蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶5在心血管疾病中的研究進展

王賀 袁揚 寧小平 張冠鑫 徐志云

蛋白質(zhì)甲基化是重要的表觀遺傳修飾，蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（PRMTs）作為這一過程中重要的調(diào)節(jié)劑，在DNA 復制、損傷后修復、轉(zhuǎn)錄、mRNA 剪接、翻譯和細胞信號轉(zhuǎn)導中發(fā)揮關(guān)鍵作用。PRMTs 催化甲基從s-腺苷甲硫氨酸（SAM）轉(zhuǎn)移到精氨酸的胍基氮原子上，形成甲基精氨酸和s-腺苷同型半胱氨酸。目前已經(jīng)報道了11 種PRMTs，并根據(jù)其催化活性分為4 種類型，Ⅰ型包括PRMT1～4、PRMT6 和PRMT8，催化形成單甲基精氨酸（MMA）和不對稱二甲基精氨酸（aDMA）；Ⅱ型包括PRMT5 和PRMT9，催化形成MMA 和對稱二甲基精氨酸（sDMA）；Ⅲ型為PRMT7，僅催化形成MMA，Ⅳ型目前僅在酵母中發(fā)現(xiàn)，催化形成δ-單甲基精氨酸（δ-NMA）[1]。關(guān)于PRMT5 的研究最為廣泛和深入。PRMT5 涉及多種信號通路并控制細胞生長，可以作為小分子抑制劑作用的靶 點[2-3]，本文介紹了PRMT5 在心血管領(lǐng)域的研究進展。

1 PRMT5的基本結(jié)構(gòu)與生物特性

PRMT5 最早于1999 年在研究Janus 激酶2（JAK2）時被發(fā)現(xiàn)[4]。不同物種之間的PRMT5基因相對穩(wěn)定，保守性較高。人類PRMT5基因位于染色體14q11.2，大小為1 911 bp，潛在核心啟動子在1 014～1 064 bp處[5]。PRMT5 蛋 白由637 個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量為10 157，等電點為5.88，不穩(wěn)定系數(shù)為44.33，是酸性蛋白分子。PRMT5 屬于親水蛋白，無明顯的信號肽及跨膜結(jié)構(gòu)，表明其可能不參與物質(zhì)跨膜運輸。PRMT5 大部分位于細胞質(zhì)中，也有部分位于細胞核，主要的二級結(jié)構(gòu)是α-螺旋和無規(guī)則卷曲[6]。單體結(jié)構(gòu)的N 末端是TIM 桶狀結(jié)構(gòu)域，中間是Rossman 折疊結(jié)構(gòu)域，C 末端是β-barrel 結(jié)構(gòu) 域[7-8]。

絕大多數(shù)PRMT5 在體內(nèi)發(fā)揮作用需要與甲基伴侶蛋白50（MEP50）形成復合物。MEP50 屬于WD40 蛋白，是蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶復合物的重要組成部分，它與PRMT5 形成八聚體復合 物[9]。這一過程首先通過C 末端的β-barrel 結(jié)構(gòu)域?qū)? 個PRMT5 聚合形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而后，4 個MEP50 分子結(jié)合在PRMT5 的N 末端。這種八聚體結(jié)構(gòu)可以穩(wěn)定PRMT5 復合物并增強其甲基轉(zhuǎn)移酶活性，而中間部分的Rossman 折疊區(qū)域具有甲基轉(zhuǎn)移活性，能夠結(jié)合SAM 并催化甲基轉(zhuǎn)移[8,10]。作為主要的Ⅱ型精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，PRMT5 可以甲基化多個靶點，包括組蛋白（H2A、H3、H4 和Sm蛋白）、核仁蛋白、p53、核因子κB（NF-κB）、轉(zhuǎn)錄因子E2F1、甲基CpG 結(jié)合域蛋白2（MBD2）、表皮生長因子受體（EGFR）等，參與肺癌、胰腺癌、肝癌、淋巴瘤、神經(jīng)系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)等多種 疾病的發(fā)病[11-20]。

2 PRMT5與心血管疾病

心血管疾病的發(fā)生發(fā)展是由遺傳和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果[21]，是我國城鄉(xiāng)居民的主要死亡原因。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)PRMT5 參與心肌細胞肥大、動脈粥樣硬化、血管形態(tài)發(fā)育等重要過程，有望成為心血管疾病新的治療靶點。

2.1 PRMT5與心肌細胞肥大

心肌肥厚是心臟的代償性機制，心臟負荷增加時，為了維持有效的射血量，心肌細胞在神經(jīng)-體液機制的作用下發(fā)生肥大，最終導致心力衰竭和心律失常[22]。在心肌肥厚的患者中，HoxA9基因表達升高[23]，PRMT5 可使HoxA9 發(fā)生對稱二甲基化并抑制其表達，破壞HoxA9 與腦鈉肽（BNP）啟動子的結(jié)合，進而保護心肌細胞，抑制心肌肥 大[24]。GATA4 是人心臟源性轉(zhuǎn)錄因子，其編碼基因的突變可以導致心臟間隔缺損和心肌病，是維持心臟正常發(fā)育和心功能所必需的[25]，PRMT5 可以使GATA4 甲基化，抑制其轉(zhuǎn)錄活性，減弱GATA4在心肌細胞中的致肥厚作用[26]。上述研究提示PRMT5 可抑制心肌細胞肥大，或可成為預防心肌肥厚和心力衰竭的靶點。

2.2 PRMT5與冠狀動脈粥樣硬化性心臟病

臨床上常用來預測冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的血液學指標有心肌酶譜和血脂等[27]。研究發(fā)現(xiàn)，外周血中PRMT5 較低的患者易發(fā)生急性心肌梗死（AMI），PRMT5 低表達是AMI 發(fā)生的獨立危險因素[28]。粥樣斑塊的形成是血管內(nèi)皮損傷與多種炎性因子共同驅(qū)動的結(jié)果，CXC 趨化因子配體（CXCL）10 和CXCL11 具有促進白細胞募集、黏附和外滲的作用，PRMT5 可促進二者表達，從而間接促使內(nèi)皮損傷和斑塊形成[29-30]。上述研究提示PRMT5 在促進動脈粥樣硬化過程中發(fā)揮著雙向作用。

2.3 PRMT5與血管形成

人體的血管網(wǎng)絡(luò)一般處于靜止狀態(tài)，但在某些因素刺激下具有強大的再生能力，如肉芽腫和腫瘤形成過程中會有新的血管形成[31]。血管生成是靠內(nèi)皮細胞增殖到周圍基質(zhì)中，并形成連接相鄰血管的固體芽來實現(xiàn)的[32]，黏附因子在其中發(fā)揮重要作用。ETS基因是體內(nèi)編碼黏附因子、控制胚胎發(fā)育和血管生成的重要基因，PRMT5 通過控制ETS基因的轉(zhuǎn)錄因子ETV-2 的表達來調(diào)節(jié)血管生成，PRMT5 不是通過轉(zhuǎn)移甲基發(fā)揮作用，而是作為支架蛋白促進染色質(zhì)環(huán)化來調(diào)控目的基因表達[33]。PRMT5 的這種作用雖然屬于基因的表觀遺傳控制，但是獨立于其催化活性，這在心血管領(lǐng)域較為獨 特[34]。此外，在血管內(nèi)皮細胞中，PRMT5 還可以調(diào)節(jié)組蛋白H4R3 和H3R2 的對稱二甲基化水平，參與血管的發(fā)育和血管屏障的形成[35]。這些研究結(jié)果提示PRMT5 具有影響血管生成的重要 作用。

2.4 PRMT5與心肌電生理活動

心肌細胞外的Na＋通過選擇性電壓門控離子通道進入心肌細胞，引起細胞去極化，觸發(fā)心臟收縮活動。Nav1.5 通道蛋白是復雜的大分子跨膜蛋白，參與心臟細胞動作電位的形成及電沖動的傳 導[36]。Nav1.5 翻譯后需進行精氨酸甲基化修飾[37]，PRMT5 和PRMT3 催化這一過程。正常生理條件下，PRMT5 可以促進Nav1.5 的表達，增加心肌電流密度，從而使心肌收縮增強[18,38]。PRMT5 參與電生理活動的特性有望為研發(fā)抗心律失常藥物提供新的方向。

3 PRMT5抑制劑的研究進展

PRMT5 參與多種疾病發(fā)病過程，但目前尚無PRMT5 抑制劑被批準用于心血管疾病的治療，仍停留于基礎(chǔ)研究階段，主要原因是PRMT5 抑制劑特異性較差，多是泛蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑[39]。

PRMT5 抑制劑主要分為3 類，為SAM 類似物、N-烷基-9H-咔唑類似物、四氫異喹啉依賴的抑制劑[40-41]。SAM 類似物以DS-437 和MTA 為代表，它們能夠與SAM 競爭性結(jié)合到PRMT5 的催化結(jié)構(gòu)域上，從而起到抑制PRMT5 的作用。DA-437 是雙特異性PRMT5 和PRMT7 抑制劑[42]；甲基硫腺苷磷酸化酶（MTAP）是蛋氨酸回收途徑的關(guān)鍵酶，MTA 是類似MTAP 的底物，它能夠在MTAP缺失的細胞中增強PRMT5 的抑制作用[43-44]。N-烷基-9H-咔唑類似物有CMP5、HLCL-61 和HLCL-65[45]。CMP5通過抑制PRMT5甲基轉(zhuǎn)移酶活性，選擇性阻止組蛋白H4R3 的對稱二甲基化，從而阻斷B 細胞活化，可以用于治療多發(fā)性硬化[46]；HLCL-61 通過抑制PRMT5，使微小RNA（miRNA）-29b 的表達顯著增加，抑制急性髓系白血病（AML）進展；HLCL-65 是HLCL-61 類似物，HLCL-65 可通過抑制PRMT5，抑制慢性淋巴細胞白血病且對自身免疫性腦脊髓炎也有一定治療效果[47]。四氫異喹啉依賴的抑制劑包括EPZ015666、EPZ015866、EPZ015938（GSK3326595）等，是通過高通量篩選方法合成的化合物，能夠阻斷PRMT5，優(yōu)點是特異性高，缺點是體內(nèi)清除率低。EPZ015666 與SAM 為非競爭性抑制，也是研究PRMT5 在疾病狀態(tài)中生物學特性的參考抑制 劑[48-49]。除了上述常用的PRMT5 抑制劑，還有C220、GSK591、JNJ-64619178 等，涉及肺癌、造血系統(tǒng)惡性腫瘤、類風濕關(guān)節(jié)炎、神經(jīng)纖維瘤、骨腫瘤等多種疾病，均處于基礎(chǔ)研究階段[50]。

4 小結(jié)

蛋白質(zhì)的甲基化修飾是體內(nèi)重要的生物學過程，PRMT5 是這一過程關(guān)鍵的調(diào)節(jié)酶。在心血管疾病方面，PRMT5 可以抑制心肌肥厚，促進炎性因子聚集及粥樣斑塊形成，參與內(nèi)皮細胞的血管生成及心肌Na＋通道表達等。隨著研究的深入，PRMT5 有望成為治療心血管疾病的新靶點。