淡一航，楊嶺，張宇，符珍珍，彭瑜，張鉦

心肌缺血再灌注損傷（myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI）指缺血的心肌通過溶栓或經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療而恢復(fù)血流供應(yīng)后，破壞的心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)以及代謝功能障礙沒有得以減輕或改善，反而進(jìn)一步惡化的現(xiàn)象［1］?？寡趸瘎ㄈ绂?硫酸鋅）、自由基清除劑（如輔酶Q10、超氧化物歧化酶等）、細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)劑（如曲美他嗪）以及一些中藥制劑能夠在一定程度上緩解MIRI，但大多數(shù)藥物由于靶向效率低、存在嚴(yán)重的不良反應(yīng)，具有一定的局限性［2］，因此尋求新的分子靶點(diǎn)對減輕MIRI具有重要意義。近年來雙特異性磷酸酶（dual specificity phosphatase，DUSP）家族在心血管疾病中的作用受到學(xué)者的廣泛關(guān)注，其中DUSP1可能對缺血/再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）的心肌發(fā)揮保護(hù)作用，具有較好的研究價(jià)值［3］。本文首先分析了MIRI的病理生理機(jī)制，然后綜述了DUSP1的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能及其在MIRI中的作用機(jī)制，以期為DUSP1作為MIRI的治療靶點(diǎn)提供理論依據(jù)。

1 MIRI的病理生理機(jī)制

MIRI的發(fā)生發(fā)展可能是多種因素共同作用的結(jié)果，其病理生理機(jī)制可能涉及以下內(nèi)容［4］：（1）氧化應(yīng)激：活性氧（reactive oxygen species，ROS）是誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的關(guān)鍵因素，其主要來源為花生四烯酸代謝、黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)以及線粒體電子呼吸傳遞鏈等［5］。研究顯示，在心肌缺血早期即可觀察到ROS暴發(fā)，其通過降低Na+/K+泵和Ca2+泵的活性而直接損傷心肌，造成心肌細(xì)胞不可逆的損傷［6］。（2）鈣超載：在MIRI發(fā)生過程中，心肌細(xì)胞缺氧可導(dǎo)致能量生成障礙，造成細(xì)胞內(nèi)H+積聚，引起胞質(zhì)酸化并激活Na+-H+交換，從而促進(jìn)Na+內(nèi)流；而心肌細(xì)胞內(nèi)Na+的聚集可進(jìn)一步誘導(dǎo)Na+-Ca2+交換，造成細(xì)胞內(nèi)鈣超載，最終導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)和功能損傷，加速心肌細(xì)胞破壞并形成惡性循環(huán)［7］。（3）線粒體功能障礙：線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）是線粒體內(nèi)膜的非選擇性通道，被認(rèn)為是MIRI的重要作用靶點(diǎn)［8］。線粒體內(nèi)鈣超載會(huì)促使MIRI早期mPTP的開放，造成線粒體膨脹、ATP合成受損、細(xì)胞色素C（cytochrome C，CytC）的釋放以及下游凋亡途徑的激活，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞死亡。（4）炎癥反應(yīng)：炎癥也是造成MIRI的一個(gè)重要原因，中性粒細(xì)胞在黏附、趨化過程中會(huì)釋放大量炎癥遞質(zhì)和細(xì)胞因子，促進(jìn)ROS的產(chǎn)生，從而損傷血管內(nèi)皮，導(dǎo)致微血管阻塞，進(jìn)而導(dǎo)致心肌細(xì)胞壞死、凋亡［9］。（5）自噬：正常情況下心肌細(xì)胞可以通過自噬清除細(xì)胞質(zhì)中功能失調(diào)的細(xì)胞器和多余的蛋白質(zhì)，但在心肌缺血缺氧狀態(tài)下心肌細(xì)胞的自噬作用進(jìn)一步增強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致心肌功能障礙［10］。（6）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERS）：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)主要負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)合成和翻譯后修飾，強(qiáng)烈的缺血缺氧刺激會(huì)破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)，引起蛋白質(zhì)折疊功能紊亂，從而誘發(fā)心肌細(xì)胞凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致MIRI的進(jìn)展［11］。

2 DUSP1的結(jié)構(gòu)以及生物學(xué)功能

蛋白質(zhì)磷酸化在基因的轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調(diào)控等方面發(fā)揮著重要作用，其還可通過特異的蛋白磷酸酶來調(diào)節(jié)和控制蛋白質(zhì)的活性和功能［12］。其中DUSP是蛋白酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatases，PTP）超家族的重要成員，共包含25個(gè)亞型，其主要功能是去磷酸化底物上的蘇/絲氨酸和酪氨酸殘基，同時(shí)其也可通過與底物競爭性地結(jié)合絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）來調(diào)節(jié)MAPK信號(hào)通路的活性［13］。其中DUSP1是DUSP家族中首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的成員，分子量為40 kDa，其基因定位于染色體5q35.1，可編碼367個(gè)氨基酸［14］。DUSP1由N端非催化結(jié)構(gòu)域和C端催化結(jié)構(gòu)域組成，其中前者包括一個(gè)獨(dú)特的激酶相互作用基序（kinaseinteracting motif，KIM），該序列主要負(fù)責(zé)DUSP1與MAPK的直接結(jié)合并誘導(dǎo)DUSP1的激活［15］；后者含有高度保守的PTP活性位點(diǎn)序列——（I/V）HCXAGXXR（S/T/）G，其能夠特異性地使MAPK去磷酸化，同時(shí)可控制DUSP1的穩(wěn)定性［16］。研究顯示，DUSP1在人體組織器官中廣泛存在，以心臟、肺臟和肝臟中表達(dá)水平最高，是MAPK信號(hào)通路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)［17］。正常情況下，機(jī)體組織中DUSP1表達(dá)水平較低，但機(jī)體受到氧化應(yīng)激或壓力刺激后，DUSP1作為一種應(yīng)激誘導(dǎo)基因，會(huì)被迅速激活，并在細(xì)胞增殖、血管重塑、炎癥反應(yīng)以及線粒體自噬的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用［18］。

3 DUSP1在MIRI中的作用機(jī)制

早期關(guān)于DUSP1的研究主要集中在腫瘤領(lǐng)域，隨著進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，DUSP1同樣能夠發(fā)揮心臟保護(hù)作用［19］。最初KAISER等［20］研究發(fā)現(xiàn)，在I/R模型小鼠中轉(zhuǎn)入DUSP1基因可導(dǎo)致p38失活，從而減輕I/R誘導(dǎo)的心肌損傷和細(xì)胞凋亡。然而還有研究顯示，DUSP1在缺血后處理的動(dòng)物模型中未能使心臟獲益，原因可能是DUSP1誘導(dǎo)的心臟保護(hù)作用隨年齡的增長而逐漸減弱，意味著DUSP1在MIRI中的作用仍具有爭議［16，21］。目前DUSP1在MIRI中的作用機(jī)制仍未明確，但多數(shù)研究均提示其對I/R造成的心肌損傷具有保護(hù)作用，且可能與抑制細(xì)胞凋亡［22］、抑制c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）1/2信號(hào)通路的激活［23-25］、改善線粒體功能［26］、減輕炎癥反應(yīng)［27-28］及ERS［29］等機(jī)制有關(guān)。

3.1 抑制細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡指為維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，由基因控制的細(xì)胞自主有序的死亡。細(xì)胞凋亡的發(fā)生受多種蛋白和細(xì)胞因子的嚴(yán)格調(diào)控［22］，其中Bcl-2基因家族是最重要的凋亡蛋白，主要分為抗凋亡蛋白（如Bcl-2、Bad等）和促凋亡蛋白（如Bak、Bax和Bok等）兩類［30］。細(xì)胞接收到凋亡信號(hào)后，Bcl-2家族蛋白會(huì)與其他凋亡分子協(xié)同作用并激活Caspase家族，從而誘發(fā)細(xì)胞凋亡。研究顯示，抑制心肌細(xì)胞凋亡可以很大程度上縮小心肌梗死（myocardial infarction，MI）面積，延緩心室重塑及改善MIRI患者預(yù)后［31］。動(dòng)物研究表明，DUSP1能夠明顯增強(qiáng)硫氫化鈉（sodium hydrosulphide，NaHS）對I/R模型大鼠的抗心肌細(xì)胞凋亡作用，提示DUSP1可抑制MIRI［32］。WANG等［33］研究顯示，小核仁RNA宿主基因4（small nucleolar RNA host gene 4，SNHG4）可能通過調(diào)控miR-148b-3p/DUSP1軸來提升心肌細(xì)胞活力，而下調(diào)DUSP1水平可能會(huì)削弱SNHG4對心肌細(xì)胞活力的提升作用，提示DUSP1能夠拮抗心肌缺血缺氧并減輕MIRI。

3.2 抑制JNK1/2信號(hào)通路 MAPK信號(hào)通路主要由p38 MAPK、JNK、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）1/2以及ERK5組成，其不僅在調(diào)節(jié)細(xì)胞的基本生理功能中發(fā)揮重要作用，而且與自身免疫性疾病、腫瘤等多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。研究顯示，JNK1/2信號(hào)通路的激活可以促進(jìn)MIRI進(jìn)展，進(jìn)一步誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡［34］。ZHANG等［23］首次在MIRI模型人心肌細(xì)胞AC16中研究了泛素特異性蛋白酶49（ubiquitin specific protease 49，USP49）調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞活力的機(jī)制，結(jié)果顯示，USP49可抑制JNK1/2信號(hào)通路并上調(diào)DUSP1水平，從而發(fā)揮抗心肌細(xì)胞凋亡的作用，說明USP49可能通過介導(dǎo)DUSP1-JNK1/2信號(hào)通路來減少M(fèi)IRI的發(fā)生。TAN等［24］將三重基序蛋白（tripartite motif，TRIM）55和/或DUSP1表達(dá)載體轉(zhuǎn)導(dǎo)于MIRI模型大鼠H9C2細(xì)胞中，結(jié)果顯示，TRIM55會(huì)泛素化修飾DUSP1并降低其表達(dá)水平，促進(jìn)JNK1/2信號(hào)通路激活，從而加重MIRI病情及促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡。HE等［25］研究也發(fā)現(xiàn)，上調(diào)DUSP1水平可以明顯抑制TRIM11水平并使下游JNK1/2信號(hào)通路失活，從而減輕MIRI并預(yù)防MI。綜上，DUSP1可通過抑制JNK1/2信號(hào)通路來減輕MIRI，但其具體作用機(jī)制尚需要進(jìn)一步研究。

3.3 改善線粒體功能 線粒體是真核生物的能量和代謝中心。正常情況下，線粒體通過不斷裂變、融合產(chǎn)生ATP以維持機(jī)體代謝［35］。如果線粒體受到不可逆的損傷，那么裂變、融合的平衡就會(huì)被破壞，從而誘發(fā)心臟病理性重構(gòu)和功能障礙的惡性循環(huán)。既往研究已證實(shí)，DUSP1的下游效應(yīng)因子（如JNK和ERK）是線粒體裂變和自噬的調(diào)節(jié)因子［36］。JIN等［26］研究發(fā)現(xiàn)，在MIRI模型小鼠中，降低DUSP1水平會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的心功能障礙，同時(shí)DUSP1水平降低會(huì)造成JNK進(jìn)一步磷酸化，明顯增加線粒體裂變因子（mitochondrial fission factor，MFF）的表達(dá)水平，并引起線粒體的過度裂變及自噬，從而導(dǎo)致大量的心肌細(xì)胞死亡，而增加DUSP1水平可能會(huì)逆轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象。說明DUSP1也許會(huì)通過改善線粒體功能來減輕MIRI，但目前相關(guān)研究較少，未來需要進(jìn)一步研究。

3.4 減輕炎癥反應(yīng) 炎癥反應(yīng)是MIRI發(fā)生發(fā)展過程中的重要特征。MIRI早期，受損的心肌細(xì)胞可以分泌多種炎癥趨化因子，激活補(bǔ)體系統(tǒng)［37］，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞向梗死區(qū)聚集并導(dǎo)致微循環(huán)障礙，從而刺激蛋白水解酶和ROS的產(chǎn)生，增強(qiáng)炎癥反應(yīng)，進(jìn)而加重MIRI。KIM等［38］研究發(fā)現(xiàn)，DUSP1缺乏會(huì)導(dǎo)致單核細(xì)胞黏附、遷移增加，促進(jìn)單核細(xì)胞趨化蛋白1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）的產(chǎn)生，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)?？├仗m是一種選擇性磷酸二酯酶4（phosphodiesterase 4，PDE4）抑制劑，具有較好的抗炎作用，JI等［27］研究顯示，咯利普蘭可明顯增加DUSP1活性，從而抑制脂多糖誘導(dǎo)的炎癥因子（如TNF-α、IL-6、IL-1β等）的分泌，減少中性粒細(xì)胞浸潤，改善內(nèi)毒素導(dǎo)致的心肌功能障礙。XIN等［28］研究顯示，miR-101-3p是DUSP1的重要靶點(diǎn)，故降低miR-101-3p水平能夠促進(jìn)心肌細(xì)胞中DUSP1的表達(dá)，從而抑制p38 MAPK/NF-κB信號(hào)通路的激活，減輕組織損傷，進(jìn)而抑制膿毒癥誘導(dǎo)的心肌炎癥反應(yīng)。上述研究結(jié)果說明，DUSP1可能通過減輕炎癥反應(yīng)來減輕MIRI。但ZHOU等［39］研究顯示，在DUSP6缺陷模型大鼠中下調(diào)DUSP1水平可通過抑制MI急性期中性粒細(xì)胞活性（主要是抑制ROS的釋放和脫顆粒作用）來減輕炎癥反應(yīng)并改善心功能。造成這一現(xiàn)象的原因是否與不同動(dòng)物模型組織炎癥水平存在差異有關(guān)？如何調(diào)節(jié)DUSP1水平才能充分發(fā)揮其在MIRI中的保護(hù)作用？這些問題尚待進(jìn)一步研究探討。

3.5 減輕ERS 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是調(diào)節(jié)真核細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)及負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)合成、加工、轉(zhuǎn)運(yùn)的重要細(xì)胞器。MIRI會(huì)破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)，從而觸發(fā)未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)（unfolded protein response，UPR），造成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中未折疊或者錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的過度積累，進(jìn)而誘導(dǎo)心肌細(xì)胞死亡，這稱為ERS［40］。HOU等［29］將DUSP1腺病毒轉(zhuǎn)染至缺氧處理后的心肌細(xì)胞，結(jié)果顯示，DUSP1水平升高能夠抑制缺氧誘導(dǎo)的ERS標(biāo)志物如蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（protein kinase R-like kinase，PERK）、C/EBP同源蛋白（C/EBP homologous protein，CHOP）、葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（glucose-regulated protein 78，GRP78）等的上調(diào)，減輕心肌細(xì)胞ERS及缺血導(dǎo)致的心肌損傷，提示DUSP1可能通過減輕ERS而減輕MIRI。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，MIRI的病理生理機(jī)制可能涉及氧化應(yīng)激、鈣超載、線粒體功能障礙、炎癥反應(yīng)、自噬、ERS，而DUSP1能夠通過抑制細(xì)胞凋亡、抑制JNK1/2信號(hào)通路、改善線粒體功能、減輕炎癥反應(yīng)、減輕ERS等途徑而減輕MIRI，其或許是MIRI潛在的治療靶點(diǎn)。目前已經(jīng)有部分臨床前研究證實(shí)了DUSP1相關(guān)靶點(diǎn)藥物治療MIRI的潛力，如ZHANG等［41］研究顯示，DUSP1/DUSP6抑制劑E-2-亞芐基-3-（環(huán)己基氨基）-2，3-二氫-1H-茚-1-酮可通過抑制MI模型大鼠炎癥因子（如IL-1β、IL-6、IL-12）的表達(dá)、減少巨噬細(xì)胞及中性粒細(xì)胞的浸潤、介導(dǎo)p38MAPK/NF-κB信號(hào)通路而抑制巨噬細(xì)胞分化，從而逆轉(zhuǎn)不良的心室重塑、延緩心肌纖維化，進(jìn)而改善心功能；還有研究顯示，咯利普蘭發(fā)揮抗炎作用的機(jī)制之一就是增加DUSP1的表達(dá)水平與活性，并進(jìn)一步抑制心臟成纖維細(xì)胞中TNF-α、IL-6等炎癥因子的釋放，其或許對MIRI也有一定治療作用，這為MIRI的診治提供了新思路和新策略［27］。但目前這些藥物還處于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究階段，尚未應(yīng)用于臨床，期待未來能夠進(jìn)一步開發(fā)DUSP1相關(guān)靶向藥物以治療MIRI，從而為患者帶來希望和福祉。此外，精準(zhǔn)把控DUSP1的最佳表達(dá)水平以達(dá)到最好的治療效果是后續(xù)關(guān)注的問題。今后本研究組會(huì)更深層次地探索DUSP1在MIRI中的生物學(xué)作用，并尋找更多調(diào)控DUSP1的靶向治療手段，以期為未來防治MIRI開辟新的道路。

作者貢獻(xiàn)：淡一航進(jìn)行文章的構(gòu)思，查閱文獻(xiàn)，撰寫論文；淡一航、楊嶺、張宇、符珍珍進(jìn)行文章修改；楊嶺、張宇、符珍珍、彭瑜、張鉦進(jìn)行文章審校；張鉦對文章整體負(fù)責(zé)，監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。