前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草菌素9在心力衰竭中的研究進展

陳真，許官學(xué) 綜述 馬懿 審校

遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，貴州 遵義 563000

心力衰竭(heart failure，HF)是各種心臟疾病進展至終末期階段引起的一種復(fù)雜的臨床綜合征。近年來隨著人口老齡化趨勢日益加劇，心力衰竭的發(fā)病率、住院率及死亡率也不斷增加，給社會經(jīng)濟發(fā)展帶來了巨大的負(fù)擔(dān)。生理情況下，心臟的血液供應(yīng)主要靠心肌收縮，通過心臟射血來增加心排血量，從而滿足全身各器官的血液需求。當(dāng)心肌收縮功能障礙后，導(dǎo)致心排血量減少不能滿足組織代謝所需時會發(fā)生循環(huán)障礙，最終導(dǎo)致心力衰竭。研究已證實心肌細(xì)胞可以通過細(xì)胞凋亡、細(xì)胞自噬的方式參與心力衰竭過程[1]。前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草菌素9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9)是Marianne Abifadel 于2003 年首次發(fā)現(xiàn)的，是控制低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C)的關(guān)鍵基因[2]。PCSK9 基因的突變有功能獲得性突變和功能喪失性突變，其中功能獲得性突變與常染色體顯性遺傳性高膽固醇血癥相關(guān)，而功能喪失性與降低LDL-C水平和降低冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的發(fā)病概率有關(guān)[3]。PCSK9自發(fā)現(xiàn)以來在膽固醇調(diào)節(jié)和心血管生物學(xué)等領(lǐng)域均有廣泛的研究。隨著對PCSK9 的深入認(rèn)識，臨床認(rèn)為PCSK9可能與心力衰竭有一定的相關(guān)性。Minana等[4]研究發(fā)現(xiàn)，在急性心肌梗死患者中，循環(huán)PCSK9水平與左心室射血分?jǐn)?shù)和射血分?jǐn)?shù)降低呈負(fù)相關(guān)。BioStat-CHF研究結(jié)果顯示循環(huán)中的PCSK9水平與心力衰竭惡化患者的全因死亡風(fēng)險和復(fù)合終點呈正相關(guān)[5]。本文就PCSK9的結(jié)構(gòu)、功能以及與心力衰竭關(guān)系進行綜述。

1 PCSK9概述

1.1 PCSK9 結(jié)構(gòu) 人PCSK9 基因位于染色體1p32.3，全長約22 kb，有12個外顯子和11個內(nèi)含子[6]。PCSK9基因編碼692個氨基酸，分子量為72 kDa，包括一個信號肽(1～30位氨基酸)、一個前結(jié)構(gòu)域(31～152位氨基酸)、一個催化域(153～425 位氨基酸)和一個富含半胱氨酸和組氨酸的C-末端結(jié)構(gòu)域(426～692 位氨基酸)[7]。PCSK9首先在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中被合成為前體PCSK9，然后在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體中自身催化成熟，最后從N-末端釋放14 kDa 的前肽，產(chǎn)生約60 kDa 的成熟PCSK9 蛋白并釋放入血[8]。PCSK9 主要由肝臟合成和分泌，其他細(xì)胞也可以產(chǎn)生和分泌PCSK9，如心肌[9]、腸[10]、胰腺[11]、脂肪組織[12]、腎臟[13]和腦[14]中的細(xì)胞。PCSK9的轉(zhuǎn)錄和翻譯受多種核因子調(diào)控，如固醇反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(SREBP-2)和肝細(xì)胞核因子1α (HNF1α)[15]。SREBP-2是PCSK9與固醇調(diào)節(jié)元件(SRE)啟動子連接的主要轉(zhuǎn)錄因子[16]。HNF1α通過與啟動子區(qū)域中SRE位點旁邊的位點結(jié)合發(fā)揮作用[15]。SREBP-2和HNF1α主要促進PCSK9 的表達[17]。叉頭轉(zhuǎn)錄因子(FoxO3)可通過招募乙酰化酶Sirt6(sirtuin 6)到PCSK9 基因的近端啟動子區(qū)域，以調(diào)節(jié)PCSK9 基因中的組蛋白乙酰化，從而抑制PCSK9基因表達[18]。

1.2 PCSK9 功能 目前發(fā)現(xiàn)PCSK9 最重要的功能是參與低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor，LDLR)的表達調(diào)控，進而調(diào)節(jié)血液中的LDL-C的水平。血液中LDL-C 的清除和分解代謝發(fā)生在肝臟，肝細(xì)胞表面表達LDLR，LDLR攝取LDL-C并將其從循環(huán)中清除[19]。PCSK9 的催化結(jié)構(gòu)域可以與低密度脂蛋白表皮生長因子前體同源結(jié)構(gòu)域A(EGF-A)相互結(jié)合，從而阻止LDL-C與LDLR結(jié)合。當(dāng)PCSK9與LDLR 結(jié)合的復(fù)合體(LDL-C/LDLR)進入網(wǎng)狀蛋白小泡內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)時，由于PCSK9原結(jié)構(gòu)域和LDLR之間額外的離子-離子相互作用，溶酶體中的酸性環(huán)境促進了LDL-C從復(fù)合體中分離出來，并使PCSK9/LDLR的親和力增加150倍。最后PCSK9像柱子一樣將LDLR保持在開放構(gòu)象中，而不發(fā)揮蛋白水解的作用，并防止返回細(xì)胞表面所必需的閉合構(gòu)象轉(zhuǎn)變，這導(dǎo)致肝細(xì)胞表面LDLR 的表達減少，從而降低了從血液中清除LDL-C的能力[20]。因此，PCSK9在調(diào)節(jié)血液LDL-C水平中起著非常重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，PCSK9除具有調(diào)節(jié)脂代謝作用外，還可能與心力衰竭的發(fā)生有關(guān)，然而目前關(guān)于PCSK9在心力衰竭的病理生理過程中的作用尚在研究中。

2 PCSK9與心力衰竭

2.1 PCSK9 與心肌收縮功能 心肌收縮功能下降是引起心力衰竭的主要原因之一[21]。目前有研究已證實血清中氧化型低密度脂蛋白膽固醇(oxidized low-density lipoprotein cholesterol，oxLDL)水平直接影響心肌的結(jié)構(gòu)和功能，而PCSK9 可能參與該過程。Schluter等[9]發(fā)現(xiàn)通過沉默oxLDL 受體、阻斷p38 絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)的激活和沉默PCSK9 可以減弱oxLDL對心肌收縮功能的損害作用；他們也發(fā)現(xiàn)增加血清中oxLDL 的濃度會導(dǎo)致PCSK9 的表達增強，并引起原肌球蛋白的氧化修飾，進而顯著降低了心肌的收縮功能。因此PCSK9 可能參與oxLDL 調(diào)控心力衰竭的發(fā)生發(fā)展的過程。Wolf 等[22]采用PCSK9抑制劑抑制PCSK9 的表達，發(fā)現(xiàn)可改善oxLDL 對心肌收縮功能的損害。此外，敲除小鼠PCSK9基因后左室舒張末期壓力、左心室內(nèi)壓最大上升速率和左心室內(nèi)壓最大下降速率顯著增加，左心室收縮功能出現(xiàn)增強。而另一項研究通過在小鼠腹腔注射oxLDL，4 周后發(fā)現(xiàn)血清和心臟中PCSK9 水平升高，oxLDL 增加PCSK9表達，增加線粒體氧化應(yīng)激、線粒體裂變和心肌細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致心肌收縮功能障礙[23]。該研究結(jié)果顯示，抑制PCSK9可能產(chǎn)生心臟保護作用。

2.2 PCSK9 與細(xì)胞自噬 細(xì)胞自噬是一種應(yīng)激反應(yīng)時的自我降解過程，在平衡能量來源和去除折疊錯誤的蛋白質(zhì)方面起著關(guān)鍵作用，因此細(xì)胞自噬也被認(rèn)為是促進細(xì)胞在正常條件下存活的一種保護和適應(yīng)機制[24]。在心臟作用方面，生理情況下自噬對心肌細(xì)胞具有保護作用。但當(dāng)自噬被過度激活后，會導(dǎo)致細(xì)胞器破壞，造成心肌細(xì)胞死亡，從而導(dǎo)致心功能不全。自噬過程受多種信號通路的調(diào)控。一項研究顯示在心肌缺血再灌注損傷時心肌PCSK9 水平表達增加，自噬調(diào)節(jié)蛋白輕鏈3(LC3)和自噬相關(guān)蛋白Beclin-1水平也升高，心肌細(xì)胞自噬被激活，心肌損傷加重[25]。同時還發(fā)現(xiàn)PCSK9 通過Bcl-2 腺病毒/E1B 19 kD 相互作用蛋白3(BNIP3)通路調(diào)節(jié)自噬，加重心肌損傷，導(dǎo)致心力衰竭。使用PCSK9抑制劑可顯著降低細(xì)胞自噬，增強心臟功能。另一項研究顯示心肌缺血時釋放的PCSK9 參與細(xì)胞自噬的發(fā)展[26]。該研究使用兩種不同的PCSK9 抑制劑(Pep2-8 和EGF-A)處理野生型小鼠或PCSK9基因缺乏的小鼠，結(jié)果顯示抑制PCSK9顯著減少了細(xì)胞自噬，同時改善心臟收縮功能。此外，研究還顯示在缺氧誘導(dǎo)下用重組PCSK9處理心肌細(xì)胞會導(dǎo)致LC3 和Beclin-1 表達增強，而用PCSK9小干擾RNA(PCSK9 small interfering RNA，PCSK9 siRNA)抑制PCSK9 會導(dǎo)致LC3 和Beclin-1 表達減弱，這提示PCSK9 可能在自噬中發(fā)揮作用。總之，PCSK9 的表達與自噬的發(fā)生有關(guān)，PCSK9 表達增加可激活細(xì)胞過度自噬，從而細(xì)胞死亡增加，導(dǎo)致心功能不全或心力衰竭。因此，抑制PCSK9水平可減少細(xì)胞自噬發(fā)生，可能具有改善心臟功能作用。

2.3 PCSK9 與細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡在心肌梗死后心力衰竭的發(fā)生和發(fā)展過程中起著關(guān)鍵作用，影響著心臟功能的恢復(fù)。細(xì)胞凋亡過程受多種凋亡蛋白調(diào)節(jié)，其中關(guān)鍵調(diào)控蛋白是Bcl-2家族，包括Bax 蛋白和Bcl-2 蛋白，Bax 蛋白是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，而Bcl-2 蛋白是抑制細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)oxLDL 可使促凋亡蛋白Bax 表達增加，而抗凋亡蛋白Bcl-2 則表達下降[27]。使用PCSK9 siRNA 沉默PCSK9 后，oxLDL 的促凋亡效應(yīng)被抑制，細(xì)胞的凋亡減少。因此，oxLDL 可以通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡來上調(diào)PCSK9 的表達。動物實驗表明，在敲除載脂蛋白E 基因的小鼠中，PCSK9 siRNA可以降低p38MAPK 的活化和c-Jun 氨基末端激酶(JNK)的磷酸化，進而減少細(xì)胞凋亡的發(fā)生，這提示PCSK9 可通過JNK/p38MAPK 途徑促進細(xì)胞凋亡[28]。此外，PCSK9 與線粒體DNA 損傷之間可能存在相互作用，用促炎刺激脂多糖處理培養(yǎng)的平滑肌細(xì)胞可刺激PCSK9 的釋放，在線粒體活性氧的參與下，通過p38MAPK 信號通路誘導(dǎo)線粒體DNA 的損傷，進而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[29]。因此PCSK9 通過調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡從而參與心力衰竭的發(fā)生過程。

2.4 PCSK9 調(diào)節(jié)脂肪酸代謝 心臟是人體消耗能量最多的器官，但在心肌細(xì)胞中儲存ATP的濃度很低，所以需要持續(xù)給心肌提供能量，不斷產(chǎn)生ATP 來維持心臟的正常功能，當(dāng)心肌受損后，會導(dǎo)致心肌能量代謝發(fā)生障礙，進一步導(dǎo)致心功能不全、心室重構(gòu)。游離脂肪酸是心肌的主要能量來源。心肌細(xì)胞中脂肪酸代謝減少會導(dǎo)致心功能不全[30]，CD36 是轉(zhuǎn)運游離脂肪酸至心肌細(xì)胞的主要蛋白[31]，CD36缺乏可能與心肌損傷相關(guān)的心力衰竭有關(guān)[32]，PCSK9可通過結(jié)合CD36來下調(diào)心肌CD36的含量和表達，進而降低脂肪酸代謝水平，導(dǎo)致心肌能量代謝障礙，發(fā)生心力衰竭[33]。而另一項研究發(fā)現(xiàn)，PCSK9 缺乏可能通過CD36 來增加脂質(zhì)累積，進而導(dǎo)致射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭[34]。因此，PCSK9 會導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生，但是缺乏PCSK9同樣也可能導(dǎo)致發(fā)生心力衰竭，未來需進一步研究PCSK9在心力衰竭中的發(fā)生作用。

3 總結(jié)

綜上所述，PCSK9 可能通過降低心肌收縮功能、誘導(dǎo)細(xì)胞過度自噬和凋亡、調(diào)節(jié)脂肪酸代謝來參與心力衰竭的發(fā)病過程，且與膽固醇調(diào)節(jié)無關(guān)。目前已有研究顯示PCSK9缺乏對在心力衰竭中產(chǎn)生積極作用，但也有研究指出PCSK9 缺乏會導(dǎo)致射血分?jǐn)?shù)保留的心衰，具體的生理機制還有待進一步研究。PCSK9盡管發(fā)現(xiàn)得早，但它可能還具有未被挖掘的其他功能，因此未來需要對PCSK9進行更深入的研究，以便發(fā)現(xiàn)更多PCSK9在心血管疾病中的潛在治療靶點。