HAX1?1生物學特性及與心血管疾病關系的研究進展

李英蘭　吳世政

青海大學高原醫(yī)學研究中心青海省人民醫(yī)院（西寧 810001）

HAX?1（HS1 associated protein X?1）是 SUZUKI等［1］通過酵母雙雜交系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的一種胞內(nèi)抗凋亡蛋白質，HAX?1主要和造血系統(tǒng)特異性底物蛋白（hematopoietic cell?specific substrate protein 1，HS1）相互作用而發(fā)揮功能。研究發(fā)現(xiàn)它在人類多臟器組織中存在廣泛表達，在細胞內(nèi)優(yōu)先定位于線粒體，也有一小部分在內(nèi)質網(wǎng)和核膜上［2］。近年來，大量研究發(fā)現(xiàn)HAX?1在心血管疾病中作為一種多功能蛋白質參與細胞代謝的調(diào)節(jié)，包括抗細胞凋亡促增殖、鈣內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)控以及細胞氧化應激反應，并且結合特異轉錄因子3′非翻譯區(qū)（UTRs），在mRNA穩(wěn)定性、轉運及翻譯水平調(diào)節(jié)轉錄因子的表達［3］。因此，對HAX?1深入研究必將有助于明確其在心血管疾病發(fā)生、發(fā)展中的影響作用及機制，進一步促進心血管疾病防治新的分子靶點藥物研制。本文就目前HAX1基因表達、HAX?1蛋白功能以及與心血管疾病關系及其影響機制的國內(nèi)外研究進展加以概述。

1　HAX1基因表達

人類HAX1基因位于1號染色體上（1q21），程序化的假基因存在于人類X染色體上，類似的假基因也存在于大鼠和小鼠的基因組，而且HAX1類似序列在許多其他物種中被發(fā)現(xiàn)，包括斑馬魚（鮐魚類）而不是更原始的生物如線蟲、新桿狀線蟲。通過人類、大鼠和小鼠HAX1的mRNA表達數(shù)據(jù)對比分析［4］，結果發(fā)現(xiàn)HAX1廣泛表達于哺乳動物各個組織器官，尤其在睪丸、心臟和肝臟表達水平比較高，在大鼠和人類骨骼肌也顯示相對較高的HAX1表達水平，但在小鼠組織中HAX1表達水平卻非常低。

2　HAX?1蛋白的結構、功能及其作用機制

2.1HAX?1蛋白結構域SUZUKI等［1］研究證實HAX?1分子量35 kd，整個蛋白質由279個氨基酸殘基組成。LI等［5］研究發(fā)現(xiàn)HAX?1主要分布在線粒體的外膜，其N端到達線粒體膜間隙中，而且研究表明其N端氨基酸殘基結構域和Bcl?2蛋白家族的結構序列十分相似，含兩個BH域（BH1，aa40 ?56；BH2，aa74 ?89）。HAX?1和Nip3蛋白具有序列同源性，含有一個與Nip3相對低同源性約100個氨基酸的域，HAX?1也包含一個特定的PEST序列（aa 104?117），被證實與蛋白質快速降解有關，另外，未知功能的酸盒（aa 30?41）主要由谷氨酸和天冬氨酸組成，HAX?1為親水性蛋白質，但是它的C端氨基酸殘基卻是一疏水跨膜區(qū)（TMD，aa 261?273），該部分的結構域比較短，故考慮HAX?1的細胞膜狀結構尚有別的膜整合蛋白參與。

2.2HAX?1在細胞凋亡方面的作用HAX?1被證實通過以下信號通路參與細胞凋亡的調(diào)節(jié)：（1）線粒體相關的Caspase凋亡通路，HAX?1的氨基末端有與線粒體凋亡途徑的Caspase?3及Caspase?9作用的關鍵位點，HAX?1過表達后與上述兩個部位結合，從而抑制Caspase?3和Caspase?9發(fā)揮抗凋亡作用。LEES等［2］研究證實，在HeLa細胞中過表達HAX?1可以抑制Caspase?3的催化活性，而且在細胞凋亡過程中細胞內(nèi)HAX?1水平受Caspase?3的調(diào)控。KOONTZ等［6］研究發(fā)現(xiàn)在線粒體內(nèi)HAX?1與Caspase?9結合，并抑制Caspase?9的活化，達到維持線粒體膜電位穩(wěn)定，保護線粒體膜滲透性孔道來實現(xiàn)其抑制凋亡作用。（2）Hax?1通過調(diào)節(jié)鈣離子穩(wěn)態(tài)，改善鈣超載來發(fā)揮抗細胞凋亡的作用。VAFIADAKI等［7］的研究發(fā)現(xiàn)HAX1可通過與肌漿網(wǎng)鈣離子轉運ATP酶（SERCA2a）和受磷蛋白（PLN）復合物相互作用，通過SERCA2a來調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)內(nèi)鈣離子儲備，從而調(diào)控細胞凋亡。（3）線粒體內(nèi)絲氨酸蛋白酶Omi/HtrA2 信號轉導通路，研究證實［8-9］HAX?1是 Omi/HtrA2的底物蛋白，Omi/HtrA2在細胞凋亡途徑中發(fā)揮酶剪切作用，通過降解HAX?1來調(diào)節(jié)其抗細胞凋亡的作用。（4）LAM等［10］研究證實HAX?1可與內(nèi)溶酶體的雙孔離子通道（TPC）相互作用，HAX?1與TPC結合可以使溶酶體膜電位保持恒定，使溶酶體膜的穩(wěn)定性增加，使溶酶體膜的通透性降低及酶的釋放減少，從而發(fā)揮抗凋亡作用。KANG等［11］發(fā)現(xiàn)HAX?1可與X連鎖凋亡抑制蛋白（XIAP）相互作用結合形成HAX1?XIAP復合物，使得溶酶體膜的穩(wěn)定性增加，避免溶酶體降解而達到抗細胞凋亡的作用。（5）HAX?1通過抗氧化應激反應發(fā)揮抗凋亡作用。朊病毒蛋白是人體組織中尤其中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)普遍存在的一類糖蛋白，研究發(fā)現(xiàn)［12］HAX?1可與其緊密結合后增強了在抗凋亡過程中細胞對氧化應激反應的抵抗力。LAM等［13］研究證實，心肌缺血再灌注過程中，HAX?1過表達可減少過氧化氫誘導的氧化應激反應時的心肌細胞凋亡。

2.3HAX?1調(diào)節(jié)細胞增殖、遷移、黏附及浸潤MEK?KAWY等［14］研究發(fā)現(xiàn)，HAX?1通過與尿激酶型纖溶酶原激活劑受體（uPAR）結合而參與uPAR所調(diào)控的信號傳導通路，過表達HAX?1可使uPAR信號轉導通路增強，從而促進uPAR激活細胞遷移、增殖、黏附及侵襲性。既往已證實RhoA信號通路在細胞的移行、浸潤及黏附過程中起著重要作用，CAVNAR等研究［15］發(fā)現(xiàn)在HAX?1低表達的細胞出現(xiàn)RhoA信號轉導通路減低；而RhoA減少增加了中性粒細胞的黏附聚集能力，減弱了它的移行能力，提示HAX?1通過調(diào)控RhoA信號傳導來調(diào)節(jié)細胞的黏附、移行及浸潤作用。 SIAMAKPOUR?REIHANI等［16］研究發(fā)現(xiàn) HAX?1可與Grb7相互作用，而Grb7蛋白家族在原發(fā)性腫瘤及轉移性腫瘤中普遍存在高表達，主要通過FAK/Grb7復合體介導的信號傳導途徑來調(diào)控細胞的遷移，從而提示HAX?1通過FAK/Grb7參與細胞遷移，比如腫瘤細胞的遷移及浸潤。

2.4HAX?1與mRNA的相互作用在GRZYBOWSKA等［17］的研究中，HAX?1通過與mRNA旳相互作用而發(fā)揮生理功能，HAX?1 mRNA可與DNA聚合酶β結合，影響轉錄效應，在mRNA加工過程中主要發(fā)揮核轉運蛋白的作用。研究還研究中發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶β和HAX?1形成二聚體，由于DNA聚合酶β為堿基修復切除的關建酶，因此它的畸變可以引起基因的不穩(wěn)定以及腫瘤的產(chǎn)生，研究發(fā)現(xiàn)HAX?1在細胞核基因翻譯以及線粒體功能中調(diào)節(jié)聚合酶β的表達水平。同時，ZAYAT等［18］研究證實HAX?1 是一種新發(fā)現(xiàn)的多功能P小體蛋白質，而P小體則被普遍定義為未翻譯mRNA臨時可逆存儲的“容器”，研究表明這種胞漿集合體結構與mRNA的降解以及RNA介導的轉錄后基因沉默效應有關，另外，它還參與調(diào)控了宿主的抗病毒感染能力及細胞增殖，研究提示HAX?1可能參與mRNA的處理過程，調(diào)節(jié)基因轉錄后的表達，并且是應激反應的一部分。

3　HAX?1在心血管疾病中的作用及機制

心血管疾病是全世界發(fā)病率和病死率最高的疾病［19］，隨著國內(nèi)不健康生活方式的流行以及生活水平的提高，心血管疾病儼然已經(jīng)成為影響國人身心健康的首要疾患，目前我國累計約有2.9億心血管病患者，其發(fā)病機制十分復雜，涉及基因、環(huán)境、代謝等多個方面綜合因素。

3.1HAX?1與心力衰竭的關系MATTIAZZI等［20］研究證實，受磷蛋白（PLN）是位于心肌肌漿網(wǎng)（SR）上的磷蛋白質，是重要的Ca2+內(nèi)環(huán)境和心肌收縮的調(diào)控因子，是肌漿網(wǎng)鈣離子轉運ATP酶2（SERCA2）活性和心臟收縮功能的雙向調(diào)控劑。在心肌細胞內(nèi)PLN（aa 16?22）與HAX?1（aa 203?245）緊密結合，一方面增強了HAX?1 的穩(wěn)定性，另外也提高了HAX?1在心肌細胞內(nèi)的存活功能，二者的結合受細胞內(nèi)Ca2+濃度和PLN磷酸化水平的影響，PLN磷酸化或Ca2+水平增加導致HAX?1從PLN分離。HAX?1通過提高PLN在Ca2+轉運系統(tǒng)中的抑制作用，從而減少PLN的數(shù)量及鈣超載。PLN/HAX?1復合體為心力衰竭患者心肌細胞內(nèi)Ca2+循環(huán)及心肌收縮方面提供了藥物作用靶點。在心力衰竭患者中改變SERCA2和PLN水平，減少SRCa2+攝取，從而達到治療心衰目的。JAIDANPOUR等［21］研究證實HAX?1是心肌細胞中調(diào)節(jié)Ca2+濃度的重要蛋白，在體和離體心肌細胞的實驗中均發(fā)現(xiàn)：過表達HAX?1可以降低或減弱Ca2+泵活性，從而使細胞內(nèi)Ca2+濃度降低，最后達到減弱心肌收縮及抑制鈣超載的作用；相反，減少HAX?1表達可使循環(huán)中Ca2+濃度及心肌的收縮力增加。因此，HAX?1是通過調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)鈣離子轉運ATP酶2（SERCA2）泵的活性而達到改善心衰患者心臟收縮功能。HAGHIGH等［22］研究證實：一方面循環(huán)中肌漿網(wǎng)Ca2+（SRCa2+）轉運和釋放是通過HAX?1/PLN復合體進行調(diào)控；另外通過組氨酸鈣結合蛋白HRC介導SRCa2+轉運和釋放的調(diào)節(jié)。循環(huán)中SRCa2+濃度不僅影響心肌細胞收縮，而且也影響心肌細胞存活和心肌重塑，從而在心衰發(fā)生中起著重要的作用。PRASAD等［23］用毛囊角化病小鼠模型進行研究發(fā)現(xiàn)SERCA2單倍劑量不足易引起心衰發(fā)生，研究發(fā)現(xiàn)轉基因模型增加了心肌纖維Ca2+敏感性，SERCA2單倍劑量不足可快速誘發(fā)心肌肥厚、甲狀腺功能減退及死亡，考慮可能和HAX?1表達減少，從而增加了毛囊角化患者在特定條件下更易于發(fā)生心力衰竭的風險。

3.2HAX?1與心肌缺血再灌注損傷每年大約有七百萬人患冠心病，是世界上發(fā)病率和病死率最高的疾病，心肌梗死后出現(xiàn)缺血再灌注損傷及大量心肌細胞死亡。LAM等［24］研究發(fā)現(xiàn)HAX?1可以減少心肌梗死面積，促進缺血再灌注損傷后的心肌收縮功能的恢復，HAX?1對心肌缺血再灌注損傷的保護性機制主要是通過結合氨末端熱休克蛋白90（Hsp90），調(diào)節(jié)IRE?1活性，減弱內(nèi)質網(wǎng)應激反應，下調(diào)Caspase?12和轉錄因子C/EBP同源蛋白，而且HAX?1/Hsp90復合體有助于PLN/SERCA2a復合體的形成，表明HAX?1在心肌細胞中有雙重功能，調(diào)控IRE?1信號通路及調(diào)節(jié)鈣穩(wěn)態(tài)的功能。研究還發(fā)現(xiàn)體內(nèi)外缺血再灌注損傷后導致HAX?1表達減少，HAX?1的過表達可促進心肌收縮功能恢復、心肌梗死面積減少、血漿肌鈣蛋白I濃度下降及減少細胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)［13］HAX?1可以和朊病毒蛋白結合，在缺血性心臟病以及過氧化氫誘導的氧化應激反應中，增強了缺血再灌注損傷心肌細胞的抗氧化應激反應能力，從而使HAX?1在心肌缺血性疾病中發(fā)揮重要的保護作用。

3.3HAX?1對受損心肌細胞的保護作用機制心肌細胞凋亡在缺血性心臟病和心力衰竭等心血管疾病發(fā)病機制中是一個重要的過程。抗心肌細胞凋亡是保護受損心肌、改善心臟功能的重要策略。LAM等［24］研究發(fā)現(xiàn)成人心肌細胞中過表達的HAX?1可增加30%抗細胞凋亡的作用，由此表明HAX?1具有保護心肌細胞避免凋亡的作用。心肌細胞凋亡信號通路除了傳統(tǒng)的死亡受體通路及Caspase信號通路之外，目前研究最多的為線粒體相關的凋亡機制。最近的研究證實［25］HAX?1與心臟疾病發(fā)病機制密切相關，主要與線粒體在心肌細胞凋亡方面生物學相關，心臟中過表達HAX?1可以改善線粒體功能障礙，從而調(diào)節(jié)線粒體膜電位（ΔΨm）、活性氧的生產(chǎn)（ROS）以及鈣超載等，達到抗心肌細胞凋亡，保護缺血再灌注損傷心肌。CAI等［26］近年來在缺血再灌注損傷心肌進行干細胞移植方面做了大量研究，對于HAX?1過表達在干細胞治療心肌梗死的作用機制以及相關信號傳導通路進行了深入研究，研究證實HAX?1介導的Hippo信號傳導在治療心肌梗死后干細胞治療方面起主要作用。

3.4HAX?1在心肌干細胞移植中的作用LIAN等［27］研究證實Yes相關蛋白（Yes?associated protein，YAP）通過激酶級聯(lián)反應來調(diào)節(jié)多能干細胞自我更新、再生以及分化等。近兩年許多研究者把目光聚焦于Hippo對于心肌細胞再生及死亡相關調(diào)節(jié)信號通路方面的研究，IKEDA等［28］對此進行了詳細的綜述。LIN等［29］研究表明HAX1促心肌細胞再生及多能干細胞的分化是通過Hippo?YAP信號轉導通路調(diào)節(jié)心肌干細胞代謝功能及激酶級聯(lián)反應來實現(xiàn)心肌梗死小鼠的心肌保護功能，研究發(fā)現(xiàn)HAX?1過表達可以降低YAP的磷酸化，從而刺激YAP的核轉運，缺氧誘發(fā)相關線粒體心肌干細胞的保護作用，減少心肌缺血造成的心肌瘢痕組織形成的面積。

4　展望

HAX?1是一種多功能蛋白質，在人體組織中的表達無處不在，最初對HAX?1的研究發(fā)現(xiàn)它的高表達與腫瘤細胞的增殖、浸潤和轉移密切相關，近年來大批科研工作者逐步把目光轉向心血管方面的研究，當然，在心血管系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展中HAX?1的保護作用以及機制尚不明確，尚需進行大量前瞻性研究來證實HAX?1在心血管疾病發(fā)病機制中所起的作用，本文作者主要進行HAX1基因片段功能的深入研究，在今后的研究中期望鎖定HAX?1蛋白分子的功能性片斷進行深入研究，進一步闡明HAX?1在細胞周期中細胞增殖和細胞凋亡方面的功能作用，并研究設計開發(fā)相應的治療性小分子肽段，以期為缺血性心臟病的治療提供新的治療機會。也期望能為將來心肌細胞再生及心力衰竭的治療提供前期數(shù)據(jù)及理論基礎，有助于進一步了解HAX?1在人類其他疾病中的作用，從而更好地指導臨床診斷與治療。

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