转录调控因子Foxp1与心血管疾病的研究进展

蓝林辉，王志维

(武汉大学人民医院心血管外科，武汉 430060)

心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)是全球第一大死亡原因。随着人们生活方式的改变以及人口老龄化进程的加快，CVD的发病率和死亡率不断上升[1]。近年来，尽管在预防和治疗CVD方面取得了显著进展，但其发病机制仍不清楚。因此，深入了解CVD的发病机制并寻找新的治疗方法显得极为重要。叉头框(forkhead box，Fox)基因最初是在果蝇进行的随机诱变筛选中被发现，当前已知的Fox基因数量在不同生物之间差异较大，人和小鼠均具有44个，果蝇11个，非洲爪蟾45个；在哺乳动物中，Fox转录因子根据其序列同源性被分为FoxA～S共19个亚型，而Fox蛋白分布于心血管系统的不同组织和细胞类型，参与多种特异性基因转录的细胞增殖、自噬、炎症和分化[2]。

Fox蛋白p1(Fox protein p1，Foxp1)属于Foxp亚家族转录调控因子的一员，其在心血管系统中表达并发挥不同作用。研究表明，Foxp1与人类先天性心脏病有关，其基因突变可导致人类先天性心脏病致病基因NKX2.5的异常激活[3-4]；同时，Foxp1还能够调节内皮炎症小体，减少动脉粥样硬化的发生，其表达也被证明可延长血栓形成的时间，减少心肌梗死的发生[5-7]；另外，Foxp1在心力衰竭患者心肌细胞中含量丰富且在心房颤动患者的心房肌细胞中表达显著下调，提示其在心力衰竭和心房颤动中扮演重要角色[8-9]。可见，Foxp1与CVD关系密切。现就Foxp1在CVD中的调控作用予以综述。

1 Foxp1概述

Foxp1基因位于染色体3p14.1区域上，长度628 kb[10]，其特有结构域包括一个分叉的DNA结合翼螺旋、亮氨酸拉链、锌指和多聚谷氨酸束。其中，多聚谷氨酸束被认为是调节Foxp1转录活性的基序，亮氨酸拉链和锌指基序对Foxp蛋白质之间的同源和异源二聚作用至关重要。Foxp1的整个N端区域充当多个转录辅因子的复杂连接位点，并通过常见的DNA结合序列调节组织和细胞类型特异性基因的转录。

由于表达的多样性，Foxp1受组织和细胞类型特异性功能域选择性剪接的高度调控，表明其在不同的细胞和组织中具有不同的功能[11]，尤其是在心脏组织中，Foxp1在心肌和心内膜组织中均有表达，并参与各种不同细胞类型的转录调节，如心肌细胞、内皮细胞(endothelial cells,ECs)和血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)[12]。随着研究的深入，Foxp1与CVD的联系不断被发现，其参与心血管系统生理及病理生理的作用机制已成为近年研究热点。

2 Foxp1与心血管系统生理和病理生理

Foxp1在生物系统中发挥重要作用，其正常激活有助于心肌细胞的增殖和分化，从而确保胚胎心脏的正常发育；同时Foxp1还是血管生成的刺激因子，可调节血管ECs的增殖、迁移以及管形成；另外，Foxp1能够抑制病理性心肌纤维化和心肌肥大，且在心血管系统炎症中扮演调节因子。总之，Foxp1在心血管系统中发挥了广泛的生理和病理生理作用。

2.1Foxp1与胚胎心脏发育 转录调控因子的激活被认为是胚胎心脏发育过程中基因调控的关键组成部分。转录因子Foxp1与胚胎发育密切相关，不仅能调节肺基因表达、气道形态发生和食管肌发育，还在脊椎动物脑神经发育、人类语言形成、智力发展中起重要作用[10,13-14]。尤其是在胚胎心脏的发育过程中，Foxp1的正常激活显得至关重要，其有助于适当的心肌细胞增殖和分化。研究表明，Foxp1基因缺失会导致死亡和复杂的心脏表型，包括流出道间隔缺损和胚胎心内膜垫发育缺陷以及室间隔缺损[12,15]。Foxp1在心肌和心内膜中表达，其中心肌Foxp1缺失促进心肌细胞增殖，而心内膜Foxp1缺失抑制心肌细胞增殖，可见Foxp1通过靶向心肌和心内膜的不同途径来控制心肌细胞在发育过程中的增殖平衡[3]。另外，Jepsen等[16]研究发现，视黄酸及甲状腺激素受体沉默中介蛋白(silencing mediator of retinoid and hormone receptor，SMRT)和Foxp1均能抑制p21启动子(p21起细胞周期抑制剂的作用，导致细胞增殖受阻)，且Foxp1与SMRT蛋白质在物理上相互作用；SMRT是细胞自主调节心室致密区生长所必需的，其基因缺失导致特定的发育异常，包括心室发育不良和室间隔缺损，研究中发现SMRT+/-/Foxp1+/-双杂合子小鼠表现出Foxp1及SMRT单基因缺失相当的表型，表明Foxp1和SMRT共同调节心肌正常发育的基因程序。以上研究表明，Foxp1能通过自身或协同其他因子调节心肌细胞成熟和增殖，促进胚胎心脏的正常发育。

2.2Foxp1与血管生成 血管对于几乎所有组织、器官及系统的形成和维持均必不可少，它们在氧气和营养供应以及发育和形态发生方面发挥重要作用[17]。血管的发育和生长是机体的一个生理和病理生理过程，如肿瘤生长、炎症浸润、切口愈合和动脉粥样硬化性血管疾病引起的组织缺血等。这些过程的调控极为复杂，由调节促血管生成基因和抗血管生成基因表达的转录因子调控，Foxp1已被证明参与其中[18]。研究表明，微RNA(microRNA，miRNA/miR)-544a可以负性调节Foxp1的表达，抑制胶质瘤U87细胞的活性、迁移以及血管形成。

Grundmann等[19]研究发现，在小鼠后肢缺血诱导后Foxp1表达上调，表明Foxp1为缺血组织血管生成的重要调节因子；另外，Foxp1刺激ECs增殖、迁移、血管形成(血管生成的3个基本组成部分)，Foxp1基因敲除则抑制VSMCs的增殖并导致斑马鱼血管形成缺陷。可见，Foxp1作为血管生成的刺激因子，能够促进血管ECs迁移和增殖，在血管形成过程中发挥重要作用。

2.3Foxp1与心肌纤维化和心肌肥大 病理性心肌纤维化是几乎所有心脏疾病心脏重构的标志，主要过程包括肌成纤维细胞的形成、成纤维细胞的活化增殖以及细胞外基质的过度分泌[20]。Foxp1被证明能通过转化生长因子(transforming growth factor，TGF)-β1/内皮素-1信号通路调节病理性心肌纤维化和心肌肥大[21-22]。且Foxp1功能增强可抑制成纤维细胞增殖以减少肌成纤维细胞的形成，Foxp1功能抑制则导致成纤维细胞增殖、迁移、转化为肌成纤维细胞以产生更多的细胞外基质成分。

病理性心肌肥大的发生是对多种刺激的反应，包括神经体液因素、血流动力学应激、心肌梗死和病毒感染。持续的心脏肥大导致适应不良的基因表达重编程、心肌重构，并最终导致心力衰竭[23]。研究发现，Foxp1可通过与活化T细胞核因子3(nuclear factor of activated T cell 3，NFAT3)相互作用并抑制其调节培养的原代心肌细胞的心肌肥大[24]。Foxp1和NFAT3共同占据了新生儿和成人心脏组织肥大相关基因的启动子区域，其中Foxp1能同时抑制促肥大相关基因(Myh7、钙调磷酸酶调节因子1、缝隙连接蛋白43、心房利钠因子和脑钠肽)和激活抗肥大相关基因(Myh6和p57kip2)，且通过与组成性NFAT3相互作用以维持促肥大和抗肥大效应之间的平衡。心肌细胞中miR-206表达增加可诱导心肌细胞肥大并抑制细胞死亡，Foxp1是miR-206在心脏和心肌细胞中特定的靶标，在心肌肥大发生过程中Foxp1表达明显下调，而过表达Foxp1可减轻miR-206诱导的心肌肥大，提示Foxp1负性调节心肌肥大[25]。因此，上调Foxp1的表达能够抑制病理性心肌纤维化和心肌肥大进展，在病理性心脏重构中起保护作用。

2.4Foxp1与心血管炎症 炎症常发生于急性CVD中，如急性冠状动脉综合征和急性主动脉夹层等。而Foxp1能够调控多种炎症细胞，包括B细胞和T细胞的发育以及单核细胞的分化，在心血管系统炎症中发挥重要作用。研究显示，Foxp1能通过抑制巨噬细胞集落刺激因子受体的表达调节单核细胞分化和巨噬细胞功能，其过表达能减少促炎因子的产生；同时，Foxp1下调也是单核细胞分化和巨噬细胞促炎功能所必需，白细胞整合素Mac-1依赖性信号能促进Foxp1下调，进而促进单核细胞分化[26]。此外，Foxp1还是血管内皮炎症小体核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)等激活的关键，Foxp1能抑制NLRP3的表达，Foxp1基因表达下调导致NLRP3表达上调，从而增加炎症；除炎症小体激活外，RNA测序数据表明Foxp1与大量血管内皮炎症效应改变有关，如在Foxp1缺失的ECs中发现大量炎症趋化因子表达水平升高，其中最高度上调的基因之一是CC趋化因子配体8，它也被证明是Foxp1的直接靶标[27]。这表明，Foxp1缺失导致的部分血管内皮炎症效应可能独立于炎症小体的激活，且可能是由趋化因子的表达增加驱动。

3 Foxp1与CVD

Foxp1的基因异常表达可以导致严重的CVD，包括先天性心脏缺陷以及严重的病理性心脏重构，且在控制冠状动脉血栓形成和心肌梗死方面发挥抗炎和抗动脉粥样硬化作用。此外，Foxp1信号还能通过限制心脏重构过程避免心力衰竭的发生。因此，靶向Foxp1信号成为CVD进展的预警生物标志物。

3.1Foxp1与先天性心脏病 先天性心脏病是最常见的出生缺陷，虽然许多研究之间略有差异，但可知先天性心脏病在新生儿中的患病率约为1%[28]。Foxp1能够协同SMRT参与机体心脏的基因表达，对心脏的生长发育有重要影响[16]。NKX2.5是人类先天性心脏病的一个致病基因，Foxp1作为NKX2.5的直接转录抑制因子，能抑制NKX2.5的表达，且Foxp1基因突变可引起NKX2.5基因的异常激活，从而发生严重的先天性心脏病[3-4]。

在先天性心脏病中，房室间隔缺损(atrioventricular septal defects，AVSDs)和左心发育不全综合征(hypoplastic left heart syndrome，HLHS)较为常见。其中，AVSDs是由心内膜垫发育异常引起，而HLHS可能与心内膜和心肌发育缺陷有关[29]。Foxp1在心内膜和心肌的发育过程中大量表达，且已被证明对小鼠模型的心内膜垫和心肌的正常发育至关重要[15]。因此，Foxp1的基因异常表达可能导致AVSDs和HLHS的发生发展。Gambetta等[30]研究表明，在HLHS患者的房间隔中Foxp1的表达显著降低；Chang等[31]对1例于8个月死亡的复杂先天性心脏病患者进行微阵列分析，发现该患者的3p14号染色体中约有0.3 Mb单位的基因微缺失，导致Foxp1基因突变；同时，他们在对另外82例AVSDs和HLHS患者的进一步分析中也发现了携带Foxp1基因突变的患者。可见，Foxp1基因突变与人类先天性心脏病有关，Foxp1基因可能是先天性心脏病治疗的一个新靶点。

3.2Foxp1与动脉粥样硬化和心肌梗死 动脉粥样硬化是一种慢性炎症性疾病。随着时间的推移，胆固醇、脂质和细胞碎片会积聚在血管壁上，从而引起炎症，持续的慢性炎症反应增加血管内膜体积，形成覆盖有纤维帽的动脉粥样硬化斑块，导致血管变窄。在动脉粥样硬化的最后阶段往往会发生粥样斑块的突然破裂和血栓形成，从而导致缺血和心肌梗死[32]。单核细胞和巨噬细胞是动脉粥样硬化的主要效应细胞，单核细胞向巨噬细胞分化并形成泡沫细胞是动脉粥样硬化斑块形成的关键步骤[33]；而Foxp1是单核细胞分化和巨噬细胞成熟的关键调节因子[26]，在动脉粥样硬化中扮演重要角色。

Zhuang等[5]研究表明，冠状动脉硬化患者硬化血管ECs中Foxp1的表达显著下调；进一步研究证明，ECs-Foxp1能直接调节内皮炎症小体，包括NLRP3、胱天蛋白酶1、白细胞介素-1β，减轻血管炎症，减少动脉粥样硬化的发生。此外，研究还发现ECs-Foxp1受Krüppel样转录因子2(Krüppel-like factor 2，KLF2)调控，其具体机制为振荡切应力下调内皮KLF2的表达，从而降低ECs-Foxp1的表达以激活内皮炎症小体，促进动脉粥样硬化形成；而层流切应力或辛伐他汀则增加内皮KLF2和Foxp1的表达，抑制内皮炎症小体的激活，从而抑制动脉粥样硬化。然而Xing等[34]研究发现，VSMCs-Foxp1在动脉粥样硬化斑块中高表达，且miR-206能抑制Foxp1表达，导致VSMCs活力下降和凋亡增加，从而抑制动脉粥样硬化的形成。可见，ECs-Foxp1的高表达和VSMCs-Foxp1的低表达均是动脉粥样硬化形成的重要抑制因素，但两者的相互作用机制需进一步验证。目前已知在控制动脉粥样硬化形成中Foxp1起抗炎作用。

大多数急性心肌梗死是由动脉粥样硬化斑块破裂或侵蚀导致的闭塞性血栓形成引起[35]。Foxp1的表达与更稳定的粥样硬化斑块相关，已被证明可延长血栓形成的时间，降低心肌梗死的发生率[6-7]。血管生成在心肌梗死介导的病理性心脏重构起重要作用，且血管生成会使血浆成分外渗，导致血栓栓塞形成[35]。而Foxp1不仅是血管生成的重要调节因子[18]，还能通过TGF-β1信号改善心肌梗死后的病理性心脏重构[21]。因此，Foxp1是急性心肌梗死的保护因子，可能在心肌梗死发展过程中起抗动脉粥样硬化作用。

3.3Foxp1与心力衰竭 心力衰竭是多种CVD的临床表现，尽管近年CVD的治疗有所改善，但心力衰竭的死亡率仍居高不下[36]。心力衰竭的特征为间质纤维化、心室重构和心室顺应性降低，涉及病理性心肌细胞肥大和凋亡、成纤维细胞增殖、心肌损伤或慢性心肌负荷改变引起的肌成纤维细胞形成和间质纤维化以及影响心脏功能的多种生化和分子改变，统称为病理性心脏重构[21]。

TGF-β1已被证明是心脏重构中的促纤维化因子，研究表明，ECs-Foxp1能通过抑制TGF-β1信号转导抑制病理性心脏重构的进展，在血管紧张素Ⅱ诱导的小鼠心脏重构过程中，ECs-Foxp1表达显著下调[21-22]。ECs-Foxp1的缺失可上调TGF-β1信号，导致严重的心脏重构，包括更多的心肌纤维化，肌成纤维细胞形成和病理性心肌肥大以及心功能的进一步恶化。而ECs-Foxp1功能增强能保护心脏，改善心功能。Hannenhalli等[8]对210例晚期心力衰竭患者心脏组织进行转录基因组学检测发现，Fox转录因子的活性增强，且Foxp1在衰竭的人心肌细胞核中含量丰富，提示心肌Foxp1与心力衰竭之间也存在联系。心肌Foxp1受miR-206调节，miR-206通过下调Foxp1促进心肌肥大和存活，而上调Foxp1可促进心肌凋亡[25]。由此推测，心力衰竭患者的心肌凋亡与细胞核内的Foxp1高表达有关，可见Foxp1在心力衰竭患者的不同细胞中发挥着不同作用，其具体机制尚待阐明。

3.4Foxp1与心房颤动 心房颤动是最常见的室上性心律失常，随着年龄增长，其患病率呈指数增长，在老年人中患病率高达8%，并通过影响患者生活质量增加脑卒中和心力衰竭的风险，增加患者死亡率[37]。心房颤动的病理生理学的一个重要特征是心房肌细胞激活率增加引起的“房性快速心律失常重构”，其最为重要的电生理表现为L型钙通道介导的Ca2+电流下调和Kir2.1通道介导的IK1电流上调[9]；另外，在房性快速心律失常重构的发生过程中还发现活性氧、Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ的激活和NFAT信号通路等也参与其中[38]。

在心房颤动患者和快速心房起搏大鼠模型的心房肌细胞中观察到Foxp1显著下调，Kir2.1和TGF-β信号上调；Kir2.1受NFAT信号调节，通过钙调神经磷酸酶/NFAT信号通路严格调控，在心房颤动相关重构中发挥重要作用[9]。而Fxop1是心肌细胞中NFAT信号的阻遏因子[24]，提示Foxp1在心房颤动中的机制可能是通过钙调神经磷酸酶/NFAT信号通路抑制Kir2.1的表达起保护作用。

4 小 结

Foxp1作为一种重要的转录因子，广泛表达于血管、心肌和心内膜，并与CVD的发生发展密切相关。以往对于Foxp1的研究主要集中于肿瘤和免疫等学科方向，但近年来Foxp1对心血管系统的调控成为研究热点。Foxp1对先天性心脏病、心肌梗死、心力衰竭等具有调控作用，针对Foxp1及其信号通路可能为临床决策提供新的治疗靶点。且Foxp1对心血管系统具有广泛的生理病理作用，如在血管生成、血管炎症等方面的作用，对Foxp1的进一步研究可能为后续主动脉夹层的发生发展以及心脏移植中移植物血管内病变等相关心血管系统研究提供新思路。