CARP在心血管系統的作用

黃曉嬌，陳漠水

（中南大學湘雅?？卺t院 海口市人民醫院心內科，海南 海口 570208）

心臟是胚胎發育過程中形成最早的器官。胚胎發育時期心肌細胞增殖分化過程中的基因表達異常是常見的引起心臟出生缺陷的原因[1]。在病理情況下，胚胎期心臟高表達的一些基因會在成年期心臟中再度表達，進而導致心肌肥大、心臟機能下降等一系列心臟疾病。在分子水平上研究心肌發育過程中的重要因子，有助于分析復雜的心肌發育過程，也有助于進一步了解心血管疾病的發病機制。從分子水平考慮，心肌的分化過程始于某個或某些關鍵基因的啟動，它們可以使下游的靶基因呈級聯式的激活，直至分化完成。通常這些基因的蛋白產物都是轉錄因子或與轉錄因子相互作用的蛋白，是組織器官發育的重要節點分子。心錨重復蛋白(Cardiac ankyrin repeat protein，CARP)就是這樣一個與心血管系統發育和重塑密切相關的關鍵節點分子。研究CARP對多種心臟病的早期診斷和治療具有重要的理論和實踐意義。

1 CARP命名

1995年Chu等[2]通過差異篩選白介素1和腫瘤壞死因子刺激的人真皮微血管內皮細胞，分離出一種轉錄因子，命名為C-193，編碼CARP的全長cDNA，這種轉錄因子可被誘導。轉錄因子是一類能夠結合在某基因上游特異核苷酸序列上的蛋白質，在胞質的核糖體上合成，接受來自細胞膜并逐漸傳遞進來的信號之后，通過磷酸化或脫磷酸化等作用而被活化，活化后從胞質轉位至胞核，通過識別和結合基因啟動子區的順式作用元件，啟動和調控基因表達[3]。1997年，三個獨立的實驗室分別得到了大鼠的CARP[4-6]，并分別命名為心臟阿霉素反應性蛋白(Cardiac adriamycin responsive protein，CARP)、心肌錨定重復序列蛋白(Cardiac ankyrin repeat protein，CARP)和 ANKRDl(Ankyrin repeat domain 1)蛋白。心錨重復蛋白現無明確的定義，其分子機制尚不清楚。

2 CARP基因和蛋白質結構

人的CARP基因定位于10號染色體，其cDNA全長1 901個堿基對，編碼的多肽含有319個氨基酸，相對分子質量為36 kDa。CARP基因共含有9個外顯子，CARP的mRNA 3'-UTR包含一個串聯的ATTTA的重復序列，與降低mRNA的穩定性有關。在CARP基因的近端啟動子，含有在骨骼肌和心肌細胞中調節轉錄的E-box、CCAC-box及GATA-4結合位點，GATA-4受Nkx2.5的間接調控而共同調節CARP轉錄。另外，還有作為轉錄增強子1的結合位點的幾個M-CAT box，需要它來激活心肌和骨骼肌特異的基因。啟動子缺失實驗證實，從+47-166的213 bp序列能夠充分保證CARP的心肌特異性表達[7]。CARP包括1個二連核定位信號區(71～80，94～103)、1個PEST樣序列[即富含脯氨酸、谷氨酸、絲氨酸和蘇氨酸的氨基酸序列(108～126)]、4個錨定重復序列(152～283)和多個相同的蛋白質磷酸化位點。CARP和一些已知的轉錄因子如NF-KB等在結構上有相似之處，都有錨定重復序列和細胞核定位信號區域。CARP含有4個錨定重復序列，這種序列在400多種蛋白中都有，包括細胞周期素依賴性激酶抑制因子、轉錄調節因子、細胞骨架組織因子、發育調節因子和毒素[8]。此重復序列在IκB家族中已經有較好的研究，在IκB中ANK重復序列與核因子κB(NF-κB)結合，在功能上抑制轉錄因子活性。與之相類似，在心肌中CARP與轉錄因子YB-1結合，在平滑肌和上皮細胞中CARP也可能是轉錄因子的負調節因子。錨定重復序列在CARP的功能中起到關鍵作用，它通過與其他蛋白相互作用行使具體功能。

3 CARP的表達

CARP富含于成熟心臟，在心臟中組成性、特異性地高表達，在血管內皮細胞、血管平滑肌細胞、骨骼肌、胎盤、蒲肯野氏細胞、肺上皮細胞、肝腫瘤細胞和乳腺癌細胞中也有少量表達[9-10]。

CARP表達的主要影響因素有：各種可誘導氧化應激的因素(如阿霉素、缺氧、缺血再灌注等)、心臟容量和(或)壓力超負荷因素（擴張性心肌病或心肌肥厚）、β腎上腺素受體的激動因素、蛋白激酶A及鈣調節蛋白依賴性激酶的激活因素[10]、心肌或組織的損傷以及腫瘤壞死因子α、白介素-l、轉化生長因子-β、血管緊張素-II、單核細胞趨化因子、單核細胞趨化蛋白-1等[11-13]。并有一些研究對這些調節作用的分子機制進行了初步探討[14]：α1腎上腺素能受體通路促進CARP基因在心肌細胞中的表達，轉錄因子GATA-4在這種調節過程中發揮作用。

4 生物學功能

CARP屬于肌肉錨定重復蛋白家族，錨定蛋白是一類整合了信號傳導通路中多種信號分子的蛋白[15]，CARP含有4個ANK重復序列（即錨定重復序列，是33個氨基酸重復出現形成的一種蛋白質序列模塊），可以介導多種蛋白質間的相互作用，并且能與多種配體結合。這種結構特征賦予了CARP蛋白多種生物學功能。

4.1 調節心臟生長發育 CARP是心臟細胞系的早期標志物之一。它在胚胎期、新生期和成年心臟中都有高水平的表達。CARP在生心板和心臟管中與Nkx2.5/Csx、肌細胞增強子 2(Mef2C)、GATA-4 和dHAND等轉錄因子同期出現[5]，相互影響，受調節的CARP進一步調節與心臟發育有關的下游基因，如心室肌基因的表達、YB-1的活性等[16]。

4.2 維持心肌結構和功能完整 CARP不僅作為轉錄因子進入細胞核，調節心臟中肌球蛋白輕鏈2、肌動蛋白、心肌肌鈣蛋白C和心鈉素等的啟動子激活[15]，CARP本身還是titin牽張傳感復合體的元件，參與牽張應激通路[16]，而且，在細胞質中CARP與myopalladin的羰基端和肌聯蛋白N2A表位同時存在于橫紋肌肌節的中央I帶，與鈣蛋白酶3一起組成肌聯蛋白N2A-信號復合體，參與維持肌節結構和功能的完整[2]，myopalladin的羰基端與CARP蛋白特異性結合，Myopalladin-CARP復合體的過表達會使肌節結構和功能受到破壞[17]。可見CARP自身作為一種心肌結構蛋白發揮作用的同時，也嚴重影響著其他心肌結構蛋白、收縮蛋白的表達和功能性組合，這些分子水平的改變會導致心房肌細胞間連接的改變，比如通過與鈣調節蛋白聯系調節心臟肌肉細胞興奮收縮耦聯，從而影響心肌細胞間信號的傳導。

4.3 誘導血管新生和組織修復 在大鼠模型中發現，損傷的皮膚、骨骼肌、血管壁、毛囊、炎性細胞和真皮中CARP表達明顯增高，并且Ad-CARP處理可增加損傷區的血流量[18]?？赡苁怯捎贑ARP的轉錄特性抑制了血管源性抑制因子，或激活了經典血管源性調節因子,如血管緊張素-Ⅰ和早期生長反應因子1，從而誘導血管新生[19-20]。

4.4 調節細胞凋亡 異丙基腎上腺素上調CARP的表達，而依賴鈣調蛋白的蛋白激酶-Ⅱ(CaMK-Ⅱ)調節β1受體激活引起的心肌細胞凋亡，說明CARP在心肌細胞凋亡中起一定作用[21]，CARP的促凋亡作用與負向調節細胞周期有關。CARP可負向調節血管平滑肌細胞周期，抑制細胞增殖，誘導細胞凋亡。

5 CARP與心血管疾病

5.1 心肌肥厚 CARP在心血管疾病的研究最早開始于其編碼基因在心肌肥厚模型中的表達，發現CARP腹主動脈縮窄型、自發性高血壓型、異丙腎上腺素誘發的心肌肥厚、狗妊娠期心肌肥厚等[22-24]多種心肌肥厚模型中升高，目前CARP已被視為心臟肥厚的標志物[24]。在心臟肥厚期間CARP mRNA快速性、特異性、持久性的提高，并與c-fos、C-jun、c-myc、egr-1等其他可被肥厚誘導的細胞核因子形成鮮明對比，后者只在心臟超負荷時表達量瞬間一過性增加[23]。P38和Racl的過表達可激發CARP啟動子的轉錄，它們是應激和絲裂原激活的蛋白激酶途徑的組分，而應激和絲裂原激活的蛋白激酶途徑與心臟肥厚相關，提示CARP蛋白可作為心臟肥大的標志物[23]。由于CARP起轉錄輔阻遏物的作用，CARP的過表達抑制蛋白質合成和細胞增大，推測CARP對心肌肥大產生抑制性影響[25]，可能在壓力和容量過負荷后心肌肥大過程中，CARP被誘導，可能是一種抗肥大的適應機制。

5.2 心力衰竭 CARP的過表達與各種心肌損傷和心臟組織收縮功能惡化相關。在鹽敏感大鼠心臟肥厚模型中，CARP與BNP的表達在mRNA水平上強烈相關，呈明顯上調表達，提示這兩個蛋白的基因被相同的機制所調節[26]。在小鼠擴張性心肌病和肥厚模型、豬靜脈注射阿霉素誘導心衰模型、起搏誘導犬心衰模型(無肥大)的心肌中均增高[27]。姜升陽等[28]通過代表性差異分析(RDA)發現犬的CARP在心衰的心肌中表達上調。CARP在人心力衰竭心臟中表達亦增加[26]，擴張性或缺血性心肌病所致心力衰竭患者中，CARP在左心室心肌層中表達可增加1.8倍。劉文玲等[14]通過實驗證明GATA-4通過調控心房利鈉肽、腦利鈉肽、B細胞淋巴瘤因子2、心肌錨定重復序列蛋白等多種心肌重塑相關轉錄因子的表達參與心肌重塑過程。

5.3 粥樣硬化斑塊 De Waard等[16]分別在大、小鼠兩種平滑肌動脈粥樣硬化模型中，用原位雜交的方法檢測了CARP基因在轉錄水平上的表達，發現粥樣硬化斑塊損傷的主動脈或回腸動脈的內皮細胞和平滑肌細胞中CARP呈陽性表達，提示了CARP在動脈粥樣硬化過程中的作用。CARP負向調節細胞周期，抑制蛋白質合成，在動脈粥樣硬化病變中抑制血管平滑肌增殖，抑制粥樣斑塊形成；CARP在粥樣硬化斑塊的內皮細胞中表達，而在巨噬細胞中無表達[16]。CARPmRNA在內膜平滑肌細胞亞群中表達，而在休眠的平滑肌中無表達，說明CARP的表達與內膜靜止的平滑肌群有關，可能參與其從活化型向靜止型的轉變過程[16，29]。

5.4 心律失常 CARP自身作為一種心肌結構蛋白發揮作用，也嚴重影響著其他心肌結構蛋白、收縮蛋白的表達和功能性組合，這些分子水平的改變會導致心房肌細胞間連接的改變，比如通過與鈣調節蛋白聯系調節心臟肌肉細胞興奮收縮耦聯[21]，從而影響心肌細胞間信號的傳導，使復極過程在空間上變得不一致，明顯增加不應期離散，增加早搏刺激產生波裂和誘發折返的能力，導致心房內多條折返徑路存在。Yasushi等[21]構建編碼人CARP腺病毒和對照病毒。用攜帶CARP基因的重組腺病毒感染的基因工程心臟組織和對照心臟組織相比，盡管基本收縮力無區別，但前者在對鈣離子和異丙腎上腺的收縮應答中顯著減弱。CARP可能通過與鈣調節蛋白聯系調節心臟肌肉細胞興奮收縮耦聯，從而影響心肌細胞間信號的傳導。臺灣學者Chen等[30]發現在心房顫動病人中FHL1、TSC-22和CARP明顯正調節，體外實驗發現異丙腎上腺素使CARP的表達顯著提高，分析CARP與β腎上腺素受體信號通路、RAS信號通路均密切相關。而自主神經對心肌細胞的自律性和傳導性都起著重要的作用[31]。

6 展 望

CARP在心臟特異性表達，并參與心臟的形成和發育，維持心肌正常的結構和功能，誘導血管新生等多種功能。在許多形式的心臟肥大和心力衰竭的心室中，因其表達明顯增高而被視為心臟肥厚的標志物。CARP的過表達可能與各種心肌損傷和心臟組織收縮功能惡化相關。對其進行更深入的研究不僅有助于闡明肌肉發育的分子機制，而且可為藥物干預防治心血管疾病提供一個新的視野。

[1]Srivastava D.Making or breaking the heart：from lineage Determination to morphogenesis[J].Cell,2006,126(6)：1037-1048.

[2]Chu W,Burns BD,Swerlicks RA,et al.Identification and characterization of a novel cytokine-inducible of a novel cytokine-inducible nuclear protein form human endothelial cells[J].BiolChem,1995,270(18)：10236-10245.

[3]章有章,查錫良,李 剛,等.生物化學與分子生物學[J].科學技術出版社,2005,37(10)：26.

[4]Jeyaseelan R,Poizat C,Baker RK,et al.A novel cardiac restricted target for doxorubicin.CARP,a nuclear modulator of gene expression in cardiac progenitor cells and cardiomyocytes[J].J Biol Chem,1997,272(36)：22800-22808.

[5]Zou Y,Evans S,Chen J,et al.CARP,a cardiac ankyrin repeat protein,is downstream in the Nkx2.5 homeobox gene pathway[J].Development,1997,124(4)：793-804.

[6]BaumeisterA,Arber S,Caroni P.Accumulation of muscle ankyrinrepeat protein transcriptreveals local activation of primary myotube endcompartments during muscle morphogenesis[J].J Cell Biol,1997,139(5)：1231-1242.

[7]Kuo H,Chen J,Ruiz-Lozano P,et al.Control of segmental expression of the cardiac-restricted ankyrin repeat protein gene by distinc tregulatory pathways inmurine cardiogenesis[J].Development,1999,126(19)：4223-4234.

[8]Sedgwick SG,Smerdon SJ.The ankyrin repeat：a diversity of interactions on a common structural framework[J].Trends Biochem Sci,1999,24(8)：311-316.

[9]Park JH,Liu L,Kim H,et al.Identification of the genes involved in enhanced fen retinide-induced apoptos is by parthenolide in human hepatoma cells[J].Cancer Res,2005,65(7)：2804-2815.

[10]Laganiere J,DebloisG,Lefebvre C,et al.Location analysis of estrogen receptor alpha target promoters reveals that FOXA 1 defines a domain of the estrogen response[J].Proc Natl Acad Sci USA,2005,102(33)：11651-11656.

[11]Susan ES,Yubin S,Jeffrey M,et a1.Novel actions of cardiac ankylin repeat protein[J].International Congress Series,2007,1302：53-64.

[12]Oliver Z,Marcus F,Alexander M,et a1.Cardiac ankyrin repeat protein,a negative regulator of cardiac gene expression,is augmented in human heart failure[J].Biochemical and Biophysical Research Communications,2002,293：1377-1382.

[13]Han HC,Austin KJ,Nathanielsz PW,et a1.Maternal nutrient restriction alters gene expression in the ovine fetal heart[J].J Physiol,2004,558：111-120.

[14]劉文玲,胡大一.ANK2基因突變導致的遺傳性心律失常[J].中國心臟起搏與心電生理雜志,2006(1)：13-15.

[15]Zolk O,Marx M,Jackel E,et al.Beta-adrenergic stimulation induces cardiac ankyrin repeat protein expressiont involvement of protein kinase A and calmodulin-dependent kinase[J].Cardiovasc Res,2003,59(3)：563-572.

[16]De Waard V,van Achterberg TA,Beauchamp NJ,et al.Cardiac ankyrin repeat protein(CARP)expression in human and murine atherosclerotic lesions activin induces carp in smooth muscle cells[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2003,23(1)：64-68.

[17]Gotthardt M,Hammer RE,Hübner N,et al.Conditional expression of mutantMline titins results in cardiomyopathy with altered sarcomere structure[J].Biol Chem,2003,278(8)：6059-6065.

[18]Alan RC,Janet S,Wang W,et a1.Osteopontin modulates angiotensin II induced fibrosis in the intact murine heart[J].J Am Coil Cardiol,2004,43：1698-1705.

[19]BoenglerK,Pipp F,Fernandez B,et al.Arteriogenesis is associated with an induction of the cardiac ankyrin repeatprotein(carp)[J].Cardio Vasc Res,2003,59(3)：573-581.

[20]ShiY,Reitmaier B,Regenbogen J,et al.CARP,a cardiac ankyrin repeat protein,is up-regulated during wound healing and induces angiogenesis in experimental granulation tissue[J].Am J Pathol,2005,166(1)：303-312.

[21]Yasushi Aihara,Masahiko Kurabayashi,Yuichiro Saito,et a1.Cardiac Ankyrin Repeat Protein is a Novel Marker of Canine Hypertrophy Role of M-CAT Element Within the Promoter[J].Hypertension,2000,36：48-53.

[22]IharaY,SuzukiYJ,K ittaK,et al.Modulation of gene expression in transgenic mouse hearts overexpressing calsequestrin[J].Cell Calcium,2002,32(1)：21-29.

[23]Aihara Y,Kurabayashi M,Saito Y,et al.Cardiac ankyrin repeat pro tein is a novel marker of cardiac hypertrophy：role of M-CAT element within the promoter[J].Hypertension,2000,36(1)：48-53.

[24]史 強,魏英杰,胡盛壽.CARP蛋白與心臟病[J].醫學研究雜志,2008,37(10)：18-21.

[25]李向東,彭 艷,肖 驊,等.P38和CARP的表達與大鼠心肌梗死后心肌重塑的關系[J].山東醫藥,2009,49(29)：4-6.

[26]Baumeister A,Arbor S,Caroni P.Accumulation of muscle ankyrin repeat protein transcript reveals local activation of primary myotube endcompartments during muscle morphogenesis[J].J Cell Biol,1997,139：123l-1242.

[27]Zolk O,Frohme M,Maurer A,et al.Cardiac ankyrin repeat protein,anegative regulator of cardiac gene expression,is augmented in human heart failure[J].Biochem Biophys Res Commun,2002,293(5)：1377-1382.

[28]姜升陽,徐 明,張幼怡.GATA結合蛋白4在心臟發育及心肌重塑中的作用[J].生理科學進展,2008,39(4)：302-306.

[29]Han HC,Austin KJ,Nathanielsz PW,et al.Maternal nutrient restriction alters gene expression in the ovine fetalheart[J].J Physio,2004,558(pt 1)：111-120.

[30]Chen CL,Lin JL,Lai LP,et al.Altered expression of FHL1,CARP,TSC-22 and P311 provide insights into complex transcriptional regulation in pacing-induced atrial fibrillation[J].Biochim BiophysActa,2007,1872(3)：318-329.

[31]毛煥元,曹林生,梁國芬,等.心臟病學[M].北京：人民衛生出版社,2001：77-79.