前纤维蛋白1与心血管疾病关系研究的进展

【摘要】 前纤维蛋白-1(Profilin-1)是最早发现的肌动蛋白结合蛋白之一，其表达异常涉及 高血压病等心血管疾病的发病。本文就 Profilin-1 基因的生物学特性、结构与功能及其与信 号转导、心血管疾病相关性的最新进展作一综述。 【关键词】 纤维蛋白; 肌动蛋白类 ; 高血压 近年来，血管增殖与重塑一直是高血压及动脉粥样硬化性疾病基础研究发展最快的亮点之 一。研究表明肌动蛋白的聚合-解聚动态平衡在血管增殖、重塑中起着极为重要的作用。前 纤维蛋白-1(Profilin-1)是一种低分子量的肌动蛋白结合蛋白，参与调控肌动蛋白的聚合 -解 聚动态平衡，其表达及活性异常与高血压等心血管疾病的发生、发展密切相关13 。本 文就 Profilin-1 基因的生物学特性、结构与功能及其与信号转导、心血管疾病相关性的最新 进展作一综述。 1 前纤维蛋白(Profilin)概述 Profilin 是一类肌动蛋白结合蛋白，广泛存在于真核细胞中。在哺乳动物中，已经分离 鉴定出四种 Profilin，包括普遍存在的 Profilin-1 和脑特异性 Profilin-2 及最近发现的睾丸特 异性 Profilin-3 和 Profilin-41,2。其中，Profilin-1 在整个胚胎时期表达，存在于成年小鼠 除骨骼肌之外的几乎所有类型的细胞和组织中35 。 Profilin 在进化中相当保守，其分子量约 15 kDa，主要由 3 个 螺旋和 7 个 折叠构 成2。Profilin 由 3 个结构域组成，分别为肌动蛋白结合结构域、磷脂酰肌醇结合结构域以 及多聚 L-脯氨酸(PLP)结合结构域35 。Profilin 与配体的结合完全由其 3 个结合结构域 决定，后者成为其行使生物学功能及进行修饰调控的结构基础。富含脯氨酸的血管舒张剂 刺激磷蛋白(vasodilator stimulated phosphor- protein，VASP) 是被鉴定出的 Profilin 第一个配 体4,6。VASP 能够促进肌动蛋白在微丝生长端聚合，并能防止帽蛋白的加帽作用，而 Profilin 与其结合能够增强 VASP 对生长端的保护作用6。新近鉴定的配体 Palladin，能够 直接将 Profilin 与肌动蛋白聚合相连5。此外，很多核输出受体、内吞调节因子、 Rac、Rho 因子及转录因子也结合到 Profilin 上2,46 。Profilin 与许多蛋白质配体的相互 作用，是调控心血管系统信号分子相互作用复杂网络的一个重要枢纽。 2 Profilin-1 的功能和作用机制 2.1 参与肌动蛋白动态平衡及血压调控 作为一种低分子量的肌动蛋白结合蛋白，Profilin 主要功能是参与肌动蛋白的聚合 -解 聚动态平衡调节以及血压水平调控1,4,6-8。肌动蛋白的聚合-解聚动态在血管平滑肌细胞 (VSMC)增殖、迁移以及血管阻力调节中起着极为重要的作用。研究显示，Profilin-1 参与 肌动蛋白单体在肌动蛋白纤维聚合和解离。Profilin-1 可促进与肌动蛋白单体结合的腺嘌呤 核苷酸之间的交换，同时有效降低肌动蛋白单体聚合为肌动蛋白的临界浓度7。Profilin-1 还可通过使肌动蛋白单体与核苷酸结合的亲和力降低(1000 倍) 来促进肌动蛋白单体上核苷 酸的交换1。另外，Profilin 还可加速肌动蛋白单体上的核苷酸转化，随着加帽蛋白的分离， Profilin 能促进肌动蛋白单纤维的自由末端延伸，形成 Profilin-肌动蛋白复合体，由此 Profilin 结合的肌动蛋白被释放并且被加到单体纤维上。通过这种机制， Profilin-1 能聚集肌 动蛋白单体到不断生长的纤维，并且促进肌动蛋白聚合7,8。Profilin-1 除了与肌动蛋白相 结合外，还可与其配体如 VASP 及磷脂酰肌醇二磷酸(phosphoinositides-4,5- trisphosphate，PIP2) 结合，后者作为细胞内第二信使在肌动蛋白的聚合-解聚动态中起关键 性的调控作用。新近研究证实 Profilin-1 过表达有助于促进肌动蛋白纤维重塑与 VSMC 增 殖、迁移，促使血管阻力增加，导致血压上升1。 2.2 参与血管内皮功能调控 研究提示 Profilin-1 可通过调控血管内皮细胞功能与毛细血管生成能力，促进血管内皮 细胞的增殖、迁移，从而参与血管内皮功能调控7,912。研究发现，人的血管内皮细胞 中内源性 Profilin-1 的沉默表达导致细胞随机迁移变慢，降低膜突出的速度并减少由基底膜 诱导的索状组织形成的内皮损害7,9,12。进一步研究表明，通过 RNA 干扰技术抑制 Profilin-1 表达可改善血管内皮细胞 3-D 毛细血管形态、降低基质金属蛋白酶 2 分泌及细胞 外基质的形成，从而改善血管内皮细胞功能9,12。当 Profilin-1 与肌动蛋白和聚脯氨酸的 相互作用被破坏时，血管内皮细胞中细胞外基质的形成也被抑制911 。通过 RNA 干扰 抑制 Profilin-1 在人脐静脉内皮细胞中的表达，可导致肌动蛋白丝和粘着斑的形成显着减少。 Profilin-1 表达下调也与细胞-细胞粘附动力的减少相关，Profilin-1 表达受到抑制时血管内 皮细胞迁移能力也随之受到抑制9,12。研究表明同型半胱氨酸、血流动力学条件改变以及 动脉粥样硬化促进因子等均可促进 Profilin-1 基因在内皮细胞中的表达，促使血管内皮细胞 的增殖、迁移，从而导致血管内皮功能紊乱的发生13。由此推测， Profilin-1 可通过调节 血管内皮细胞的迁移及毛细血管形态形成，促进血管内皮细胞增殖、重塑，从而破坏血管 内皮功能，加重高血压、动脉粥样硬化等血管功能紊乱形成。 2.3 Profilin-1 与细胞信号转导 2.3.1 PIP2 信号途径：Profilin-1 结合许多配体的能力表明 Profilin 与信号转导有关，提 示跨膜信号与微丝系统的操纵装置密切相关14。Profilin 可以与磷脂酰肌醇相互作用，尤 其是与 PIP22,4,14。一方面，Profilin 通过结合内皮素-1(ET-1) 来抑制 PIP2 水解，并由此 可能干扰其它细胞信号级联反应2。PIP2 是 ET-1 信号传导途径的一个关键下游基质，在 膜骨架接口处起着调节蛋白功能的作用。ET-1 可促进 Profilin-1 与 PIP2 结合，而 Profilin-1 与 PIP2 结合后可能在膜骨架交叉接口处对维持由 ET-1 调节的细胞骨架的完整性发挥重要 功效2,14。另一方面，由于结合位点重叠，Profilin-1 与 PIP2 结合后就不能与肌动蛋白形 成复合物，这是一个潜在的细胞外信号诱导的细胞骨架重排机制2,14。Profilin-1 与肌动 蛋白单体以 1:1 的比例结合形成复合物，当血管细胞接受刺激时 PIP2 浓度升高，Profilin-1 释放肌动蛋白2,4。研究表明，PIP2 与肌动蛋白和部分与 Profilin-1 结合的聚脯氨酸存在竞 争，提示 PIP2 可能在体内充当 Profilin-1 的负调节因子14。 2.3.2 MAPK 信号途径：研究表明 Profilin-1 可通过激活丝裂原活化蛋白激酶 (mitogen- activated protein kinases，MAPK)信号通路，参与高血压血管增殖重塑的形成1。MAPK 是 细胞内的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在多种致血管增殖重塑的反应中起重要作用。其一 方面可能参与了 VSMC 肥大信号的传导，另一方面可参与细胞外基质特别是胶原合成的调 节。业已证实，许多血管收缩因子如血管紧张素 (Ang )、ET-1 、加压素及各种生长因 子均可诱导 VSMC 的肥大，且都伴有 MAPK 活性的改变1,1416 。血管内皮细胞与 VSMC 的完整性及局部 Ang 、ET-1 及一氧化氮(nitri oxide，NO) 的交互作用对于维持血 管结构及血管张力起着重要作用，而其发生的分子机制则与 MAPK 信号通路密切相关1,16。 Profilin-1 可通过促进 VSMC 细胞外信号调节激酶 1/2(extracellular regulated kinase，ERK1/2)、 Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)以及 p38- MAPK 的磷酸化水平增加而促使 血管炎症、增殖及重塑形成，最终促成血压升高1。相反，通过基因敲除技术使血管 Profilin-1 表达下调后，血管中 JNK、p38- MAPK 的磷酸化水平随之下降，血管炎症和重塑 现象得到减轻，同时伴有血压水平下降1。 2.3.3 JAK-STAT 信号途径：酪氨酸激酶(jauns kinase，JAK)/信号传导子和转录激活因 子(signal transducers and activators of transcription，STAT)途径是目前高血压等心血管病血 管增殖重塑研究的热点。新近研究报道，通过激活 JAK2-STAT3 通路，Profilin-1 在介导血 管功能以及糖尿病、高血压病等血管性疾病的发病中起重要功效1,17,18。通过主动脉的 实验发现 Profilin-1 在糖尿病血管病变中呈 STAT3 依赖性调节17。研究表明在高血压、 糖尿病主动脉中的 STAT3 激活可能涉及 Ang 和 ET-1 信号途径以及各炎症介质生成 1,16-18。有趣的是，作为一种新的炎症因子，Profilin-1 在介导血管功能异常及血管炎症 损伤中起关键作用，其发生机制与 JAK2-STAT3 通路密切相关18。 3 Profilin-1 与心血管疾病 3.1 Profilin-1 与高血压 Profilin-1 参与调控肌动蛋白的聚合- 解聚动态平衡，而该平衡在血管增殖、重塑中起着 关键作用，是高血压病等血管重塑性疾病发病的重要因素之一1,16,18。血管增殖、重塑 被公认是血管血流动力学的慢性变化和血管病变的适应过程。Profilin-1 通过激活 JNK、p38-MAPK 等 MAPK 磷酸化信号及 JAK2-STAT3 信号通路，促进了肌动蛋白聚合及 其细胞骨架动力学的改变，加重了血管增殖、重塑，导致血管壁结构易受到改变，包括血 管壁增厚、横截面积的增加以及腔直径的减少，最终导致了血压升高1。由此推测 Profilin-1 可能是一种新的高血压预测因子。 3.2 Profilin-1 与动脉粥样硬化性疾病 动脉粥样硬化相关疾病是目前危害人类健康的主要心血管疾病之一，但其机制尚未完 全阐明。新近研究发现，Profilin-1 降低了内皮对动脉粥样硬化损伤的反应，且认为 Profilin-1 的促动脉粥样硬化作用可能与改变氧化型血脂组成而引发的炎症应激反应有关3。 内皮功能障碍，表现为对 NO 生物利用度的降低以及炎症因子表达增加，是在动脉粥样硬 化发展的早期病理特征之一3,7,16。Profilin-1 基因敲除小鼠体内表现为主动脉中内皮型 NO 合酶活性和 NO 依赖性信号增加，而血管细胞粘附分子-1 等炎症因子表达减少3 。另 外，Profilin-1 基因缺失可以降低氧化低密度脂蛋白诱导的炎症介质水平以及改善内皮功能， 从而对动脉粥样硬化的发生、发展发挥一定的保护功效3,7。因此，作为一种新型炎症因 子，Profilin-1 还可能是一种新的促动脉粥样硬化因子，而通过各种措施干预 Profilin-1 可能 为抗动脉粥样硬化的一种新途径。 3.3 Profilin-1 与其它心血管疾病 Profilin 家族中只有 Profilin-1 在心血管组织中表达，且 Profilin-1 具有动态结合 PIP2 的 独特能力。PIP2 的缺失能增加心肌细胞凋亡，促使心力衰竭的发生。当 ET-1 促进 Profilin- 1 过多的结合 PIP2，促使心血管组织 PIP2 量的减少，最终导致了仓鼠严重心肌病和充血性 心力衰竭的发生、发展2,14。 Profilin-1 可能为一种新的高血压预测因子，同时还可能是一种促动脉粥样硬化因子。 目前 Profilin-1 在心血管系统中的调控功效，认识还很局限，如其作用机制及其信号转导网 络尚待进一步研究。通过各种途径干预 Profilin-1 表达及活性，可望成为高血压病等心血管 疾病防治的新思路。 【参考文献】 1 陈春林, 张随学 . 在体女性盆腔动脉血管网数字化三维模型构建方法及意义J. 中 国实用妇科与产科杂志. /yxyy/main/index.php.2011(04) 2 徐玉静,欧阳振波,刘萍,陈春林. 磁共振成像在子宫肌瘤动脉栓塞术中的应用价值 J. 中国实用妇科与产科杂志. 2011(04) 3 方驰华,苏仲和. 数字医学技术在胰腺肿瘤诊断和可切除性评估中的研究J. 实用 医学杂志. /xyfm/class/. 2010(10) 4 欧阳振波, 刘萍,余艳红. 女性骨盆研究进展及意义 J. 中国实用妇科与产科杂志. /chuanmei/class/.2010(02) 5 刘萍,余艳红,陈春林,欧阳振波,宋小磊,王宏琢,昌仁民,王建平. 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