轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子Foxp1與心血管疾病的研究進展

藍林輝，王志維

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院心血管外科，武漢 430060)

心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)是全球第一大死亡原因。隨著人們生活方式的改變以及人口老齡化進程的加快，CVD的發(fā)病率和死亡率不斷上升[1]。近年來，盡管在預(yù)防和治療CVD方面取得了顯著進展，但其發(fā)病機制仍不清楚。因此，深入了解CVD的發(fā)病機制并尋找新的治療方法顯得極為重要。叉頭框(forkhead box，F(xiàn)ox)基因最初是在果蠅進行的隨機誘變篩選中被發(fā)現(xiàn)，當前已知的Fox基因數(shù)量在不同生物之間差異較大，人和小鼠均具有44個，果蠅11個，非洲爪蟾45個；在哺乳動物中，F(xiàn)ox轉(zhuǎn)錄因子根據(jù)其序列同源性被分為FoxA～S共19個亞型，而Fox蛋白分布于心血管系統(tǒng)的不同組織和細胞類型，參與多種特異性基因轉(zhuǎn)錄的細胞增殖、自噬、炎癥和分化[2]。

Fox蛋白p1(Fox protein p1，F(xiàn)oxp1)屬于Foxp亞家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的一員，其在心血管系統(tǒng)中表達并發(fā)揮不同作用。研究表明，F(xiàn)oxp1與人類先天性心臟病有關(guān)，其基因突變可導(dǎo)致人類先天性心臟病致病基因NKX2.5的異常激活[3-4]；同時，F(xiàn)oxp1還能夠調(diào)節(jié)內(nèi)皮炎癥小體，減少動脈粥樣硬化的發(fā)生，其表達也被證明可延長血栓形成的時間，減少心肌梗死的發(fā)生[5-7]；另外，F(xiàn)oxp1在心力衰竭患者心肌細胞中含量豐富且在心房顫動患者的心房肌細胞中表達顯著下調(diào)，提示其在心力衰竭和心房顫動中扮演重要角色[8-9]。可見，F(xiàn)oxp1與CVD關(guān)系密切。現(xiàn)就Foxp1在CVD中的調(diào)控作用予以綜述。

1 Foxp1概述

Foxp1基因位于染色體3p14.1區(qū)域上，長度628 kb[10]，其特有結(jié)構(gòu)域包括一個分叉的DNA結(jié)合翼螺旋、亮氨酸拉鏈、鋅指和多聚谷氨酸束。其中，多聚谷氨酸束被認為是調(diào)節(jié)Foxp1轉(zhuǎn)錄活性的基序，亮氨酸拉鏈和鋅指基序?qū)oxp蛋白質(zhì)之間的同源和異源二聚作用至關(guān)重要。Foxp1的整個N端區(qū)域充當多個轉(zhuǎn)錄輔因子的復(fù)雜連接位點，并通過常見的DNA結(jié)合序列調(diào)節(jié)組織和細胞類型特異性基因的轉(zhuǎn)錄。

由于表達的多樣性，F(xiàn)oxp1受組織和細胞類型特異性功能域選擇性剪接的高度調(diào)控，表明其在不同的細胞和組織中具有不同的功能[11]，尤其是在心臟組織中，F(xiàn)oxp1在心肌和心內(nèi)膜組織中均有表達，并參與各種不同細胞類型的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，如心肌細胞、內(nèi)皮細胞(endothelial cells,ECs)和血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)[12]。隨著研究的深入，F(xiàn)oxp1與CVD的聯(lián)系不斷被發(fā)現(xiàn)，其參與心血管系統(tǒng)生理及病理生理的作用機制已成為近年研究熱點。

2 Foxp1與心血管系統(tǒng)生理和病理生理

Foxp1在生物系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，其正常激活有助于心肌細胞的增殖和分化，從而確保胚胎心臟的正常發(fā)育；同時Foxp1還是血管生成的刺激因子，可調(diào)節(jié)血管ECs的增殖、遷移以及管形成；另外，F(xiàn)oxp1能夠抑制病理性心肌纖維化和心肌肥大，且在心血管系統(tǒng)炎癥中扮演調(diào)節(jié)因子。總之，F(xiàn)oxp1在心血管系統(tǒng)中發(fā)揮了廣泛的生理和病理生理作用。

2.1Foxp1與胚胎心臟發(fā)育 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的激活被認為是胚胎心臟發(fā)育過程中基因調(diào)控的關(guān)鍵組成部分。轉(zhuǎn)錄因子Foxp1與胚胎發(fā)育密切相關(guān)，不僅能調(diào)節(jié)肺基因表達、氣道形態(tài)發(fā)生和食管肌發(fā)育，還在脊椎動物腦神經(jīng)發(fā)育、人類語言形成、智力發(fā)展中起重要作用[10,13-14]。尤其是在胚胎心臟的發(fā)育過程中，F(xiàn)oxp1的正常激活顯得至關(guān)重要，其有助于適當?shù)男募〖毎鲋澈头只Ｑ芯勘砻鳎現(xiàn)oxp1基因缺失會導(dǎo)致死亡和復(fù)雜的心臟表型，包括流出道間隔缺損和胚胎心內(nèi)膜墊發(fā)育缺陷以及室間隔缺損[12,15]。Foxp1在心肌和心內(nèi)膜中表達，其中心肌Foxp1缺失促進心肌細胞增殖，而心內(nèi)膜Foxp1缺失抑制心肌細胞增殖，可見Foxp1通過靶向心肌和心內(nèi)膜的不同途徑來控制心肌細胞在發(fā)育過程中的增殖平衡[3]。另外，Jepsen等[16]研究發(fā)現(xiàn)，視黃酸及甲狀腺激素受體沉默中介蛋白(silencing mediator of retinoid and hormone receptor，SMRT)和Foxp1均能抑制p21啟動子(p21起細胞周期抑制劑的作用，導(dǎo)致細胞增殖受阻)，且Foxp1與SMRT蛋白質(zhì)在物理上相互作用；SMRT是細胞自主調(diào)節(jié)心室致密區(qū)生長所必需的，其基因缺失導(dǎo)致特定的發(fā)育異常，包括心室發(fā)育不良和室間隔缺損，研究中發(fā)現(xiàn)SMRT+/-/Foxp1+/-雙雜合子小鼠表現(xiàn)出Foxp1及SMRT單基因缺失相當?shù)谋硇停砻鱂oxp1和SMRT共同調(diào)節(jié)心肌正常發(fā)育的基因程序。以上研究表明，F(xiàn)oxp1能通過自身或協(xié)同其他因子調(diào)節(jié)心肌細胞成熟和增殖，促進胚胎心臟的正常發(fā)育。

2.2Foxp1與血管生成 血管對于幾乎所有組織、器官及系統(tǒng)的形成和維持均必不可少，它們在氧氣和營養(yǎng)供應(yīng)以及發(fā)育和形態(tài)發(fā)生方面發(fā)揮重要作用[17]。血管的發(fā)育和生長是機體的一個生理和病理生理過程，如腫瘤生長、炎癥浸潤、切口愈合和動脈粥樣硬化性血管疾病引起的組織缺血等。這些過程的調(diào)控極為復(fù)雜，由調(diào)節(jié)促血管生成基因和抗血管生成基因表達的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，F(xiàn)oxp1已被證明參與其中[18]。研究表明，微RNA(microRNA，miRNA/miR)-544a可以負性調(diào)節(jié)Foxp1的表達，抑制膠質(zhì)瘤U87細胞的活性、遷移以及血管形成。

Grundmann等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠后肢缺血誘導(dǎo)后Foxp1表達上調(diào)，表明Foxp1為缺血組織血管生成的重要調(diào)節(jié)因子；另外，F(xiàn)oxp1刺激ECs增殖、遷移、血管形成(血管生成的3個基本組成部分)，F(xiàn)oxp1基因敲除則抑制VSMCs的增殖并導(dǎo)致斑馬魚血管形成缺陷。可見，F(xiàn)oxp1作為血管生成的刺激因子，能夠促進血管ECs遷移和增殖，在血管形成過程中發(fā)揮重要作用。

2.3Foxp1與心肌纖維化和心肌肥大 病理性心肌纖維化是幾乎所有心臟疾病心臟重構(gòu)的標志，主要過程包括肌成纖維細胞的形成、成纖維細胞的活化增殖以及細胞外基質(zhì)的過度分泌[20]。Foxp1被證明能通過轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β1/內(nèi)皮素-1信號通路調(diào)節(jié)病理性心肌纖維化和心肌肥大[21-22]。且Foxp1功能增強可抑制成纖維細胞增殖以減少肌成纖維細胞的形成，F(xiàn)oxp1功能抑制則導(dǎo)致成纖維細胞增殖、遷移、轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞以產(chǎn)生更多的細胞外基質(zhì)成分。

病理性心肌肥大的發(fā)生是對多種刺激的反應(yīng)，包括神經(jīng)體液因素、血流動力學(xué)應(yīng)激、心肌梗死和病毒感染。持續(xù)的心臟肥大導(dǎo)致適應(yīng)不良的基因表達重編程、心肌重構(gòu)，并最終導(dǎo)致心力衰竭[23]。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)oxp1可通過與活化T細胞核因子3(nuclear factor of activated T cell 3，NFAT3)相互作用并抑制其調(diào)節(jié)培養(yǎng)的原代心肌細胞的心肌肥大[24]。Foxp1和NFAT3共同占據(jù)了新生兒和成人心臟組織肥大相關(guān)基因的啟動子區(qū)域，其中Foxp1能同時抑制促肥大相關(guān)基因(Myh7、鈣調(diào)磷酸酶調(diào)節(jié)因子1、縫隙連接蛋白43、心房利鈉因子和腦鈉肽)和激活抗肥大相關(guān)基因(Myh6和p57kip2)，且通過與組成性NFAT3相互作用以維持促肥大和抗肥大效應(yīng)之間的平衡。心肌細胞中miR-206表達增加可誘導(dǎo)心肌細胞肥大并抑制細胞死亡，F(xiàn)oxp1是miR-206在心臟和心肌細胞中特定的靶標，在心肌肥大發(fā)生過程中Foxp1表達明顯下調(diào)，而過表達Foxp1可減輕miR-206誘導(dǎo)的心肌肥大，提示Foxp1負性調(diào)節(jié)心肌肥大[25]。因此，上調(diào)Foxp1的表達能夠抑制病理性心肌纖維化和心肌肥大進展，在病理性心臟重構(gòu)中起保護作用。

2.4Foxp1與心血管炎癥 炎癥常發(fā)生于急性CVD中，如急性冠狀動脈綜合征和急性主動脈夾層等。而Foxp1能夠調(diào)控多種炎癥細胞，包括B細胞和T細胞的發(fā)育以及單核細胞的分化，在心血管系統(tǒng)炎癥中發(fā)揮重要作用。研究顯示，F(xiàn)oxp1能通過抑制巨噬細胞集落刺激因子受體的表達調(diào)節(jié)單核細胞分化和巨噬細胞功能，其過表達能減少促炎因子的產(chǎn)生；同時，F(xiàn)oxp1下調(diào)也是單核細胞分化和巨噬細胞促炎功能所必需，白細胞整合素Mac-1依賴性信號能促進Foxp1下調(diào)，進而促進單核細胞分化[26]。此外，F(xiàn)oxp1還是血管內(nèi)皮炎癥小體核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)等激活的關(guān)鍵，F(xiàn)oxp1能抑制NLRP3的表達，F(xiàn)oxp1基因表達下調(diào)導(dǎo)致NLRP3表達上調(diào)，從而增加炎癥；除炎癥小體激活外，RNA測序數(shù)據(jù)表明Foxp1與大量血管內(nèi)皮炎癥效應(yīng)改變有關(guān)，如在Foxp1缺失的ECs中發(fā)現(xiàn)大量炎癥趨化因子表達水平升高，其中最高度上調(diào)的基因之一是CC趨化因子配體8，它也被證明是Foxp1的直接靶標[27]。這表明，F(xiàn)oxp1缺失導(dǎo)致的部分血管內(nèi)皮炎癥效應(yīng)可能獨立于炎癥小體的激活，且可能是由趨化因子的表達增加驅(qū)動。

3 Foxp1與CVD

Foxp1的基因異常表達可以導(dǎo)致嚴重的CVD，包括先天性心臟缺陷以及嚴重的病理性心臟重構(gòu)，且在控制冠狀動脈血栓形成和心肌梗死方面發(fā)揮抗炎和抗動脈粥樣硬化作用。此外，F(xiàn)oxp1信號還能通過限制心臟重構(gòu)過程避免心力衰竭的發(fā)生。因此，靶向Foxp1信號成為CVD進展的預(yù)警生物標志物。

3.1Foxp1與先天性心臟病 先天性心臟病是最常見的出生缺陷，雖然許多研究之間略有差異，但可知先天性心臟病在新生兒中的患病率約為1%[28]。Foxp1能夠協(xié)同SMRT參與機體心臟的基因表達，對心臟的生長發(fā)育有重要影響[16]。NKX2.5是人類先天性心臟病的一個致病基因，F(xiàn)oxp1作為NKX2.5的直接轉(zhuǎn)錄抑制因子，能抑制NKX2.5的表達，且Foxp1基因突變可引起NKX2.5基因的異常激活，從而發(fā)生嚴重的先天性心臟病[3-4]。

在先天性心臟病中，房室間隔缺損(atrioventricular septal defects，AVSDs)和左心發(fā)育不全綜合征(hypoplastic left heart syndrome，HLHS)較為常見。其中，AVSDs是由心內(nèi)膜墊發(fā)育異常引起，而HLHS可能與心內(nèi)膜和心肌發(fā)育缺陷有關(guān)[29]。Foxp1在心內(nèi)膜和心肌的發(fā)育過程中大量表達，且已被證明對小鼠模型的心內(nèi)膜墊和心肌的正常發(fā)育至關(guān)重要[15]。因此，F(xiàn)oxp1的基因異常表達可能導(dǎo)致AVSDs和HLHS的發(fā)生發(fā)展。Gambetta等[30]研究表明，在HLHS患者的房間隔中Foxp1的表達顯著降低；Chang等[31]對1例于8個月死亡的復(fù)雜先天性心臟病患者進行微陣列分析，發(fā)現(xiàn)該患者的3p14號染色體中約有0.3 Mb單位的基因微缺失，導(dǎo)致Foxp1基因突變；同時，他們在對另外82例AVSDs和HLHS患者的進一步分析中也發(fā)現(xiàn)了攜帶Foxp1基因突變的患者。可見，F(xiàn)oxp1基因突變與人類先天性心臟病有關(guān)，F(xiàn)oxp1基因可能是先天性心臟病治療的一個新靶點。

3.2Foxp1與動脈粥樣硬化和心肌梗死 動脈粥樣硬化是一種慢性炎癥性疾病。隨著時間的推移，膽固醇、脂質(zhì)和細胞碎片會積聚在血管壁上，從而引起炎癥，持續(xù)的慢性炎癥反應(yīng)增加血管內(nèi)膜體積，形成覆蓋有纖維帽的動脈粥樣硬化斑塊，導(dǎo)致血管變窄。在動脈粥樣硬化的最后階段往往會發(fā)生粥樣斑塊的突然破裂和血栓形成，從而導(dǎo)致缺血和心肌梗死[32]。單核細胞和巨噬細胞是動脈粥樣硬化的主要效應(yīng)細胞，單核細胞向巨噬細胞分化并形成泡沫細胞是動脈粥樣硬化斑塊形成的關(guān)鍵步驟[33]；而Foxp1是單核細胞分化和巨噬細胞成熟的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[26]，在動脈粥樣硬化中扮演重要角色。

Zhuang等[5]研究表明，冠狀動脈硬化患者硬化血管ECs中Foxp1的表達顯著下調(diào)；進一步研究證明，ECs-Foxp1能直接調(diào)節(jié)內(nèi)皮炎癥小體，包括NLRP3、胱天蛋白酶1、白細胞介素-1β，減輕血管炎癥，減少動脈粥樣硬化的發(fā)生。此外，研究還發(fā)現(xiàn)ECs-Foxp1受Krüppel樣轉(zhuǎn)錄因子2(Krüppel-like factor 2，KLF2)調(diào)控，其具體機制為振蕩切應(yīng)力下調(diào)內(nèi)皮KLF2的表達，從而降低ECs-Foxp1的表達以激活內(nèi)皮炎癥小體，促進動脈粥樣硬化形成；而層流切應(yīng)力或辛伐他汀則增加內(nèi)皮KLF2和Foxp1的表達，抑制內(nèi)皮炎癥小體的激活，從而抑制動脈粥樣硬化。然而Xing等[34]研究發(fā)現(xiàn)，VSMCs-Foxp1在動脈粥樣硬化斑塊中高表達，且miR-206能抑制Foxp1表達，導(dǎo)致VSMCs活力下降和凋亡增加，從而抑制動脈粥樣硬化的形成。可見，ECs-Foxp1的高表達和VSMCs-Foxp1的低表達均是動脈粥樣硬化形成的重要抑制因素，但兩者的相互作用機制需進一步驗證。目前已知在控制動脈粥樣硬化形成中Foxp1起抗炎作用。

大多數(shù)急性心肌梗死是由動脈粥樣硬化斑塊破裂或侵蝕導(dǎo)致的閉塞性血栓形成引起[35]。Foxp1的表達與更穩(wěn)定的粥樣硬化斑塊相關(guān)，已被證明可延長血栓形成的時間，降低心肌梗死的發(fā)生率[6-7]。血管生成在心肌梗死介導(dǎo)的病理性心臟重構(gòu)起重要作用，且血管生成會使血漿成分外滲，導(dǎo)致血栓栓塞形成[35]。而Foxp1不僅是血管生成的重要調(diào)節(jié)因子[18]，還能通過TGF-β1信號改善心肌梗死后的病理性心臟重構(gòu)[21]。因此，F(xiàn)oxp1是急性心肌梗死的保護因子，可能在心肌梗死發(fā)展過程中起抗動脈粥樣硬化作用。

3.3Foxp1與心力衰竭 心力衰竭是多種CVD的臨床表現(xiàn)，盡管近年CVD的治療有所改善，但心力衰竭的死亡率仍居高不下[36]。心力衰竭的特征為間質(zhì)纖維化、心室重構(gòu)和心室順應(yīng)性降低，涉及病理性心肌細胞肥大和凋亡、成纖維細胞增殖、心肌損傷或慢性心肌負荷改變引起的肌成纖維細胞形成和間質(zhì)纖維化以及影響心臟功能的多種生化和分子改變，統(tǒng)稱為病理性心臟重構(gòu)[21]。

TGF-β1已被證明是心臟重構(gòu)中的促纖維化因子，研究表明，ECs-Foxp1能通過抑制TGF-β1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制病理性心臟重構(gòu)的進展，在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的小鼠心臟重構(gòu)過程中，ECs-Foxp1表達顯著下調(diào)[21-22]。ECs-Foxp1的缺失可上調(diào)TGF-β1信號，導(dǎo)致嚴重的心臟重構(gòu)，包括更多的心肌纖維化，肌成纖維細胞形成和病理性心肌肥大以及心功能的進一步惡化。而ECs-Foxp1功能增強能保護心臟，改善心功能。Hannenhalli等[8]對210例晚期心力衰竭患者心臟組織進行轉(zhuǎn)錄基因組學(xué)檢測發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ox轉(zhuǎn)錄因子的活性增強，且Foxp1在衰竭的人心肌細胞核中含量豐富，提示心肌Foxp1與心力衰竭之間也存在聯(lián)系。心肌Foxp1受miR-206調(diào)節(jié)，miR-206通過下調(diào)Foxp1促進心肌肥大和存活，而上調(diào)Foxp1可促進心肌凋亡[25]。由此推測，心力衰竭患者的心肌凋亡與細胞核內(nèi)的Foxp1高表達有關(guān)，可見Foxp1在心力衰竭患者的不同細胞中發(fā)揮著不同作用，其具體機制尚待闡明。

3.4Foxp1與心房顫動 心房顫動是最常見的室上性心律失常，隨著年齡增長，其患病率呈指數(shù)增長，在老年人中患病率高達8%，并通過影響患者生活質(zhì)量增加腦卒中和心力衰竭的風(fēng)險，增加患者死亡率[37]。心房顫動的病理生理學(xué)的一個重要特征是心房肌細胞激活率增加引起的“房性快速心律失常重構(gòu)”，其最為重要的電生理表現(xiàn)為L型鈣通道介導(dǎo)的Ca2+電流下調(diào)和Kir2.1通道介導(dǎo)的IK1電流上調(diào)[9]；另外，在房性快速心律失常重構(gòu)的發(fā)生過程中還發(fā)現(xiàn)活性氧、Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ的激活和NFAT信號通路等也參與其中[38]。

在心房顫動患者和快速心房起搏大鼠模型的心房肌細胞中觀察到Foxp1顯著下調(diào)，Kir2.1和TGF-β信號上調(diào)；Kir2.1受NFAT信號調(diào)節(jié)，通過鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶/NFAT信號通路嚴格調(diào)控，在心房顫動相關(guān)重構(gòu)中發(fā)揮重要作用[9]。而Fxop1是心肌細胞中NFAT信號的阻遏因子[24]，提示Foxp1在心房顫動中的機制可能是通過鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶/NFAT信號通路抑制Kir2.1的表達起保護作用。

4 小 結(jié)

Foxp1作為一種重要的轉(zhuǎn)錄因子，廣泛表達于血管、心肌和心內(nèi)膜，并與CVD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。以往對于Foxp1的研究主要集中于腫瘤和免疫等學(xué)科方向，但近年來Foxp1對心血管系統(tǒng)的調(diào)控成為研究熱點。Foxp1對先天性心臟病、心肌梗死、心力衰竭等具有調(diào)控作用，針對Foxp1及其信號通路可能為臨床決策提供新的治療靶點。且Foxp1對心血管系統(tǒng)具有廣泛的生理病理作用，如在血管生成、血管炎癥等方面的作用，對Foxp1的進一步研究可能為后續(xù)主動脈夾層的發(fā)生發(fā)展以及心臟移植中移植物血管內(nèi)病變等相關(guān)心血管系統(tǒng)研究提供新思路。