血清反應因子在心血管疾病中的作用

鐘澤 胡家慶

血清反應因子在心血管疾病中的作用

鐘澤 胡家慶

血清反應因子（serumresponsefactor，SRF）屬于MADS轉錄因子家族的成員之一，是高度保守且廣泛表達的轉錄因子。SRF在成年或發(fā)育期的心肌組織中均有表達，主要與下游靶基因啟動子上特定DNA序列CArG盒[血清反應元件（SRE）的組成部分，CC（A/T）6GG box]結合，調控抗凋亡或促細胞增殖等基因（如IEGs：c-fos、mcl-1、Egr-1）的表達，對外界因素（如：缺血、缺氧等）刺激表現出快速的基因響應，影響心肌細胞的發(fā)育、分化、增殖及凋亡[1-2]。許多輔助轉錄調節(jié)因子蛋白（coactivator/co-repressor，如TCF家族成員Elk-1和MRTFs家族等）與SRF/SRE發(fā)生相互作用，激活與心肌分化、增殖及凋亡相關基因的轉錄。因此，對SRF-CArG box依賴基因轉錄的調控，是影響心肌凋亡/生存的關鍵因素之一[3]。另外，研究表明skeletal a-actin、b-MHC、cardiac a-actin、MLC-2v、dystrophin等收縮類蛋白[4-6]及非收縮類蛋白，諸如參與心臟功能的ANF、肌質網Ca-ATPase（SERCA2）、Na+/Ca2+交換離子通道 NCX1[7-8]均為SRF依賴的基因。由此可見，SRF在調控收縮蛋白基因和收縮功能器官的重要作用充分說明SRF在心臟功能中發(fā)揮著重要的調控作用。

1 血清反應因子與細胞轉化的關系

越來越多的證據表明，SRF可能參與了不同的源細胞的轉化過程。根據不同的細胞類型，SRF可以促進或抑制細胞的轉化，這最終決定了與SRF相互作用的細胞內可用因素的種類和數量。惡性潛在血管平滑肌腫瘤與平滑肌G-肌動蛋白的消失有著一一對應關系，并且與腫瘤平滑肌組織相比，正常細胞中可發(fā)現SRF/ MEF2/NK-2特異性捆綁形成一個包裹的復合物，其在腫瘤轉化期間隨著核SRF可移性發(fā)生改變[9]。其他的研究表明,經歷了間充質轉變后，SRF在上皮腫瘤細胞中過多和高度活躍性。SRF DNA結合活性升高與SRF本身增加的表達,與肌動蛋白和黏連蛋白等所有依賴于SRF的基因呈線性關系。這些變化同紡錘狀形態(tài)的獲得一樣都是依賴RhoA信號通路[10]。

2 血清反應因子對心肌肥大的影響

很多SRF調控的基因都與心肌的發(fā)育和肥大有關，這就提示SRF很有可能參與了心肌結構多數功能性的基因調控。在心肌肥大反應過程中，存在一類功能性紊亂的基因，這類基因表達與正常胚胎發(fā)育時的表達相似，這種現象被稱為感應胎兒基因程序（induction of the"fetal"gene program）。這些基因包括肌球蛋白α/ β亞型、ANF、skeletal a-actin和原癌基因c-fos[8]。這些基因有著顯著的共同特征：具有SRF鏈接位點，即這類基因的啟動子上存在CArG-boxes[11-12]。以上種種跡象都表明SRF是調控induction of the"fetal"gene program的重要轉錄因子。經過研究表明老齡嚙齒動物發(fā)生心肌肥大都伴有SRF表達顯著升高[13]。

在轉基因實驗研究也證實了SRF的這一作用，即低水平的野生型人類SRF在幼年小鼠體內持續(xù)表達都會導致小鼠心肌肥大（心臟重/體重比列上升）、纖維化、原發(fā)性心肌癥甚至是幼年小鼠夭亡[14]。另有文獻報道，心肌特異性地過表達SRF突變體（dnSRF）的轉基因小鼠，SRF不能結合到DNA上，或者不能激活SRF介導的快速轉錄應答活性，同時還會造成越來越嚴重的心肌病變并伴有心肌纖維化，嚴重時甚至導致動物在出生2周內夭亡。對以上小鼠的心臟組織進一步研究發(fā)現，雖然病變心臟內總SRF mRNA和蛋白含量上升了，但是結合DNA的能力卻下降了。轉基因小鼠相對于正常小鼠體型小，并且心肌細胞異常表達SRF依賴的基因 ［（i.e.dysregulation of cardiac a-actin，β-myosin heavy chain,and myosin light chain 2v）］。以上這些研究表明，dnSRF能有效競爭性阻斷內源性的SRF結合到靶基因的作用位點，因此阻斷了細胞生長、分化中信號轉導作用，甚至很有可能還阻斷了細胞間的相互作用。在另外一些心臟過度增生的模型中[15]，SRF介導了去甲腎上腺素誘導的TGF-β上調；心肌細胞培養(yǎng)研究發(fā)現，c-fos激活PKC也是由SRF介導的。SRF介導的這些調節(jié)作用可以被YY1抑制。心室肥大細胞skeletala-actin的激活同樣需要 SRF的 DNA結合功能[16]，dnSRF能夠競爭性地抑制YY1結合到CArG上，上調TGF-β依賴的啟動子的表達。

3 肌肉重塑過程中血清反應因子的變化

血管或氣管平滑肌細胞在重塑過程或某些疾?。▌用}硬化、肺動脈高壓等）發(fā)生、發(fā)展過程中，都會出現異常的平滑肌細胞分裂增殖。淋巴管肌瘤患者的平滑肌細胞，核蛋白S6高度磷酸化，DNA合成增加，p70 S6激酶激活[17]。在這個研究中沒有發(fā)現PI3K異常激活。那么這種PI3K非依賴性的SRF功能激活是不是參與了異常的平滑肌增殖呢？這些疑問都需要去進一步調查研究。

在心肌衰竭的患者體內發(fā)現SRF表型發(fā)生了改變[18]。和正常心臟比較，病變心臟SRF△4，5上升，SRF下降。相似的表型改變在實驗誘導的兔心力衰竭的心臟內也被觀察到了。更為重要的是，SRF△4，5表達會阻斷全長SRF表達，而且會下調SRF依賴的基因表達

4 血清反應因子對心力衰竭中的影響

根據第二臨床癥狀，心力衰竭可定義為一種降低心肌能力來適應生理循環(huán)系統(tǒng)需求的復雜綜合征。引起心臟衰竭的主要病因差異很大,可從結構上的基因突變和收縮蛋白到高血壓、缺血性心臟病和內分泌失調。由于在應激生理系統(tǒng)存在一個維持體內平衡代償機制，心力衰竭中基因的表達方式是一種針對刺激和抑制信號復雜應答的融合體。為了揭示這一過程的分子機制，重要的是要確定影響心肌細胞性能和生長的關鍵目標基因的表達控制。不同的實驗室工作已經證明，SRF是一個許多心臟衰竭過程中表現轉錄應答基因表達的重要的調節(jié)子。這就在調節(jié)基因過程上認為SRF有一個潛在的重要角色，也使理解其在心力衰竭中所發(fā)揮作用的十分重要的意義。

現在公認的解釋為心肌細胞SRF表達失調和/或SRF功能改變不僅誘導了心肌肥大特征基因的早期應答，而且還參與了心力衰竭過程中的基因應答。在嚴重心力衰竭患者心臟中發(fā)現了SRF和caspase的變異體[19-20]。SRF基因很可能發(fā)生了突變，翻譯出的SRF轉錄因子丟失了反式激活區(qū)，從而阻礙了靶基因的激活[21]。Caspase的C-端具有SRF反式激活功能，心力衰竭過程中，caspase活性不斷上升，誘導SRF裂口，產生不含C-端的突變體蛋白，這一突變體不具有SRF反式激活功能，表現出與SRF剪切突變體相似的明顯抑制靶基因激活的作用[18]。以上這些研究表明野生型的SRF表達下降或SRF剪切突變體上升都可能下調SRF依賴的基因表達，同時還可能促使嚴重心力衰竭的發(fā)展惡化[19-20]。

綜上已經提到，在嚙齒動物模型中自發(fā)的年齡依賴性心臟肥大與SRF蛋白的增加相關，盡管其發(fā)生機制目前尚不清楚，但說明SRF的表達水平增加可能是啟動的心肌肥厚基因表達程序的原因[22]。在嚴重的心臟衰竭期間，研究患者患病的心肌組織發(fā)現了所謂的SRF抑制形式的表達增加。盡管它被假定為SRF的抑制形式導致了依賴SRF轉錄的下調，可存在的疑問是，研究觀察到一些基因如ANF（心鈉素），可以通過抑制的SRF上調。針對這種SRF抑制形式影響的系統(tǒng)研究還沒有文獻報道，所以還不清楚有多少其他除了ANF依賴SRF的基因被顯著上調了。為了解決SRF過表達介導心力衰竭的作用問題，Wei和同事做了SRF蛋白過表達的心臟轉基因模型[23]。他們發(fā)現，轉基因小鼠與野生型或SRF突變的小鼠相比，其SRF水平的提高會發(fā)生心臟衰竭，重要的是在這兩種情況下都表現出相似的基因表達模式。這些觀測結果說明SRF在心力衰竭中起著復雜的作用。

5 血清反應因子與老化的聯(lián)系

SRF在衰老中的獨特作用還沒有完全確定。SRF蛋白質在老年大鼠心臟中的細胞核與細胞質中都比年輕成年大鼠中大量增加了。重要的是，在心肌梗死期間，年輕的成年大鼠的心臟是以增加SRF表達的方式作出反應，而老年大鼠則沒有。這種差異的響應可能解釋是，與年齡相關的立早基因誘導的下降，以及隨后而來的適應應激能力的丟失[24]。令人驚訝的是，另一方面，在與更年輕的細胞相比較時，發(fā)現衰老成纖維細胞中SRF DNA的結合能力逐漸下降[25]。這可能起源于衰老細胞內SRF的過磷酸化的出現。這一鮮明的對比可能歸因于肌細胞與纖維母細胞間的基因程序的差異。

6 未來研究展望

盡管細胞培養(yǎng)實驗和轉基因動物模型間有很多明顯差別，但它們是作為結果的表達模式而有用的開始比較，其在心肌肥大上兩個肥厚模型系統(tǒng)中開始形成有關SRF作用的假說。

雖然由SRF控制心肌細胞基因表達的復雜機制初步確切，且從研究平滑肌系統(tǒng)依賴SRF基因表達獲得的數據很可能是有用的。正如已有的文獻中所討論的那樣，依賴SRF基因調控的一個典型的特征是，根據SRF與關鍵輔因子的時間和空間表達，能夠在兩種對立的基因表達途徑中切換，選擇拼接變體SRFS，磷酸化SRF和F-actin與G-actin之間的平衡[26]。作為F-actin穩(wěn)定化的結果，G-actin池的減少通過不充分的特征機制，向核發(fā)出信號，并且足以激活依賴SRF基因的表達[27]。有趣的是，SRF靶基因的有SRE且缺乏相鄰Ets結合位點，會選擇性受肌動蛋白池變化的調節(jié)。這表明肌動蛋白能選擇性地調節(jié)目標基因池與特定的啟動子序列的機制。各種SRF輔助因子也可能導致心臟發(fā)病機制中SRF介導基因表達模式被發(fā)現。在心力衰竭中，有效的轉錄刺激物——myocardin顯著增加，相比之下，正常對照中的抑制性輔助因子——HOP似乎降低了[28]。此外，心肌細胞肥厚性基因的表達受GATA-4調節(jié)，其通過磷酸化激活[29]。

盡管一些重大的進展促進了我們對SRF在有絲分裂應答和在心臟和骨骼肌生物學中作用的認識，但SRF在正?；虿B(tài)的平滑肌中，尤其是心臟和呼吸道平滑肌，其作用還不是完全清楚。SRF參與的轉錄與后轉錄調控網絡的發(fā)現代表著一個巨大的但可行的后基因時代。在人類基因組內可識別所有可能的SRF結合位點。在公認的SRF應答基因中，這些元件的功能意義可由瞬時轉染和用缺失突變體方法體內轉基因研究證明[30]。此外，現在已經成功地應用與人/鼠基因組的比較，這使得骨骼肌特殊基因中識別出全部的已知SRF結合位點。特別在平滑肌中，包含SRF結合位點基因的發(fā)現是由于共表達基因調控區(qū)域的定測，這包括近端5＇側翼DNA以及內含子擴展為成千上萬轉錄啟動子序列的基底。

研究數據間接表明，SRF異常的表達和功能失調可誘發(fā)增生，肥大，和“激活”平滑肌的細胞。是否在其他血管平滑肌增生疾病中都有SRF的表達和依賴SRF的基因功能的異常調節(jié)？如果答案是肯定的，那么在這些情況下長期抑制SRF的功能可能會導致更多的生理性顯型。在動物實驗中，通過刪除SRF基因外顯子1，細胞特定表達的cre可以介導SRF重組和切除，因此，功能性的SRF裸細胞應該可以產生[31]。SM細胞特異性可能通過使用SMC特異性啟動子完成。用一種現有的和組織/譜系特定的方式，這個針對產生用cre表達的細胞株的突變體雙重（或多重）條件的可行性提供了新的工具來研究SRF與其他基因之間的相互作用，并為可能的治療方法開辟了新途徑。

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2013-05-27）

（本文編輯：田云鵬）

311600 建德市第一人民醫(yī)院心血管內科