P66shc基因与老年性疾病的研究进展

1、P66she基因与老化的研究进展摘要随着世界老年人的增多，老年性疾病越来越严重地影响着人们的生活质量。作为一个在哺乳动物中新发现的长寿基因，P66she在衰老过程中起着非常重要 的作用。P66she基因可以调节活性氧水平，引起细胞凋亡并且影响哺乳动物的 寿命。而且目前广泛认同氧化应激过程与人类疾病(高血压、糖尿病、心血管疾 病、老年性聋等)有紧密的联系，因此对p66she基因的研究，有助于相关靶向治疗药物的研制，从而防止甚至治愈有关的老年性疾病。关键词p66she基因；氧化应激；老年性疾病 ;长寿基因前言中国于1999年开始进入老龄社会。自1982年进行第三次人口普查到2004 年这22年间，

2、中国老年人口平均每年增加约 302万，年平均增长速度为2.85%, 高于1.17%的总人口增长速度。2004年底，中国60岁及以上年龄的老年人口达 到了 1.43亿，占总人口的10.97% (中国人口老龄化发展趋势预测研究报告 HYPERLINK http:/www.en http:/www.en eapre. gov.en/info/1408.html )。至U 2050 年，老年人口总量 将超过4亿，老龄化水平推进到30%Z上，其中，80岁及以上老年人口将达到 9448万，占老年人口的21.78% (中国人口老龄化发展趋势预测研究报告( HYPERLINK .en/info/1408.ht

3、ml .en/info/1408.html)。因止匕，随着世界人口老龄化，老年性疾病对人们的影响会越来越突出。在美国，老年性聋为仅次于关节炎的影响人们生活质量的疾病。老年性聋对老年人的生理、认知、情感及其在社交产生 不好的影响。它会导致老年人与社会隔离、抑郁以及丧失自信2。随着中国经济、社会福利事业的发展，人民生活水平得到了很大程度的提高，因此，如何提 高老年人的生活及生命质量成为我国卫生事业关注的重要问题。深入的研究老年性疾病的发生机发展机制，从而找寻治疗老年性疾病的方法，对提高老年人的生 活和生命质量及延缓衰老有着重要的意义。一、P66she基因的结构特点和生物学特性.p66she的结构特

4、点氧化应激是指机体活性氧(reaetive oxygen speeies , ROS产生过多，或机 体抗氧化能力下降，氧化系统和抗氧化系统平衡紊乱，从而造成潜在性损伤的病 理过程。P66she基因被发现在哺乳动物中至少有三个位点，分别为：sheA、sheB(Sli)、sheC(Rai)，其中sheA包括三个相对分子质量相近的 p66she、p46she、 p52she基因。它们都具有she家族的特有高度保守的结构域，竣基端 Sre同源 结构域 SH2(a earboxy terminal Sre homology 2),中央脯氨酸富集区 CH1(aeentral proline-rieh do

5、main)和 N端的磷酸络氨酸结合结构域 PTB(an N-terminal phosphor-tyrosine-binding domain) 。P66she 在其 N 端存在一个 富含脯氨酸的结构域 CH2(an additional N-terminal proline-rieh domain)。.p66she的生物学效应研究表明，P66she在调节氧化应激和细胞凋亡以及细胞衰老的过程中有重 要作用1。遗传和生物学证据表明哺乳动物 She基因各种亚型按功能分类为， 生长(p52 / p46She ),凋亡(p66she)和寿命(p66she) 2 。 P66she 的分子 结构组成包括P

6、TB CH1 SH2和CH2主要由酪氨酸激酶信号通路调控有丝分裂 等细胞生物活动。该组成中发挥功能的主要结合靶位点是SH2结构域，而PTB结构域可以与磷脂结合。在 p66she上有2个丝氨酸磷酸化位点，一个位于 CH2结构域中第36位丝氨酸，另一个位于 PTB结构域中第108位丝氨酸，第一个位 点能够影响对UV射线的反应和细胞内ROS水平，而且能够被 MAPK(Mitogen-activated proteinkinase)信号通路调节，并且相互作用调控细胞的凋亡3。通常状况下，P66Shc是失活的，胞浆中的P66Shc被磷酸化后部分转位进入 线粒体，解聚后形成活性单体，一方面线粒体电子传递链

7、通过氧化细胞色素C显著降低活性进而产生大量 ROS引起细胞氧化应激损伤；另一方面增大线粒体 膜的通透性，细胞色素C经线粒体释放到胞浆，从而使线粒体凋亡程序被激活， 造成细胞凋亡。二、P66she基因与氧化应激和长寿的关系.p66she与氧化应激P66shc是一种在线粒体中通过产生 ROS进哺乳动物衰老的氧化还原酶， Berniakovich I等人4的实验表明p66Shc生成的ROSS过调节胰岛素的生成， 对小鼠的能量代谢产生了一定的影响，并表明细胞内的氧化应激可能会加速老化， 导致脂肪沉积和脂肪相关的疾病。静息状态时，细胞内RO冰平在p66shc-/-原代细胞(成纤维细胞、内皮细胞、淋巴细胞

8、等)显著降低，DNAH化应激损伤减轻； 在p66shc-/-小鼠的组织中氧化应激标志物显著降低5。说明在静息状态下p66she也可调节细胞内ROS的产生。研究发现，过氧化氢、紫外线、高糖等诱 导的ROST生过程都有p66Shc蛋白的参与，机制可能是线粒体中p66Shc存在的 形式是以膜结合或可溶性的状态，氧化酶细胞色素C可能导致线粒体产生的H2O2 增加6-7 o p66she可通过促进线粒体NADH弋谢进而调节线粒体的能量代谢， 增加静息状态下ROS勺产生8 。 p66she介导的FOX03啾酸化失活，使其靶基 因转录活性下降，基因产物包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶表达下调，ROSt除减少9

9、。说明p66she一方面可以直接促使 ROS&成增加，另一方面又通过下 调减少自由基消除酶类导致 ROS青除减少，最终使细胞内总体 ROSK平上升。我们已知有氧真核细胞吸收的氧分子绝大多数是通过四个单电子还原的步 骤在线粒体呼吸链末端细胞色素氧化酶上生成H2O而细胞中所有膜系数量和相关酶的活力之和大大低于线粒体内膜的面积和呼吸链复合体酶活力之和，因此在线粒体呼吸链上生成的O2 H2O组成了生物体内最多的ROS研究表明，高氧环 境下线粒体可发生氧化应激反应，产生过量ROS而ROST导致细胞凋亡10-12。 衔接蛋白p66Shc是最近几年研究细胞氧化应激的关键蛋白，主要功能是调控细 胞的生命周期和

10、调节氧化应激反应。有研究显示，位于线粒体内、外膜间的 p66she氧化还原蛋白，当其从抑制状态转为活化状态，就能从还原的细胞色素C 中传递电子给O2使之还原为H2O2并开启PTP膜孔，释放出H202导致线粒体 膨胀和细胞凋亡13。.p66she与长寿凋亡是维持组织稳定的基础，凋亡失去控制则可导致癌症，退行性疾病及衰 老等。目前的研究发现主要有两条路径导致细胞凋亡：死亡受体途径和线粒体途径，而p66she基因与线粒体途径的联系非常紧密。p66she与衰老关系的最直接 证据来源于Migliaccio 等14的报告：敲除p66she基因的小鼠不但可以正常生 存，而且比对照组小鼠的寿命延长约30%,这

11、类小鼠还对强氧化损伤剂甲基叱噬引起的致死性损伤有抵抗作用。另外 Lebiedzinska等人15观察了在新生、 成年、老年鼠不同组织中p66she的表达，发现p66shc Ser36磷酸化水平与年龄 呈正相关，同时伴有 ROS产生增多。P66she对月中瘤也有一定的抑制作用，有研 究发现，p66she可诱导结肠癌 RKO细胞凋亡16。但是同时也有研究者指出 p66she的表达能促进癌细胞的增殖， 如Veeramani等人17表明p66she促进前 列腺癌细胞增殖。P66she在细胞、组织、器官水平上可以充当功能性胰岛素通路抑制剂。 Tomilov AA等人18表明p66she在小鼠脂肪组织中高

12、度表达，可能与脂肪组织 形成有密切关系并涉及脂肪沉积的相关信号通路。对肾的研究发现I型糖尿病小鼠载体模型中P66She mRNAR蛋白表达显著提高，蛋白磷酸水平也升高5,19。三、P66she基因与老年性疾病目前，中国老龄化程度已排在世界前列，随之而来的是相关的老年性疾病， 关注老年人的健康状况刻不容缓。.心血管疾病老年性疾病中，心血管病是非常典型的病症，衰老也是心血管疾病发生的一 大危险因素。血管衰老可以改变各种心血管疾病的发生机制，包括血管结构、功 能状况，从而改变了疾病发生的阈值、严重程度。人在衰老时，人体内皮细胞功 能的完整性在减少，氮氧化物的生物利用率也在不断地降低，从而造成血管内皮

13、 细胞损伤、管壁增厚、硬化，进一步导致心血管疾病的发生。Migliaeeio 等14 认为P66she适配蛋白是保持内皮细胞完整性中转导通路上的重要组成成分，同 时P66she-/-小鼠能够阻止衰老对内皮细胞的损伤。 研究显示，P66she的缺失可 减少血管紧张素R诱导的心肌细胞的损伤20 ; P66she缺陷的糖尿病小鼠心肌 干细胞增殖能力变强，有助于减轻糖尿病对心肌细胞的损伤， 而对野生型糖尿病 小鼠的检测则发现心肌干细胞的凋亡及坏死21。.糖尿病p66she是通过组蛋白乙酰化、DNA甲基化和miRN够种手段，来调节细胞氧 化应激及调控细胞的生命周期。在p66she磷酸化及线粒体转位的过程

14、中，PKC的各种亚型结构起着重要的调控作用。研究发现，在患有R型糖尿病的人中， p66she基因的表达大大增强，且细胞受到严重的氧化应激损伤22;在对动脉组织的检查中，糖尿病小鼠被发现内皮细胞依赖的舒展功能降低，脂类的氧化能力提高，加剧了细胞的损伤，而缺失p66she的糖尿病小鼠未出现这些情况23。 研究还发现缺失p66she后，野生型糖尿病小鼠的蛋白尿、肾小球硬化等指数都 有显著的降低，发生肾小球病的概率也大大减少 24。.癌症在癌症方面，Veeramani等17的研究发现，在睾丸酮刺激雄激素敏感性前 列腺癌细胞生长的同时，胞内 p66she水平升高且RO6T生增力口，而抗氧化剂可 抑制睾丸

15、酮的促增殖作用,此外睾丸酮还能促进p66she转位进入线粒体，表明p66she-ROs通路参与了雄激素诱导的前列腺癌细胞增殖；前列腺癌细胞中的 p66she表达增加可使其异体移植瘤形成能力增强；人前列腺癌组织中的p66she蛋白表达明显高于癌旁非癌组织。上述发现可推测p66she与激素促进癌细胞增殖的作用有紧密联系，激素可能通过增强 p66she表达、诱导ROsT生而参与恶 性月中瘤的发生。Trinei M125等人的研究发现，p66she可作为月中瘤抑制p53基因的下游靶 点，并且是激活p53基因从而诱导细胞内氧化剂升高，细胞色素e释放和凋亡不 可或缺的。在基础条件下，p66she-/-和p

16、53-/-细胞具有减少细胞内氧化剂和氧化损伤DNA勺功能。因而可以通过p53和p66Shc遗传决定和调节的氧化应激诱 导信号转导通路，对细胞内氧化剂和氧化损伤的稳态水平进行调节，从而抑制月中 瘤的发生。四、展望有研究发现，随着年龄的增大Caspase-3、p66she的含量都有显著升高，可 推测二者都参与了氧化应激和衰老过程26。这可能为应对血管衰老提供了一种 新的治疗方案，即通过抑制 p66shc/Caspase-3通路的活性来延缓血管老化，为 防治动脉硬化开创新的方法。同时，She相关磷酸化酪氨酸适配蛋白在长寿中的 作用已经引起极大的关注，p66she可能在衰老相关性疾病，如糖尿病、线粒体

17、、 神经退行性疾病和月中瘤的发生中起重要的作用 27 。 p66Shc的发现为糖尿病并 发症相关药物的研究提供了很好的方向。糖尿病近些年在老年人中的发病率明显 升高，严重影响到老年人的生活质量，而目前还没有根治糖尿病的方案， 只能通 过胰岛素等药物来降低血糖，而且多并发症让治疗糖尿病更加困难。 我国现在已 经步入老龄化社会，这将会是一个巨大的难题。综上所述，通过研究抑制p66Shc 活性或阻止其生成的靶向药物，将可能解决糖尿病患者的病痛，有利于糖尿病的 治疗甚至治愈。参考文献1景宇，何娅妮.p66Shc的生物学效应及其在肾脏疾病中的作用J.肾 脏病与透析肾移植杂志，2010, 19(1) :

18、55-58.Luzi L1, Confalonieri S, Di Fiore PP, Pelicci PG. Evolution of Shc functions from nematode to human. Curr Opin Genet Dev. 2000 Dec;10(6):668-74.Dokland T1. Epub 2010 Aug 6.The structural biology of PRRSVVirus Res. 2010 Dec;154(1-2):86-97. doi: 10.1016/j.virusres.2010.07.029.Berniakovich I1, Tr

19、inei M, Stendardo M, Migliaccio E, Minucci S, Bernardi P, Pelicci PG, Giorgio M.p66Shc-generated oxidative signal promotes fat accumulation.J Biol Chem. 2008 Dec 5;283(49):34283-93. doi: 10.1074/jbc.M804362200. Epub 2008 Oct 6.Kim CS1, Jung SB, Naqvi A, Hoffman TA, DeRicco J, YamamoriT, Cole MP, Jeo

20、n BH, Irani K. Epub 2008 Nov 6.p53 impairs endothelium-dependent vasomotor function through transcriptional upregulation of p66shc. Circ Res. 2008 Dec 5;103(12):1441-50. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.108.181644.Pellegrini M1, Pacini S, Baldari CT. p66SHC: the apoptotic side of Shc proteins. Apoptosis. 200

21、5 Jan;10(1):13-8.ARANY , FAISALA, NAGAMINE, et a1. p66shc inhihits pro-survival epidermal growth factor receptor /ERKsignaling during severe oxidative stress in mouse renal proximal tubule cellsJ, Joumal of BiologicalChemistry , 2008, 283(10) : 61106117.NemotoS1, CombsCA, French S, Ahn BH, Fergusson

22、 MM,Balaban RS, Finkel T. The mammalian longevity-associated gene product p66shc regulates mitochondrial metabolism. J Biol Chem. 2006 Apr 14;281(15):10555-60. Epub 2006 Feb 14.NemotoSI, Finkel T. Redoxregulation of forkhead proteins through a p66shc-dependent signaling pathway. Science. 2002 Mar 29

23、;295(5564):2450-2. Epub 2002 Mar 7.Ratner V1, Starkov A, Matsiukevich D, Polin RA, Ten VS. Mitochondrial dysfunction contributes to alveolar developmental arrest in hyperoxia-exposed mice. AmJ Respir Cell Mol Biol. 2009 May;40(5):511-8. doi: 10.1165/rcmb.2008-0341RC. Epub 2009 Jan 23.Pagano A1, Dona

24、ti Y, MetraillerI, Barazzone Argiroffo C.Mitochondrial cytochrome c release is a key event in hyperoxia-induced lung injury: protection by cyclosporin A. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2004 Feb;286(2):L275-83. Epub 2003 Oct 3.WaxmaAB1, Kolliputi N. IL-6 protects against hyperoxia-induced mitoch

25、ondrial damagevia Bcl-2-induced Bak interactions with mitofusins. Am J Respir Cell Mol Biol. 2009Oct;41(4):385-96. doi:10.1165/rcmb.2008-0302OC. Epub 2009 Jan 23.GiorgioM1, Migliaccio E, Orsini F, Paolucci D, Moroni M,Contursi C, Pelliccia G, Luzi L, Minucci S, Marcaccio M, Pinton P, Rizzuto R, Bern

26、ardi P, Paolucci F, Pelicci PG. Electron transfer between cytochrome c and p66Shc generates reactive oxygen species that trigger mitochondrial apoptosis. Cell. 2005 Jul 29;122(2):221-33.Migliaccio E1, Giorgio M, Mele S, Pelicci G, Reboldi P, Pandolfi PP, Lanfrancone L, Pelicci PG. The p66shc adaptor

27、 protein controls oxidative stress response and life span in mammals. Nature. 1999 Nov 18;402(6759):309-13.Lebiedzinska M1, Duszynski J, Rizzuto R, Pinton P, Wieckowski MR. Epub 2009 Mar 25.Age-related changes in levels of p66Shc and serine 36-phosphorylated p66Shc in organs and mouse tissues. Arch

28、Biochem Biophys. 2009 Jun 1;486(1):73-80. doi: 10.1016/j.abb.2009.03.007.Galimov ER, Sidorenko AS, Tereshkova AV, Pletiushkina OIu, Cherniak BV, ChumakovPM. P66shc action on resistance of colon carcinoma RKO cells to oxidative stress. Mol Biol (Mosk). 2012 Jan-Feb;46(1):139-46.Veeramani S1, Yuan TC,

29、 Lin FF, Lin MF.Mitochondrial redox signaling by p66Shc is involved in regulating androgenic growth stimulation of human prostate cancer cells. Oncogene. 2008 Aug 28;27(37):5057-68. doi: 10.1038/onc.2008.143. Epub 2008 May 26.Tomilov AA1, Ramsey JJ, Hagopian K, Giorgio M, Kim KM, Lam A, Migliaccio E

30、, Lloyd KC, Berniakovich I, Prolla TA, Pelicci P, Cortopassi GA. The Shc locus regulates insulin signaling and adiposity in mammals.Aging Cell.2011Feb;10(1):55-65.doi:10.1111/j.1474-9726.2010.00641.x. Epub 2010 Nov 15.Pezzicoli A1, Ulivieri C, Capitani N, Ventura A, Pelicci P, Baldari CT. Epub 2006

31、Aug 17.Expression in T-cells of the proapoptotic protein p66SHC is controlled by promoter demethylation. Biochem BiophysRes Commun. 2006 Oct 13;349(1):322-8.Guo J1, Gertsberg Z, Ozgen N, Steinberg SF. p66Shc links alpha1-adrenergic receptors to a reactive oxygen species-dependent AKT-FOXO3phosphoryl

32、ation pathway in cardiomyocytes. Circ Res. 2009 Mar 13;104(5):660-9. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.108.186288. Epub 2009 Jan 22.Rota M1, LeCapitaine N, Hosoda T, Boni A, De Angelis A, Padin-Iruegas ME, Esposito G, Vitale S, Urbanek K, Casarsa C, Giorgio M, Lu scher TF, Pelicci PG, Anversa P, Leri A, Kajst

33、ura J. Epub 2006 Jun 8.Diabetes promotes cardiac stem cell aging and heart failure,which areprevented by deletion of the p66shc gene. Circ Res. 2006 Jul 7;99(1):42-52.Pagnin E1, Fadini G, de Toni R, Tiengo A, CaloL, Avogaro A.Diabetes induces p66shc gene expression in human peripheral blood mononucl

34、ear cells: relationship to oxidative stress. J Clin Endocrinol Metab. 2005 Feb;90(2):1130-6. Epub 2004 Nov 23.Camici GG1, Schiavoni M, Francia P, Bachschmid M, Martin-Padura I, Hersberger M, Tanner FC, Pelicci P, Volpe M, Anversa P, L u scher TF, Cosentino F. Genetic deletion of p66(Shc) adaptor protein prevents hyperglyce