核呼吸因子?1在心臟疾病的相關研究進展

侯維娜 王瑞鵑

1邢臺市第三醫院（河北邢臺054000）；2承德醫學院附屬醫院（河北承德 067000）

核呼吸因子?1（nuclear respiratory factor?1，NRF?1）最初發現于細胞色素C的啟動子中；且作為調控因子，調節細胞能量代謝和線粒體mtDNA的轉錄和復制［1-2］。同時，多項研究表明，在心力衰竭、心肌病等心肌細胞功能紊亂情況下，NRF?1在維持線粒體穩態中起著重要的作用［3-4］。本文對NRF?1在心臟疾病的相關研究進行綜合闡述，進而充分了解NRF?1在心臟疾病方面的臨床價值。

1 NRF?1的分子生物學特征

線粒體DNA是細胞線粒體最重要的組成部分，在線粒體內蛋白的生物合成、線粒體的復制及維持線粒體功能的穩定性起著重要的作用［5］。線粒體功能障礙，會引起能量合成功能受損和線粒體DNA突變及拷貝數降低，最終導致細胞的損傷甚至發生凋亡［6］。

NRF?1屬于核呼吸因子家族［7］。研究發現NRF?1作為調控細胞能量代謝的重要因子，不僅可以調控呼吸鏈酶復合體亞基的表達，還能調控線粒體內外膜轉運受體亞基的表達，對細胞線粒體氧化產能過程具有重要調節作用［8］；作為一種重要的細胞核編碼的轉錄調節因子，影響mtDNA的轉錄和復制［9］。此外，NRF?1可介導核和線粒體基因組之間的協調，對抗細胞氧化應激及參與血紅素的生物合成。總之，NRF?1可通過多種途徑維持線粒體的正常功能。

2 NRF?1在細胞能量代謝中的作用

線粒體是細胞能量生成，維持正常生理活動的主要場所，而線粒體的能量代謝主要依靠線粒體有氧呼吸鏈參與［10］。線粒體電子傳遞鏈轉錄的調控需要是細胞核和線粒體DNA編碼的基因共同調節，特別是由少量的核因子（如NRF?1，NRF?2）及共刺激因子PGC?1家族的共同參與激活調節。NRF?1作為轉錄因子與核編碼基因的啟動子，在能量生成中的作用尤其重要。三羧酸循環中琥珀酸脫氫酶（SDH）是由SDHA、SDHB、SDHC、SDHD四個亞基組成的復合體，分別編碼親水性黃素蛋白（SDHA），硫鐵蛋白（SD?HB），兩個疏水的膜錨SDHC和SDHD。琥珀酸脫氫酶的激活對三羧酸循環和電子傳遞鏈的正常運行是不可或缺的［11］。在氧氣充足情況下，NRF?1不僅可以與SDHA多個位點結合，還可以以二聚體的形式特異性的識別SDHA基因的轉錄起始位點，通過調節SDHA表達量的高低起到直接調節SDHA活性的作用。同時，研究發現NRF?1基因可以直接調節線粒體呼吸鏈中的各個復合物相關的基因表達及其活性水平［12］。例如作為電子傳遞起始的線粒體復合物I（NADH脫氫酶），作用是將2H和2電子傳遞給下游的FMN，其亞基上存在著能被NRF?1基因特異性識別的位點。NRF?1的表達量增加，會引起線粒體ATP的產生增加，進一步滿足高耗氧細胞對能量的需求，維持機體的正常運轉［13］。

在乏氧和NRF?1表達量減少時，導致SDHA活性降低，進而抑制復合物II的活性，導致線粒體內琥珀酸的釋放。琥珀酸抑制脯氨酰羥化酶的活性，使低氧誘導因子?1a（HIFa）不被降解，導致胞內蛋白水平迅速增加；其與核孔蛋白結合入核，在細胞核中HIF?a的N末端激活域與HIF?β結合，HIF?1與血紅素結合（Hmox1，ho1）進而促進糖酵解ATP的產生［14］。在哺乳動物細胞通過激活低氧誘導基因反應增強紅細胞生成和改善血管內皮系統功能［15］。總之，NRF?1 在線粒體的能量代謝，維持細胞的正常運作中起著重要的作用。

3 NRF?1在線粒體生物合成中的作用

線粒體轉錄因子A（TFAM）是由核基因編碼的線粒體核心轉錄調控因子，與線粒體DNA具有高親和力，可直接調控DNA的轉錄、復制、重組及空間結構，進而調節線粒體ATP的產生。而NRF?1可調控TFAM的表達，影響mtDNA的轉錄和復制［16］。過氧化物酶體增殖物激活受體輔助激活因子 r?1（PGC?1）在 NRF?1 的強烈誘導下，與其形成共激活因子，作用于TFAM的啟動基因，直接調控線粒體轉錄和復制［17］。研究顯示在人類細胞中，NRF?1可與5%的基因啟動子結合，它可強烈調控細胞的炎癥反應和減輕mtDNA的損傷［18］。另外，NRF?1 基因過表達促進抗凋亡因子（Bcl?2）的表達且抑制了凋亡因子（Bax）的表達，同時也降低了Caspase?3的表達，更有利于維持細胞的穩定及增強抗氧化應激能力［19］。

4 NRF?1與心臟疾病

目前認為心力衰竭主要是細胞線粒體的功能損傷，直接導致線粒體相關蛋白的合成、DNA和脂質合成修飾，進而抑制細胞能量產生，導致細胞的凋亡及壞死，使心肌細胞的收縮功能降低［20］。心肌細胞作為機體高耗能細胞，需要大量的能量供給其龐大的能量需求，線粒體作為能量的產生場所；在新生的心肌細胞中研究發現，為適應富氧的環境，心肌細胞內的線粒體發生迅速的變化，出現線粒體數量及線粒體內膜復雜性的增加，發現NRF?1的表達量的急劇增加和HIF表達量的減少［21］。在缺氧條件下，NRF?1基因的過表達有利于細胞的存活，而且NRF?1基因可改善細胞缺氧狀態，可能是通過提高細胞活力，降低細胞線粒體去極化水平，增加抗凋亡基因表達水平和抑制促凋亡基因的表達水平，從而發揮降低凋亡率的作用。此外，體外藥物刺激心肌細胞，促進NRF?1的表達上調，增加線粒體氧化磷酸化蛋白的表達。以上研究推測，藥物通過刺激或轉錄的方式，使心衰細胞NRF?1的表達增加，引起線粒體DNA及相關蛋白的表達增多，進而達到維持心肌細胞的功能穩定，減慢心肌結構的重構，延長機體的存活時間［22］。

5 結語

NRF?1與心血管疾病的相關研究發現，NRF?1且作為調控因子，調節細胞能量代謝和線粒體DNA的轉錄和復制。在疾病方面的研究，尤其是表現在心力衰竭方面，NRF?1的表達量升高，有助于心力衰竭癥狀的改善，有望成為未來治療心力衰竭的重要手段。目前國內已成功地克隆了NRF?1基因并重組于載體上，為后續研究NRF?1對心衰心肌細胞能量代謝的調控機制提供了實驗材料和研究思路，但是如何通過簡單的方法檢測NRF?1在人體的表達量及如何通過提高NRF?1的表達量用于臨床治療心力衰竭，還需要更多的研究探索。NRF?1有望成為新的心力衰竭標志物及新的治療心力衰竭的藥物運用于臨床。