叉頭框蛋白O與急性心肌梗死的研究進展

李穎 王先梅

[摘?要]?叉頭框蛋白O的生物學效應(yīng)復雜，與心臟、血管疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。急性心肌梗死是冠狀動脈急性、持續(xù)性缺血缺氧所引起的心肌壞死。傳統(tǒng)危險因素主要有高血壓、糖尿病、血脂異常，病變基礎(chǔ)是動脈粥樣硬化，缺血/再灌注損傷造成了急性心肌梗死患者血管開通后的二次重創(chuàng)。研究表明，F(xiàn)oxO與急性心肌梗死相關(guān)的這些因素關(guān)系密切，現(xiàn)圍繞其研究進行綜述。

[關(guān)鍵詞]?叉頭框蛋白O;急性心肌梗死;轉(zhuǎn)錄

中圖分類號：R541.4

文獻標識碼：A文章編號：1009-816X（2019）02-0164-04

doi：10.3969/j.issn.1009-816x.2019.02.019

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）多發(fā)生在冠狀動脈粥樣硬化狹窄基礎(chǔ)上，由于激動、暴飲暴食、寒冷刺激、便秘、吸煙、大量飲酒等誘因致使冠狀動脈粥樣斑塊破裂，血小板聚集在破裂的斑塊表面，形成血栓，突然阻塞冠狀動脈管腔，導致心肌缺血壞死。近年來我國AMI的發(fā)病率呈明顯上升趨勢，每年新發(fā)人數(shù)至少50萬，現(xiàn)患人數(shù)至少200萬。因此，研究預防、治療AMI的新路徑、新藥物成為關(guān)注的重點。FoxO（forkhead box subtype O）是叉頭框蛋白家族的一個重要亞群，受磷酸化、乙酰化、糖基化及泛素化等轉(zhuǎn)錄后修飾。平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞、心肌細胞的相關(guān)因子和氧化應(yīng)激等均可調(diào)節(jié)FoxO的表達，從而影響細胞代謝、凋亡及自噬，參與血管生成、糖脂代謝及壓力抵抗等過程。隨著對FoxO研究逐步深入，其可能為預防AMI、減少梗死面積提供新的靶點。

1?FoxO的分子結(jié)構(gòu)及功能叉頭框蛋白（forkhead box protein，F(xiàn)OX）首次由Weigel等[1]在研究果蠅的異常突變體基因時發(fā)現(xiàn)，含有19個亞家族成員，分別以A至S命名。FoxO是叉頭框蛋白家族中研究最為廣泛的一個亞群，此亞群約由100個氨基酸組成的保守DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，包含3個α螺旋、2個翅膀狀的大環(huán)結(jié)構(gòu)[1，2]。生物進化過程中，脊椎動物叉頭基因的數(shù)量明顯多于無脊椎動物，后者只有一個FoxO基因，而前者含有四個FoxO基因：FoxO1（FKHR），F(xiàn)oxO3a（FKHRL1），F(xiàn)oxO4（AFX），F(xiàn)oxO6[3]。FoxO在組織器官中的表達具有時間差異性和空間差異性，研究表明，F(xiàn)oxO1在脂肪組織中高度表達，在糖脂代謝過程發(fā)揮重要作用;FoxO4、FoxO3a分別在肌肉及肝臟組織中高表達，對維持心臟、血管功能至關(guān)重要;而FoxO6主要表達于腦組織[4]。磷酸化、乙酰化、糖基化和泛素化等轉(zhuǎn)錄后修飾是FoxO活性調(diào)控的主要方式。FoxO與蛋白質(zhì)結(jié)合作為轉(zhuǎn)錄刺激因子，啟動下游基因的轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)多條信號轉(zhuǎn)導通路，促進DNA修復、細胞代謝、細胞凋亡，阻滯自噬過程，參與氧化應(yīng)激狀態(tài)、血管生成，調(diào)節(jié)糖脂代謝及壓力抵抗，抑制腫瘤的復發(fā)，減緩器官的衰老、維持長壽等[3，5]。炎癥、缺血缺氧和代謝異常等病理狀態(tài)是導致心血管疾病的原因。高血壓、糖尿病、血脂異常是AMI的傳統(tǒng)危險因素，冠狀動脈粥樣硬化是AMI發(fā)病的基礎(chǔ)，缺血再灌注損傷（I/R）是AMI血運重建后造成心臟血管遭受二次損傷的重要因素，從而影響AMI的預后，F(xiàn)oxO轉(zhuǎn)錄因子與以上過程密切相關(guān)[5]。

2?FoxO與AMI的傳統(tǒng)危險因素

2.1?FoxO與高血壓：高血壓主要表現(xiàn)為外周阻力血管張力的持續(xù)升高，導致血管舒縮功能減弱。血管舒縮功能主要取決于血管平滑肌細胞（vascular smooth muscle cell，VSMC），正常機體的VSMC呈收縮表型，具有良好的收縮功能，高血壓時VSMC收縮表型向合成表型轉(zhuǎn)化，造成VSMC增生、肥大、向內(nèi)膜下遷移，使血管腔變窄、管壁增厚、外周阻力增高。因此，高血壓是一種以血管平滑肌細胞增生為主要病變的疾病。FoxO1是VSMC增殖的關(guān)鍵調(diào)控因子，Gu等[6]在高血壓條件下，異常張應(yīng)變與VSMC增殖的研究中發(fā)現(xiàn)，高血壓大鼠張應(yīng)變的加載可促進FoxO1磷酸化，使胸主動脈VSMC中FoxO1表達增加，導致VSMC增殖，管壁增厚、管腔狹窄;反之，干擾RNA（siRNA）干擾FoxO1表達，VSMC增殖減少，外周阻力降低，張應(yīng)變承載減少，高血壓進展減慢。在高脂飲食誘導的雄性自發(fā)性高血壓大鼠中，過氧化物酶體增殖劑激活受體α（PPARα）激動劑或抗氧化劑可通過PPARα-FoxO3a-PGC-1α途徑激活PPARα，使下游信號FoxO3a和輔助激活因子-1α（PGC-1α）表達增加，可降低大鼠收縮壓，提示FoxO3a可能是高血壓疾病的保護性因子[7]。根據(jù)Laplaces定律，主動脈壁的張力與血壓和主動脈腔半徑成正比，因此高血壓和增大的主動脈半徑促進了主動脈的擴張，導致動脈硬化的發(fā)生，血管壁變薄、彈性降低，血壓進一步升高。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)oxO4與主動脈瘤發(fā)生密切相關(guān)，在血管緊張素II誘導的動脈瘤模型中，X盒結(jié)合蛋白1（XBP1）缺陷可誘導VSMC從收縮表型轉(zhuǎn)換為促炎表型和蛋白水解表型，增強血管炎癥并且顯著加重小鼠的胸主動脈瘤和腹主動脈瘤形成。機制研究表明，XBP1u在細胞質(zhì)中與FoxO4的N端呈相互結(jié)合狀態(tài)，阻斷XBP1u-FoxO4相互作用促進FoxO4的核易位，阻遏平滑肌細胞標記基因表達，促進促炎癥和蛋白水解表型轉(zhuǎn)換并刺激主動脈瘤形成。平滑肌細胞中的XBP1缺失可引起VSMC去分化，增強的血管炎癥并顯著加重小鼠的胸主動脈瘤和腹主動脈瘤，VSMC中的XBP1缺陷可引起VSMC去分化，增強血管炎癥反應(yīng)，加重血管病變[8]。

2.2?FoxO與糖尿病、血脂異常：糖尿病、血脂異常引起冠狀動脈粥樣硬化導致AMI，通常糖尿病患者多伴有脂質(zhì)和葡萄糖代謝失調(diào)，F(xiàn)oxO參與了胰島素樣信號途徑及血脂代謝異常途徑;FoxO1、FoxO3a、FoxO4、FoxO6在糖尿病、血脂異常的調(diào)節(jié)方面均發(fā)揮了重要的作用。在編碼純合子小鼠的胰島功能區(qū)植入脫乙酰FoxO1的等位基因，F(xiàn)oxO1脫乙酰化，使核易位，能增強胰島β細胞代謝，加強胰島素分泌，同時還降低脂肪酸氧化，使血脂代謝異常;在高脂飲食誘導的糖尿病小鼠中，經(jīng)胰島素調(diào)節(jié)的FoxO1轉(zhuǎn)錄因子可抑制編碼膽固醇7-羥化酶基因的轉(zhuǎn)錄，從而抑制膽汁酸的合成，致高膽固醇血癥的發(fā)生[9，10]。FoxO1脫乙酰化可減少糖尿病合并心肌梗死（myocardial infarction，MI）小鼠的梗死面積，F(xiàn)oxO1的翻譯后調(diào)節(jié)有助于缺血后心力衰竭的心臟重塑，具體機制不明[11]。在研究治療糖尿病的藥物時，發(fā)現(xiàn)FoxO1介導糖異生，如二甲雙胍和丙戊酸（VPA）治療糖尿病大鼠時，兩種藥物都能通過胰島素信號傳導途徑，降低脂肪組織和肝臟中的血漿葡萄糖，降低胰島素抗性，但是VPA能通過FoxO1的介導，抑制糖異生和胰高血糖素表達，具體機制有待研究[12]。用鏈脲佐菌素（STZ）誘導沉默信息調(diào)節(jié)因子3（Sirt3）敲除的糖尿病小鼠，由Sirt3-FoxO3a-Parkin信號傳導通路介導，Sirt3敲除使FoxO3a脫乙酰化，降低Parkin的表達，使間質(zhì)纖維化、心肌細胞凋亡、線粒體損傷、線粒體自噬受抑制，致心臟功能受損。高葡萄糖降低細胞活力，阻止絲氨酸-蘇氨酸激酶（Akt）和FoxO3a磷酸化，抑制FoxO3a的細胞質(zhì)易位。研究顯示，白藜蘆醇通過PI3K/Akt/FoxO3a通路抑制糖尿病心肌病大鼠的細胞凋亡從而改善心臟功能障礙[13，14]。

FoxO4能抑制膽固醇的生物合成，增強葡萄糖的基礎(chǔ)攝取和甘油三酯的沉積，在FoxO4過度表達的小鼠中能快速清除攝入的葡萄糖。在鼠類糖尿病足細胞暴露于晚期糖基化終產(chǎn)物-牛血清白蛋白（AGE-BSA）時，凋亡效應(yīng)蛋白Bim/Bcl2l11的表達與FoxO4的激活密切，AGE-BSA誘導乙酰肝素酶表達使FoxO4乙酰化后激活，促進VSMC遷移，抑制VSMC分化，加重糖尿病性血管損傷病變[15]。胰島素抵抗時FoxO6磷酸化能促進胰島素活性，降低胰島素抵抗，從而能降低2型糖尿病小鼠的空腹高血糖[16]。

3?FoxO與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）形成早期，吸煙、高血壓、高血糖、氧化型低密度脂蛋白（ox-LDL）、感染等引起內(nèi)皮細胞損傷，單核細胞及淋巴細胞表面特性發(fā)生變化，粘附因子表達增加，粘附在內(nèi)皮細胞上，進入內(nèi)膜下成為巨噬細胞，巨噬細胞能合成分泌多種生長因子和促炎介質(zhì)，促進斑塊生長及炎癥反應(yīng)，AS斑塊擴大破裂后，血栓調(diào)節(jié)蛋白的表達減少，促進了血小板的活化，凝血和血栓阻塞冠狀動脈導致AMI的發(fā)生[17]。

在研究抗AS藥物時發(fā)現(xiàn)FoxO1、FoxO3a對AS的內(nèi)皮細胞損傷具有保護作用，F(xiàn)oxO3a脫乙酰化參與金雀異黃素對抗ox-LDL誘導的人臍靜脈內(nèi)皮細胞氧化損傷;Elatoside C能增加FoxO1表達水平，誘導自噬，減弱了ox-LDL誘導的人臍靜脈內(nèi)皮細胞氧化損傷[18，19]。內(nèi)源性FoxO3a的激活誘導了基質(zhì)金屬蛋白酶13和基質(zhì)金屬蛋白酶2的表達，促進細胞外基質(zhì)（ECM）降解，引起VSMC凋亡，加速AS[20]。脂多糖誘導FoxO6磷酸化，F(xiàn)oxO6活性降低通過Akt和Pak1途徑使NF-κB活化，促進炎癥反應(yīng)的發(fā)生，F(xiàn)oxO6在促炎癥條件下維持細胞的穩(wěn)態(tài)，可抗AS[21]。由此可見FoxO3a、FoxO6參與了AS的炎癥反應(yīng)，但具體分子作用機制還需深入研究。

4?FoxO與缺血再灌注損傷

眾所周知，治療AMI，降低AMI死亡率最有效的措施是開通梗死相關(guān)冠狀動脈，完成血運重建。I/R損傷造成了AMI患者心臟、血管的二次傷害，可導致惡性心律失常、急性心力衰竭等加重病情，提高AMI患者的死亡率。活性氧的形成和氧化應(yīng)激反應(yīng)是心肌細胞I/R損傷、功能障礙的關(guān)鍵機制，F(xiàn)oxO在多種細胞類型中是氧化應(yīng)激耐受的關(guān)鍵介質(zhì)。在AMI的I/R損傷中，F(xiàn)oxO參與抗氧化應(yīng)激過程，氧化應(yīng)激條件下FoxO1、FoxO3a能誘導細胞抗氧化，提高心肌細胞的存活率。MI小鼠的心肌細胞，氧化應(yīng)激促進了FoxO1和FoxO3a轉(zhuǎn)錄因子的核定位，激活靶基因，F(xiàn)oxO1或FoxO3a的表達，減少活性氧自由基，降低受損心肌細胞死亡率;反之，F(xiàn)oxO1和FoxO3a在心肌細胞中的表達減少或消失時，小鼠梗死面積顯著增加，心臟功能降低，瘢痕形成增多[22]。近年來，在研究特殊蛋白sirtuin家族與I/R損傷機制時，發(fā)現(xiàn)在不同家族成員介導下，F(xiàn)oxO3a發(fā)揮的作用不盡相同，如在研究小檗堿對肝移植后的I/R損傷保護機制時，小檗堿激活了SIRT1，使FoxO3a脫乙酰化增強，誘導細胞自噬，降低氧化應(yīng)激水平;在心臟I/R期間，SIRT6能上調(diào)一磷酸腺苷/三磷酸腺苷（AMP/ATP），激活腺苷5'-單磷酸激活蛋白激酶（AMPK）-FoxO3a軸，啟動下游的抗氧化劑編碼基因表達，促進錳超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的合成，降低氧化應(yīng)激造成的心肌細胞損傷，保護心肌細胞免受I/R損傷;然而，腎臟I/R激活了SIRT2，激活的SIRT2結(jié)合脫乙酰化的FoxO3a，使FoxO3a發(fā)生核移位，引起細胞凋亡，導致超微結(jié)構(gòu)損傷[23～25]。

MI后的炎癥反應(yīng)是I/R心肌細胞修復和傷口愈合所必需的，F(xiàn)oxO4基因敲除抑制了內(nèi)皮細胞的內(nèi)皮精氨酸酶1轉(zhuǎn)錄，導致一氧化氮的增加，使單核細胞的粘附減少，嗜中性粒細胞減少，這一過程可能是提高FoxO4缺乏的小鼠MI后存活率，改善心臟功能和減小梗死面積的原因之一[26]。

綜上所述，F(xiàn)oxO在不同環(huán)境條件下，通過不同信號通路介導的生物效應(yīng)，對血管平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞、心肌細胞，在氧化應(yīng)激、細胞凋亡、自噬、炎癥反應(yīng)等過程中的調(diào)控作用，以及對心臟和血管的功能既有利也有弊，它是一把“雙刃劍”，成功的應(yīng)用好這把劍，將為AMI的預防、治療帶來福音，F(xiàn)oxO在AMI中有利的潛能需進一步挖掘，深入研究，為人類疾病治療作出貢獻。參考文獻

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（收稿日期：2018-8-23）