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      磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與動(dòng)脈粥樣硬化

      2017-08-15 00:52:43靳穎穎李晶潔
      關(guān)鍵詞:肌醇磷脂磷酸化

      靳穎穎,李晶潔

      磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與動(dòng)脈粥樣硬化

      靳穎穎1,李晶潔1

      動(dòng)脈粥樣硬化(AS)是一種慢性炎癥性疾病,盡管其疾病進(jìn)展已被充分認(rèn)識(shí),但仍有一些新的非細(xì)胞成分相繼被發(fā)現(xiàn)。磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(PITPs)最初因其轉(zhuǎn)運(yùn)磷脂酰肌醇或磷脂酰膽堿而被發(fā)現(xiàn)。隨后大量研究證實(shí),PITPs在磷脂酰肌醇信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用,參與許多重要的細(xì)胞內(nèi)過(guò)程:如細(xì)胞生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移和侵襲,而這些在AS發(fā)病中至關(guān)重要,并影響AS中糖脂代謝、血小板活化、巨噬細(xì)胞增殖等病理過(guò)程?,F(xiàn)就PITPs與AS發(fā)病機(jī)制之間存在的關(guān)系做一綜述。

      最近幾年有關(guān)“AS是動(dòng)脈管壁慢性炎癥性疾病”的炎癥學(xué)說(shuō)得到大家的認(rèn)可,AS的發(fā)生是血管壁細(xì)胞與血液細(xì)胞在多種炎癥因子和致病因子相互作用下所導(dǎo)致的一種血管損傷過(guò)程,其病理生理過(guò)程涉及到許多細(xì)胞成分和非細(xì)胞成分參與[1,2]。新近研究[3]發(fā)現(xiàn)PITPs參與血脂、血糖代謝,糖脂代謝異常是AS的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,從而引起學(xué)者關(guān)注。對(duì)PITPs的生物學(xué)功能的探究有助于發(fā)掘AS發(fā)病機(jī)制中另一潛在的非細(xì)胞成分,并有望為AS的防治提供新思路。

      1 PITPs簡(jiǎn)介

      1.1 PITPs結(jié)構(gòu)、分布 在人類(lèi)基因組中,含PITP域的蛋白質(zhì)由五個(gè)基因編碼。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育分析,分為Ⅰ類(lèi)PITPs,含有PITPα和PITPβ;Ⅱ類(lèi)PITPs含有RdgB蛋白質(zhì)[4],如:Nir2。其中單域蛋白質(zhì)(Ⅰ類(lèi):PITPα和PITPβ)的晶體結(jié)構(gòu)被認(rèn)識(shí)。它們含有一個(gè)脂質(zhì)結(jié)合疏水腔,可以容納一個(gè)磷脂分子,磷脂酰肌醇或磷脂酰膽堿。PITPs通過(guò)腔蓋構(gòu)象關(guān)閉轉(zhuǎn)運(yùn)脂質(zhì),開(kāi)放進(jìn)行脂質(zhì)交換。PITPα和PITPβ具有77%的序列同源性,而其它三個(gè)成員(Ⅱ類(lèi)RdgB家族)只有約40%的序列同源性[4,5]。在哺乳類(lèi)動(dòng)物組織,至少有兩種亞型被認(rèn)識(shí),PITPα位于核基質(zhì)和胞質(zhì),PITPβ位于高爾基體。

      1.2 PITPs的生物學(xué)功能 最初研究證實(shí)[4]PITPs是真核生物中普遍存在的一類(lèi)高度保守并可以在膜之間轉(zhuǎn)運(yùn)磷脂酰肌醇和/或磷脂酰膽堿的載脂蛋白。隨后發(fā)現(xiàn)這些蛋白不僅是脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的介質(zhì),而且還通過(guò)復(fù)雜通路調(diào)控脂質(zhì)代謝,影響許多細(xì)胞內(nèi)過(guò)程包括脂質(zhì)介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能。尤其是在磷酯酶C(PLC)介導(dǎo)的PI(4,5)P2水解過(guò)程中產(chǎn)生1,4,5三磷酸肌醇(IP3),使胞質(zhì)中游離Ca2+濃度增高,促使血小板活化,通過(guò)α顆粒釋放炎性介質(zhì),促進(jìn)炎癥發(fā)生,另一方面激活肌球蛋白輕鏈激酶(MLCK),在磷脂酶A2(PLA2)作用下,使膜磷脂釋放花生四烯酸,通過(guò)環(huán)氧化酶途徑促進(jìn)炎癥發(fā)生。PITPs也參與隨后細(xì)胞膜上

      磷脂酰肌醇的磷酸化作用,磷脂酰肌醇的磷酸化與炎性細(xì)胞如:?jiǎn)魏?巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、血小板等的活化有關(guān)。針對(duì)近年關(guān)于AS的發(fā)病機(jī)制學(xué)說(shuō)研究?jī)A向于“AS是動(dòng)脈管壁的慢性炎癥性疾病”,而PITPs通過(guò)耦連磷脂酰肌醇的轉(zhuǎn)運(yùn)和PI(4,5)P2的合成參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo),調(diào)控炎癥的發(fā)生、發(fā)展,與AS的炎癥機(jī)制有莫大關(guān)聯(lián)。

      1.2.1 PITPs與磷脂酰肌醇 在真菌、哺乳類(lèi)動(dòng)物和果蠅中進(jìn)行大量研究[6,7]后證實(shí),PITPs在磷脂酰肌醇翻轉(zhuǎn)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中有重要作用。聯(lián)合體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明PITPα在受體刺激時(shí)參與PI(4,5)P2的合成,從而維持PLC介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),還可修復(fù)G蛋白酶刺激的PI(3,4,5)P3的生成[8-10],這些有力的證實(shí)PITPs不僅參與磷脂酰肌醇的合成,還參與調(diào)控其下游信號(hào)通路的調(diào)控。真菌中存在的PITPs被稱(chēng)為Sec14p,它在哺乳類(lèi)細(xì)胞體外重建實(shí)驗(yàn)中可以代替PITPs,在真菌中它的失活可以使細(xì)胞內(nèi)PI4P水平下降50%[9],進(jìn)一步表明PITPs可顯著影響磷脂酰肌醇的水平。PITPs參與磷脂酰肌醇翻轉(zhuǎn)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)最令人信服的證據(jù)出現(xiàn)在對(duì)果蠅光傳導(dǎo)RdgB作用的研究。果蠅黑腹菌屬的光傳導(dǎo)是光介導(dǎo)的由PLC活化G蛋白酶偶聯(lián)的受體調(diào)控的過(guò)程,反過(guò)來(lái)催化PI(4,5)P2的水解產(chǎn)生IP3和DAG。RdgB是光感受器細(xì)胞存活和光應(yīng)答所必需的。RdgB突變的果蠅表現(xiàn)光誘導(dǎo)PI(4,5)P2的缺失,補(bǔ)救實(shí)驗(yàn)表明RdgB的磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)運(yùn)域是RdgB發(fā)揮必要功能所必需的[11]??偟膩?lái)說(shuō)果蠅腹黑菌屬RdgB運(yùn)用它的磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)運(yùn)域?qū)⒘字<〈紡膬?nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜,在膜上磷脂酰肌醇通過(guò)磷酸化生成PI(4,5)P2,促進(jìn)由PLC介導(dǎo)的光誘導(dǎo)的PI(4,5)P2的水解。結(jié)合這些研究發(fā)現(xiàn)PITPs對(duì)于PI(4,5)P2的再合成是必須的。而PI(4,5)P2的再合成使其磷酸化過(guò)程得以持續(xù)進(jìn)行,增強(qiáng)下游信號(hào)通路如:PI3Ks、PLC途徑等,間接調(diào)控血小板的活化、巨噬細(xì)胞的增殖,血糖、血脂的代謝水平等過(guò)程,參與甚至是防治AS發(fā)生、發(fā)展。

      1.2.2 磷脂酰肌醇介導(dǎo)的細(xì)胞轉(zhuǎn)移與侵襲 PITPs在調(diào)控磷脂酰肌醇水平和磷脂酰肌醇信號(hào)中的多重作用提示PITPs在細(xì)胞內(nèi)一些過(guò)程中起關(guān)鍵作用,如細(xì)胞生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移。這些過(guò)程在腫瘤細(xì)胞內(nèi)被反常調(diào)節(jié),在很多情況下是由于PI(3,4,5)P3-或PI(4,5)P2-介導(dǎo)的信號(hào)異常上調(diào)。Nir2作為II類(lèi)PITPs(即不只含有單PITP域)被廣泛研究于腫瘤細(xì)胞中,發(fā)現(xiàn)不同腫瘤細(xì)胞調(diào)控Nir2的表達(dá)可以顯著影響下游分子蛋白激酶B(PKB或Akt)和ERK1/2磷酸化,同時(shí)影響細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲[12,13]。近年發(fā)現(xiàn),上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)在腫瘤細(xì)胞的侵襲和遠(yuǎn)隔轉(zhuǎn)移中起重要作用,在觀察乳腺上皮癌中腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移與侵襲過(guò)程中發(fā)現(xiàn)Nir2表達(dá)顯著增加。在動(dòng)物模型中抑制Nir2可以大幅抑制乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移。此外,對(duì)于人類(lèi)乳腺癌組織樣本的分析發(fā)現(xiàn)Nir2的高表達(dá)與腫瘤分級(jí)具有相關(guān)性,在一些不良的疾病預(yù)后Nir2的表達(dá)與Kaplan-Meier生存曲線相關(guān)[14]。這些發(fā)現(xiàn)可能是首次實(shí)驗(yàn)證實(shí)PITPs在腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中起作用,將會(huì)成為腫瘤干預(yù)的靶向。而AS病理過(guò)程中涉及血液中的單核細(xì)胞、血小板向血管內(nèi)皮轉(zhuǎn)移、侵襲至內(nèi)皮下,啟動(dòng)AS的發(fā)生、發(fā)展??傊?,PITPs在磷脂酰肌醇信號(hào)中發(fā)揮重要作用,并參與許多重要的細(xì)胞內(nèi)過(guò)程:如細(xì)胞生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移和侵襲,而這些在AS發(fā)病中至關(guān)重要。

      2 PITPs影響AS發(fā)病的環(huán)節(jié)

      AS的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜,其學(xué)說(shuō)涉及脂質(zhì)浸潤(rùn)學(xué)說(shuō)、血栓形成學(xué)說(shuō)、平滑肌細(xì)胞克隆學(xué)說(shuō)、內(nèi)皮細(xì)胞損傷反應(yīng)學(xué)說(shuō),而其病理過(guò)程始發(fā)于動(dòng)脈內(nèi)膜受損,在長(zhǎng)期糖脂類(lèi)代謝異常等危險(xiǎn)因素作用下,低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)通過(guò)受損的內(nèi)皮進(jìn)入管壁內(nèi)膜,并氧化修飾成LDL-C,對(duì)動(dòng)脈內(nèi)膜造成進(jìn)一步的損傷;趨化單核細(xì)胞遷移至內(nèi)膜下成為巨噬細(xì)胞,通過(guò)清道夫受體吞噬氧化型LDL-C,轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽?xì)胞形成最早的粥樣硬化病變脂質(zhì)條紋,而內(nèi)皮細(xì)胞損傷暴露內(nèi)皮下組織,促使血小板活化,加速AS進(jìn)程,最近研究表明AS斑塊內(nèi)巨噬細(xì)胞主要來(lái)源于局部巨噬細(xì)胞的增殖[15],這點(diǎn)可以為穩(wěn)定AS斑塊防止其破裂提供新思路。

      2.1 參與調(diào)控血糖、血脂代謝 大量的研究證實(shí)脂質(zhì)代謝紊亂與血糖調(diào)節(jié)異常是AS獨(dú)立的危險(xiǎn)因素。而PITPs通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)磷脂酰醇和磷脂酰膽堿,在協(xié)調(diào)胞內(nèi)脂質(zhì)代謝及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能中扮演不同角色。James等[3]發(fā)現(xiàn)PITPα基因敲除的小鼠因小腸和肝臟脂肪變性、脊髓小腦的神經(jīng)退行性變及葡萄糖穩(wěn)態(tài)失衡引起嚴(yán)重低血糖導(dǎo)致新生小鼠一周內(nèi)死亡率極高。電子顯微鏡觀察,脂質(zhì)積聚在腸上皮細(xì)胞內(nèi)膨脹的滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上,小腸和肝臟脂肪變性源于細(xì)胞內(nèi)中性脂質(zhì)和游離脂肪酸在這些器官積聚,說(shuō)明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)三酰甘油和二酰甘油的功能缺陷。顯微鏡下發(fā)現(xiàn)胰島小葉的數(shù)量大大減少,且其完整性遭到破壞,基因?qū)W檢測(cè)PITPα-/-小鼠的胰高血糖素原基因表達(dá)降低,盡管糖異生所需的酶類(lèi)水平正常,但肝臟糖原的代謝出現(xiàn)異常。隨后選擇性敲除轉(zhuǎn)運(yùn)磷脂酰肌醇的部分PITPα發(fā)現(xiàn):減少PITPα活性會(huì)降低新生小鼠生存率,當(dāng)PITPα含量明顯降低時(shí),與正常含量PITPα的小鼠相比腸道脂肪變性和低血糖程度明顯,蛋白質(zhì)、脂肪和葡萄糖代謝紊亂嚴(yán)重,小腦炎性疾病加重。綜上所述,PITPα通過(guò)特殊的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)腔在調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物葡萄糖穩(wěn)態(tài)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能中有著出乎意料的作用。這些說(shuō)明PITPs調(diào)控磷脂酰肌醇的轉(zhuǎn)運(yùn)與合成是體內(nèi)一個(gè)重要功能屬性,并提出PITPα缺陷與脂質(zhì)運(yùn)輸和葡萄糖穩(wěn)態(tài)和小腦炎性疾病間存在某種因果聯(lián)系,且與PITPα的含量正相關(guān)。2.2 血小板活化 PI(4,5)P2在PLC的作用下水解為DAG、IP3,而IP3可以動(dòng)員致密管中Ca2+釋放[15,16],導(dǎo)致胞質(zhì)中Ca2+升高,從而激活肌球蛋白輕鏈激酶(MLCK)[17]、磷脂酶A2(PLA2), 在PLA2作用下膜磷脂釋放花生四烯酸(AA),通過(guò)環(huán)氧化酶(COX)途徑啟動(dòng)血小板活化。通過(guò)目的過(guò)表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染細(xì)胞,與陰性對(duì)照質(zhì)粒轉(zhuǎn)染的細(xì)胞相比,在高表達(dá)PITPα(SPIα)的這些細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)大量磷脂酰肌醇特異的PLA2活化,伴隨大量的花生四烯酸產(chǎn)生[16],磷脂酰肌醇可以在細(xì)胞膜上不斷地的磷酸化持續(xù)補(bǔ)充水解的PI(4,5)P2,使其在活化的PLA2作用下持續(xù)釋放花生四烯酸,增強(qiáng)血小板活化。在細(xì)胞活化過(guò)程中,PI(4,5)P2不斷水解,而PITPs通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)磷脂酰肌醇不斷補(bǔ)充PI(4,5)P2,使其下游信號(hào)通路得以持續(xù)順利的進(jìn)行,參與細(xì)胞內(nèi)多種生理過(guò)程如分泌型囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)[18]、血栓形成[14-16,19-22]、炎癥[15]、細(xì)胞生長(zhǎng)[23,24]和凋亡[25]。而AS病理過(guò)程形成機(jī)制中也涉及上述細(xì)胞過(guò)程,所以PITPs與AS的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān),是否也通過(guò)調(diào)控上述細(xì)胞生理過(guò)程參與疾病發(fā)生發(fā)展,其具體機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

      2.3 巨噬細(xì)胞增殖 Kim等[24]在體外實(shí)驗(yàn)中通過(guò)使用PI3K抑制劑,渥曼青霉素或LY294002刺激RAW264.7單核-巨噬細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)其可以強(qiáng)烈抑制12-豆蔻酸-13-乙酸佛波醇誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞增殖。這些結(jié)果表明PI3K在RAW264.7巨噬細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)控中發(fā)揮重要作用。而PI3K的作用底物為PI(3,4,5)P3,是由磷脂酰肌醇在不同磷脂酰肌醇激酶作用下不斷地磷酸化生成,因此,磷脂酰肌醇在巨噬細(xì)胞的生長(zhǎng)調(diào)控中可能通過(guò)PI3K途徑發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn)NIH3T3細(xì)胞(NIH3T3是美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院所建立的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞系,特點(diǎn)是每3 d傳代一次,每次接種3×105cells/ml,該細(xì)胞系在實(shí)驗(yàn)室常用來(lái)做轉(zhuǎn)染及基因表達(dá)的研究)過(guò)度表達(dá)PITPα?xí)r,其細(xì)胞增殖率明顯增加,與正常野生型細(xì)胞生長(zhǎng)周期21 h相比它只需13 h,說(shuō)明PITPα可能參與促有絲分裂因子產(chǎn)生[26],且可以強(qiáng)烈的抵抗紫外線或腫瘤壞死因子-α誘導(dǎo)的凋亡[26]。

      3 小結(jié)與展望

      AS是心腦血管疾病主要的病理學(xué)基礎(chǔ),AS斑塊破裂最終可導(dǎo)致一系列急性缺血性事件發(fā)生如急性心肌梗死威脅人類(lèi)的生命安全,在目前人群死亡原因中占第一位。隨著年齡增長(zhǎng),AS的發(fā)生不可避免,如何穩(wěn)定斑塊避免其破裂成為目前醫(yī)學(xué)界尚待解決的重大課題。綜上所述,從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及體外實(shí)驗(yàn)揭示PITPs的功能,它可以通過(guò)調(diào)控磷脂酰肌醇的水平,將磷脂酰肌醇由合成部位內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜,在經(jīng)過(guò)連續(xù)磷酸化,不斷生成PI(4,5)P2,使PI3Ks、PLC介導(dǎo)的信號(hào)通路順利進(jìn)行,間接調(diào)控血小板的活化、巨噬細(xì)胞的增殖,血糖、血脂的代謝水平等過(guò)程,可能參與甚至是防治AS發(fā)生、發(fā)展,最近研究表明AS斑塊內(nèi)巨噬細(xì)胞主要來(lái)源于局部巨噬細(xì)胞的增殖[27,28],這點(diǎn)可以為穩(wěn)定AS斑塊防止其破裂提供新思路。但是,在此研究領(lǐng)域PITPs基因完全敲除的動(dòng)物模型生存期短,病死率高不易于對(duì)疾病病生機(jī)制的長(zhǎng)期研究,選擇性PITPs基因敲除動(dòng)物模型迫切需求,基因技術(shù)尚待進(jìn)一步提高。隨著動(dòng)物模型的建立,實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展,對(duì)于PITPs的研究必將有助于攻克AS斑塊破裂這一世界性的難題及新的分子靶點(diǎn)藥物的研制與開(kāi)發(fā)。

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      R543.5

      A

      1674-4055(2017)10-1278-03

      1150001 哈爾濱,哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心血管內(nèi)科

      李晶潔,E-mail:circulation9999@163.com

      10.3969/j.issn.1674-4055.2017.10.41

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