TRIM家族在病理性心肌肥厚中作用的研究進(jìn)展

薄祥薇，楊明明，陳立娟

(1.東南大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210009; 2.東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院 心內(nèi)科，江蘇 南京 210009)

病理性心肌肥厚是指心臟在病理性刺激(壓力或容量負(fù)荷增加、瓣膜性心臟病等)下做出的細(xì)胞反應(yīng)，可引起心肌細(xì)胞沿縱軸方向增大、胚胎基因表達(dá)上調(diào)、心肌收縮功能下降，并伴有細(xì)胞凋亡和心肌纖維化等不可逆過程，最終可導(dǎo)致心力衰竭[1]。已有研究顯示，錯(cuò)誤折疊蛋白和受損細(xì)胞器的聚集可導(dǎo)致心肌肥厚。泛素蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)和自噬是控制蛋白質(zhì)質(zhì)量的兩個(gè)最重要的生物機(jī)制。E3泛素連接酶是泛素化過程十分重要的酶，絕大部分的三聯(lián)基序(TRIM)蛋白屬于E3連接酶家族，在泛素化過程中發(fā)揮底物識(shí)別作用[2]。泛素化過程由E1泛素激活酶、E2泛素綴合酶和E3泛素連接酶協(xié)調(diào)作用完成[3]。人體中存在80多種TRIM蛋白，大多數(shù)具有E3泛素連接酶活性，在細(xì)胞中發(fā)揮多種功能，包括細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)、發(fā)育、凋亡、蛋白質(zhì)質(zhì)量控制、先天免疫、自噬和致癌等作用。多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與心肌肥厚的調(diào)節(jié)，并在內(nèi)外各種因素影響下形成一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。在心臟中關(guān)于MuRFs(Muscle Ring Fingers)的研究最早最多[4- 6]，隨著對E3連接酶的認(rèn)識(shí)越來越深，有研究發(fā)現(xiàn)TRIM8、TRIM32、TRIM24、TRIM10、TRIM45也和心肌肥厚的發(fā)生存在相關(guān)性。TRIM家族蛋白和心肌肥厚的相關(guān)性引起了本課題組的興趣。作者就目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的TRIM蛋白水平變化與心肌肥厚的相關(guān)性及其機(jī)制作一介紹。

1 TRIM蛋白在心肌肥厚中的作用

1.1 MuRFs

MuRFs屬于E3連接酶家族，含有RBBC結(jié)構(gòu)，但其缺乏B-box 1，僅含有一個(gè)B-box 2結(jié)構(gòu)， C端具有COS和ACID結(jié)構(gòu)域，MuRFs之間僅卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域不同[7]。決定MuRF蛋白特異性的結(jié)構(gòu)是位于RING指和B-Box之間的一個(gè)特定的MuRF家族域(MFC)[8]。已知MuRF 1、2和3主要在心肌和骨骼肌中特異性表達(dá)，它們可以形成同型或異型二聚體，能夠通過降解肌小節(jié)蛋白和調(diào)節(jié)心肌肥厚相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，影響心臟發(fā)育、心肌收縮力和心肌大小。

MuRF1可抑制心肌肥厚。既往研究表明，MuRF1在體外負(fù)調(diào)節(jié)去氧腎上腺素(PE)誘導(dǎo)的心臟肥大[4]，在體內(nèi)減輕壓力超負(fù)荷(PO)誘導(dǎo)的心臟肥大[9- 10]。MuRF1可定位于細(xì)胞內(nèi)的多個(gè)位點(diǎn)：(1) MuRF1可與細(xì)胞質(zhì)中微管結(jié)合，而在肌小節(jié)中MuRF1是唯一結(jié)合肌聯(lián)蛋白的MuRF家族成員[11]；(2) MuRF1還定位于心肌細(xì)胞的核周區(qū)域，在新生大鼠心肌細(xì)胞(NRVM)中，激動(dòng)劑刺激使MuRF1在核周區(qū)域的免疫染色增加；(3) MuRF1還可體內(nèi)定位于神經(jīng)肌肉接頭下方的質(zhì)膜，從而促進(jìn)煙堿乙酰膽堿受體轉(zhuǎn)換[12]，在心肌細(xì)胞調(diào)節(jié)膜蛋白更新和內(nèi)吞中發(fā)揮功能。以上現(xiàn)象表明，MuRF1可能通過多個(gè)途徑抑制心肌肥厚，對心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)、基因表達(dá)和信號(hào)傳導(dǎo)都有廣泛影響。

MuRF1抑制心肌肥厚的具體機(jī)制較為復(fù)雜，涉及多條信號(hào)通路。在培養(yǎng)的心肌細(xì)胞中，MuRF1通過抑制細(xì)胞中蛋白激酶C(PKC)介導(dǎo)的信號(hào)發(fā)揮抗心肌細(xì)胞肥大的作用[13]。一項(xiàng)主動(dòng)脈束(AB)誘導(dǎo)的小鼠心肌肥厚模型研究顯示，在壓力超負(fù)荷的情況下，MuRF1通過下調(diào)鈣調(diào)磷酸酶(CaN)負(fù)調(diào)控病理性心肌肥大[14]。另有研究表明，MuRF1可通過抑制氨基末端激酶(JNK)信號(hào)來減輕胰島素樣生長因子-1(IGF-1)介導(dǎo)的生理性心臟肥大[15]。此外，心臟中MuRF1的過度表達(dá)引起房室壁變薄和心臟功能障礙[9]，提示MuRF1過表達(dá)可能會(huì)促進(jìn)心力衰竭。MuRF1限制心肌肥厚的機(jī)制對于肥厚型心肌病和心力衰竭的治療可提供思路，然而各信號(hào)通路間的連接關(guān)系仍待進(jìn)一步探索。

MuRF2和MuRF3是另外兩個(gè)與MuRF1具有高度同源性的蛋白質(zhì)[6]。MuRF2至少有4種亞型表達(dá)，其中27 kDa亞型是心臟特異性的，參與心肌細(xì)胞生成和胞內(nèi)信號(hào)傳遞的過程。在肥大的心肌細(xì)胞中，敲低MuRF2 p50A亞型會(huì)使微管修飾復(fù)合物失調(diào)，影響心肌細(xì)胞中肌原纖維的生成。在成熟的心臟肌節(jié)中，內(nèi)源性的MuRF2可以與m帶結(jié)合，并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，在從肌節(jié)到細(xì)胞核的信號(hào)傳遞中發(fā)揮了重要作用[16]。MuRF1和MuRF2兩者關(guān)系密切，它們在功能上有相似之處。MuRF1和MuRF2都通過調(diào)節(jié)正常心臟發(fā)育所必需的E2F轉(zhuǎn)錄因子，參與發(fā)育過程中生理性心肌肥厚的調(diào)節(jié)，同時(shí)缺乏這兩種蛋白會(huì)導(dǎo)致骨骼肌和心臟肥大的發(fā)展[16]。一項(xiàng)隊(duì)列研究顯示，肥厚性心肌病患者中MuRF1和MuRF2罕見變異的患病率均高于對照組，提示MuRF1和MuRF2的罕見突變體與人類肥厚型心肌病有關(guān)[17]。MuRF1和MuRF2的單一改變不會(huì)造成嚴(yán)重的病理改變，但同時(shí)缺乏或突變會(huì)導(dǎo)致骨骼肌和心肌的嚴(yán)重肥大，由此推測MuRF1和MuRF2可能是共同控制肌肉質(zhì)量的。

MuRF1和MuRF3都是微管相關(guān)蛋白，定位于肌節(jié)，在UPS依賴的肌球蛋白的降解中起重要作用[18]。MuRF1和MuRF3與可泛素化降解肌球蛋白重鏈(myosin heavy chain, MHC)結(jié)合，避免MHCβ/slow和MHC Ⅱa的沉積造成的肌病。MuRF1和MuRF3缺失或突變的患者會(huì)出現(xiàn)因肌球蛋白聚積和碎片化肉瘤聚集導(dǎo)致的心肌病和骨骼肌病[18]。MuRF1和MuRF3缺失的小鼠出現(xiàn)MHC的異常積累以及骨骼肌和心肌的超微結(jié)構(gòu)異常，肌原纖維斷裂和肌肉功能嚴(yán)重下降，從而導(dǎo)致肌球蛋白儲(chǔ)存性肌病(MSM)和肥厚型心肌病[19]，這兩種疾病都與MYH7基因內(nèi)的突變有關(guān)，該基因編碼MHCβ/slow蛋白。有新的研究發(fā)現(xiàn)，蛋白聚集相關(guān)性肌病(PAM)都是由MuRF1和MuRF3的缺失和突變引起的，這一研究將MuRF1和MuRF3的功能擴(kuò)大到所有以蛋白質(zhì)在肌肉纖維中積累為特征的肌肉疾病中，包括肌原纖維性肌病(MFM)、肌動(dòng)蛋白病和MSM等[18]。在缺乏MuRF2和MuRF3的小鼠中也觀察到心臟表現(xiàn)出收縮和舒張功能下降，測量到MHCβ/slow表達(dá)增加，可見MuRFs在維持骨骼肌和心肌中蛋白質(zhì)質(zhì)量中具有相似的功能[20]。此外，在缺乏MuRF3的小鼠心臟中發(fā)現(xiàn)4個(gè)半LIM結(jié)構(gòu)域蛋白2(FHL2)和γ-纖維蛋白水平異常，F(xiàn)HL2可通過活化T細(xì)胞核因子(NFAF)誘導(dǎo)心肌肥大，γ-纖維蛋白可通過細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1、2(ERK1、2)，絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路促進(jìn)心肌肥大。生化分析表明FHL2和γ-纖維蛋白是MuRF3降解的目標(biāo)，MuRF3通過泛素化降解FHL2和γ-纖維蛋白發(fā)揮阻斷心肌肥厚的作用[21]。

MuRF家族除了顯著抵制或負(fù)調(diào)控心肌肥厚過程，在代謝和能量轉(zhuǎn)換過程中也發(fā)揮作用。3種MuRFs的代謝物是多種重疊途徑的最終產(chǎn)物。既往的一項(xiàng)代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，小鼠心臟的MuRF1-/-、MuRF2-/-和MuRF3-/-的代謝組發(fā)生了相似的改變，對心臟有益的3種代謝物——牛磺酸、肌醇和硬脂酸，在MuRF1-/-、MuRF2-/-和MuRF3-/-心臟中的改變具有顯著性，這3種MuRF蛋白都是調(diào)節(jié)牛磺酸、肌醇和硬脂酸所必需的[22]。在一項(xiàng)研究高脂飲食誘導(dǎo)的糖尿病性心肌病的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，患者M(jìn)uRF2蛋白水平增加約20%，缺乏MuRF2可導(dǎo)致糖尿病性心肌病的加重。有研究顯示，MuRF2和MuRF3都是通過調(diào)節(jié)過氧化物酶體增殖因子激活受體α/γ(PPARα/γ)活性來防止高脂飲食誘導(dǎo)的糖尿病心肌病[23- 24]，由此可進(jìn)一步表明，MuRF2和MuRF3在能量代謝途徑中也起著重要作用。此外，MuRFs也可能有助于診斷急性心肌梗死(AMI)。有人發(fā)現(xiàn)MuRF3-/-小鼠在AMI后更容易發(fā)生心臟破裂[21]。一項(xiàng)臨床研究發(fā)現(xiàn)，AMI早期MuRF1、MuRF3及另一個(gè)不屬于TRIM家族的Rnf207在血漿中水平顯著上升，它們可能是人類AMI的新型且敏感的生物標(biāo)志物。以上研究表明，MuRFs在疾病狀態(tài)期間對心臟代謝具有明顯的保護(hù)作用。

1.2 TRIM8(RNF27)

TRIM8的N端為典型的RBBC結(jié)構(gòu)，包含兩個(gè)B框，C段不含有任何結(jié)構(gòu)。TRIM8在心肌肥厚和心肌細(xì)胞凋亡過程中發(fā)揮作用。有研究發(fā)現(xiàn)，人類擴(kuò)張型心肌病患者和胸主動(dòng)脈縮窄術(shù)小鼠心肌中TRIM8的表達(dá)上調(diào)[25]。在小鼠模型中分別上調(diào)和敲低TRIM8的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)TRIM8過表達(dá)會(huì)加速病理性心肌肥厚過程，缺乏則會(huì)阻礙這一過程。為探究其機(jī)制，測量了絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路的改變，發(fā)現(xiàn)TRIM8缺失的心肌細(xì)胞中P38和JNK1/2信號(hào)的激活變遲鈍，轉(zhuǎn)化生長因子β活化激酶1(TAK1)是P38和JNK1/2的上游激活因子，加入TAK1抑制劑可減輕TRIM8誘導(dǎo)的心肌肥厚[25]。以上結(jié)果表明，TRIM8通過激活TAK1-P38/JNK1/2依賴性信號(hào)通路加劇壓力超負(fù)荷引起的心肌肥厚。另有研究發(fā)現(xiàn)，在高糖高脂(HGHF)誘導(dǎo)的小鼠心肌凋亡過程中，TRIM8能夠通過調(diào)節(jié)核因子E2相關(guān)因子(Nrf2)抗氧化途徑加劇HGHF誘導(dǎo)的小鼠心肌細(xì)胞凋亡[26]。在腦和肝臟中也發(fā)現(xiàn)了相同的結(jié)果，TRIM8缺乏可降低炎癥和凋亡，減輕缺血再灌注導(dǎo)致的損傷[27- 28]。TRIM8在其他器官中是否也具有促細(xì)胞凋亡作用有待進(jìn)一步探索。

1.3 TRIM32和TRIM24

TRIM32在心肌肥厚過程中起保護(hù)作用。Chen等[29]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在AB誘導(dǎo)的心肌肥厚的小鼠心肌中、血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的新生小鼠心肌細(xì)胞(NRCMs)中以及心力衰竭的人類心臟中，TRIM32蛋白的含量都下降，表明TRIM32與心力衰竭和心肌肥厚的過程相關(guān)。后續(xù)實(shí)驗(yàn)[30]發(fā)現(xiàn)，在AB誘導(dǎo)的心肌肥厚小鼠中，缺乏TRIM32顯著提升蛋白激酶B(AKT)的激活，過表達(dá)TRIM32呈現(xiàn)相反的結(jié)果，加入AKT抑制劑逆轉(zhuǎn)了TRIM32缺陷造成的心臟肥大。由此說明，TRIM32通過抑制AKT依賴的信號(hào)通路在AB介導(dǎo)的病理性肥大中起保護(hù)作用。

血清反應(yīng)因子(SRF)信號(hào)誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大的過程中需要Dysbindin蛋白的參與，TRIM32可通過泛素化降解Dysbindin蛋白，減弱其促肥大作用，而TRIM24是Dysbindin的心臟特異性結(jié)合伴侶，發(fā)揮促心肌肥厚的作用[31]。TRIM24與Dysbindin的結(jié)合可保護(hù)Dysbindin免受TRIM32引起的蛋白酶體降解，加強(qiáng)了Dysbindin介導(dǎo)的RhoA-SRF信號(hào)激活和促心肌肥大作用。基于TRIM32在心肌肥厚中的保護(hù)作用，TRIM32可能成為心肌肥大和心力衰竭治療的新靶點(diǎn)。

值得注意的是，過表達(dá)TRIM32導(dǎo)致培養(yǎng)的心肌細(xì)胞數(shù)量減少。細(xì)胞存活率分析(MTT測定)、原位末端轉(zhuǎn)移酶標(biāo)記技術(shù)(TUNEL分析)和免疫染色均顯示TRIM32可減弱細(xì)胞活力、促進(jìn)細(xì)胞凋亡。TRIM32通過激活p53/caspase-3/-7和抑制XIAP信號(hào)通路，強(qiáng)烈促進(jìn)心肌細(xì)胞的凋亡[30,32]。TRIM32保護(hù)凋亡誘導(dǎo)因子，發(fā)揮促細(xì)胞凋亡作用，降低細(xì)胞活力，即使抑制了肥大，TRIM32也會(huì)由于增加的細(xì)胞死亡而促進(jìn)心力衰竭，因此將TRIM32作為治療心肌肥厚的靶點(diǎn)仍存在風(fēng)險(xiǎn)[32]。

1.4 TRIM10

TRIM10是TRIM家族成員最常見的，N端為常規(guī)的RBBC，PRY/SPRY結(jié)構(gòu)域則在C端。TRIM10蛋白的表達(dá)上調(diào)可促心肌細(xì)胞肥大，并在心肌細(xì)胞缺氧損傷中發(fā)揮作用。在原代培養(yǎng)的大鼠乳鼠中，敲低內(nèi)源性的TRIM10表達(dá)后，可減輕心肌細(xì)胞肥厚程度，抑制與心肌肥厚相關(guān)的ANP、BNP mRNA的表達(dá)，同時(shí)降低AKT和ERK1/2的磷酸化水平，過表達(dá)TRIM10則呈現(xiàn)與敲低TRIM10相反的結(jié)果。由此推測，TRIM10蛋白與心肌細(xì)胞肥大具有相關(guān)性，TRIM10蛋白可通過AKT和ERK信號(hào)通路調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞肥大[33]。另一項(xiàng)大鼠乳鼠心肌細(xì)胞缺氧/復(fù)氧模型實(shí)驗(yàn)中觀察到，TRIM10還可能通過pJNK/p-P38MAPK途徑介導(dǎo)加重心肌細(xì)胞缺氧/復(fù)氧損傷[34]。

1.5 TRIM45

TRIM45除了C端常規(guī)的RBBC結(jié)構(gòu)，N端的FIL為其特有結(jié)構(gòu)。CaN-NFAT是協(xié)調(diào)心臟肥大性反應(yīng)非常重要的一條信號(hào)通路[35]。TRIM45可與熱休克家族蛋白DNAJB6以及膜轉(zhuǎn)運(yùn)家族蛋白SLC25A3發(fā)生相互作用，共同阻斷CaN介導(dǎo)的心肌肥厚。DNAJB6蛋白屬于熱休克蛋白家族，為心肌病的靶向抑制因子，能夠通過與NFATc3相互作用抑制NFAT依賴性熒光素酶的熒光活性[36]。SLC25A3也能強(qiáng)烈抑制NFAT依賴性熒光素酶的熒光活性,SLC25A3基因缺失會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的心肌肥大，并伴有心室擴(kuò)張和心臟功能下降[37]。TRIM45基因在成人的骨骼肌、腦、胰腺、心臟組織表達(dá),同樣能夠強(qiáng)烈抑制NFAT依賴性熒光素酶熒光活性。這些結(jié)果表明，TRIM45、SLC25A3、DNAJB6都是心肌肥厚抑制因子，3者可能通過形成復(fù)合物來共同抑制心肌肥大[38]。

2 小 結(jié)

心肌肥厚及心力衰竭對人類健康的危害受到越來越多的關(guān)注，迫切需要機(jī)制探索以阻斷疾病進(jìn)展。有研究發(fā)現(xiàn)，錯(cuò)誤折疊蛋白的產(chǎn)生和堆積是心肌肥厚產(chǎn)生的重要原因，而蛋白質(zhì)質(zhì)量控制的兩個(gè)最重要的過程是自噬和泛素化。TRIM蛋白可以作為多種疾病的重要調(diào)節(jié)劑，包括癌癥、炎癥性疾病、傳染病、神經(jīng)精神疾病、染色體異常和發(fā)育性疾病。越來越多的研究證明，TRIM家族在心肌肥厚、心肌細(xì)胞凋亡、心衰，甚至是其他器官血管疾病的缺血再灌注損傷中扮演重要角色。若能通過機(jī)制研究尋找到抑制心肌肥厚同時(shí)不造成心衰的平衡點(diǎn)，有望為心肌肥厚的臨床治療提供嶄新思路。