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Periostin与心血管疾病 Periostininheartdiseases 1 periostin简介 2 1993年 日本学者Takeshita从小鼠成骨细胞系cDNA文库中克隆出的一种具有调节成骨细胞分化和粘附的功能骨粘附分子 被命名为成骨细胞特异因子 2 osteoblast specificfactor 2 Osf 2 1999年Horiuchi等在骨膜和牙周韧带发现该蛋白并重新命名为periostin 3 835个氨基酸编码 分子量90kDa被划分为细胞基质蛋白是与细胞粘附分子 束素 I 具有同源性的蛋白质鼠和人的periostin蛋白有89 2 氨基酸相同鼠periostin基因位于3号染色体人类periostin蛋白基因位于13号染色体上 4 Periostin EMIdomain Fas1domains CTR Cleavage 蛋白质序列分析表明 该基因包含一个典型的信号序列及4个富含半胱氨酸的重复结构域 并具有C末端结构域 由于C端结构域的不同引起转录过程选择性剪接 其转录产物具有4种不同的单体 各个单体在不同组织的表达不尽相同 5 periostin分布与表达 6 早期研究认为periostin特异的表达于牙周膜组织及骨膜在胶原蛋白富集的结缔组织中 常发现存在periostin这种独特的细胞外基质蛋白通过增加细胞的机械应激刺激 可以增大periostin在胞外基质中的含量在心肌组织中仅在胚胎早期阶段有明显表达 即在心脏胚胎发育时期 心脏骨架和心内膜垫形成时期 periostin蛋白一直处于表达状态periostin在纤维化条件下也表达明显periostin还在多种人类肿瘤有过表达 7 periostin在心脏发育过程中的表达 目前已有对鸡和小鼠胚胎心脏发育过程的研究表明 在心脏发育过程中有periostin的表达 periostin最初由间充质组织表达 促进房室流出道瓣膜 房室结合腱索 心室成纤维细胞等的形成 在成年的鼠 periostin表达一直存在于腱索 纤维环和房室瓣膜 periostin在心脏发育过程中的功能是促进间充质组织向成熟的成纤维组织分化 在对periostin表达的研究中可以看出periostin表达量特别高的间充质组织最后都分化成具有纤维结构的部分如瓣膜 腱索等 8 periostin在心脏疾病中的表达 Periostin在正常心脏组织中没有明显表达 但在心脏受到损伤和疾病时就会大量表达 心肌梗死动脉粥样硬化心脏瓣膜病心室扩张病毒性心肌炎 9 periostin与心脏细胞 10 1Periostin和心肌成纤维细胞 CSF Periostin主要由心肌成纤维细胞表达 并由心肌成纤维细胞直接分泌 Periostin影响心肌成纤维细胞的功能 11 心肌成纤维细胞 Ang 机械张力 TGF 1 periostin 缬沙坦 TGF 中和抗体 已有体外实验证实 12 periostin不影响CFS的生产 但是对其功能造成影响 periostin的表达量可以影响CFS正常的生理学作用 从而影响胶原生成 纤维化和瘢痕形成 periostin有趋化心肌成纤维细胞的作用 通过整联蛋白致Akt 蛋白激酶B 和FAK 粘着斑激酶 磷酸化途径实现 13 在perisotin蛋白缺如情况下 心脏成纤维细胞趋化作用明显受损 体内 periostin基因敲除鼠受到压力负荷刺激和心肌梗死时 它们心脏纤维化程度减轻 从而造成动脉瘤和心室壁破裂 相反的periostin的过表达 对保护梗死部位 避免出现破裂有一定作用 体外 体外培养胚胎间充质细胞 应用periostin处理细胞9小时后 细胞FAK磷酸化激活形式明显增加 提示细胞趋化性增加 14 2 Periostin和心肌细胞 Kahn等发现periostin可诱导成年心肌细胞再次进入细胞分裂周期并增殖 在大鼠心肌梗死模型中将吸附有periostin的明胶海绵附在心外膜上 随着明胶海绵的降解periostin被释放 发现periostin可诱导心肌梗死周围区域总心肌细胞数中的0 6 至1 再次进入细胞分裂周期并增殖 且不影响细胞凋亡 然而 15 有研究用成年大鼠心肌细胞体外分化培养9天 用重组periostin作用 periostin过表达没有增加心肌细胞数增多 也没有减轻心梗后的心肌损伤 periostin并没有影响成熟心肌细胞的含量 没有影响细胞分裂周期的活性 没有刺激心肌细胞DNA合成和有丝分裂过程或者心脏修复 无论是基因敲除鼠还是基因过表达鼠均未出现心脏大小和心肌细胞数量的改变 periostin蛋白是否能诱导心肌再生仍需大量实验研究予以明确 16 Periostin调节因素 17 心肌成纤维细胞 Ang 机械张力 TGF 1 periostin 血管紧张素II AngII 和机械张力 都通过转化生长因子 1 TGF 1 引起periostin蛋白表达增加 18 TGF 1 诸多因素引起心肌纤维化的共同通路 CTGF IGF RAS激活 心肌纤维化主要机制之一 19 目前有研究提示periostin与TGF 1信号传导途径有关 TGF 1作用于CFS和心肌细胞 仅在CFS细胞中可见periostin的明显表达上调 并且对TGF 1的激活反应敏感 而且periostin自身也是TGF 1的反应因子 Paige等人通过对基因敲除动物的研究指出 仅TGF 1本身增加并不出现心肌的纤维化 只有导致periostin蛋白水平上调后才会出现心肌纤维化的表现 periostin的沉积是TGF 1引起的心脏纤维重塑和心脏支架结构稳定重要因素 20 periostin与心血管疾病 21 1Periostin和心肌梗死 Periostin在急性心肌梗死后大量表达这一观点目前学术界已经达成共识 但在心肌梗死后不同时间点表达水平和表达形式方面还存在争议 Stanton等首次发现periostinmRNA在AMI后2周明显升高 4周后达到高峰 此后逐渐回落 但16周时仍然显著高于假手术组 Oka等发现periostin蛋白在心肌梗死后4d即可在梗死部位成纤维细胞中表达 一直持续到心肌梗死后8周 Iekushi等研究表明periostinmRNA在心肌梗死后第1天开始表达增加 第7天达到峰值 而后逐渐下降 Shimazaki等研究表明periostin蛋白在梗死后的第3天才开始表达 第4天明显增加 且第28天仍能检测到periostin蛋白 22 periostin基因剔除的小鼠在心肌梗死后 心脏受损伤部位纤维化程度减轻 由于心脏破裂所致的7天内死亡率明显上升 为正常野生小鼠的2倍 推断心脏破裂的原因可能是由于periostin的缺失 导致小鼠心肌成纤维细胞不能发挥应有的功能 进而影响了梗死部位的修复性纤维化 Periostin基因剔除小鼠梗死区边缘的 型胶原蛋白及纤维粘连蛋白数量明显下降 且在梗死区边缘 胶原纤维丝结构发生改变 变得更短 更平行 胶原交联的数量和程度均有下降 23 2 Periostin和心室扩张 心脏扩大 Periostin蛋白能够减少成纤维细胞间的粘附性 过表达会导致心脏的扩大 伴有心功能障碍 有学者利用脂质体将periostin基因转染至大鼠心肌中 超声心动图显示 随着periostin表达的增加 左室壁厚度逐渐变薄 而左室扩张逐渐加重 大鼠的心功能渐渐恶化 反之 通过注射反义RNA抑制大鼠periostin的表达后 大鼠心功能明显改善 生存率有了明显提高 24 3 Periostin与动脉粥样硬化 Periostin与动脉粥样硬化之间的相关性已经被许多研究证实 2005年在大鼠颈动脉球囊损伤及再狭窄模型中均发现periostin的存在 且periostin的mRNA水平明显增高 并发现periostin高表达可促进平滑肌细胞的迁移 这一作用可被periostin的抗体所阻断 在缺氧状态下 一种类似AS形成过程的状态 periostin在大鼠的肺动脉血管平滑肌细胞中亦有表达 2006年在高脂血症模型鼠 载脂蛋白E敲除的颈动脉损伤模型鼠以及AS模型鼠中均发现periostin表达增高 2007年通过蛋白质组学证实了periostin存在于人的AS斑块中 尤其是在损伤的血管内膜及不稳定斑块中 25 Bagnato等推测periostin可能通过参与泡沫细胞形成 细胞基质沉积 脂质核心形成从而促进AS的形成 o发现periostin蛋白通过与整联蛋白相互作用并激活成簇黏附激酶 FAK 信号通路促进平滑肌细胞的迁移从而参与AS的形成 26 4 periostin与心脏瓣膜疾病 periostin在瓣膜形成时的主要作用是促进间充质细胞向成纤维细胞分化 如果没有periostin的这个作用 同样数量的间充质细胞就会转化成其它中胚层细胞如心肌细胞 27 Periostin基因剔除小鼠心脏的二尖瓣和三尖瓣明显存在I型胶原蛋白缺少 可以引起瓣膜的功能异常和结构的分层现象 瓣膜变薄 随着时间推移 可形成瓣膜粘液瘤和或纤维组织缺失 虽然外表上观察不出异样 但这种瓣膜结构可以对瓣膜生物功能产生影响 将会导致瓣膜脱垂和血液反流 28 Periostin在有二尖瓣和主动脉瓣病的儿科病人可观察到表达有减少 瓣膜失去了正常细胞基质结构 但在心脏瓣膜增厚和原始就存在心功能异常的马凡综合症患儿 periostin水平明显高于正常 并提示该病的心脏瓣膜异常可能与periostin的异常表达有关 在儿科心脏瓣膜疾病中 在细胞基质层化缺失 胶原紊乱和弹力蛋白减少的区域 periostin表达明显减少 29 4 periostin与病毒性心肌炎 Periostin在病毒性心肌炎小鼠病程中全程表达 且有递增变化趋势 提示periostin参与了病毒性心肌炎的发生 发展过程 30 各组心肌中periostin相对表达量 x s 正常对照组小鼠心肌组织中仅有微量periostinmRNA的表达而各VMC组小鼠均有periostinmRNA的表达明显 periostinmRNA表达量从病毒感染后第7天即有表达 到病毒感染后第14天较第7天稍有下降 第28天又有升高 第56天时表达量最高 31 RT PCR检测病毒性心肌炎小鼠心肌中periostin电泳结果1正常对照组 2VMC 7天组 3VMC 14天组 4VMC 28天组 5VMC 56天组 为相应各组 actin 32 periostin免疫组化阳性颜色呈棕黄色 对照组小鼠心肌中perisotin未见明显阳性表达 VMC 7天组即见在细胞间质 坏死灶周围可见棕黄色阳性颗粒 VMC 14天组小鼠心肌棕黄色阳性颗粒表达较VMC 7天组增多 均与细胞间质表达 近细胞膜处 VMC 28天组 VMC 56天组小鼠心肌阳性表达渐增多 病毒性心肌炎小鼠心肌组织periostin免疫组化检测结果 33 心肌组织中periositn的表达与CVF水平关系 CVF代表心肌胶原含量 是衡量心肌纤维化的一个重要指标 我们将periostinmRNA表达量与CVF值进行相关性分析 二者呈直线正相关 提示在VMC小鼠模型中 periostin表达与胶原的表达随病程进展同时呈递增趋势 二者之间可能存在一定关系 推断periostin和心肌纤维化胶原表达有一定关系 periostin可能是影响胶原表达的因子之一 34 TGF 1 诸多因素引起心肌纤维化的共同通路 CTGF IGF RAS激活 心肌纤维化主要机制之一 35 在病毒性心肌炎小鼠研究中发现pe