DJ-1在心肌缺血再灌注損傷中的研究進展

李果，王麗岳

(1.武漢科技大學醫學院，武漢 430080；2.武漢科技大學附屬普仁醫院心血管內科，武漢 430080)

急性心肌梗死的發病率呈逐年升高趨勢[1]，而實現冠狀動脈血流再灌注是治療急性心肌梗死最有效的手段，但心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI)會影響再灌注治療的效果[2]。MIRI發生的機制主要包括活性氧類生成增加、鈣超載、炎癥反應、線粒體功能障礙、細胞凋亡及自噬、內皮細胞損傷等[3]。MIRI與約50%的心肌梗死面積密切相關[4]，因此有效防治MIRI可顯著促進心肌梗死患者心功能的恢復。研究顯示，帕金森病相關蛋白7(Parkinson′s disease protein 7，PARK7/DJ-1)的表達水平可顯著影響患者MIRI的嚴重程度[5]。DJ-1可參與調節多種與心血管系統保護作用相關的生物活性分子及信號通路，包括磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)/內皮型一氧化氮合酶(enzyme endothelial nitric oxide synthase，eNOS)、核轉錄因子紅系2相關因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2)、胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)1/2、缺氧氧誘導因子1以及AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)等[6-8]。可見，DJ-1是心血管系統的重要保護因子。現就DJ-1在MIRI中的研究進展予以綜述。

1 DJ-1概述

DJ-1于1997年由Nagakubo等[9]首次發現，被認為是一種絲裂原依賴性癌基因。DJ-1基因位于第1號染色體短臂遠端1p36.2～p36.3，長度約24 kb，含有8個外顯子，其中外顯子2～7為編碼序列，負責編碼由189個氨基酸組成的DJ-1蛋白[10]。

DJ-1蛋白屬于C56肽酶蛋白家族，常以同源二聚體形式存在，主要分布于細胞質和線粒體膜間隙中，在細胞遭受氧化應激時，DJ-1聚集在線粒體中，若氧化應激持續，DJ-1則會進一步向細胞核轉位，并發揮抗氧化應激的作用[11]。DJ-1蛋白在真核和原核生物中廣泛表達，具有高度同源性，在人體大腦、心臟、腎臟及睪丸等器官組織中的表達最為豐富[12]。DJ-1是一種多功能蛋白，參與人體的各種病理生理活動，包括抵抗氧化應激、調節細胞自噬和凋亡、維持線粒體穩態、介導細胞惡性轉化及受精等[13-15]。

2 DJ-1與心血管系統

DJ-1在心血管系統的各種病理生理活動中發揮重要作用，心肌正常形態結構的維持和生理功能的發揮均有賴于DJ-1的穩定表達，多種與氧化應激、能量代謝障礙、自噬過度激活相關的心血管疾病均出現DJ-1基因缺失。Billia等[16]研究發現，在正常心臟組織中DJ-1高表達，而在心力衰竭終末期心肌組織中DJ-1的表達顯著減少，提示DJ-1正常表達對心臟功能具有保護作用。Shimizu等[17]研究證實，DJ-1缺失的小鼠在缺血再灌注誘發的心力衰竭中表現出更嚴重的左心室擴張、心功能障礙、心肌肥厚和纖維化，而使用病毒載體方法過度表達活性形式的DJ-1可顯著降低心力衰竭的嚴重程度。同時，DJ-1裂解成蛋白水解活性形式是一種內源性應激反應，旨在保護心臟免于發生再灌注后心力衰竭，DJ-1的激活在緩解MIRI中具有重要的臨床意義。在生理情況下，心肌組織中的DJ-1可激活自噬，抑制心肌肥厚的發生[18]，而DJ-1基因缺失則可導致氧化應激并引起高血壓[19]。Won等[20]研究發現，DJ-1可通過介導一氧化氮的生成參與調節小鼠血管的收縮性和血壓水平，為高血壓的臨床治療提供新思路。另外，DJ-1還可通過負性調控人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)的表達影響Akt的表達，在擴張性心肌病的發生、發展中發揮重要作用，同時參與這一病理過程的還包括細胞凋亡信號調節激酶1/p38促分裂原活化的蛋白激酶、肽基脯氨酰異構酶1信號通路等[21]。

3 DJ-1與MIRI

過表達DJ-1的小鼠心房肌細胞HL-1細胞系可通過延遲線粒體通透性轉換孔開放、誘導線粒體伸長、維持線粒體功能穩定發揮抗缺血再灌注損傷的作用[5]；而DJ-1缺乏則與缺血再灌注后心肌梗死嚴重程度增加有關，同時還與壓力過載引起的心力衰竭和永久性心肌缺血后左心室功能不全相關[22]。有學者通過建立HL-1心肌細胞缺氧/復氧模型發現，敲除DJ-1基因的HL-1細胞內自噬體增多、Beclin-1表達上調，同時微管相關蛋白1輕鏈3-Ⅰ轉化為微管相關蛋白1輕鏈3-Ⅱ的自噬標志過程增強，而該過程可被氧自由基清除劑N-乙酰-L-半胱氨酸(N-acetyl-L-cysteine，NAC)阻斷，表明DJ-1可通過拮抗氧自由基介導的Beclin-1上調，發揮抗MIRI的作用[23]。DJ-1作為一種內源性的細胞保護蛋白，還可通過降低糖化應激防止缺血再灌注誘導的心力衰竭的發生[17]。Xin等[24]研究發現，過表達DJ-1可抑制PTEN的表達、增強PI3K/Akt通路活性、減少活性氧類的產生、減輕細胞凋亡，從而降低心肌細胞對缺血再灌注損傷的敏感性。但在糖尿病心肌中，DJ-1的表達顯著減少，導致PTEN表達上調、P13K/Akt信號通路的活性被抑制，進而導致心肌組織對缺血再灌注損傷的耐受性降低，同時對缺血后處理等保護性措施的敏感性降低[25]。DJ-1廣泛參與各種病理生理活動，在抵抗氧化應激、調控信號通路、維持線粒體功能穩定、調控自噬與凋亡等過程中發揮重要作用，而這些過程中涉及的多種生物活性分子與信號通路均在MIRI中發揮重要作用，包括PI3K/Akt、eNOS、ERK1/2、Nrf2、AMPK/mTOR、缺氧誘導因子1以及血紅素加氧酶1等[6-8,26]。由此可見，DJ-1在MIRI中發揮保護作用的途徑呈多元化。目前關于MIRI的保護性研究主要包括缺血預處理、缺血后處理、遠端缺血預處理、遠端缺血后處理、藥物預處理、針刺穴位以及物理治療等[27-28]，DJ-1在這些過程中均發揮重要作用。

3.1DJ-1與缺血預處理 心肌組織具有保護自身免受MIRI的能力。Murry等[29]對犬冠狀動脈前降支進行4個5 min為周期的短暫缺血再灌注循環，結果顯示，犬冠狀動脈前降支供血區心肌梗死面積顯著減小，這一過程被稱為缺血預處理，即預先給予心肌幾次短暫的缺血再灌注處理，提高心肌組織對缺血缺氧的耐受性，減輕MIRI程度。臨床實踐中也發現了類似缺血預處理的現象，如“warm-up”現象[30]，“warm-up”現象是指少數患者首次活動后出現心絞痛，間隔一段時間后再次做同等量的活動，心絞痛癥狀可減輕或消失。心肌缺血預處理的作用機制主要包括內源性活性物質釋放、級聯信號轉導通路開啟以及保護性激酶激活，DJ-1在其中發揮重要作用，介導缺血預處理對MIRI的保護作用。Dongworth等[5]研究發現，DJ-1基因敲除小鼠對缺血預處理減小心肌梗死面積的作用具有部分抗性，野生型小鼠缺血預處理減小心肌梗死面積的保護效應顯著優于DJ-1基因敲除小鼠；同時缺乏DJ-1基因的成人心臟對內源性缺血預處理的心臟保護效應也產生抵抗，這說明缺血預處理對MIRI的保護作用至少部分依賴于DJ-1的正常表達。

此外，DJ-1也可作為H9C2大鼠心肌細胞缺氧預處理的介質，缺氧預處理可通過ERK1/2信號通路上調DJ-1蛋白的表達，高表達的DJ-1進一步參與缺氧預處理抵抗缺氧/復氧損傷的延遲保護作用[31]。王松[32]研究發現，缺氧預處理可上調DJ-1蛋白的表達，有效緩解模擬心肌缺血再灌注引起的細胞活性降低和乳酸脫氫酶的釋放，抑制丙二醛水平升高，增加多種抗氧化酶的活性，而特異性沉默DJ-1的表達后，缺氧預處理誘導的延遲心臟保護作用被消除，缺氧預處理對模擬心肌缺血再灌注誘導氧化應激的抵抗作用也被逆轉，進一步證實了DJ-1介導缺氧預處理的延遲心臟保護作用。王歡[33]研究發現，經缺氧預處理處理后，心肌細胞中DJ-1的表達顯著上調，DJ-1向線粒體的轉位活動顯著增加；DJ-1可通過維持缺氧/復氧過程中線粒體復合物Ⅰ的活性，保證線粒體呼吸鏈電子的正常傳遞，減少電子外溢造成的線粒體內超氧化物的產生，阻止細胞內活性氧類爆發所致的氧化應激，發揮心肌保護作用。此外，DJ-1還可通過激活Nrf2信號通路，增加超氧化物歧化酶、血紅素加氧酶1等抗氧化酶的表達，實現缺血預處理延遲心臟保護的作用[34]。在實踐中，由于MIRI的不可預見性以及缺血預處理風險與收益的不平衡，導致缺血預處理的臨床應用存在局限性，相信隨著研究的深入，可以為缺血預處理的臨床應用提供更廣闊的前景。

3.2DJ-1與缺血后處理 缺血后處理是指在心肌持續性缺血性損傷發作后，恢復冠狀動脈再灌注前給予心肌反復多次短暫的缺血及再灌注循環治療，從而通過內源性機制保護冠狀動脈內皮功能，減小心肌梗死面積，維持心肌組織活性[35]。缺血后處理最早由Zhao等[36]提出，該研究通過對犬冠狀動脈左前降支進行數次短暫的局部缺血再灌注循環發現缺血面積大幅減小，且心肌細胞水腫程度顯著減輕，血管內皮功能顯著改善。缺血后處理可通過抑制活性氧類生成[37]、增強自噬水平[38]、激活再灌注損傷補救激酶信號通路[39]和神經元型一氧化氮合酶信號通路[40]、抑制鈣離子超載[41]、下調鈣敏感受體表達[42]等降低MIRI。在糖尿病心肌中，缺血后處理對MIRI的保護作用減弱或消失[43]。研究發現，糖尿病心肌中DJ-1表達下調，自噬活動受到抑制，而腺相關病毒介導DJ-1過表達后，AMPK/mTOR信號通路調控的自噬被再度激活，糖尿病心肌對缺血后處理保護作用的敏感性也得到恢復[8]。因此，DJ-1通過激活AMPK/mTOR信號通路上調心肌的自噬功能可能是介導缺血后處理發揮MIRI保護作用的重要機制。

PI3K/Akt信號通路作為經典的心肌保護通路，在缺血后處理的心肌保護中也發揮重要作用。DJ-1可通過抑制PTEN的表達激活PI3K/Akt通路，導致線粒體通透性轉換孔開放延遲，并加速細胞增殖，抑制細胞凋亡，從而發揮抗MIRI的作用，這可能是DJ-1介導缺血后處理發揮MIRI保護作用的又一重要途徑[44]。Liu等[25]研究發現，缺血后處理可減小非糖尿病大鼠缺血再灌注后心肌梗死的面積，并上調心肌組織中DJ-1和磷酸化Akt的表達，抑制PTEN蛋白的表達，在糖尿病大鼠中則無此作用。表明高糖環境對DJ-1表達的抑制阻斷了PI3K/Akt信號通路對糖尿病大鼠心肌缺血再灌注的保護作用，提示有效防控糖尿病對急性心肌缺血的預后具有重要臨床意義。缺血后處理因操作簡便、預期效果顯著，在心臟介入、血管重建、器官移植等領域中均具有良好的應用前景。但缺血后處理的具體作用機制、合適的操作時機目前尚未完全闡明，因此，加強對缺血后處理關鍵分子DJ-1的深入研究，可能提高缺血后處理的臨床應用價值。

3.3DJ-1與藥物預處理 NAC是一種含硫醇的自由基清除劑，還是抗氧化劑谷胱甘肽的前體，被廣泛用于清除氧化應激中的氧自由基[45]。研究證實，NAC對MIRI具有保護作用，NAC可通過小窩蛋白-3/eNOS信號通路減輕糖尿病患者的MIRI[46]。Li等[47]以糖尿病MIRI大鼠為模型，以NAC為干預劑，通過腺相關病毒靶向調節DJ-1，從動物水平證實了NAC可通過上調DJ-1水平抑制PTEN的表達，進而激活PI3K/Akt通路，提高糖尿病心肌對缺血再灌注損傷的耐受性。

白藜蘆醇是一種在葡萄皮和紅酒中發現的天然多酚，具有抗氧化應激能力，可防治MIRI。Abdel-Aleem等[48]研究發現，白藜蘆醇可增強還原型DJ-1的表達，降低腦組織缺血再灌注損傷。由于白藜蘆醇可上調DJ-1的表達，而DJ-1在維持線粒體復合物Ⅰ的活性中具有重要作用，因此推測白藜蘆醇可能通過上調DJ-1的表達，增強MIRI中心肌細胞線粒體復合物Ⅰ的活性，從而發揮心臟保護作用。Zhang等[49]通過建立H9C2細胞缺氧/復氧模型，結合DJ-1小干擾RNA和線粒體復合物Ⅰ特異性抑制劑魚藤酮干預實驗，發現白藜蘆醇可增加DJ-1的表達，誘導DJ-1向線粒體轉位，促進DJ-1與線粒體復合物Ⅰ亞基ND1和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸脫氫酶鐵硫蛋白4的直接結合，進而提高缺氧/復氧后線粒體復合物Ⅰ的活性，并抑制線粒體衍生的活性氧類的產生，而上述過程可被DJ-1小干擾RNA和線粒復合物Ⅰ抑制劑魚藤酮部分阻斷。可見，DJ-1在白藜蘆醇抗心肌細胞缺氧/復氧損傷中發揮重要作用。有資料表明，DJ-1可直接與沉默信息調節因子1結合，激活沉默信息調節因子1去乙酰化酶活性，降低靶蛋白p53的乙酰化水平，從而減少細胞凋亡[50]。Xu等[51]研究證實，DJ-1介導的沉默信息調節因子1激活和p53的去乙酰化是白藜蘆醇發揮抗MIRI作用的重要途徑。

糖尿病心肌組織中DJ-1表達顯著下調，這是糖尿病缺血再灌注心肌易損性增加的重要原因[25]。參附注射液在糖尿病MIRI中發揮重要保護作用，孔曉東等[52]通過觀察參附注射液對糖尿病缺血再灌注心肌中DJ-1蛋白表達及氧化應激水平的影響，發現參附注射液減輕糖尿病MIRI的機制可能與其上調心肌DJ-1蛋白表達、降低心肌細胞氧化應激水平有關。DJ-1在藥物預處理中發揮保護作用的機制與其在缺血預處理、缺血后處理中的作用有部分重疊，聯合上述保護性措施是否可進一步提高DJ-1的表達、增強對MIRI的保護作用是未來的研究方向，對MIRI的防治具有重要指導意義。

3.4DJ-1與MIRI的其他保護性研究 除缺血預處理、缺血后處理及藥物預處理，DJ-1還可在MIRI的其他保護性研究中發揮作用。微RNA(microRNA，miRNA/miR)是一種短的非編碼單鏈RNA，其作為一種重要的基因調節物質，可調節約30%的人類基因轉錄和表達[53]。miRNA可通過與目標信使RNA的互補區結合，導致目標轉錄產物降解或抑制轉錄后翻譯過程，從而參與細胞的生長、分化、遷移和凋亡[54]。研究發現，H9C2細胞中miR-192的過表達可顯著增加缺氧/復氧損傷并誘發細胞凋亡[55]。而DJ-1可通過多種信號通路在心肌缺血再灌注過程中發揮重要保護作用。

類泛素化修飾是一種新型的蛋白質翻譯后修飾方式，小泛素樣修飾蛋白可與底物蛋白共價結合，調控底物蛋白的結構和功能，使類泛素化修飾廣泛參與細胞周期、細胞凋亡、蛋白的定位以及轉錄活性的調控[56]。陳金生[57]研究發現，中度低溫預處理可增加心肌細胞中小泛素樣修飾蛋白1水平，而小泛素樣修飾蛋白1的高表達可拮抗缺氧誘導的線粒體膜電位下降和細胞凋亡，發揮抗MIRI的作用。同時，Shimizu等[22]證實，DJ-1可直接與泛素相關修飾蛋白特異性蛋白酶1和泛素相關修飾蛋白特異性蛋白酶5結合，并通過調節類泛素化修飾來抵抗MIRI。由此推測，DJ-1可能通過調節類泛素化修飾參與中度低溫預處理對MIRI的保護作用，但還有待進一步研究證實。

4 小 結

MIRI是一個復雜的病理生理過程，其發病機制目前尚未完全明確。作為一種重要的多功能蛋白，DJ-1可通過抗氧化應激、減輕細胞凋亡、調節自噬、維持線粒體活性等介導缺血預處理、缺血后處理及藥物預處理等對MIRI的保護作用，但具體分子機制目前尚未完全闡明。關于DJ-1與MIRI關系的研究也僅局限于細胞和動物實驗水平，針對個體的干預試驗尚未廣泛開展，其臨床應用價值還有待證實。相信隨著對DJ-1在MIRI過程中生理作用、調控位點以及作用機制等的深入研究，將為以DJ-1為靶點的MIRI的臨床治療和新藥研發提供新思路。