藍林輝，王志維

(武漢大學人民醫(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，Fox)基因最初是在果蠅進行的隨機誘變篩選中被發(fā)現，當前已知的Fox基因數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，Fox轉錄因子根據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的不同組織和細胞類型，參與多種特異性基因轉錄的細胞增殖、自噬、炎癥和分化[2]。

Fox蛋白p1(Fox protein p1，Foxp1)屬于Foxp亞家族轉錄調控因子的一員，其在心血管系統中表達并發(fā)揮不同作用。研究表明，Foxp1與人類先天性心臟病有關，其基因突變可導致人類先天性心臟病致病基因NKX2.5的異常激活[3-4]；同時，Foxp1還能夠調節(jié)內皮炎癥小體，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，Foxp1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，提示其在心力衰竭和心房顫動中扮演重要角色[8-9]?？梢?，Foxp1與CVD關系密切?，F就Foxp1在CVD中的調控作用予以綜述。

1 Foxp1概述

Foxp1基因位于染色體3p14.1區(qū)域上，長度628 kb[10]，其特有結構域包括一個分叉的DNA結合翼螺旋、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節(jié)Foxp1轉錄活性的基序，亮氨酸拉鏈和鋅指基序對Foxp蛋白質之間的同源和異源二聚作用至關重要。Foxp1的整個N端區(qū)域充當多個轉錄輔因子的復雜連接位點，并通過常見的DNA結合序列調節(jié)組織和細胞類型特異性基因的轉錄。

由于表達的多樣性，Foxp1受組織和細胞類型特異性功能域選擇性剪接的高度調控，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，Foxp1在心肌和心內膜組織中均有表達，并參與各種不同細胞類型的轉錄調節(jié)，如心肌細胞、內皮細胞(endothelial cells,ECs)和血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)[12]。隨著研究的深入，Foxp1與CVD的聯系不斷被發(fā)現，其參與心血管系統生理及病理生理的作用機制已成為近年研究熱點。

2 Foxp1與心血管系統生理和病理生理

Foxp1在生物系統中發(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，可調節(jié)血管ECs的增殖、遷移以及管形成；另外，Foxp1能夠抑制病理性心肌纖維化和心肌肥大，且在心血管系統炎癥中扮演調節(jié)因子?？傊?，Foxp1在心血管系統中發(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 轉錄調控因子的激活被認為是胚胎心臟發(fā)育過程中基因調控的關鍵組成部分。轉錄因子Foxp1與胚胎發(fā)育密切相關，不僅能調節(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，Foxp1的正常激活顯得至關重要，其有助于適當的心肌細胞增殖和分化。研究表明，Foxp1基因缺失會導致死亡和復雜的心臟表型，包括流出道間隔缺損和胚胎心內膜墊發(fā)育缺陷以及室間隔缺損[12,15]。Foxp1在心肌和心內膜中表達，其中心肌Foxp1缺失促進心肌細胞增殖，而心內膜Foxp1缺失抑制心肌細胞增殖，可見Foxp1通過靶向心肌和心內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，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，導致細胞增殖受阻)，且Foxp1與SMRT蛋白質在物理上相互作用；SMRT是細胞自主調節(jié)心室致密區(qū)生長所必需的，其基因缺失導致特定的發(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SMRT+/-/Foxp1+/-雙雜合子小鼠表現出Foxp1及SMRT單基因缺失相當的表型，表明Foxp1和SMRT共同調節(jié)心肌正常發(fā)育的基因程序。以上研究表明，Foxp1能通過自身或協同其他因子調節(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、器官及系統的形成和維持均必不可少，它們在氧氣和營養(yǎng)供應以及發(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。這些過程的調控極為復雜，由調節(jié)促血管生成基因和抗血管生成基因表達的轉錄因子調控，Foxp1已被證明參與其中[18]。研究表明，微RNA(microRNA，miRNA/miR)-544a可以負性調節(jié)Foxp1的表達，抑制膠質瘤U87細胞的活性、遷移以及血管形成。

Grundmann等[19]研究發(fā)現，在小鼠后肢缺血誘導后Foxp1表達上調，表明Foxp1為缺血組織血管生成的重要調節(jié)因子；另外，Foxp1刺激ECs增殖、遷移、血管形成(血管生成的3個基本組成部分)，Foxp1基因敲除則抑制VSMCs的增殖并導致斑馬魚血管形成缺陷?？梢?，Foxp1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的過度分泌[20]。Foxp1被證明能通過轉化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β1/內皮素-1信號通路調節(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，Foxp1功能抑制則導致成纖維細胞增殖、遷移、轉化為肌成纖維細胞以產生更多的細胞外基質成分。

病理性心肌肥大的發(fā)生是對多種刺激的反應，包括神經體液因素、血流動力學應激、心肌梗死和病毒感染。持續(xù)的心臟肥大導致適應不良的基因表達重編程、心肌重構，并最終導致心力衰竭[23]。研究發(fā)現，Foxp1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共同占據了新生兒和成人心臟組織肥大相關基因的啟動子區(qū)域，其中Foxp1能同時抑制促肥大相關基因(Myh7、鈣調磷酸酶調節(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之間的平衡。心肌細胞中miR-206表達增加可誘導心肌細胞肥大并抑制細胞死亡，Foxp1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，而過表達Foxp1可減輕miR-206誘導的心肌肥大，提示Foxp1負性調節(jié)心肌肥大[25]。因此，上調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，在心血管系統炎癥中發(fā)揮重要作用。研究顯示，Foxp1能通過抑制巨噬細胞集落刺激因子受體的表達調節(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生；同時，Foxp1下調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，進而促進單核細胞分化[26]。此外，Foxp1還是血管內皮炎癥小體核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)等激活的關鍵，Foxp1能抑制NLRP3的表達，Foxp1基因表達下調導致NLRP3表達上調，從而增加炎癥；除炎癥小體激活外，RNA測序數據表明Foxp1與大量血管內皮炎癥效應改變有關，如在Foxp1缺失的ECs中發(fā)現大量炎癥趨化因子表達水平升高，其中最高度上調的基因之一是CC趨化因子配體8，它也被證明是Foxp1的直接靶標[27]。這表明，Foxp1缺失導致的部分血管內皮炎癥效應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動。

3 Foxp1與CVD

Foxp1的基因異常表達可以導致嚴重的CVD，包括先天性心臟缺陷以及嚴重的病理性心臟重構，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，Foxp1信號還能通過限制心臟重構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，Foxp1作為NKX2.5的直接轉錄抑制因子，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是由心內膜墊發(fā)育異常引起，而HLHS可能與心內膜和心肌發(fā)育缺陷有關[29]。Foxp1在心內膜和心肌的發(fā)育過程中大量表達，且已被證明對小鼠模型的心內膜墊和心肌的正常發(fā)育至關重要[15]。因此，Foxp1的基因異常表達可能導致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個月死亡的復雜先天性心臟病患者進行微陣列分析，發(fā)現該患者的3p14號染色體中約有0.3 Mb單位的基因微缺失，導致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)現了攜帶Foxp1基因突變的患者?？梢姡現oxp1基因突變與人類先天性心臟病有關，Foxp1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)的慢性炎癥反應增加血管內膜體積，形成覆蓋有纖維帽的動脈粥樣硬化斑塊，導致血管變窄。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鍵步驟[33]；而Foxp1是單核細胞分化和巨噬細胞成熟的關鍵調節(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；進一步研究證明，ECs-Foxp1能直接調節(jié)內皮炎癥小體，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ECs-Foxp1受Krüppel樣轉錄因子2(Krüppel-like factor 2，KLF2)調控，其具體機制為振蕩切應力下調內皮KLF2的表達，從而降低ECs-Foxp1的表達以激活內皮炎癥小體，促進動脈粥樣硬化形成；而層流切應力或辛伐他汀則增加內皮KLF2和Foxp1的表達，抑制內皮炎癥小體的激活，從而抑制動脈粥樣硬化。然而Xing等[34]研究發(fā)現，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。

大多數急性心肌梗死是由動脈粥樣硬化斑塊破裂或侵蝕導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，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的病理性心臟重構起重要作用，且血管生成會使血漿成分外滲，導致血栓栓塞形成[35]。而Foxp1不僅是血管生成的重要調節(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[21]。因此，Foxp1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，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纖維化、心室重構和心室順應性降低，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纖維化以及影響心臟功能的多種生化和分子改變，統稱為病理性心臟重構[21]。

TGF-β1已被證明是心臟重構中的促纖維化因子，研究表明，ECs-Foxp1能通過抑制TGF-β1信號轉導抑制病理性心臟重構的進展，在血管緊張素Ⅱ誘導的小鼠心臟重構過程中，ECs-Foxp1表達顯著下調[21-22]。ECs-Foxp1的缺失可上調TGF-β1信號，導致嚴重的心臟重構，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錄基因組學檢測發(fā)現，Fox轉錄因子的活性增強，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系。心肌Foxp1受miR-206調節(jié)，miR-206通過下調Foxp1促進心肌肥大和存活，而上調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的Foxp1高表達有關，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，其患病率呈指數增長，在老年人中患病率高達8%，并通過影響患者生活質量增加腦卒中和心力衰竭的風險，增加患者死亡率[37]。心房顫動的病理生理學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”，其最為重要的電生理表現為L型鈣通道介導的Ca2+電流下調和Kir2.1通道介導的IK1電流上調[9]；另外，在房性快速心律失常重構的發(fā)生過程中還發(fā)現活性氧、Ca2+/鈣調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，Kir2.1和TGF-β信號上調；Kir2.1受NFAT信號調節(jié)，通過鈣調神經磷酸酶/NFAT信號通路嚴格調控，在心房顫動相關重構中發(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神經磷酸酶/NFAT信號通路抑制Kir2.1的表達起保護作用。

4 小 結

Foxp1作為一種重要的轉錄因子，廣泛表達于血管、心肌和心內膜，并與CVD的發(fā)生發(fā)展密切相關。以往對于Foxp1的研究主要集中于腫瘤和免疫等學科方向，但近年來Foxp1對心血管系統的調控成為研究熱點。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病變等相關心血管系統研究提供新思路。