MG53在心臟疾病過程中的研究進展

劉婷婷，尉延春，馮凱，湯依群

(中國藥科大學，江蘇 南京 211198)

迄今為止，在哺乳動物中已經鑒定出70多種三結構域(TRIM)蛋白家族成員。這些TRIM蛋白在各種生理活動過程中發揮重要作用，其中包括細胞增殖、分化、凋亡及機體發育、先天免疫及腫瘤的發生等[1]。Mitsugumin 53(MG53)蛋白，又稱為TRIM72蛋白，是TRIM家族的成員之一，其具有一個指環(ring finger)結構域(見圖1)，一個或兩個B-box和卷曲螺旋(coiled-coil，CC)結構域，被稱之為RBCC結構，金屬鋅(Zn)是其中必不可少的成分之一[2]。MG53蛋白作為一種膜修復蛋白，主要分布于心臟和骨骼肌中，是肌膜機械性修復的關鍵組成部分之一。2009年，研究者首次發現MG53可以通過不同的機制參與調節多種機體組織的生理和病理過程[3]。MG53作為一種泛素連接酶E3，主要通過在膜損傷部位迅速聚集，與細胞膜上的磷脂酰絲氨酸結合，形成化合物，從而在骨骼和心肌的細胞膜損傷中起修復作用；MG53也可以介導胰島素受體(insulin receptor，IR)和胰島素受體底物-1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)的降解，從而引發胰島素抵抗和代謝疾病[4-5]。MG53在心臟和骨骼肌中高度表達，參與多種生理和病理過程，但其引發心臟代謝紊亂的機制仍需進一步研究。本文主要對MG53在心臟疾病過程中的研究進展做一總結，為今后的研究提供相應參考。

A.MG53在細胞內的分布圖；B.MG53的立體結構圖；C.MG53的結構示意圖圖1 MG53分布與結構

1 MG53與心房顫動

心房顫動(atrial fibrillation，AF)，又稱房顫，是臨床上常見的一種心律失常[6]。依據房顫持續的時間，可將房顫分為初發房顫、陣發性房顫、持續性房顫和永久性房顫。隨著年齡的增加，房顫的發病率不斷升高。但至今，對于房顫的具體發病機制沒有一個詳細的解釋。目前主流的解釋為心房結構重構，電重構和離子重構。心房纖維化是房顫的一個重要的病理變化，隨著房顫的持續發生，心房成纖維細胞增殖分化為肌成纖維細胞，分泌大量的細胞外基質(extracellular matrix，ECM，包含CollagenⅠ、Collagen Ⅱ、α-SMA等)，由于ECM不具有導電性，其大量分布于細胞外間隙，嚴重阻礙了細胞電傳導，進一步延長了房顫持續時間[7]，即房顫致房顫。因此抑制和減少心房中ECM的大量堆積，成為改善和治療房顫的一個重要方向。

趙建全等[8]研究發現MG53可以通過TGF-β(transforming growth factor-β)/Smad信號通路調節心臟成纖維細胞的增殖和遷移。該研究主要利用小干擾RNA(small interfere RNA，siRNA)沉默TRIM72基因，然后進一步研究TRIM72敲除對心臟成纖維細胞增殖和遷移的作用。實驗發現，降低TRIM72的表達可以抑制心臟成纖維細胞的增殖和遷移，同時也降低與其相關蛋白(TGF-β1、TGF-βR1)的表達，這為之后進一步的研究提供了理論基礎。有研究表明[9]，在TGF-β1過表達的轉基因小鼠中，TGF-β1在心房比心室中上調更為顯著。TGF-β1的高水平表達主要與心房中某些基因(例如：miR-21、miR-133a)的表達增加有關。心室和心房中的TβRI、TβRII和Smad蛋白水平表達相似，但心房中Smad2磷酸化增加，使得其更容易發生選擇性纖維化[9-10]。因此，TGF-β1是刺激心臟纖維化最有效的影響因素之一。近年來，Guo等[11]對人類心房組織和大鼠心房成纖維細胞進行了研究，發現了MG53與TGF-β1信號通路之間存在關系以及MG53在心房纖維化和房顫中發揮作用。該研究發現，與竇性心律(sinus rhythm，SR)的風濕性心臟病患者相比，患有房顫的風濕性心臟病(rheumatic heart disease，RHD)患者的心房組織中TGF-β/Smad通路被激活，與此同時，TGF-β1、MG53等基因的表達增加。此外，該實驗還證明了MG53是TGF-β信號通路發揮作用的重要蛋白，在心肌細胞受損時，MG53可以通過介導TGF-β1表達加速細胞修復。MG53與TGF-β1之間存在負性反饋調控機制，并且MG53位于人心房和大鼠心房成纖維細胞中TGF-β/Smad通路的上游。這說明MG53是房顫患者TGF-β/Smad通路誘導的心房纖維化的潛在調節因子。該研究為MG53在人類心房纖維化中的作用以及在培養的大鼠心房成纖維細胞中的心房纖維化作用提供了臨床和實驗證據。該研究表明MG53在房顫纖維化中起重要作用，為今后的抗房顫藥物開發提供了方向和理論依據。

2 MG53與缺血性心臟病

缺血性心臟病是全球死亡的主要原因之一，心臟血流阻塞可導致心肌缺血[12]。持續性心肌缺血可導致心肌梗塞，最終導致心肌細胞死亡，產生不可逆的心肌損傷以及永久性的收縮性功能障礙。心肌在生理條件下遭受短暫損傷時，再給予各種病理應激(如缺血)，可使心肌損傷加劇。成年人的心肌細胞是終末分化的細胞，其再生能力有限[13]。大量研究表明，及時對缺血心臟進行再灌注是保護心肌細胞活力的一條重要途徑。目前，對缺血損傷的心肌細胞的修復保護主要涉及兩條重要的通路實現：一條是缺血-再灌注損傷補救激酶(ischemia-reperfusion injury rescue kinase， RISK)通路，主要由PI3K-Akt-GSK3β軸和ERK1/2參與[14]；另一條是生存激活因子增強(survivor activating factor enhancement，SAFE)通路，該通路涉及細胞因子腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和信號轉導和轉錄激活因子-3(STAT-3)的激活[14-15]。有研究表明，MG53不僅在骨骼肌中有特異性表達，而且在心肌細胞中也表現出特有的生物學活性，其可以通過相應的信號通路維持心肌細胞內外鈣離子濃度的穩定，確保心肌細胞的完整性，確保心肌細胞能夠完成相應的生理活動[16-18]。尤其，MG53在激活RISK途徑中起著關鍵性作用。因此，MG53可以作為減緩缺血引起的心肌細胞損傷的一個新的研究靶點。

現在已知缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion injury,I/R)可引起生物機體發生復雜的級聯反應，嚴重時可導致細胞和組織環境的改變，引起器官功能障礙，甚至會增加發病率和死亡率。目前，心臟I/R損傷仍是被人們所忽略的，同時治療心肌I/R損傷方法有限[19]，因此，治療I/R損傷已成為限制繼發性缺血損傷重要途徑。2010年，Cao等[20]第一次發現MG53在心肌細胞中具有保護作用，實驗表明，MG53能保護心臟免受缺血引起的再灌注損傷。在缺血再灌注損傷的心肌中，MG53蛋白表達水平顯著降低，并且MG53基因缺陷可以加重I/R引起的心肌損傷。相反，MG53的過表達可保護心肌免受缺血引起的損傷。因此，MG53是一種重要的心臟保護因子。近期，Kohr等[21-22]發現MG53的S-亞硝基化可以修復受損傷的心臟，實驗通過抑制S-亞硝基化后MG53上144位點處氨基酸殘基上的半胱氨酸的氧化來消除I/R誘導的MG53表達下調。此外，還有研究表明，系統性給予外源重組MG53可以改善心臟I/R損傷；在離體試驗中，MG53仍發揮心肌細胞保護作用[23]。

近年來，Ma等[24]研究進一步發現MG53在缺血前適應(ischemic preconditioning，IPC)和后適應(ischemic postconditioning，IPO)的心臟保護中起著非常重要的作用。最近，Lemckert等[25]研究發現，MG53參與了心臟中另一種內源性的保護機制中，即心臟遠端缺血前處理。該實驗用七氟烷麻醉后進行缺血預處理，可使心臟中MG53的表達上調，從而達到對心肌細胞的保護作用。此外，有研究發現MG53可以通過血腦屏障來保護缺血性腦損傷[26]。

3 MG53與糖尿病性心肌病

目前，全球死于心臟病的人數日趨上升，其中死于糖尿病性心肌病的患者已經超過50%。糖尿病性心肌病是糖尿病的一種主要并發癥，并且是糖尿病患者發病率和死亡率較高的主要原因[27]。糖尿病性心肌病主要表現為心肌脂質的積聚，心肌肥大，心肌纖維化和心功能不全[28]。在此之前，人們對糖尿病性心肌病的發病機制了解甚少。

2002年，Finck等[29]研究闡明了糖尿病性心肌病的發生發展機制，通過上調過氧化物酶體增殖激活受體-α(PPAR-a)及其相關的靶基因表達損害心肌細胞脂質代謝功能。心肌細胞內PPAR-α的過度表達可導致脂肪酸氧化增加以及葡萄糖的利用量減少，這是典型的糖尿病模式。Liu等[30]發現了PPAR-α上游調控蛋白，即MG53蛋白，具有泛素連接酶功能，其可以編碼調控PPAR-α基因的表達。在該實驗中，成年的MG53基因敲除小鼠表現出明顯的心肌肥大，與肥胖相關基因激活，心肌細胞的脂肪變性和收縮功能障礙。這與MG53在骨骼肌中抑制胰島素信號傳導的作用一致，其可以介導胰島素受體(insulin receptor，IR)和胰島素受體底物-1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)的降解，并減弱胰島素激活的Akt磷酸化[5]。研究結果表明，心肌MG53的過表達可以通過上調PPAR-α和阻礙胰島素信號傳導雙重機制誘導糖尿病心肌病。這些研究結果不僅揭示了MG53在調節心臟PPAR-α基因表達和脂質代謝中的新功能，而且還強調了MG53是糖尿病和相關心肌病的重要治療靶點。此外，MG53誘導心肌細胞對脂質的攝取嚴重依賴于PPAR-α的表達，因此，降低PPAR-α表達可減弱心肌細胞內脂質積聚，進而降低機體發生代謝綜合征(metabolic syndrome，MetS)及其并發癥的可能性[30]。

4 總結與展望

MG53作為TRIM蛋白家族成員之一，是一種膜修復蛋白，可作為肌膜機械性修復的關鍵組成部分之一，既可以促進心臟和骨骼肌細胞中的質膜修復，保持細胞的正常功能形態，也可以激活介導心臟IPC和IPO的心臟保護的RISK通路。但，Liu等[30]發現小鼠的心肌細胞中MG53的過表達可使小鼠引發嚴重的糖尿病性心肌病。由此可見，MG53在某些心臟疾病的發生發展中起一種“雙刃劍”的作用[31]。進一步了解MG53生物學功能及其作用機制，對把TRIM家族發展成為各類心臟疾病的新型療法尤為重要，尤其是為MG53在臨床治療的應用提供更多的理論的依據，更為MG53對相關疾病的治療達到最大的治愈效果提供依據。目前，幾乎所有關于MG53功能的研究均處于動物模型階段，若想通過介導MG53蛋白的表達緩解或者治療相關疾病，例如心血管疾病，骨骼肌損傷，糖尿病及相關并發癥，還需大量研究者進行更深一步的研究。