PTEN調控心肌缺血/再灌注損傷的研究進展

沈淑文(綜述)，李春梅，張興華(審校)

(山東大學附屬省立醫院心內科，濟南 250014)

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PTEN調控心肌缺血/再灌注損傷的研究進展

沈淑文△(綜述)，李春梅，張興華※(審校)

(山東大學附屬省立醫院心內科，濟南 250014)

摘要：第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因(PTEN)是一種新發現的抑癌基因，具有雙特異磷酸化酶活性，在細胞的生長發育、凋亡、遷移、信號傳遞等方面發揮著重要的作用。既往對PTEN的研究大多側重在腫瘤發生、發展的方面。近年來，在心肌缺血/再灌注損傷的研究中，發現PTEN基因及蛋白的表達量發生變化，這提示PTEN在心肌缺血再灌注損傷的發生、發展中發揮著重要的調控作用。

關鍵詞：缺血/再灌注損傷；第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因；預適應；心肌梗死

第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因(phosphatase and tensin homologue deleted chromosome 10,PTEN)是1997年在浸潤性乳腺癌的兩個移植瘤中發現的一種抑癌基因[1]。既往的研究發現，PTEN在腫瘤的發生、發展、轉移等發面發揮著重要的作用。近些年發現PTEN在心血管疾病的發生機制如：心肌重構、心臟肥大、心肌纖維化[2-5]亦發揮著重要的作用。近年來，PTEN與心肌缺血/再灌注損傷機制的相關研究已成為國內外的熱點?，F將PTEN與心肌缺血/再灌注損傷關系綜述如下。

1PTEN的特點

PTEN又名多發性進展期癌突變基因(mutation in multiple advanced cancer,MMAC)位于10q23.3染色體上，全長200 kb，包含9個外顯子和8個內含子，轉錄產物為515 kb mRNA，蛋白產物的相對分子質量為56 000，主要分布在胞質，核膜、核內也有分布。PTEN基因具有脂質磷酸酶活性和蛋白磷酸酶的雙特異磷脂酶活性，其中脂質磷脂酶活性是PTEN的主要作用途徑，這在已知的基因中是十分少見的。

PTEN在體內上下游通路很多，聯系復雜，主要通過磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)、局部黏著斑激酶 (focal adhesion kinase,FAK)、絲裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)等信號通路在體內發揮重要作用。

1.1PI3K途徑PI3K是一種胞內磷脂酰肌醇激酶，具有絲氨酸/蘇氨酸(Ser/Thr)激酶及磷脂酰肌醇激酶的活性，由調節亞基p85和催化亞基p110構成。PI3K被激活時，可將二磷酸磷脂酰肌醇磷酸化為三磷酸磷脂酰肌醇，在3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1的輔助下，使蛋白激酶B(protein kinase B,PKB，因其同時為AKT8逆轉錄病毒癌基因v-akt的產物，所以又被稱為Akt)蛋白上的蘇氨酸磷酸化位點(Thr308)和絲氨酸磷酸化位點(Ser473)發生磷酸化而激活。活化的Akt可以進一步激活多種下游底物，如：Bcl-2/Bcl-xL-associated death promoter(Bad)、Cysteine proteases with aspartate specificity(caspase) 9、核因子κB、內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)、糖原合成酶激酶3 (glycogen synthase kinase 3,GSK-3)，產生控制轉錄、翻譯、細胞周期調控、細胞存活和凋亡等生物學效應。PI3K/Akt信號通路是PTEN主要的下游通路，在心肌缺血/再灌注損傷中發揮重要的調控作用。PTEN具有拮抗PI3K的作用，PTEN通過抑制PI3K的活性，阻斷PI3K/Akt信號轉導通路，進而抑制Akt的蛋白活性，影響其下游的生物學作用。

1.2FAK途徑FAK是一個相對分子質量為125 000的酪氨酸激酶，它不僅缺乏跨膜區，而且不含胞質酪氨酸激酶和其他生長因子受體作用蛋白質常有的SH2和SH3結構域，可見FAK結構的特殊性。FAK是多種信號轉導通路的交匯點，在細胞生長黏附、遷移、增殖等多種生物學功能中具有調節作用。FAK可以與Crk相關底物、類固醇受體輔激活劑、細胞外調節蛋白激酶、生長因子受體結合蛋白2等直接作用,對細胞的增殖、分化、凋亡等發揮調控作用。PTEN可使FAK去磷酸化，抑制FAK活性，從而抑制細胞侵襲和轉移。

1.3MAPK途徑MAPK屬于一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在細胞周期調控中發揮重要的作用。MAPK可激活促細胞分裂素，介導有絲分裂信號向胞核傳導，調節細胞增殖、分化和凋亡。MAPK在多種不同的信號轉導途徑中充當一種共同的信號轉導成分，PTEN可以通過直接抑制MAPK或抑制其上游信號，如Rat sarcoma(RAS)、MAPK/ERK kinase(MEK)及SH2 containing collagen-related proteins(Shc)來抑制MAPK激酶的活性來發揮作用。

2PTEN在心肌缺血/再灌注損傷中的作用

急性心肌梗死是冠心病最嚴重且致命的一種，挽救存活心肌、降低病死率的首要方法是盡早進行再灌注，但有時缺血后再灌注會引起再灌注損傷[6]。心肌缺血/再灌注損傷是指在一定條件下恢復缺血心肌血液供應后，不僅不能使組織、器官的功能恢復反而加重組織器官功能障礙和結構損傷。近年來，PTEN在心肌缺血/再灌注損傷中的作用引起大家的廣泛關注。Ruan等[7]在研究心肌缺血/再灌注模型時發現，與正常大鼠比較，三苯氧胺誘導PTEN失活的大鼠(PTENCKO大鼠)心肌細胞的凋亡指數減少，抗凋亡蛋白Erk、Bcl-2的表達升高。這些數據表明PTEN通過抑制抗凋亡的生存信號通路，在心肌缺血/再灌注中發揮重要的作用，這提示抑制PTEN基因可能會成為保護心肌缺血/再灌注損傷的一種潛在方式。隨后Keyes等[8]在大鼠心肌缺血/再灌注模型中運用Bpv(一種PTEN抑制劑)，抑制PTEN表達，上調PI3K/Akt/eNOS/ERK促生存信號通路，減少心肌梗死面積，改善心功能，參與了心肌的保護作用，推測抑制PTEN的表達可能會在心肌缺血/再灌注損傷中心肌的存活發揮潛在的治療作用。2011年Zu等[9]研究發現在小鼠心肌缺血/再灌注模型中，PTEN在線粒體表達量增加，進而增加了線粒體內的促凋亡蛋白Bax的表達，從而促進心肌凋亡，發生心肌缺血/再灌注損傷。他們又對特異性PTEN敲除的小鼠進行缺血/再灌注研究，發現缺血/再灌注心肌細胞線粒體內Bax蛋白水平下降，心肌存活率增加，從而進一步證明PTEN參與缺血/再灌注損傷可能與其促進心肌細胞凋亡有關，而降低PTEN的表達可以減少心肌細胞凋亡，保護心肌。綜合上述研究，在心肌缺血/再灌注損傷過程中，PTEN發揮著重要的作用，抑制PTEN的表達可以抑制細胞凋亡、促進細胞生存，抑制PTEN的表達可能會成為減少缺血/再灌注損傷的一種有效手段。

2.1PTEN在糖尿病大鼠缺血/再灌注中的作用糖尿病是一種由于胰島素分泌缺陷和(或)胰島素作用障礙所致的以血糖升高為特征的代謝性疾病。持續的血糖升高與長期代謝紊亂可導致全身組織器官，特別是心血管、腎、眼及神經系統的損害及其功能障礙和衰竭。所以糖尿病是心血管疾病發病的高危因素[10]，臨床研究發現，糖尿病患者心血管不良事件發生率較非糖尿病患者更高、更嚴重[11]。王加佳等[12]研究發現，糖尿病大鼠心肌缺血/再灌注期間，DJ-1表達降低，PTEN表達量及心肌梗死面積增加，推測DJ-1對PTEN的抑制作用減弱時，可導致PI3K/Akt信號通路功能障礙，引起心肌梗死面積增加。江夢等[13]在研究參附注射液的作用時發現，參附注射液通過維護心肌細胞的完整性，減少細胞凋亡和炎性介質的釋放，減輕糖尿病心肌缺血/再灌注損傷，推測其對糖尿病大鼠心肌缺血/再灌注損傷的保護作用可能與其抑制心肌細胞PTEN表達從而抑制細胞異常凋亡有關。而且他們進一步研究發現，應用參附注射液后，PTEN表達下調，PI3K表達上調，心肌梗死面積減小，細胞凋亡指數降低，病理學損傷程度減輕，且凋亡指數與PTEN/PI3K呈正相關，提示參附注射液通過下調PTEN表達，上調PI3K表達，激活PI3K/Akt信號通路，減少心肌細胞凋亡，減少心肌缺血/再灌注損傷，推測其保護心肌的機制與其抑制心肌細胞PTEN的活性，激活PI3K/Akt信號通路有關[14]。綜合上述研究，PTEN在糖尿病大鼠心肌缺血/再灌注損傷中也發揮著重要的作用，推測抑制PTEN的表達對糖尿病心肌缺血可能會產生保護作用。

2.2PTEN在藥物治療心肌缺血再灌注損傷靶點的作用藥物作為治療疾病的手段之一，對其藥效學、藥動學的深入研究有助于醫師更好地治療疾病。根據既往的研究報道，PTEN與心肌缺血/再灌注損傷密切相關[15]，因此人們開始考慮部分藥物對心肌的保護作用是通過調控PTEN的表達來實現。如葉皓[16]在研究當歸注射液對大鼠缺血/再灌注損傷保護機制時發現，當歸注射液通過抑制PTEN的表達，減少心肌細胞的凋亡，發揮對心肌細胞的保護作用。近期Tie等[17]研究發現Achyranthes bidentata polypeptides(ABPP)能減少心肌梗死面積、降低肌酸激酶、乳酸脫氫酶水平，減少細胞凋亡，保護心肌細胞，這種降低氧化應激保護心臟的作用與ABPP抑制PTEN的表達，激活Akt水平有關。PTEN作為藥物治療靶點的相關研究正在起步，隨著研究的不斷深入，PTEN可能會成為藥物保護心肌減少灌注損傷中的一個新靶點。此外，有研究發現PTEN在大腦、肝臟、腎臟的缺血/再灌注損傷機制中亦發揮著重要的作用[18-21]。因此推測抑制PTEN的表達可以減少再灌注組織的損傷。

2.3PTEN在缺血預適應中的作用1986年，Murry等[22]首次提出缺血預適應的概念，即冠狀動脈多次短暫的缺血可以增強心肌對隨后長時間缺血的耐受性，減輕缺血/再灌注損傷。大量的實驗及臨床研究已經證實了缺血預適應可以降低心肌缺血后心律失常的發生率和嚴重程度，促進心臟功能的恢復，縮小心肌梗死面積，減輕缺血心肌細胞凋亡。缺血預適應被認為是有效的心臟保護措施。由于心肌缺血發生的時間具有不可預知性，缺血預適應的臨床應用受到很大的限制。但了解其保護心臟的機制，利用保護機制研究其他保護性的干預措施，如藥物干預，在無法實施預適應時發揮保護作用。所以對其保護心肌機制的研究有利于心肌缺血/再灌注損傷的預防和治療，但其保護機制尚未完全被闡明。Cai和Semenza[23]對大鼠離體心臟給予缺血預適應處理，發現缺血預適應能夠誘導PTEN水平和活性的降低，從而激活PI3K/Akt信號通路，減少心肌損傷，發揮心肌保護作用。隨后他們對預適應和PTEN做了進一步研究，發現在心肌缺血預適應模型中，低分子量多肽2基因敲除的小鼠的心肌保護作用被消除，其作用消除是通過阻斷PTEN/Akt的心肌保護信號通路來實現的，由此推測低分子量多肽2在正常蛋白酶體的功能和缺血預處理在心臟中的誘導都是必需的，而且低分子量多肽2的這種功能是通過下調PTEN基因的蛋白表達實現的[24]。Zu等[9]對離體心臟進行缺血預適應研究，發現缺血預適應減少再灌注心肌的梗死面積、細胞凋亡，推測缺血預適應是通過減少再灌注時心肌細胞線粒體內的PTEN及Bax蛋白的表達，而發揮心肌的保護作用。Siddall等[25]對PTEN單倍缺乏體進行研究，發現在心肌缺血/再灌注模型中單倍缺乏體對心肌并無明顯的保護作用，但是在缺血預適應模型中，PTEN單倍缺乏體在4個預適應循環時就產生了對心肌缺血/再灌注損傷的保護作用，而在野生型預適應模型中則需要6個預適應循環才起到保護作用，因此他們推測PTEN單倍缺乏體可以降低由缺血預處理產生心肌保護作用的門檻。綜上所述，缺血預適應可以保護組織，減少損傷。其保護機制與其抑制PTEN的表達有關。因此PTEN在心肌缺血預適應中發揮著重要的作用，預適應通過減少PTEN的表達發揮心肌保護作用。

此外，Cai等[26]對遠隔預適應機制做了研究，發現在遠隔預適應過程中，遠隔預適應可以調節PTEN磷酸化水平，激活信號轉導和轉錄激活因子3，并伴隨白細胞介素10升高，減少再灌注損傷。Choi等[27]在對大腦缺血預適應研究中，發現在大腦發生缺血時，缺血預適應激活PTEN/Akt信號通路，保護腦組織減少損傷。

3小結

PTEN在心肌缺血/再灌注損傷中發揮重要作用?，F階段關于PTEN基因在心肌缺血/再灌注損傷中的研究正處于起步階段，未來將會越來越受到人們的關注。目前其研究還有很多未明，如PTEN是否還存在其他的作用底物、抑制PTEN是否可以預防血管狹窄以及PTEN的抑制會產生什么不良反應等問題均是今后的研究方向，但隨著研究的不斷深入，人們將會更了解PTEN基因在心肌缺血/再灌注損傷中的作用，從而為人類研制抗缺血/再灌注損傷藥物提供基因治療手段的思路。

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PTEN and Myocardial Ischemia Reperfusion InjurySHENShu-wen,LIChun-mei,ZHANGXing-hua.(DepartmentofCardiology,ShandongProvincialHospitalAffiliatedtoShandongUniversity,Jinan250014,China)

Abstract:Phosphatase and tensin homologue deleted chromosome 10 (PTEN) is a newly discovered tumor suppressor gene,which has the function of double specific phosphorylase activity.It plays an important way in cell growth,apoptosis,migration,signal transmission,etc.In the past years,the studies of PTEN mostly focused on the development of tumor.And in recent years,a variety of studies of myocardial ischemia reperfusion injury found that the expression of PTEN gene and protein have changed,suggesting that PTEN also plays an important role in myocardial ischemia reperfusion injury.

Key words:Ischemia reperfusion injury; Phosphatase and tensin homologue deleted chromosome 10; Preconditioning; Myocardial infarction

收稿日期：2015-01-12修回日期：2015-05-30編輯：相丹峰

基金項目：山東省醫藥衛生科技發展計劃(2009QW015)；山東省科學技術發展計劃及優秀中青年科學家科研獎勵基金計劃(2007GG20002045)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.003

中圖分類號：R541. 4

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)20-3654-03