核呼吸因子?1在心臟疾病的相關(guān)研究進(jìn)展

侯維娜 王瑞鵑

1邢臺市第三醫(yī)院（河北邢臺054000）；2承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院（河北承德 067000）

核呼吸因子?1（nuclear respiratory factor?1，NRF?1）最初發(fā)現(xiàn)于細(xì)胞色素C的啟動子中；且作為調(diào)控因子，調(diào)節(jié)細(xì)胞能量代謝和線粒體mtDNA的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制［1-2］。同時(shí)，多項(xiàng)研究表明，在心力衰竭、心肌病等心肌細(xì)胞功能紊亂情況下，NRF?1在維持線粒體穩(wěn)態(tài)中起著重要的作用［3-4］。本文對NRF?1在心臟疾病的相關(guān)研究進(jìn)行綜合闡述，進(jìn)而充分了解NRF?1在心臟疾病方面的臨床價(jià)值。

1 NRF?1的分子生物學(xué)特征

線粒體DNA是細(xì)胞線粒體最重要的組成部分，在線粒體內(nèi)蛋白的生物合成、線粒體的復(fù)制及維持線粒體功能的穩(wěn)定性起著重要的作用［5］。線粒體功能障礙，會引起能量合成功能受損和線粒體DNA突變及拷貝數(shù)降低，最終導(dǎo)致細(xì)胞的損傷甚至發(fā)生凋亡［6］。

NRF?1屬于核呼吸因子家族［7］。研究發(fā)現(xiàn)NRF?1作為調(diào)控細(xì)胞能量代謝的重要因子，不僅可以調(diào)控呼吸鏈酶復(fù)合體亞基的表達(dá)，還能調(diào)控線粒體內(nèi)外膜轉(zhuǎn)運(yùn)受體亞基的表達(dá)，對細(xì)胞線粒體氧化產(chǎn)能過程具有重要調(diào)節(jié)作用［8］；作為一種重要的細(xì)胞核編碼的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，影響mtDNA的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制［9］。此外，NRF?1可介導(dǎo)核和線粒體基因組之間的協(xié)調(diào)，對抗細(xì)胞氧化應(yīng)激及參與血紅素的生物合成?？傊?，NRF?1可通過多種途徑維持線粒體的正常功能。

2 NRF?1在細(xì)胞能量代謝中的作用

線粒體是細(xì)胞能量生成，維持正常生理活動的主要場所，而線粒體的能量代謝主要依靠線粒體有氧呼吸鏈參與［10］。線粒體電子傳遞鏈轉(zhuǎn)錄的調(diào)控需要是細(xì)胞核和線粒體DNA編碼的基因共同調(diào)節(jié)，特別是由少量的核因子（如NRF?1，NRF?2）及共刺激因子PGC?1家族的共同參與激活調(diào)節(jié)。NRF?1作為轉(zhuǎn)錄因子與核編碼基因的啟動子，在能量生成中的作用尤其重要。三羧酸循環(huán)中琥珀酸脫氫酶（SDH）是由SDHA、SDHB、SDHC、SDHD四個亞基組成的復(fù)合體，分別編碼親水性黃素蛋白（SDHA），硫鐵蛋白（SD?HB），兩個疏水的膜錨SDHC和SDHD。琥珀酸脫氫酶的激活對三羧酸循環(huán)和電子傳遞鏈的正常運(yùn)行是不可或缺的［11］。在氧氣充足情況下，NRF?1不僅可以與SDHA多個位點(diǎn)結(jié)合，還可以以二聚體的形式特異性的識別SDHA基因的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)SDHA表達(dá)量的高低起到直接調(diào)節(jié)SDHA活性的作用。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)NRF?1基因可以直接調(diào)節(jié)線粒體呼吸鏈中的各個復(fù)合物相關(guān)的基因表達(dá)及其活性水平［12］。例如作為電子傳遞起始的線粒體復(fù)合物I（NADH脫氫酶），作用是將2H和2電子傳遞給下游的FMN，其亞基上存在著能被NRF?1基因特異性識別的位點(diǎn)。NRF?1的表達(dá)量增加，會引起線粒體ATP的產(chǎn)生增加，進(jìn)一步滿足高耗氧細(xì)胞對能量的需求，維持機(jī)體的正常運(yùn)轉(zhuǎn)［13］。

在乏氧和NRF?1表達(dá)量減少時(shí)，導(dǎo)致SDHA活性降低，進(jìn)而抑制復(fù)合物II的活性，導(dǎo)致線粒體內(nèi)琥珀酸的釋放。琥珀酸抑制脯氨酰羥化酶的活性，使低氧誘導(dǎo)因子?1a（HIFa）不被降解，導(dǎo)致胞內(nèi)蛋白水平迅速增加；其與核孔蛋白結(jié)合入核，在細(xì)胞核中HIF?a的N末端激活域與HIF?β結(jié)合，HIF?1與血紅素結(jié)合（Hmox1，ho1）進(jìn)而促進(jìn)糖酵解ATP的產(chǎn)生［14］。在哺乳動物細(xì)胞通過激活低氧誘導(dǎo)基因反應(yīng)增強(qiáng)紅細(xì)胞生成和改善血管內(nèi)皮系統(tǒng)功能［15］?？傊?，NRF?1 在線粒體的能量代謝，維持細(xì)胞的正常運(yùn)作中起著重要的作用。

3 NRF?1在線粒體生物合成中的作用

線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（TFAM）是由核基因編碼的線粒體核心轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，與線粒體DNA具有高親和力，可直接調(diào)控DNA的轉(zhuǎn)錄、復(fù)制、重組及空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而調(diào)節(jié)線粒體ATP的產(chǎn)生。而NRF?1可調(diào)控TFAM的表達(dá)，影響mtDNA的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制［16］。過氧化物酶體增殖物激活受體輔助激活因子 r?1（PGC?1）在 NRF?1 的強(qiáng)烈誘導(dǎo)下，與其形成共激活因子，作用于TFAM的啟動基因，直接調(diào)控線粒體轉(zhuǎn)錄和復(fù)制［17］。研究顯示在人類細(xì)胞中，NRF?1可與5%的基因啟動子結(jié)合，它可強(qiáng)烈調(diào)控細(xì)胞的炎癥反應(yīng)和減輕mtDNA的損傷［18］。另外，NRF?1 基因過表達(dá)促進(jìn)抗凋亡因子（Bcl?2）的表達(dá)且抑制了凋亡因子（Bax）的表達(dá)，同時(shí)也降低了Caspase?3的表達(dá)，更有利于維持細(xì)胞的穩(wěn)定及增強(qiáng)抗氧化應(yīng)激能力［19］。

4 NRF?1與心臟疾病

目前認(rèn)為心力衰竭主要是細(xì)胞線粒體的功能損傷，直接導(dǎo)致線粒體相關(guān)蛋白的合成、DNA和脂質(zhì)合成修飾，進(jìn)而抑制細(xì)胞能量產(chǎn)生，導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡及壞死，使心肌細(xì)胞的收縮功能降低［20］。心肌細(xì)胞作為機(jī)體高耗能細(xì)胞，需要大量的能量供給其龐大的能量需求，線粒體作為能量的產(chǎn)生場所；在新生的心肌細(xì)胞中研究發(fā)現(xiàn)，為適應(yīng)富氧的環(huán)境，心肌細(xì)胞內(nèi)的線粒體發(fā)生迅速的變化，出現(xiàn)線粒體數(shù)量及線粒體內(nèi)膜復(fù)雜性的增加，發(fā)現(xiàn)NRF?1的表達(dá)量的急劇增加和HIF表達(dá)量的減少［21］。在缺氧條件下，NRF?1基因的過表達(dá)有利于細(xì)胞的存活，而且NRF?1基因可改善細(xì)胞缺氧狀態(tài)，可能是通過提高細(xì)胞活力，降低細(xì)胞線粒體去極化水平，增加抗凋亡基因表達(dá)水平和抑制促凋亡基因的表達(dá)水平，從而發(fā)揮降低凋亡率的作用。此外，體外藥物刺激心肌細(xì)胞，促進(jìn)NRF?1的表達(dá)上調(diào)，增加線粒體氧化磷酸化蛋白的表達(dá)。以上研究推測，藥物通過刺激或轉(zhuǎn)錄的方式，使心衰細(xì)胞NRF?1的表達(dá)增加，引起線粒體DNA及相關(guān)蛋白的表達(dá)增多，進(jìn)而達(dá)到維持心肌細(xì)胞的功能穩(wěn)定，減慢心肌結(jié)構(gòu)的重構(gòu)，延長機(jī)體的存活時(shí)間［22］。

5 結(jié)語

NRF?1與心血管疾病的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，NRF?1且作為調(diào)控因子，調(diào)節(jié)細(xì)胞能量代謝和線粒體DNA的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制。在疾病方面的研究，尤其是表現(xiàn)在心力衰竭方面，NRF?1的表達(dá)量升高，有助于心力衰竭癥狀的改善，有望成為未來治療心力衰竭的重要手段。目前國內(nèi)已成功地克隆了NRF?1基因并重組于載體上，為后續(xù)研究NRF?1對心衰心肌細(xì)胞能量代謝的調(diào)控機(jī)制提供了實(shí)驗(yàn)材料和研究思路，但是如何通過簡單的方法檢測NRF?1在人體的表達(dá)量及如何通過提高NRF?1的表達(dá)量用于臨床治療心力衰竭，還需要更多的研究探索。NRF?1有望成為新的心力衰竭標(biāo)志物及新的治療心力衰竭的藥物運(yùn)用于臨床。