FKBP12.6與心血管疾病和神經退行性疾病研究進展

宛明 謝伶 徐輝 劉歡 韓仁文

(南昌大學 1生命科學學院，江西 南昌 330031；2撫州醫(yī)學院基礎醫(yī)學部；3東華理工大學撫州師范學院教育系；4南昌大學轉化醫(yī)學研究院 生物工程藥物及技術國家地方聯(lián)合工程研究中心)

心血管疾病和神經退行性疾病是困擾人類健康的重要疾病，尤其是對老年人群。他克莫司結合蛋白(FKBP)12.6是一種內質網(wǎng)鈣離子釋放通道蘭尼堿受體(RyR)結合蛋白，在介導心血管疾病和神經退行性疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用，本文主要對FKBP12.6與心血管疾病和神經退行性疾病研究進展進行綜述。

1 FKBP12.6的結構

1.1FKBP12.6 他克莫司(FK)506是真菌大環(huán)內酯類抗生素，具有免疫抑制作用。1994年Timerman等〔1〕在研究鈣離子通道RyR的結合蛋白時發(fā)現(xiàn)一種新的FK506結合蛋白，其分子量約為12.6 kD，命名為FKBP12.6。FKBP12.6屬于FKBPs家族成員，此家族成員分子量從12到135 kDa，是FK506和雷帕霉素(Rapamycin)這類免疫抑制劑主要的胞內作用靶點。FKBP12.6由108個氨基酸組成，基因定位于2p21-2p23。基因由3個內含子、4個外顯子部分組成，基因上游-58～-24區(qū)和-106～-79區(qū)含有Ets-1、Sp家族等轉錄因子的結合位點〔2〕。FKBP12.6的表達較為廣泛，在心肌及多種平滑肌中都有表達，如膀胱肌、肺平滑肌、腸平滑肌〔3〕，尤其在神經系統(tǒng)如腦組織及胸腺組織中表達豐富。

1.2RyR 細胞胞質中鈣離子濃度控制著細胞多種基本活動，胞內鈣庫肌質網(wǎng)/內質網(wǎng)通過控制鈣離子釋放和釋放后鈣離子流入，參與調控胞內鈣離子的濃度穩(wěn)定。鈣信號在生命活動的調節(jié)中具有非常重要的地位，肌質網(wǎng)/內質網(wǎng)中鈣離子的釋放由兩種不同的配體門控通道控制：三磷酸肌醇受體鈣通道(IP3R)和RyR。IP3R在全身各種組織中廣泛分布，而RyR主要存在于可興奮性細胞，如肌細胞和神經細胞等。RyR有4個亞基，每個亞基的分子量約為565 kD，包圍著一個中央鈣離子通道。1個FKBP12.6可以與1個RyR亞基結合，使通道穩(wěn)定地處于關閉狀態(tài)。外源性的FK506和Rapamycin可以特異性、高親和性地結合FKBP12.6形成藥物-FKBP復合物，使FKBP12.6從鈣離子釋放通道RyR上解離。FKBP12.6的去除將導致通道不穩(wěn)定，可能大量打開和更長時間的開放，導致鈣離子釋放增加，胞內鈣信號調節(jié)紊亂，引發(fā)多種疾病。這在多種類型的細胞中已經被證實，如肝門靜脈、膀胱平滑肌、腦室、輸精管、腸、心肌細胞和肺動脈等。Weidelt等〔4〕在膀胱平滑肌中使用免疫抑制藥FK506和Rapamycin，觀察到自發(fā)性瞬時外向電流活動(STOC)增加。Guangju等〔5〕在研究中發(fā)現(xiàn)，和野生型動物相比較，F(xiàn)KBP12.6基因敲除模型的膀胱平滑肌細胞內觀察到更多的STOC、鈣火花幅度和頻率，其機制是RyR活性增加。同樣，若RyR通道重新結合FKBP12.6則功能可以恢復。這些研究表明，F(xiàn)KBP12.6通過穩(wěn)定RyR通道的活性在受體介導的鈣離子釋放中起重要作用。

2 FKBP12.6參與的信號通路

FKBP12.6與FK506結合形成的復合物可與鈣調磷酸酶(CaN)結合，抑制CaN的去磷酸化活性。生理狀態(tài)下CaN可以使胞質的T細胞活化核因子(NFAT)去磷酸化，去磷酸化的NFAT進入細胞核，促進T淋巴細胞調節(jié)因子如白細胞介素(IL)-2的轉錄，激活免疫系統(tǒng)。當CaN的去磷酸化活性被抑制后，NFAT入核減少，從而抑制IL-2的產生，導致了免疫抑制〔6〕。另一方面，一種FK506的結構類似物Rapamycin也可以從通道上移去FKBP12.6，生成Rapamycin-FKBP復合物。此復合物可以干擾哺乳動物Rapamycin靶蛋白(mTOR)并阻止其功能〔7〕。mTOR是一類可以調節(jié)生長和細胞周期進程的蛋白激酶，其活性被抑制后細胞毒性T細胞的增殖被抑制，從而發(fā)揮免疫抑制活性。

3 FKBP12.6與心血管疾病

心肌、血管平滑肌等可興奮性細胞中鈣離子的調控至關重要。Xin等〔8〕報道敲除FKBP12.6基因可導致小鼠心肌細胞的鈣釋放異常，有趣的是僅雄性FKBP12.6基因敲除(FKBP12.6-/-)小鼠發(fā)展成心肌肥大。而雌性基因敲除鼠給予雌激素受體阻斷劑，如它莫西芬則才可誘導其發(fā)生心肌肥大。肖云飛等〔9〕提出下丘腦-垂體-性腺軸在FKBP12.6缺失介導的性別差異性心肌肥大中發(fā)揮重要作用。Previlon等〔10〕報道，心臟特異性過表達FKBP12.6的小鼠在胸主動脈結扎模型中，心肌肥大和心力衰竭的多種分子標記物表達顯著減少，表明FKBP12.6對預防心肌肥大的發(fā)生具有保護作用。

FKBP12.6與心律失常的發(fā)生也密切相關。Jérémy等〔11〕發(fā)現(xiàn)解除FKBP12.6和RyR通道的穩(wěn)定結合，導致舒張期心臟的肌質網(wǎng)(SR)鈣泄漏和胞內鈣離子濃度異常增加，這些可以觸發(fā)致命性心律失常。同樣，在心力衰竭和心肌病的心臟中FKBP12.6的表達減少，F(xiàn)KBP12.6和RyR的數(shù)目比例降低，表明FKBP12.6從RyR通道解離。研究發(fā)現(xiàn)FKBP12.6敲除小鼠有更大的可能發(fā)展為房顫，可能是由于FKBP12.6-RyR不正常的相互作用導致SR中鈣離子釋放異常，從而導致房顫的發(fā)生和維持〔12〕。FKBP12.6表達下調已被認為是心臟發(fā)生心律失常和功能惡化的一個重要前期分子標志物。反過來，在離體的心肌細胞和轉基因小鼠中過表達FKBP12.6，恢復心臟中FKBP12.6與RyR的結合，可以阻止室性心律失常，并保護部分心肌梗死后的心力衰竭〔13〕。

心肌肥大和心律失常的發(fā)生導致心功能障礙，長期將導致心功能衰竭。Huang等〔14〕在野生型和FKBP12.6基因突變小鼠中通過心肌梗死造成心力衰竭，在這個模型中發(fā)現(xiàn)恢復FKBP12.6和RyR受體之間的結合可以改善心肌缺血后的心功能，防止心衰的發(fā)生，恢復心臟正常的功能。

綜上所述，在心臟上調FKBP12.6的表達，或重新關聯(lián)FKBP12.6與RyR的結合可以作為改善心臟功能的方法，為治療多種形式的心臟疾病提供了一個潛在的治療策略。

4 FKBP12.6與神經退行性疾病

FKBP12.6在神經系統(tǒng)有相對較高的表達水平，可能參與調節(jié)突觸可塑性、行為可塑性和記憶形成的信號通路。Gant等〔15〕發(fā)現(xiàn)在老年大鼠和早期阿爾茨海默病(AD)患者的海馬中FKBP12.6基因表達下調。在正常小鼠中，通過siRNA干擾下調FKBP12.6的表達，發(fā)現(xiàn)幼年小鼠即表現(xiàn)出衰老小鼠表型，表明擾亂FKBP12.6的功能會誘發(fā)海馬神經元中鈣調節(jié)異常及老化表型。海馬中FKBP12.6的表達下調可能是導致RyR不穩(wěn)定和鈣失調的分子機制之一〔16〕。鈣調節(jié)異常及老化又可能會導致學習、記憶的損害〔17〕和AD的發(fā)生〔18〕。過度表達FKBP12.6可以抵消老化等引起的神經衰退〔19〕，Gant發(fā)現(xiàn)在老年癡呆小鼠中高表達FKBP12.6可增強記憶〔20〕。

FKBP12.6不僅具有神經保護作用而且和神經退行性病變有關。重要的是，作為神經系統(tǒng)發(fā)育和重塑的基礎，突觸的功能由RyR和IP3R活性決定，與FKBP12.6關系密切〔21〕。

綜上，F(xiàn)KBP12.6在心血管疾病中研究較多，近些年來更集中于神經退行性疾病。FKBP12.6在腦組織中的表達非常豐富，其隱藏的生物學意義有待于進一步發(fā)現(xiàn)。心血管疾病和神經退行性疾病的發(fā)生發(fā)展原因多樣、復雜，F(xiàn)KBP12.6在可興奮性細胞中維持鈣離子穩(wěn)態(tài)的作用決定了其在心肌肥大、心力衰竭、AD等多種心血管疾病及神經退行性疾病中具有重要的研究價值，可能是治療心血管疾病和神經退行性疾病潛在的靶點，為研究心血管疾病和神經退行性疾病的治療提供新的思路。