细胞外泛素及其受体CXCR4与AMI相关性研究进展*

纪逸群，姚佳璐，何 杨

(1.苏州大学唐仲英血液学研究中心，江苏苏州 215123； 2.南京医科大学附属苏州医院/苏州市立医院，江苏苏州 215008)

随着经济社会的快速发展，居民生活习惯和饮食结构的调整变化，中国心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)负担日益加重，现患CVD人数约有2.9亿[1]。急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)是最常见的心血管疾病之一，AMI及其进展而来的心力衰竭，是全球死亡率最高的疾病之一。最新研究显示，我国AMI并发心力衰竭的患者在院期间死亡率为30%[2]。AMI后进行性心室重构是基因表达改变引起的分子、细胞及组织结构的相关改变，进而导致心脏功能的恶化。目前可采取药物治疗、冠状动脉介入治疗、冠状动脉旁路移植术、心脏器械辅助治疗和心脏移植等方法，在一定程度上可以缓解症状，降低病死率，但并不能完全逆转心室重构的进展，AMI目前仍是世界范围内导致心源性死亡的主要原因[3]。因此，如何提高缺血区心肌细胞的存活，是改善梗死后左室重构、提高疾病预后的关键。

泛素(ubiquitin，UB)是一种广泛存在于多种细胞的高度保守的低分子量多肽，可介导蛋白质降解、受体内吞、胞内信号分子活性调节、细胞周期调节等功能[4-7]。此外，UB还微量存在于各种体液中，称细胞外泛素或游离泛素(free ubiquitin，fUB)。在多种疾病和病理状态下均可见fUB浓度升高[8-12]，已有研究发现fUB具有抑制炎症反应、调节免疫功能、促进细胞凋亡或增殖分化等作用[13-20]。趋化因子受体4(CXCR4)被发现是fUB的胞外受体，且泛素与基质衍生因子-1a(SDF-1a)具有不同的CXCR4结合位点[21]。最近相关研究表明，fUB可能通过受体CXCR4影响心脏组织中多种细胞的形态和功能，因而可能参与AMI后心室重构的发生发展。本文对此作一综述，以期为AMI的发生、发展及临床诊疗提供新的认识和思路。

1细胞外泛素及其受体CXCR4的发现生理情况下fUB微量存在于血液、尿液和脑脊液等体液中[22]，在THP1细胞、人T细胞、B细胞及单核细胞表面发现其可与CXCR4结合并引起钙离子内流[23]。CXCR4可参与调节器官生成、造血、心血管系统发育、免疫反应、肿瘤转移和人类免疫缺陷病毒(HIV)感染等[24]。多种疾病和病理过程可见体液中泛素水平升高。烧伤伴吸入性肺损伤患者肺泡灌洗液中泛素水平升高，浓度与病情严重程度负相关，与动脉氧和正相关[8]。创伤性脑损伤和蛛网膜下腔出血患者脑脊液中泛素浓度升高[9]。此外，肾衰竭及血液透析患者、创伤及烧伤患者、寄生虫及过敏性疾病患者血浆或血清泛素浓度均有异常升高[10-13]。

相关研究表明，fUB具有抗菌、抑炎、调控免疫反应和细胞存活等功能。其C端可跨越真菌的细胞壁和细胞膜，抑制钙调磷酸酶的活性从而抑制真菌生长[14]，LEDGRTLSDY肽段(UB50-59)具有与环孢素相当的免疫抑制活性，可抑制细胞免疫和体液免疫[15]。静脉输注fUB可以增强大鼠肺缺血再灌注损伤中Th2型细胞因子反应，减轻水肿程度，提高肺功能[16]。体外实验发现fUB具有增强Treg细胞免疫抑制活性的功能[17]。fUB对细胞存活的影响则具有细胞特异性。其可通过蛋白酶体降解STAT3进而诱导人造血干细胞凋亡[18]，抑制KT3，K562，Daudi等白血病细胞存活，对于HL60和T-ALL细胞则有刺激生长作用[19]，体内fUB输注可延长小鼠同种异体皮肤移植物的存活[20]。

2细胞外泛素及CXCR4在AMI及心室重构中的功能

2.1 CXCR4与AMI及心室重构 近年来相关研究发现CXCR4受体在动脉粥样硬化进展和AMI及心室重构中具有心脏保护作用。在Apoe-/-或Ldr-/-小鼠中饮食诱导动脉粥样硬化，使用CXCR4拮抗剂或CXCR4基因沉默后，可促进动脉粥样硬化的进展[25]。过表达CXCR4的小鼠能显著降低压力超载引起的心室重构，增加毛细血管密度，提高心脏功能[26]。CXCR4基因敲除小鼠在ISO(异丙肾上腺素)诱导的心室重构中具有更高的心衰风险和更低的心脏功能[27]。AMI小鼠中DMOG诱导CXCR4高表达可显著提高梗死区心肌细胞的存活和心功能[28]。37例ST段抬高型AMI患者中发现有CXCR4升高，在动脉壁粥样硬化斑块中与CD68+细胞共定位[29]。最近研究发现，CXCR4在人动脉粥样斑块中沉积增加，且浓度与年龄、高血压、高胆固醇血症及吸烟史等心血管病危险因子正相关[30]。Wistar大鼠心梗模型中，外周血单核细胞中CXCR4基因表达上调[31]。小鼠AMI后3 h检测到SDF-1a mRNA升高。于AMI发生前30 min注射SDF-1a可有心脏保护作用，减少梗死面积。使用CXCR4特异性阻断剂AMD3100可阻断SDF-1a的心脏保护效应，说明SDF-1a通过CXCR4发挥作用。分离培养的心肌细胞缺血缺氧处理后，SDF-1a表达增高，通过CXCR4增加ERK和AKT磷酸化水平，降低JNK和P38水平，发挥抗细胞凋亡作用[32]。另有研究发现，过表达CXCR4的大鼠心肌细胞缺血缺氧处理后，与对照组相比，胞浆钙离子超载程度相同，但线粒体膜通透性的增加受到抑制，线粒体肿胀程度降低，心肌细胞死亡减少65%，提示CXCR4在缺血心肌细胞中还具有线粒体保护功能[33]。在心脏内皮细胞中SDF-1a/CXCR4激活AKT后，促进血管内皮生长因子的表达和血管新生[34]。此外，CXCR4可增加干细胞归巢到心梗缺血区，大鼠心脏缺血/再灌注模型中，注射过表达CXCR4的骨髓间充质干细胞向心梗部位归巢增多并可显著改善心功能[35]。

2.2 fUB与AMI及心室重构 最新研究表明，fUB作为CXCR4的另一内源性配体，可能与SDF-1a/CXCR4具有同样的心肌保护作用。在AMI，稳定性心绞痛和不稳定性心绞痛各40例患者中，血浆fUB 的mRNA和蛋白水平均有升高，且细胞内泛素化蛋白水平升高。其中AMI患者中上升水平最高，提示fUB在冠心病进展中发挥作用[36]。AMI后伴随有交感神经异常激活，儿茶酚胺大量释放，作用于心脏β受体可通过GSK-3/JNK通路诱导心肌细胞凋亡，而PI3K/Akt通路可通过抑制GSK-3β活性发挥抗凋亡作用[37-38]。SINGH等[38]发现ISO(异丙肾上腺素)特异性激活成年大鼠心肌细胞的β受体可导致培养上清中fUB浓度升高，FSK直接刺激心肌细胞β受体下游的腺苷酸环化酶同样可以升高细胞外泛素水平；CGP(β1受体阻断剂)或ICI(β2受体阻断剂)预处理30min后均可抑制ISO诱导的fUB浓度升高，说明β1和β2受体均参与到升高fUB浓度；PI和Hoechst染色证实培养上清中fUB增多很可能是ISO处理后细胞主动分泌所致，并非由于细胞膜通透性增加。10 μg/ml fUB预处理心肌细胞30 min后，可完全逆转ISO诱导的细胞凋亡。fUB的抗凋亡作用与抑制β受体激活后GSK-3β/JNK活性增高有关，且与增强抗凋亡通路PI3K/Akt活性有关[38]。由于PI3K/Akt可通过抑制 GSK-3β/JNK活性来发挥抗凋亡作用，因此，细胞外泛素抗心肌细胞凋亡作用的直接作用分子需要相关实验进一步证实。

DANIELS等[39]通过体内实验进一步证实细胞外泛素可以抑制ISO诱导的心肌细胞凋亡和心室重构，降低纤维化，改善心功能。通过静脉微渗透泵连续7天输注ISO到小鼠体内，诱导β受体激活所致心室重构的小鼠模型，实验组同时输注fUB(fUB+ISO)。7天后对左室功能、形态和相关蛋白表达进行分析发现，与ISO组相比，fUB+ISO组心肌细胞凋亡和组织纤维化程度均有明显改善，心肌细胞肥大情况在两组间无明显差异。UB+ISO组同时具有较高水平的Akt活性，以及较低水平的GSK-3β和JNK活性。此外，UB+ISO可促进MMP-2，MMP-9和TIMP-2的表达。分离培养的心肌成纤维细胞同样在UB+ISO处理后出现高表达MMP-2和TIMP-2，抑制Akt活性则可阻断该效应[39]。MMPs主要降解胶原等细胞外基质，TIMPs是MMPs内源性抑制分子，AMI后心脏组织中MMPs和TIMPs浓度失衡促进过度纤维化及心室重构的发生发展[40]。fUB促进MMPs和TIMPs表达提示其可能在AMI后纤维化中发挥作用。

AMI后血管内皮再生对于心肌组织的血供和瘢痕修复极为重要，适度的纤维瘢痕形成有助于维持组织完整性，而胶原过度沉积则导致心脏收缩舒张功能恶化[40]。大鼠中分离的心肌微血管内皮细胞经fUB孵育处理后，VEGF-A和MMP-2表达均升高；细胞内与迁移相关的纤维肌动蛋白重排增强，内皮细胞向缺损处迁移及形成新生管状物能力明显提高，CXCR4受体特异性阻断剂AMD3100可阻断该效应[41]。SCOFIELD等[42]证实心肌成纤维细胞上存在与fUB相互作用的CXCR4受体。在成纤维细胞中，fUB可激活ERK1/2并促进VEGF表达。而与心肌细胞不同的是，fUB对Akt的表达或活性没有影响；与内皮细胞相反，fUB抑制胎牛血清诱导的成纤维细胞增殖和向损伤部位迁移。另外，最新研究发现心肌成纤维细胞表达IDE(胰岛素降解酶选择性抑制剂)可将fUB(1-76)转化为fUB(1-74)，具有抑制心肌成纤维细胞生长作用[43]。AMI后缺血再灌注损伤小鼠模型中，给予fUB 3天后显著降低梗死面积，提高心脏射血分数，降低炎性渗出及中性粒细胞活性和聚集，降低血清中IL-12和MCP-1等炎症因子水平[44]。总之，这些实验均提示，fUB/CXCR4对心脏内皮细胞和成纤维细胞的形态功能均有影响，且能减少AMI后缺血再灌注损伤中炎症反应程度，因而可能参与到AMI心室重构过程。

3结论与展望综上所述，细胞外泛素及其受体CXCR4对心脏组织中的心肌细胞、内皮细胞和成纤维细胞等均有影响。在ISO诱导的心室重构和AMI缺血再灌注损伤中，给予外源性fUB亦显示出心脏保护功能，可以预想fUB作为CXCR4另一配体，将会成为治疗AMI新的分子靶标。由于fUB和SDF-1a具有共同受体CXCR4，且已有研究发现AMI后发生死亡，心衰或心梗复发的病人血清中有高水平SDF-1a，且SDF-1a可独立预测AMI后危险事件的发生[45]，未来还需进一步明确检测AMI患者血清中的fUB是否能对疾病早期诊断、病情评估和预后评估有作用。同时，阐明两者在AMI中发挥功能的具体机制及相互作用，将进一步加深对fUB生物学功能的认识，为AMI的发生发展及诊疗提供新的认识和思路。另外，由于部分研究显示受体CXCR4与α1-受体和β2-受体均有相互作用[46]，阐明与这些受体间的调控网络，必将进一步揭示fUB发挥功能的具体信号通路，也为解决人类心血管疾病的难题带来福音。