心臟特異抗凋亡蛋白ARC研究進展

廉 虹，張連峰，2

(1.中國醫學科學院實驗動物研究所，衛生部人類疾病比較醫學重點實驗室，北京 100021;2.中國醫學科學院實驗動物研究所，國家中醫藥管理局人類疾病動物模型三級實驗室，中國醫學科學院和北京協和醫學院，北京 100021)

心臟特異抗凋亡蛋白ARC研究進展

廉 虹1，張連峰1，2

(1.中國醫學科學院實驗動物研究所，衛生部人類疾病比較醫學重點實驗室，北京 100021;2.中國醫學科學院實驗動物研究所，國家中醫藥管理局人類疾病動物模型三級實驗室，中國醫學科學院和北京協和醫學院，北京 100021)

含胱冬肽酶富集功能域的凋亡抑制因子(apoptosis repressor with CARD，ARC)蛋白是20世紀末發現的在心肌、骨骼肌和大腦等終末分化組織中大量表達的抗凋亡蛋白。ARC的主要功能是抗凋亡作用。由于其在心臟中表達的特異性和抗凋亡的多層次性，使ARC在心臟中的作用成為近年來研究的熱點。本文主要對其抗凋亡途徑以及近年來在心肌病中的研究進展兩方面進行綜述。

含胱冬肽酶富集功能域的凋亡抑制因子;凋亡;心肌病

含胱冬肽酶富集功能域的凋亡抑制因子(apoptosis repressor with CARD，ARC)，是迄今發現的唯一一種在心臟中大量表達的抗凋亡蛋白。1996年Geertman等［1］從大鼠的嗜鉻細胞瘤和腦的cDNA文庫中發現了此蛋白;1998年 Takeuyoshi等［2］通過分析其結構，發現這種蛋白含有胱冬肽酶富集功能域(caspase recruitment domain，CARD)結構，這一結構域可以結合胱冬肽酶(caspase)進而阻止一些死亡受體發揮作用。

人源ARC蛋白由208個氨基酸組成，相對分子質量約為 24.6×103。大、小鼠 ARC蛋白與人源ARC有很高的同源性，N端1-98氨基酸殘基為CARD功能域，與死亡受體 Fas、FADD等相互作用;C端99-208氨基酸殘基為富含脯氨酸和谷氨酸的結構域。ARC在終末分化組織如心肌、骨骼肌和大腦中表達，在其他組織中不表達或微量表達，但當發生癌變時，ARC表達量明顯增加。ARC存在于細胞核和細胞質中，細胞質中的ARC通過與死亡受體結合以及通過抑制線粒體凋亡途徑實現抗凋亡的作用，細胞核中ARC的功能目前了解甚少［3］。但是人們發現在瘤性細胞中ARC定位于細胞核而正常的細胞ARC定位于細胞質中，提示ARC在癌細胞發生過程中有一定的作用［4］。

1 ARC抗凋亡作用機制及其ARC相關信號通路

ARC最主要的凋亡抑制途徑有兩條［5］：一條是是直接與死亡受體相作用的外源性途徑;另一條是通過控制線粒體滲透性而抑制凋亡的內源性途徑。ARC的CARD結構域競爭性的與Fas和FADD的死亡結構域(dead domains，DDs)相結合，使其不能順利組裝成死亡誘導信號復合物(death-inducing signaling complex，DISC)，進而抑制凋亡作用的發生。ARC也可通過CARD功能域直接與caspase-8結合，阻斷由caspase-8引起的凋亡。Bax進入到線粒體引起膜通透性和電勢差發生變化，可導致細胞色素 c的釋放，進一步激活凋亡的效應分子Caspase-9和 Caspase-3，啟動內源性的凋亡途徑。ARC的CARD結構域與Bax的C末端結合使 Bax的構象發生改變，抑制其進入到線粒體，從而抑制Bax引起的內源性的凋亡途徑。另外，Ekhterae等［6］證實，ARC能夠抑制H9c2肌源性細胞凋亡，一定程度上是由于ARC抑制了細胞膜上的K+離子通道而實現抗凋亡作用的。細胞內Ca2+濃度的增加是引起細胞凋亡的重要信號傳導途徑，ARC可通過其C端與Ca2+結合，阻斷細胞內Ca2+濃度的增加，從而抑制細胞凋亡的發生［7］。

只有磷酸化的ARC才能發揮抗凋亡的功能，磷酸化的ARC也可以受到磷酸酶的去磷酸化作用而喪失活性。蛋白激酶 CK2是ARC的上游調節因子，CK2可以使ARC的149位蘇氨酸磷酸化，進而使ARC由細胞質中轉移到線粒體，在線粒體可以直接抑 制 caspase-8 和 caspase-2 的 活 性［8，9］。Tan等［10］證實，異丙腎上腺素和醛固酮刺激誘導的凋亡，沒有明顯地降低ARC蛋白水平，但是卻通過去磷酸化降低了其抗凋亡能力。所以異丙腎上腺素和醛固酮通過激活磷酸酶使ARC去磷酸化，去磷酸化的ARC不能抑制caspase-8活性。ARC除了受到磷酸化和去磷酸化的調節之外，還受到泛素-蛋白酶體的降解作用，當機體受到死亡信號的刺激時，泛素-蛋白酶體能夠介導 ARC的降解［11］，ARC的泛素化是由泛素 E3連接酶(ubiquitin E3 ligase，MDM2)介導的［12］，并且需要MDM2的戒指基序(ring motif)與ARC相結合實現其降解作用。MDM2是一個重要的ARC蛋白表達調節子，主動脈結扎的小鼠伴隨著ARC表達量的下調，MDM2表達量升高。因此，MDM2很可能成為心肌病預防和治療的靶點。同時Li等［13］證明，p53可以在轉錄水平對 ARC進行調節，當P53抑制ARC表達時，誘導凋亡的發生。

2 ARC在心臟發育及心肌病中的作用

Ekhterae等［14］發現，將 H9C2肌源性細胞暴露于缺氧條件下，ARC蛋白表達量下降，并伴有細胞色素C從線粒體釋放到胞漿細胞質和caspase3的激活，而過表達 ARC可以明顯的抑制缺氧誘導的H9C2的細胞凋亡。過表達的ARC也可以有效的逆轉H2O2引起的H9C2凋亡現象的發生，為了進一步研究ARC在氧應激條件下的作用，將不表達 ARC蛋白的H9C2亞細胞系(H9-)暴露于 H2O2，發現此缺陷細胞對氧應激誘導的凋亡作用更加敏感［15］。說明在細胞水平ARC能夠抵抗缺氧以及氧應激條件下的細胞凋亡。

心臟受到損傷刺激，如缺血/再灌注損傷(I/R)、心臟主動脈橫向結扎(TAB)和阿霉素藥物誘導時，ARC蛋白都能表現出其強大的抗凋亡能力以及對心臟機能的保護作用。Pyo等［16］證實，心臟特異的ARC轉基因小鼠(TgARC)，在經過缺血/低氧再灌注后，表現出對心肌收縮功能的改善作用。新生的TgARC小鼠的心肌細胞也可以明顯的抵抗低氧造成的細胞死亡。同時證明ARC蛋白C端鈣結合結構域具有保護心肌抵抗低氧造成的損傷的能力。TgARC小鼠從出生到成年在健康狀況和外表與野生鼠并沒有什么異常變化。對TgARC和野生鼠左前降支冠狀動脈結扎后，發現ARC轉基因鼠心肌梗死面積比野生鼠明顯降低(大約降低40%)。進一步研究發現，ARC保護心肌抵抗缺氧死亡是通過調節其下游的Drbp1(developmentally regulated RNA-binding protein 1)和 pMe2Gly(dimethylglycine dehydrogenase precursor)的表達實現的。Donath等［17］報道了ARC敲除小鼠(ARC-/-)與野生型小鼠在心臟幾何形狀以及心肌功能方面沒有異常。但經過主動脈結扎后ARC-/-小鼠比野生小鼠心臟收縮功能降低明顯，心臟變大并且出現心肌纖維化，心肌病病理癥狀更加嚴重。經過缺血再灌注后，ARC-/-小鼠心肌梗死面積也比野生小鼠有所增加。

臨床研究中發現心衰和擴心病中心肌細胞都出現細胞肥大和凋亡的現象，盡管細胞肥大和凋亡是兩種不同的細胞事件，但是許多刺激因子可以同時刺激肥大和凋亡，肥大的細胞可以發展為凋亡。例如：腫瘤壞死因子-α和血管緊張素II既可以誘導凋亡又可以誘導肥大。凋亡可能是心肌超負荷肥大失代償發展為心衰的一個轉折性的事件。在心衰和擴心病病人中發現ARC蛋白表達下調，尤其在心衰病人中降低非常顯著。磷酸化的ARC可以抑制心肌細胞的肥大，抑制ARC的磷酸化或者對內源的ARC進行沉默使心肌細胞更易肥大?；钚匝醮龠MCK2的羰基化，進而使CK2磷酸化ARC蛋白，使其發揮抑制心肌細胞肥大的作用［18，19］。可以看出抗凋亡蛋白ARC參與了心肌細胞由正常向肥大的轉變以及最終走向心衰的過程。

綜上，ARC是參與心臟病病理發生過程的重要因子之一，作為抗凋亡的心肌保護因子發揮作用，深入了解ARC在不同病理狀態或不同病因的心臟病中的調控和抗凋亡機制對心臟病的診斷、治療，甚至藥物研制等具有重要的意義。

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The Advances in Heart Specific Anti-apoptosis Protein ARC

LIAN Hong1，ZHANG Lian-feng1，2
(1.Key Laboratory of Human Disease Comparative Medicine，Ministry of Heath，Institute of Laboratory Animal Science，Chinese Academy of Medical Sciences＆ Peking Union Medical College，Beijing 100021，China;2.Human Disease Animal Models Level-3 Laboratory of State Administration of Traditional Chinese Medicine，Institute of Laboratory Animal Science，Chinese Academy of Medical Sciences＆ Peking Union Medical College，Beijing 100021，China)

ARC(apoptosis repressor with CARD)protein expressed at high levels in the terminally differentiated tissues，such as，heart，skeletal muscle and brain，which was identified at the end of last century.ARC inhibits apoptosis at different levels.Since the specific expression of ARC in heart and antagonize apoptosis in many pathways，it became a hot-spot in recent years.With the function of anti-apoptosis，ARC has become a protecting factor for heart muscle.This review mainly focuses on the anti-apoptosis pathways and recent-year advances on ARC in cardiomyopathy.

Apoptosis repressor with CARD(ARC);Apoptosis;Cardiomyopathy

R541 R332

A

1671-7856(2011)03-0059-03

2010-06-21

10.3969/j.issn.1671-7856.2011.03.015

衛生部行業基金，實驗動物和人類疾病動物模型資源擴展(200802036)和十一五新藥專項支持(2009ZX09501-026)。

廉虹(1982-)，女，博士生。主要研究方向：心肌病機制，E-mail：lian_hong1982@163.com。

張連峰，E-mail：Zhanglf@cnilas.org。