李秋 李蔚華

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬梨園醫(yī)院心血管內(nèi)科,湖北 武漢 430077)

急性心肌梗死起病急驟、致死率高,是冠心病患者最重要的死因,其治療關(guān)鍵在于盡早重建冠狀動(dòng)脈血流、恢復(fù)缺血區(qū)域的供血,但缺血心肌在恢復(fù)血流后,反而導(dǎo)致更嚴(yán)重的心臟功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷,這種現(xiàn)象被稱(chēng)為心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI)[1]。MIRI主要通過(guò)氧化應(yīng)激、細(xì)胞內(nèi)鈣超載、炎癥等機(jī)制加重心肌細(xì)胞死亡,導(dǎo)致患者預(yù)后不良及存活率降低[2]。2019年,COST行動(dòng)提出了針對(duì)MIRI的多靶點(diǎn)心臟保護(hù)策略,而目前多靶點(diǎn)心臟保護(hù)的臨床研究中僅有缺血性調(diào)節(jié)組合、藥物治療組合、缺血性調(diào)節(jié)與藥物治療的組合可以減少再灌注誘導(dǎo)的心臟損傷,但對(duì)患者的長(zhǎng)期預(yù)后沒(méi)有改善[3]。

研究[4-5]發(fā)現(xiàn),三方基序(tripartite motif,TRIM)蛋白家族通過(guò)介導(dǎo)組織缺血再灌注損傷的機(jī)制,如氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡、炎癥、焦亡等參與MIRI進(jìn)程;并且該家族中的TRIM72,也稱(chēng)作MG53,具有調(diào)節(jié)細(xì)胞膜修復(fù)、缺血預(yù)適應(yīng)(ischemic preconditioning,IPC)及缺血后適應(yīng)(ischemic postconditioning,IPost)的功能,呈現(xiàn)出強(qiáng)大的心臟保護(hù)作用。因此,詳細(xì)了解TRIM蛋白介導(dǎo)MIRI的發(fā)生機(jī)制及其參與心臟保護(hù)的具體過(guò)程,將有可能為MIRI治療提供一種新穎的、有效的干預(yù)策略。

1 TRIM蛋白的結(jié)構(gòu)與生物功能

TRIM蛋白家族是具有80多個(gè)成員的一大組蛋白質(zhì),其結(jié)構(gòu)的典型特征在于蛋白質(zhì)的N末端區(qū)域中依次有高度保守的鋅指結(jié)構(gòu)域、1個(gè)或2個(gè)B-box結(jié)構(gòu)域、CC結(jié)構(gòu)域。鋅指結(jié)構(gòu)域中可結(jié)合Zn2+的半胱氨酸與組氨酸賦予了TRIM蛋白E3泛素連接酶活性,使其在各種生物過(guò)程中發(fā)揮重要作用[6];B-box結(jié)構(gòu)域有兩種類(lèi)型(B-box1和B-box2),該結(jié)構(gòu)域中也含有結(jié)合Zn2+的半胱氨酸和組氨酸,但是沒(méi)有E3泛素連接酶活性,其功能目前尚不明確[7];CC結(jié)構(gòu)域主要介導(dǎo)TRIM同源二聚化,促進(jìn)大分子復(fù)合物的形成以及決定蛋白的亞細(xì)胞定位[8]。TRIM蛋白C端復(fù)雜多樣的結(jié)構(gòu)域不僅構(gòu)成了具有特異性和靶向識(shí)別的功能單元,而且依據(jù)其類(lèi)型可將TRIM系列分為11個(gè)亞組(C-Ⅰ～C-Ⅺ)以及一個(gè)沒(méi)有鋅指結(jié)構(gòu)域的UC亞組[6]。

在功能上,TRIM蛋白家族通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞的各項(xiàng)生物過(guò)程,參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。研究[9]表明,TRIM蛋白在腫瘤疾病中通過(guò)介導(dǎo)細(xì)胞增殖、細(xì)胞侵襲和遷移、DNA修復(fù)、染色體易位等過(guò)程調(diào)控癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。TRIM蛋白還具有抗病毒特征,通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、先天免疫、病毒自噬,從而抑制人類(lèi)免疫缺陷病毒、人乳頭瘤病毒、流感病毒等感染宿主的能力[10]。此外,TRIM蛋白在肌肉疾病中也有重要作用,TRIM72通過(guò)調(diào)節(jié)肌纖維的增殖與肌細(xì)胞膜的修復(fù)緩解肌肉萎縮癥的進(jìn)展;而TRIM32通過(guò)介導(dǎo)骨骼肌中激動(dòng)蛋白的泛素化,直接促進(jìn)肌肉萎縮[11-12]。近年來(lái),多項(xiàng)研究[13-14]表明TRIM蛋白在心血管疾病中也扮演重要角色,通過(guò)調(diào)控細(xì)胞自噬、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞凋亡、炎癥等生物過(guò)程,與心室肥大、心肌缺血、心力衰竭等心臟病有密切關(guān)系;值得注意的是,TRIM蛋白可通過(guò)介導(dǎo)組織缺血再灌注損傷的機(jī)制參與MIRI進(jìn)程,其中TRIM72還參與質(zhì)膜修復(fù)、缺血性調(diào)節(jié),在MIRI中具有強(qiáng)大的心臟保護(hù)作用(圖1)。

注:dysferlin,質(zhì)膜修復(fù)蛋白;Cav3,小窩蛋白3;PI3K,磷脂酰肌醇3激酶;Akt,蛋白激酶B;GSK3β,糖原合成激酶3β;PKC-δ,蛋白激酶Cδ;RIPK1,受體相互作用蛋白激酶1;ROS,活性氧;Keap1,Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1;Nrf2,核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2;NLRP3,NOD樣受體蛋白3;ASC,凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白;caspase-1,胱天蛋白酶-1;TRAF6,腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6;TAK1,轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子激酶1;NF-κB,核因子-κB;DUSP1,雙特異性蛋白磷酸酶1;MAPK,絲裂原激活蛋白激酶;JNK1/2,c-Jun氨基末端激酶1/2;IKKε,IκB激酶;P,磷酸化;STAT1,信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子1。

2 TRIM與MIRI

2.1 TRIM介導(dǎo)細(xì)胞膜修復(fù)參與MIRI

缺血再灌注期間心肌細(xì)胞死亡的最直接原因是心肌細(xì)胞膜(肌膜)的破壞,肌膜破裂使細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)可以進(jìn)行自由交換,細(xì)胞穩(wěn)態(tài)無(wú)法維持,進(jìn)一步加重MIRI誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡,因此肌膜修復(fù)是維持細(xì)胞完整性的根本[15]。

質(zhì)膜修復(fù)蛋白(dysferlin)與小窩蛋白3(caveolin3,Cav3)是與肌膜修復(fù)相關(guān)的肌肉特異性蛋白質(zhì),二者相互作用,促進(jìn)dysferlin融合細(xì)胞內(nèi)囊泡來(lái)修補(bǔ)受損的膜并恢復(fù)肌膜完整性[16]。2019年,Cai等[17]證明TRIM72在肌膜的修復(fù)中十分重要,TRIM72的過(guò)表達(dá)會(huì)增加dysferlin和Cav3的水平,首先促進(jìn)dysferlin與細(xì)胞內(nèi)囊泡結(jié)合,然后通過(guò)與Cav3相互作用進(jìn)一步將囊泡募集到損傷部位,從而啟動(dòng)肌膜修復(fù)。后來(lái),他們進(jìn)一步研究[18]發(fā)現(xiàn)TRIM72介導(dǎo)的肌膜修復(fù)由膽固醇依賴(lài)性機(jī)制介導(dǎo),膽固醇可誘導(dǎo)TRIM72向膜損傷部位易位;同時(shí)證明了敲低TRIM72可阻礙肌膜損傷后的修復(fù),并導(dǎo)致再灌注過(guò)程中心肌細(xì)胞死亡增加,因此推測(cè)TRIM72介導(dǎo)的膜修復(fù)可能參與心臟保護(hù)。

此外,TRIM72與Zn2+的相互作用也可以保護(hù)細(xì)胞膜免受損傷。有研究[19]發(fā)現(xiàn),去除骨骼肌細(xì)胞外的鋅或破壞TRIM72的鋅結(jié)合基序會(huì)改變TRIM72介導(dǎo)的囊泡易位和膜修復(fù)功能;而且在TRIM72敲除的小鼠中,鋅對(duì)細(xì)胞膜修復(fù)的影響消失,表明TRIM72可能作為鋅的受體參與細(xì)胞膜修復(fù)過(guò)程。

2.2 TRIM介導(dǎo)氧化應(yīng)激參與MIRI

在缺血性疾病中,活性氧(reactive oxygen,ROS)過(guò)量導(dǎo)致的氧化應(yīng)激是組織損傷的關(guān)鍵因素。缺血心肌在開(kāi)始接受再灌注后,細(xì)胞內(nèi)氧的迅速恢復(fù)導(dǎo)致ROS生成迅速增加,過(guò)度的氧化作用誘導(dǎo)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔大量開(kāi)放與線粒體內(nèi)膜通透性改變,進(jìn)一步觸發(fā)線粒體膜電位失衡、腺苷三磷酸水解、大量Ca2+釋放入細(xì)胞質(zhì),從而加重線粒體腫脹和破裂,最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡[20]。

研究[21]發(fā)現(xiàn)TRIM8在缺氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的大鼠H9C2心肌細(xì)胞中表達(dá)量升高,敲低TRIM8可激活PI3K/Akt信號(hào)通路,抑制ROS產(chǎn)生并升高抗氧化劑的水平,進(jìn)而緩解缺氧/復(fù)氧過(guò)程中氧化應(yīng)激對(duì)H9C2細(xì)胞的損傷。Lu等[22]進(jìn)一步在人心肌細(xì)胞系中證明,TRIM8可促進(jìn)抗氧化劑谷胱甘肽過(guò)氧化物酶1的泛素化,使谷胱甘肽過(guò)氧化物酶1的水平降低,導(dǎo)致ROS的清除減弱,從而加重氧化應(yīng)激對(duì)心肌細(xì)胞的損傷。與TRIM8加重心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷的現(xiàn)象相反,TRIM16、TRIM72在MIRI中可減少氧化應(yīng)激介導(dǎo)的心肌細(xì)胞死亡,對(duì)MIRI具有潛在的心臟保護(hù)作用。TRIM16是一種氧化應(yīng)激反應(yīng)因子,通過(guò)與核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2相互作用維持抗氧化系統(tǒng)的穩(wěn)定[23];對(duì)MIRI的大鼠,過(guò)表達(dá)TRIM16明顯減小大鼠心肌梗死面積,通過(guò)激活Keap1/Nrf2信號(hào)通路來(lái)減少ROS產(chǎn)生,明顯緩解缺氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷和心肌細(xì)胞死亡[24]。最近一項(xiàng)研究[25]發(fā)現(xiàn),在小鼠原代心肌細(xì)胞與新生兒心肌細(xì)胞中,TRIM72(MG53)可以通過(guò)與線粒體特異性脂質(zhì)心磷脂結(jié)合來(lái)保持缺血事件后的線粒體完整性,減少再灌注后線粒體ROS的產(chǎn)生;后續(xù)將重組人MG53(recombinant human MG53,rhMG53)靜脈注入接受心臟缺血再灌注手術(shù)的豬和小鼠體內(nèi),發(fā)現(xiàn)rhMG53可易位到線粒體,通過(guò)保留心肌細(xì)胞中的線粒體來(lái)保留心臟功能。

2.3 TRIM介導(dǎo)細(xì)胞凋亡參與MIRI

細(xì)胞凋亡是細(xì)胞死亡的一種調(diào)節(jié)形式,其在心肌缺血不久后被觸發(fā),并且在再灌注期間明顯增加。絲裂原激活蛋白激酶與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子1在促進(jìn)MIRI誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中起重要作用;而雙特異性蛋白磷酸酶1作為抗凋亡磷酸酶,通過(guò)去磷酸化的方式滅活絲裂原激活蛋白激酶及其分支氨基末端激酶,對(duì)細(xì)胞凋亡起到抑制作用[26]。研究發(fā)現(xiàn),TRIM11與TRIM6可通過(guò)激活不同的信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)再灌注誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡。首選,敲低TRIM11能夠?qū)崿F(xiàn)雙特異性蛋白磷酸酶1的過(guò)表達(dá),進(jìn)一步導(dǎo)致其下游通路氨基末端激酶1/2失活,從而抑制缺氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡,因此推測(cè)TRIM11促進(jìn)MIRI中細(xì)胞凋亡的機(jī)制可能與其泛素化降解雙特異性蛋白磷酸酶1的程度相關(guān)[27]。此外,TRIM6可參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子1的激活來(lái)促進(jìn)MIRI誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡,在MIRI小鼠中,過(guò)表達(dá)TRIM6可磷酸化心肌組織中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子1使其活化,從而促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡并加重MIRI[28]。

壞死樣凋亡是一種新的細(xì)胞死亡途徑,其調(diào)節(jié)需要受體相互作用蛋白激酶(receptor-interacting protein kinase,RIPK)1、RIPK3及其底物來(lái)介導(dǎo),在參與組織缺血再灌注損傷的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用[29]。Wang等[30]證實(shí)了TRIM72通過(guò)抑制壞死性凋亡來(lái)防止MIRI引起的心臟損傷。他們首先發(fā)現(xiàn),rhMG53與N-乙酰半胱氨酸在小鼠MIRI中均有心臟保護(hù)作用,但是與單獨(dú)的rhMG53治療相比,rhMG53和N-乙酰半胱氨酸聯(lián)合應(yīng)用加劇了小鼠心臟損傷,進(jìn)一步研究表明,是由于N-乙酰半胱氨酸破壞MG53與RIPK1之間的相互作用,降低了MG53對(duì)RIPK1的泛素化降解,從而加劇MIRI心肌細(xì)胞的壞死性凋亡。

2.4 TRIM介導(dǎo)炎癥與焦亡參與MIRI

MIRI不可避免地伴隨有炎癥反應(yīng),在心臟缺血與再灌注階段受損的多種細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及其釋放的物質(zhì)與模式識(shí)別受體結(jié)合,進(jìn)一步激活絲裂原激活蛋白激酶、核因子-κB、NOD樣受體蛋白3等信號(hào)通路,觸發(fā)趨化因子與細(xì)胞因子大量釋放,從而募集大量白細(xì)胞到心肌梗死區(qū)域,加重MIRI的細(xì)胞死亡[31]。研究表明TRIM27與TRIM38具有抑制MIRI中炎癥反應(yīng)的作用。與野生型小鼠相比,TRIM27基因敲除小鼠接受心臟缺血再灌注手術(shù)后,心臟中核因子-κB與p53蛋白的水平顯著升高,并觸發(fā)促炎細(xì)胞因子大量分泌,從而加劇小鼠MIRI的炎癥反應(yīng)與心肌細(xì)胞凋亡[5]。Lu等[32]也證明TRIM38可通過(guò)促進(jìn)腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6的降解來(lái)誘導(dǎo)TAK1/NF-κB信號(hào)通路失活,從而緩解缺氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的H9C2心肌細(xì)胞炎癥反應(yīng)。

細(xì)胞焦亡是一種伴有炎癥的程序性細(xì)胞死亡,由NLRP3/ASC/caspase-1途徑的激活導(dǎo)致,其特征是Gasdermin D蛋白介導(dǎo)細(xì)胞膜破裂及細(xì)胞溶解之后釋放大量促炎介質(zhì),與MIRI的發(fā)展有密切關(guān)系[33]。最新的研究[34]發(fā)現(xiàn),TRIM16通過(guò)與NOD樣受體蛋白3炎癥小體相互作用,來(lái)抑制NLRP3/ASC/caspase-1通路的激活,從而減輕MIRI誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡以減少心肌損傷,具有潛在的心臟保護(hù)效應(yīng)。

2.5 TRIM介導(dǎo)缺血性調(diào)節(jié)參與MIRI

Murry等[35]研究發(fā)現(xiàn),在心肌缺血之前或較短時(shí)間缺血后,如果立即給予心臟4個(gè)循環(huán)的5 min冠狀動(dòng)脈閉塞/5 min再灌注,可以顯著減小心肌梗死面積,這種對(duì)MIRI具有心臟保護(hù)作用的現(xiàn)象是IPC。IPC可通過(guò)激活蛋白激酶C、再灌注損傷挽救激酶、生存活化因子增強(qiáng)等信號(hào)通路在MIRI中發(fā)揮心臟保護(hù)作用[36]。Cao等[37]研究發(fā)現(xiàn),在TRIM72基因敲除的小鼠心臟中,IPC的心臟保護(hù)作用完全消失,而過(guò)表達(dá)TRIM72可以保護(hù)心肌細(xì)胞免受缺氧和氧化應(yīng)激導(dǎo)致的損傷,他們進(jìn)一步證明了IPC過(guò)程中RISK信號(hào)通路的激活需要TRIM72的參與,因此TRIM72是IPC中發(fā)揮作用的關(guān)鍵。Shan等[38]進(jìn)一步確定了TRIM72是介導(dǎo)心臟IPC的主要成分,并證明心臟IPC激活的蛋白激酶Cδ信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可觸發(fā)TRIM72分泌來(lái)參與心臟保護(hù);另外,他們發(fā)現(xiàn)向TRIM72基因敲除大鼠全身注射rhMG53蛋白,可以恢復(fù)大鼠IPC心臟保護(hù)作用,因此推測(cè)臨床心肌梗死患者外源性輸入TRIM72蛋白可以減少M(fèi)IRI。

同IPC一樣,IPost也可以產(chǎn)生心臟保護(hù)效應(yīng)來(lái)預(yù)防MIRI,即在缺血心肌再灌注之前給予幾次短暫的冠狀動(dòng)脈閉塞/再灌注循環(huán)可減小心肌梗死面積,其心臟保護(hù)機(jī)制與IPC類(lèi)似[36]。目前IPost已用于臨床上心肌梗死患者的治療,并且多項(xiàng)臨床研究[39]表明,IPost具有減小再灌注后心肌梗死面積、預(yù)防冠狀動(dòng)脈微血管阻塞及改善心臟收縮功能等有益作用。TRIM72也是心臟IPost的重要參與成分,在野生型和TRIM72敲除的小鼠中,IPost可以保護(hù)野生型小鼠免受缺血再灌注誘導(dǎo)的心肌損傷,但在TRIM72缺陷的小鼠中未觀察到IPost的心臟保護(hù)效應(yīng);進(jìn)一步研究[40]表明,TRIM72是通過(guò)與Cav3和磷脂酰肌醇3激酶相互作用,進(jìn)一步激活RISK信號(hào)通路來(lái)參與IPost介導(dǎo)的心臟保護(hù)作用,從而緩解MIRI。

3 問(wèn)題與展望

根據(jù)現(xiàn)有研究,在細(xì)胞、動(dòng)物模型中,TRIM蛋白在MIRI的發(fā)生機(jī)制和心臟保護(hù)中起著關(guān)鍵作用,可能是改善急性心肌梗死患者的心肌存活及長(zhǎng)期預(yù)后的潛在靶點(diǎn)。但是,有幾個(gè)問(wèn)題需要進(jìn)一步探索:(1)由于TRIM蛋白對(duì)MIRI具有雙重影響,推測(cè)TRIM蛋白中的單一成員可能不足以直接控制疾病的發(fā)展,而是通過(guò)抵消家族其他成員的生物功能以維持機(jī)體平衡狀態(tài),因此應(yīng)該進(jìn)一步研究TRIM蛋白分子之間的相互作用;(2)探索TRIM蛋白的上游調(diào)控通路;(3)探索臨床應(yīng)用TRIM蛋白作為MIRI靶向治療的可能性與合理性。

此外,雖然在大型動(dòng)物模型上,TRIM72對(duì)心臟有很強(qiáng)的保護(hù)作用,并且外源性TRIM72(rhMG53)的應(yīng)用也明顯緩解了缺血再灌注導(dǎo)致的心臟損傷,但rhMG53尚未用于臨床,其具體在人體上的效果依然未知。因此,在未來(lái)的工作中,仍需要有更多的研究來(lái)證明在臨床研究中使用rhMG53的合理性。