細胞外泛素及其受體CXCR4與AMI相關性研究進展*

紀逸群，姚佳璐，何 楊

(1.蘇州大學唐仲英血液學研究中心，江蘇蘇州 215123； 2.南京醫科大學附屬蘇州醫院/蘇州市立醫院，江蘇蘇州 215008)

隨著經濟社會的快速發展，居民生活習慣和飲食結構的調整變化，中國心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)負擔日益加重，現患CVD人數約有2.9億[1]。急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)是最常見的心血管疾病之一，AMI及其進展而來的心力衰竭，是全球死亡率最高的疾病之一。最新研究顯示，我國AMI并發心力衰竭的患者在院期間死亡率為30%[2]。AMI后進行性心室重構是基因表達改變引起的分子、細胞及組織結構的相關改變，進而導致心臟功能的惡化。目前可采取藥物治療、冠狀動脈介入治療、冠狀動脈旁路移植術、心臟器械輔助治療和心臟移植等方法，在一定程度上可以緩解癥狀，降低病死率，但并不能完全逆轉心室重構的進展，AMI目前仍是世界范圍內導致心源性死亡的主要原因[3]。因此，如何提高缺血區心肌細胞的存活，是改善梗死后左室重構、提高疾病預后的關鍵。

泛素(ubiquitin，UB)是一種廣泛存在于多種細胞的高度保守的低分子量多肽，可介導蛋白質降解、受體內吞、胞內信號分子活性調節、細胞周期調節等功能[4-7]。此外，UB還微量存在于各種體液中，稱細胞外泛素或游離泛素(free ubiquitin，fUB)。在多種疾病和病理狀態下均可見fUB濃度升高[8-12]，已有研究發現fUB具有抑制炎癥反應、調節免疫功能、促進細胞凋亡或增殖分化等作用[13-20]。趨化因子受體4(CXCR4)被發現是fUB的胞外受體，且泛素與基質衍生因子-1a(SDF-1a)具有不同的CXCR4結合位點[21]。最近相關研究表明，fUB可能通過受體CXCR4影響心臟組織中多種細胞的形態和功能，因而可能參與AMI后心室重構的發生發展。本文對此作一綜述，以期為AMI的發生、發展及臨床診療提供新的認識和思路。

1細胞外泛素及其受體CXCR4的發現生理情況下fUB微量存在于血液、尿液和腦脊液等體液中[22]，在THP1細胞、人T細胞、B細胞及單核細胞表面發現其可與CXCR4結合并引起鈣離子內流[23]。CXCR4可參與調節器官生成、造血、心血管系統發育、免疫反應、腫瘤轉移和人類免疫缺陷病毒(HIV)感染等[24]。多種疾病和病理過程可見體液中泛素水平升高。燒傷伴吸入性肺損傷患者肺泡灌洗液中泛素水平升高，濃度與病情嚴重程度負相關，與動脈氧和正相關[8]。創傷性腦損傷和蛛網膜下腔出血患者腦脊液中泛素濃度升高[9]。此外，腎衰竭及血液透析患者、創傷及燒傷患者、寄生蟲及過敏性疾病患者血漿或血清泛素濃度均有異常升高[10-13]。

相關研究表明，fUB具有抗菌、抑炎、調控免疫反應和細胞存活等功能。其C端可跨越真菌的細胞壁和細胞膜，抑制鈣調磷酸酶的活性從而抑制真菌生長[14]，LEDGRTLSDY肽段(UB50-59)具有與環孢素相當的免疫抑制活性，可抑制細胞免疫和體液免疫[15]。靜脈輸注fUB可以增強大鼠肺缺血再灌注損傷中Th2型細胞因子反應，減輕水腫程度，提高肺功能[16]。體外實驗發現fUB具有增強Treg細胞免疫抑制活性的功能[17]。fUB對細胞存活的影響則具有細胞特異性。其可通過蛋白酶體降解STAT3進而誘導人造血干細胞凋亡[18]，抑制KT3，K562，Daudi等白血病細胞存活，對于HL60和T-ALL細胞則有刺激生長作用[19]，體內fUB輸注可延長小鼠同種異體皮膚移植物的存活[20]。

2細胞外泛素及CXCR4在AMI及心室重構中的功能

2.1 CXCR4與AMI及心室重構 近年來相關研究發現CXCR4受體在動脈粥樣硬化進展和AMI及心室重構中具有心臟保護作用。在Apoe-/-或Ldr-/-小鼠中飲食誘導動脈粥樣硬化，使用CXCR4拮抗劑或CXCR4基因沉默后，可促進動脈粥樣硬化的進展[25]。過表達CXCR4的小鼠能顯著降低壓力超載引起的心室重構，增加毛細血管密度，提高心臟功能[26]。CXCR4基因敲除小鼠在ISO(異丙腎上腺素)誘導的心室重構中具有更高的心衰風險和更低的心臟功能[27]。AMI小鼠中DMOG誘導CXCR4高表達可顯著提高梗死區心肌細胞的存活和心功能[28]。37例ST段抬高型AMI患者中發現有CXCR4升高，在動脈壁粥樣硬化斑塊中與CD68+細胞共定位[29]。最近研究發現，CXCR4在人動脈粥樣斑塊中沉積增加，且濃度與年齡、高血壓、高膽固醇血癥及吸煙史等心血管病危險因子正相關[30]。Wistar大鼠心梗模型中，外周血單核細胞中CXCR4基因表達上調[31]。小鼠AMI后3 h檢測到SDF-1a mRNA升高。于AMI發生前30 min注射SDF-1a可有心臟保護作用，減少梗死面積。使用CXCR4特異性阻斷劑AMD3100可阻斷SDF-1a的心臟保護效應，說明SDF-1a通過CXCR4發揮作用。分離培養的心肌細胞缺血缺氧處理后，SDF-1a表達增高，通過CXCR4增加ERK和AKT磷酸化水平，降低JNK和P38水平，發揮抗細胞凋亡作用[32]。另有研究發現，過表達CXCR4的大鼠心肌細胞缺血缺氧處理后，與對照組相比，胞漿鈣離子超載程度相同，但線粒體膜通透性的增加受到抑制，線粒體腫脹程度降低，心肌細胞死亡減少65%，提示CXCR4在缺血心肌細胞中還具有線粒體保護功能[33]。在心臟內皮細胞中SDF-1a/CXCR4激活AKT后，促進血管內皮生長因子的表達和血管新生[34]。此外，CXCR4可增加干細胞歸巢到心梗缺血區，大鼠心臟缺血/再灌注模型中，注射過表達CXCR4的骨髓間充質干細胞向心梗部位歸巢增多并可顯著改善心功能[35]。

2.2 fUB與AMI及心室重構 最新研究表明，fUB作為CXCR4的另一內源性配體，可能與SDF-1a/CXCR4具有同樣的心肌保護作用。在AMI，穩定性心絞痛和不穩定性心絞痛各40例患者中，血漿fUB 的mRNA和蛋白水平均有升高，且細胞內泛素化蛋白水平升高。其中AMI患者中上升水平最高，提示fUB在冠心病進展中發揮作用[36]。AMI后伴隨有交感神經異常激活，兒茶酚胺大量釋放，作用于心臟β受體可通過GSK-3/JNK通路誘導心肌細胞凋亡，而PI3K/Akt通路可通過抑制GSK-3β活性發揮抗凋亡作用[37-38]。SINGH等[38]發現ISO(異丙腎上腺素)特異性激活成年大鼠心肌細胞的β受體可導致培養上清中fUB濃度升高，FSK直接刺激心肌細胞β受體下游的腺苷酸環化酶同樣可以升高細胞外泛素水平；CGP(β1受體阻斷劑)或ICI(β2受體阻斷劑)預處理30min后均可抑制ISO誘導的fUB濃度升高，說明β1和β2受體均參與到升高fUB濃度；PI和Hoechst染色證實培養上清中fUB增多很可能是ISO處理后細胞主動分泌所致，并非由于細胞膜通透性增加。10 μg/ml fUB預處理心肌細胞30 min后，可完全逆轉ISO誘導的細胞凋亡。fUB的抗凋亡作用與抑制β受體激活后GSK-3β/JNK活性增高有關，且與增強抗凋亡通路PI3K/Akt活性有關[38]。由于PI3K/Akt可通過抑制 GSK-3β/JNK活性來發揮抗凋亡作用，因此，細胞外泛素抗心肌細胞凋亡作用的直接作用分子需要相關實驗進一步證實。

DANIELS等[39]通過體內實驗進一步證實細胞外泛素可以抑制ISO誘導的心肌細胞凋亡和心室重構，降低纖維化，改善心功能。通過靜脈微滲透泵連續7天輸注ISO到小鼠體內，誘導β受體激活所致心室重構的小鼠模型，實驗組同時輸注fUB(fUB+ISO)。7天后對左室功能、形態和相關蛋白表達進行分析發現，與ISO組相比，fUB+ISO組心肌細胞凋亡和組織纖維化程度均有明顯改善，心肌細胞肥大情況在兩組間無明顯差異。UB+ISO組同時具有較高水平的Akt活性，以及較低水平的GSK-3β和JNK活性。此外，UB+ISO可促進MMP-2，MMP-9和TIMP-2的表達。分離培養的心肌成纖維細胞同樣在UB+ISO處理后出現高表達MMP-2和TIMP-2，抑制Akt活性則可阻斷該效應[39]。MMPs主要降解膠原等細胞外基質，TIMPs是MMPs內源性抑制分子，AMI后心臟組織中MMPs和TIMPs濃度失衡促進過度纖維化及心室重構的發生發展[40]。fUB促進MMPs和TIMPs表達提示其可能在AMI后纖維化中發揮作用。

AMI后血管內皮再生對于心肌組織的血供和瘢痕修復極為重要，適度的纖維瘢痕形成有助于維持組織完整性，而膠原過度沉積則導致心臟收縮舒張功能惡化[40]。大鼠中分離的心肌微血管內皮細胞經fUB孵育處理后，VEGF-A和MMP-2表達均升高；細胞內與遷移相關的纖維肌動蛋白重排增強，內皮細胞向缺損處遷移及形成新生管狀物能力明顯提高，CXCR4受體特異性阻斷劑AMD3100可阻斷該效應[41]。SCOFIELD等[42]證實心肌成纖維細胞上存在與fUB相互作用的CXCR4受體。在成纖維細胞中，fUB可激活ERK1/2并促進VEGF表達。而與心肌細胞不同的是，fUB對Akt的表達或活性沒有影響；與內皮細胞相反，fUB抑制胎牛血清誘導的成纖維細胞增殖和向損傷部位遷移。另外，最新研究發現心肌成纖維細胞表達IDE(胰島素降解酶選擇性抑制劑)可將fUB(1-76)轉化為fUB(1-74)，具有抑制心肌成纖維細胞生長作用[43]。AMI后缺血再灌注損傷小鼠模型中，給予fUB 3天后顯著降低梗死面積，提高心臟射血分數，降低炎性滲出及中性粒細胞活性和聚集，降低血清中IL-12和MCP-1等炎癥因子水平[44]。總之，這些實驗均提示，fUB/CXCR4對心臟內皮細胞和成纖維細胞的形態功能均有影響，且能減少AMI后缺血再灌注損傷中炎癥反應程度，因而可能參與到AMI心室重構過程。

3結論與展望綜上所述，細胞外泛素及其受體CXCR4對心臟組織中的心肌細胞、內皮細胞和成纖維細胞等均有影響。在ISO誘導的心室重構和AMI缺血再灌注損傷中，給予外源性fUB亦顯示出心臟保護功能，可以預想fUB作為CXCR4另一配體，將會成為治療AMI新的分子靶標。由于fUB和SDF-1a具有共同受體CXCR4，且已有研究發現AMI后發生死亡，心衰或心梗復發的病人血清中有高水平SDF-1a，且SDF-1a可獨立預測AMI后危險事件的發生[45]，未來還需進一步明確檢測AMI患者血清中的fUB是否能對疾病早期診斷、病情評估和預后評估有作用。同時，闡明兩者在AMI中發揮功能的具體機制及相互作用，將進一步加深對fUB生物學功能的認識，為AMI的發生發展及診療提供新的認識和思路。另外，由于部分研究顯示受體CXCR4與α1-受體和β2-受體均有相互作用[46]，闡明與這些受體間的調控網絡，必將進一步揭示fUB發揮功能的具體信號通路，也為解決人類心血管疾病的難題帶來福音。