FKBP1B基因對心腦血管系統作用的研究進展

高 一，呂 陽，劉理想，張國梁

(吉林省農業科學院 畜牧科學分院， 公主嶺 136100)

FKBP1B(FK506 binding proteins 1B，FKBP1B)含有108個氨基酸，分子量為12.6×103，是一種免疫親和素受體蛋白。FKBP1B是FK506結合蛋白(FK506 Binding Proteins，FKBPs)家族低分子量成員，根據自身的分子量大小，FKBP1B也被命名為FKBP12.6。此外，FKBP1B也被稱為KBP1L(FK506 Binding Protein 1-Like)[1]和Calstabin2[2]。目前發現FKBPs包含20多種類型，在哺乳動物中至少存在8種。作為受體類蛋白，它們能夠與免疫抑制劑FK506和雷帕霉素(rapamycin，RAP)特異性結合[3]。其中FKBP1B與FK506結合，通過抑制鈣調磷酸酶(CaN)活性，從而抑制免疫反應[4]。FKBP1B還具有肽基脯氨酰異構酶活性，與蛋白結合能夠起到穩定作用[3]。FKBP1B的3個氨基酸(Gin31、Asn32和Phe59)是FKBP1B結合到蘭尼堿受體(ryanodine receptor 2，RyR2)通道上非常重要的位點[5]。FKBPs家族中研究較多的就是FKBP1B和FKBP1A(FKBP12)，并且FKBP1B與FKBP1A氨基酸序列同源性高達88%[1]。除此之外，FKBP1B基因編碼區序列在多種哺乳動物中具有高度同源性和保守性，在25種哺乳物種中，108個氨基酸中僅存在10個氨基酸發生替換的現象[5]。在人類的幾種組織中發現FKBP1B含有一個大小為45 bp的可變剪接體和一個終止密碼子的插入片段[1]。

在肌細胞中，FKBP1B在封閉狀態下能穩定結合RyR2，調節肌漿網的鈣誘導的鈣釋放(calcium induced calcium release，CICR)，發揮調控Ca2+作用。而后Ca2+從肌漿網腔釋放到胞質中，被各種需要Ca2+參與的信號過程所利用，確保機體活動正常運行。目前實驗證實，FKBP1B主要分布于心肌、腦組織和平滑肌等組織，且在腦組織中表達較高[6,7]。在心肌中，盡管FKBP1B的含量要顯著低于FKBP1A，但FKBP1B對于RyR2有更高的親和性，可以優先與RyR2結合[8]。FKBP1B參與心臟發育、老化，心肌細胞表型分化、心臟結構形成和心臟脈搏啟動等活動，對心臟疾病如心肌肥厚[9]、心臟衰竭[10]、心率失常[2]等發揮重要調控作用；FKBP1B也參與神經退行性疾病發生，具有促進神經再生和神經元保護功能[4,11]。盡管FKBP1B還有很多方面的功能需要探索，但目前研究熱點主要集中在心臟與神經系統兩個方面。

1 FKBP1B與心臟

1.1 FKBP1B與心臟疾病

1.1.1 FKBP1B與心力衰竭

研究發現，在心力衰竭的患者心肌中RyR2磷酸化程度增多，在犬的心力衰竭模型中也有類似發現，無論是體內實驗還是體外實驗對RyR2進行磷酸化都會導致結合到RyR2大分子復合物上的FKBP1B量減少，進而增加RyR2通道開放的可能性[12]。此外，心力衰竭實驗結果表明，交感神經張力會長期處于增高狀態，且通過cAMP依賴蛋白激酶A(protein kinaee A，PKA)途徑使RyR2高度磷酸化RyR2，RyR2-Ca2+的位點通道與FKBP1B受體結合力降低，導致RyR2復合體中FKBP1B受體減少，從而引起肌漿網上的Ca2+釋放通道異常開放[13]。在犬的心力衰竭實驗中，應用JTV519(苯并噻氮卓衍生物)可抑制FKBP1B與RyR2分離，進一步改善Ca2+滲漏[14-15]。這些資料顯示一旦RyR2磷酸化，與其結合的FKBP1B與RyR2發生分離，RyR2上Ca2+通道開放異常引發Ca2+滲漏最終導致心力衰竭。

1.1.2 FKBP1B與心肌肥厚

在小鼠FKBP1B敲除模型中，雄性和雌性小鼠表現出相似的異常，但僅雄性小鼠出現心肌肥大，雌性小鼠心臟未發生異常。用雌激素受體拮抗劑它莫西芬處理雌性FKBP1B敲除小鼠，出現心肌肥厚癥狀[16]。研究者認為FKBP1B調節心肌興奮收縮耦聯，而雌激素在Ca2+調節異常導致的心肌肥厚性反應中起保護作用。此外，相關實驗發現過表達FKBP12.6可減弱胸主動脈收縮(TAC)誘導的小鼠心肌肥厚，并且FKBP12.6能夠通過抑制Ca2+介導的信號通路，防止心臟心肌肥厚，提示FKBP1B參與心肌肥厚調控過程并發揮保護作用[9,17]。但也有研究證明腺病毒介導的FKBP12.6過表達可誘導新生鼠心肌細胞肥厚和凋亡，并且在人的肥厚型心肌病的分子遺傳學研究結果表明FKBP1B可能并非致病基因[18-19]。于是關于FKBP12.6在心肌肥厚中的作用仍存在爭議，但也要考慮或許是由于兩者實驗對象不同所造成的，尤其是人的機體更為復雜，樣本量采集困難等因素影響，因此需要后續更多的實驗進行分析驗證。

1.1.3 FKBP1B與心律失常

室性心律失常引起的心臟猝死是一個主要原因，但目前預防心律失常的藥物治療不能提供令人滿意的結果，因此對新的抗心律失常策略提出需求。Wehrens等[2]進行了FKBP1B基因敲除實驗，發現運動會引起小鼠心室性心律失常，導致心臟猝死。通過1,4-苯并噻唑衍治療增強FKBP1B對RyR2的親和力，穩定了RyR2的封閉狀態，防止了引起心律失常的Ca2+滲漏。且有其他資料顯示，過表達FKBP1B或是增加FKBP1B與RyR2親和力可以改善通道缺陷，進而改善心律失常[20]。這些結果提示FKBP1B-RyR2通路參與心律失常調控，通過增強FKBP1B對RyR2的結合力可能是治療常見室性心律失常的一種治療手段。除了FKBP1B蛋白外，與細胞內Ca2+處理有關的如鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶II (CaMKII)、Na/Ca交換蛋白(NCX)、RyR和I Na- late[21]都作為治療心律失常的新靶點，但在臨床應用成為現實之前，更深入地了解長期藥物效應是必要的。

1.2 FKBP1B與心臟發育和老化

在胚胎發育中，FKBP1B主要表達于心臟，且表達量較高，但隨著心臟發育，FKBP1B的表達量降低，并集中于心房。同時心肌細胞分化和FKBP1B基因表達具有一致性：小鼠胚胎發育過程中心肌細胞能夠增殖，而在小鼠出生后增殖停止；FKBP1B也在整個心臟發育過程表達，在小鼠出生后其表達能力局限于心房[22]。說明FKBP1B參與心臟發育、形成的過程，并且對心肌細胞的舒縮耦聯具有重要作用。心臟老化是心臟功能障礙和其他心臟疾病的主要原因之一。研究FKBP12.6基因敲除小鼠發現FKBP12.6的缺失導致了細胞周期抑制劑p16和p19升高，增強心肌纖維化，細胞死亡，以及更短的端粒。并且實驗小鼠出現心臟的胰島素信號增強，AKT磷酸化、mTOR活性增強以及自噬功能受損現象[23]。這些結果證實FKBP12.6的基因缺失促進了心臟衰老，并表明AKT/mTOR通路的激活在這一過程中起著機械作用。

1.3 心臟中FKBP1B對RyR2調節機制

心肌細胞中，Ca2+是參與收縮-舒張偶聯過程的重要物質，一旦Ca2+濃度異常，將會導致心臟電信號傳導速度減慢、心室收縮功能紊亂，進而導致心功能失常[14,24]。目前已知的Ca2+通道有RyRs通道和三磷酸肌醇受體(inositoll，4,5-trisphosphate receptor，IP3R)通道[25]，在過去的幾十年里，RyRs和IP3R的研究極大地促進了研究人員對心衰、心律失常、心肌肥厚、肌肉病變、癲癇等各種疾病的生理功能和病理機制的理解。其中RyR2通道作用效果是IP3R通道的50多倍，所以肌漿網膜上的RyR2通道是心肌收縮偶聯過程中最重要的一種離子通道[12,26]。RyR2能夠與FKBP1B、鈣調蛋白(calmodulin)、PKA、蛋白磷酸酶I(protein phosphatase-1，PPI)等結合發揮相應調控作用[27]。因此，FKBP1B可通過與肌漿網上的RyR2結合，穩定Ca2+通道，維持心肌細胞的穩定性和興奮性進而保證心率穩定和心臟正常泵血。當RyR2被PKA磷酸化，FKBP1B從RyR2上分離，RyR2對CICR敏感性提高，大量的Ca2+從肌漿網流出，胞漿內鈣超載，引發心臟舒縮功能紊亂。

2 FKBP1B與腦神經

2.1 FKBP1B與神經系統

FKBPs家族具有促進神經元再生和神經元保護作用，且對多種中樞神經系統疾病如阿爾茨海默癥、帕金森病有顯著影響，且在神經系統中又以FKBP12、FKBP51和FKBP52研究較多[4]，FKBP1B的研究則相對較少。FKBP1B在腦組織如海馬、杏仁核中廣泛表達，Ca2+對神經細胞生長、分化、新陳代謝、胞外分泌和細胞凋亡等具有調控作用[4]。在多種物種中，Ca2+失調與衰老相關的認知功能障礙有關，在死后阿爾茨海默病(AD)的大鼠和小鼠AD模型得到驗證[28-29]。FKBP1B在肌細胞中能夠結合RyR2，調節Ca2+釋放。在心肌細胞中，FKBP1B的基因缺失能夠引發Ca2+從RyR2脫離。因此，推測FKBP1B在神經元中可能通過RyR2來調節Ca2+，進而發揮相關功能。

雷帕霉素可以取代RyR2上的FKBP1B，使得細胞內的Ca2+釋放增加[30]。RyRs參與了大腦神經元Ca2+失調過程[31]，且雷帕霉素增加了Ca2+電流[32]，提示神經元中FKBP1B的結合可以穩定RyR2通道，調控Ca2+釋放。有資料顯示FKBP1B基因在老齡大鼠海馬和早期阿爾茨海默氏病中表達量降低[33]，那關于大鼠海馬區FKBP1B基因表達隨著年齡的增長而降低，其在生命早期開始下降，在認知缺陷出現中后期會繼續下降的研究也進一步證實這一結果[34]。干擾幼鼠海馬區FKBP1B的表達，慢后超極化(slow afterhyperpolarization，sAHP)增加，Ca2+失調。與幼小動物相比，老齡動物海馬神經元的Ca2+依賴型sAHP更大，即隨著年齡的增長，海馬體內的其他Ca2+介導的電生理反應隨之增強[35]。反之，大鼠海馬區過表達FKBP1B，負調控細胞內Ca2+反應，逆轉衰老相關的Ca2+失調和認知障礙[29]。這些資料表明FKBP1B是神經元關鍵的Ca2+穩態和認知過程調節因子，并在在衰老過程中表達減弱或下降。此外，大鼠海馬區過表達FKBP1B，除了減少老年大鼠的記憶缺陷，還能夠選擇性地抵消了基因轉錄調控37%的衰老誘導基因的表達變化[35]。與認知過程并行的一種新型的協調大腦結構組織的轉錄網絡會隨著衰老而失調，但因FKBP1B而得到恢復。因而，FKBP1B或許為預防甚至逆轉大腦衰退提供一種新的治療靶標。

2.2 大腦中FKBP1B對RyR2和L-VGCC調節

大腦衰老與多種Ca2+參與的過程相關，其中調控海馬CA1神經元最主要的兩個路徑為L型電壓門控鈣通道(L-VGCC)和RyRs[34]。FKBP1B干擾實驗結果證明FKBP1B抑制大腦神經元和肌細胞中RyR2介導的CICR。并且FKBP1B能夠明顯抑制VGCC電流產生，為FKBP1B通過VGCCs來抑制Ca2+進入細胞以及RyRs介導的Ca2+胞內釋放提供了初步依據[33]。目前還不清楚FKBP1B如何調控VGCCs，但可以明確的是在VGCCs-RyR途徑中，FKBP1B通過CICR增加Ca2+。L-VGCC位于RyR的上游，RyR與在VGCC-RyR通路中的FKBPs結合，VGCC-RyR通過CICR增加Ca2+[34]。因此，FKBPs可能通過與RyRs的結合進一步影響VGCCs來調節Ca2+電流，更為直接的解釋是FKBP1B通過一個尚未確定的互作來直接調節VGCC的活動。

2.3 FKBPs抑制mTOR通路

FKBP1B除了與RyR2復合物結合外，還與細胞通路相互作用。FKBP1B/1 A通過與免疫抑制劑雷帕霉素結合能夠抑制mTOR通路中的基因，調控大腦細胞生長和可塑性[35-36]。雷帕霉素對FKBP-RyR和FKBP-mTOR有相反的作用，減弱了FKBP對RyRs抑制，但增強了FKBP對mTOR抑制。提示FKBP1B/1 A和mTOR的相互作用與FKBP1B/1 A依賴性RyRs調節Ca2+釋放作用是獨立的。FKBP1A能夠反向調控大腦mTOR通路而不依賴雷帕霉素[36]，但過表達FKBP1B，mTOR通路24個基因中僅有Hif1an和Nfkb1基因發生變化[37]，統計學角度來講mTOR通路沒有被對FKBP1B敏感性基因所覆蓋，反應出FKBP1B并不能夠如FKBP1A單獨調控mTOR通路，同時也說明FKBP1B的基因組效應不受mTOR途徑介導。

2.4 大腦中FKBP1B降低的因素

海馬區FKBP1B表達量降低是Ca2+失調表型發展的關鍵因素，這種下降可能是由于表達減少或翻譯后的修改造成的。結合分析FKBP1B對VGCCs和RyR2調節，并對FKBPs的多個路徑進行了假定的老化效應，表明了雷帕霉素對FKBP-RyR和FKBP-mTOR通路的反向調控。破壞海馬FKBP1B功能可以誘導Ca2+失調，這與老化過程中出現的類似損傷模型一致，于是提出了FKBP1B降低可能是觸發初始老化的原因。一種可能是在衰老過程中，海馬神經元和神經膠質細胞的代謝發生變化，重要能量蛋白質的生物合成減少，尤其是FKBPs[38]。另一種可能與激素有關，例如腎上腺素(糖皮質激素)長期作用于大腦老化，對大腦的影響隨著年齡的增長而改變[39]，其也能增強海馬依賴的Ca2+sAHP[40]。此外，鹽皮質激素能夠降低FKBP1B表達，并增強RyR介導的Ca2+釋放[41]。因此，激素和/或代謝變化可能導致FKBP1B表達/功能下降。

3 展望

無論是在心臟還是腦神經元中都存在FKBP1B基因表達，并且能夠依賴RyR2受體通道模式調節Ca2+釋放，發揮相關的功能作用。盡管生命有機體是一個龐大精密而復雜的系統，不能僅靠單個基因或是單條信號通路調控，但是FKBP1B為解決心臟疾病或是神經系統衰老、功能障礙等問題提供了新靶點。相信通過研究人員的不懈努力，更多的實驗數據結果積累，心腦血管系統疾病發生機制的面紗將被揭開。同時為其他組織器官FKBP1B的表達和功能是否依賴于RyR2-Ca2+機制達到調控目的提供參考依據。