基因遺傳方式主要分為單基因遺傳和多基因遺傳，多基因遺傳又分為全基因組關(guān)聯(lián)分析及候選基因兩個方面。Gormley等[22]進行的GWAS確定了38個偏頭痛易感基因位點，其中有7個(RNF213、PRDM16、PHACTR1、LRP1、TGFBR2、GJA1HEY2和JAG1)既往研究已明確與血管疾病有關(guān)，4個(MRVI1、GJA1、SLC24A3和NRP1)參與平滑肌調(diào)節(jié)，6個(PRDM16、GJA1、YAP1、LRP1、REST和MRVI1)與NO信號和氧化應(yīng)激有關(guān)。有研究顯示，PHACTR1 rs9349379位點與無先兆偏頭痛有關(guān)，這種多態(tài)性表達可能與調(diào)節(jié)腦血管張力有關(guān)[23]。PHACTR1 rs9349379 G等位基因?qū)е缕^痛風(fēng)險降低的機制可能是PHACTR1導(dǎo)致END1高表達，從而使ET-1與VSMC上內(nèi)皮素A(ETA)受體結(jié)合引起血管收縮，降低偏頭痛風(fēng)險[20]。

2.2.2 PHACTR1與West綜合征 West綜合征又稱為嬰兒痙攣征，通常發(fā)生在嬰兒出生的第1年，具有3個特征：癲癇性痙攣發(fā)作、腦電圖高峰節(jié)律紊亂和運動心理發(fā)育障礙。West綜合征有多種病因，基因異常導(dǎo)致皮質(zhì)生成紊亂和異常突觸功能認為是其發(fā)病機制和病理生理的主要因素。Hamada等[24]研究顯示，PHACTR1突變在腦發(fā)育過程中引起皮層神經(jīng)元的形態(tài)和功能缺陷，因此推測PHACTR1是大腦發(fā)育過程中皮質(zhì)神經(jīng)元遷移和突觸網(wǎng)絡(luò)形成的關(guān)鍵支架。有研究表明，PHACTR1與Slack相互作用導(dǎo)致兒童癲癇并伴有嚴重發(fā)育遲緩?fù)蛔兊腟lack通道中完全消失[25]，說明該通道能對正常神經(jīng)元發(fā)育具有重要作用。PHACTR1與KCNT1 Slack通道相互作用[26]，PHACTR1的解離可能調(diào)節(jié)Slack通道磷酸化，從而提供信號將神經(jīng)元的興奮性與下游信號通路聯(lián)系起來。進一步研究表明，PHACTR1通過PP1調(diào)節(jié)KCNT1 Slack通道[27]，因此，靶向Slack-PHACTR1相互作用有助于開發(fā)與Slack通道功能障礙相關(guān)腦疾病的新療法。

2.3 PHACTR1與腫瘤

2.3.1 PHACTR1與乳腺癌 乳腺癌是女性常見的惡性腫瘤，是癌癥引起死亡的第二大原因，轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β，TGF-β)是乳腺癌進展的一個主要因素。TGF-β與癌癥發(fā)生、炎癥性疾病和自身免疫性疾病有關(guān)。Fils-Aimén等[28]研究顯示，TGF-β使乳腺癌細胞miR-584表達減少，同時誘導(dǎo)PHACTR1表達增加，進而導(dǎo)致肌動蛋白重排和乳腺癌細胞遷移。由此猜測，能否通過miR-584過表達和PHACTR1基因敲除，減少TGF-β誘導(dǎo)的細胞遷移，從而延緩乳腺癌進展，有待進一步驗證。

2.3.2 PHACTR1與黑色素瘤 黑色素瘤是最具侵襲性和致命性的人類癌癥之一，疾病早期進行手術(shù)切除可治愈，但化療、生物療法和免疫療法對晚期黑色素瘤無效。黑色素瘤的發(fā)病機制是一個復(fù)雜過程，包括基因突變、酶和許多分子。基于目前對黑色素瘤發(fā)病機制的認識，相關(guān)通路包括絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、蘇氨酸蛋白激酶(BRAF)、腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)、酪氨酸激酶(c-KIT)、磷脂酰肌醇3-激酶/磷酸酯酶與張力蛋白同源物/絲蘇氨酸激酶(PI3K/PTEN/Akt)、小眼畸形相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(MITF)、肝細胞生長因子受體(c-MET)和肝細胞生長因子(HGF)等[29]。通過逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(RT-qPCR)方法檢測黑色素瘤與痣基因差異性表達發(fā)現(xiàn)，黑色素瘤中PHACTR1、人白細胞抗原A(HLA-A)、人白細胞抗原B(HLA-B)、黑色素瘤特異性抗原(PRAME)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子1(STAT1)、淋巴細胞胞漿蛋白2(LCP2)表達較高，而多效生長因子(PTN)、L1細胞黏附分子(L1CAM)同源基因、谷胱甘肽過氧化酶3(GPX3)、重組脂肪酸結(jié)合蛋白7(FABP7)、核糖體蛋白L12(RPL12)、肝癌缺失基因1(DLC1)、新生肽關(guān)聯(lián)復(fù)合體α肽(NACA)和谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶mu亞基(GSTM2)表達均較低[30]。上述研究可識別關(guān)鍵基因，深入了解黑素細胞生物學(xué)和黑素瘤的發(fā)病機制，對設(shè)計和開發(fā)靶向治療和免疫治療具有重要的臨床意義，以使該疾病病人的治療取得實質(zhì)性突破。

2.4 PHACTR1與其他相關(guān)疾病

2.4.1 PHACTR1與頸動脈夾層 頸動脈夾層是青年缺血性腦卒中的主要原因，一般人群中相對少見，年發(fā)病率為2.6/10萬，輕微的頸椎外傷、感染、偏頭痛、高血壓是危險因素。Debette等[31]通過GWAS研究首次發(fā)現(xiàn)PHACTR1 rs9349379位點上的G等位基因與較低的頸動脈夾層發(fā)病風(fēng)險相關(guān)。頸動脈夾層形成機制尚不明確，血管壁薄弱可能是導(dǎo)致夾層形成的原因，ET-1對血管平滑肌細胞的促生長作用可降低夾層形成的風(fēng)險[20]。與正常頸動脈組織相比，動脈粥樣硬化組織PHACTR1表達較低，但動脈粥樣硬化組織和正常頸動脈組織ET-1表達無差異[32]。因此，了解這個位點是影響關(guān)鍵血管功能的機制，對治療這些嚴重的致殘性疾病可能有較大的應(yīng)用價值。

2.4.2 PHACTR1與纖維肌性發(fā)育不良 纖維肌性發(fā)育不全是一種非動脈粥樣硬化性、非炎性血管疾病，導(dǎo)致狹窄、動脈瘤、夾層和中等大小動脈閉塞，尤其是腎和腦血管外動脈，纖維肌性發(fā)育不全主要表現(xiàn)為高血壓、短暫性腦缺血發(fā)作和腦卒中。纖維肌性發(fā)育不全的發(fā)病機制尚不明確，目前證據(jù)支持基因起源的觀點。Kiando等[6]確定了纖維肌性發(fā)育不全的第1個遺傳易感性位點，發(fā)現(xiàn)PHACTR1 rs9349379位點使纖維肌性發(fā)育不全患病風(fēng)險增加約40%。纖維肌性發(fā)育不全由多個部位(包括冠狀動脈和腎動脈)的血管平滑肌細胞生長異常引起，通過增強ET-1促進平滑肌運動，從而解釋了PHACTR1 rs9349379 G等位基因降低纖維肌性發(fā)育不全的發(fā)生風(fēng)險[20]。免疫組化染色發(fā)現(xiàn)，PHACTR1在正常頸動脈和纖維肌性發(fā)育不全頸動脈中內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞均有表達，正常頸總動脈染色以細胞質(zhì)為主，排列規(guī)則，纖維肌性發(fā)育不全頸總動脈中膜細胞結(jié)構(gòu)紊亂，表明PHACTR1可能具有多種功能，取決于動脈粥樣硬化的細胞類型和程度[6]。這些研究為支持PHACTR1作為纖維肌性發(fā)育不全的第一易感位點提供了遺傳學(xué)和功能證據(jù)。對這一位點進一步功能分析并通過全基因組關(guān)聯(lián)的全面遺傳學(xué)研究為纖維肌性發(fā)育不全的治療提供了依據(jù)，有助于了解非動脈粥樣硬化性動脈狹窄的發(fā)病機制。

3 小 結(jié)

近年來，PHACTR1與各類疾病的關(guān)系已成為研究熱點，許多疾病均存在PHACTR1表達。隨著PHACTR1在各類疾病中的深入分析，其在心血管疾病中的相關(guān)作用已得到初步研究證實，但具體的分子機制及其與其他相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展的關(guān)系需大量的基礎(chǔ)研究進一步探討。PHACTR1不同位點、不同等位基因在不同疾病中的作用不同，需進一步探討PHACTR1的多重性機制，可能為某些致殘疾病的生物學(xué)基礎(chǔ)提供重要信息，以期為臨床疾病的診斷和治療提供依據(jù)。