干扰素调节因子与心血管疾病的研究进展

李磊 夏豪 王欣 童随阳

综 述

干扰素调节因子与心血管疾病的研究进展

李磊 夏豪 王欣 童随阳

干扰素调节因子；心肌重塑；血管新生；心血管疾病

干扰素调节因子（IRFs）家族是一类转录因子，首先是作为Ⅰ型干扰素的转录调控因子被发现的，在抗病毒反应，炎症调节，细胞因子信号，细胞凋亡、生长和分化等中具有重要的作用[1]。关于IRFs的早期研究多集中在免疫功能上，开始被认为主要在免疫系统发挥作用。但最近研究发现，IRFs在其他生理与病理过程中也发挥重要的作用，如代谢综合征、心血管疾病、肿瘤发生等[2-4]。

心血管疾病已成为危害人类身体健康的最大杀手之一，给社会和家庭带来了巨大的经济负担[5]。尽管介入治疗和外科手术的开展有助于减缓病情恶化，但这些治疗手段应用局限，因此寻找更为有效的防治靶点是目前研究的大热点。新近研究发现，IRFs在许多心血管疾病的发生发展中具有关键的作用，包括心肌重塑、动脉粥样硬化、血管新生、糖脂代谢、冠心病、心肌炎等。本文将重点介绍IRFs在心血管疾病中作为新型调控因子的重要功能，为今后的心血管病防治提供一个新的方向。

1 IRFs的结构与生物学功能

IRFs家族在哺乳动物中由9种（IRF1～9）转录因子组成：IRF1、IRF2、IRF3、IRF4/PIP/34 LSIRF/ICSAT、IRF5、IRF6、IRF7、IRF8/ICSBP 和 IRF9/ISGF3γ[6]。IRF1开始被认定为一种结合到人类IFN-β基因病毒诱导元件的蛋白[7]。IRF2在随后的1年里，通过与IRF1 cDNA杂交得到确认[8]。后来通过各种方法，其他IRF因子陆续被发现。所有IRF蛋白都具有一个保守的由120个氨基酸组成的N-端DNA-结合域（DBD），以5个高度保守富色氨酸重复序列为特点。DBD形成了一个螺旋-转角-螺旋结构域，识别与干扰素激活的反应元件（ISRE，A/GNGAAANNGAAACT）相似的DNA序列，其C端含有一个IRF相关结构域（IAD），该结构域负责与家族中其他成员或者其他蛋白形成同源或异源聚合体，从而调节下游基因的表达[9]。

IRF1和IRF2在其氨基末端的区域（包括DBD和5个高度保守的色氨酸重复序列）有62%的同源性。在羧基末端区域，IRF1含有丰富的酸性氨基酸和丝氨酸-苏氨酸残基，而IRF2所含碱性氨基酸比较丰富，这表明这些因素具有不同的功能[7]。IRF家族的羧基末端区域，其中包含转录活化结构域，可能构成调控区。除了IRF1和IRF2，IRFs显示出同源性的Smad蛋白的C-末端结构域，并包含一个IRF 相关域 1（IAD1），而 IRF1 和 IRF2 共享 IAD2[4]。依赖于这些域的蛋白-蛋白之间相互作用，一个特定的转录激活因子或抑制因子决定蛋白复合物的结合位点和功能作用。一个特定转录因子通过激活、抑制或与靶向基因相互作用调节相关联的基因调控网络。IRF家族成员的特定区域允许它们绑定到相应的修饰基序、活化物、共抑制因子，根据细胞类型和刺激的变化产生相应的多样和特定的分子事件。在各种细胞内或外的刺激后，IRF通过各种分子事件激活和扩大免疫反应，尤其是干扰素和模式识别受体（PPR）信号通路。

2 IRFs与心血管疾病

2.1 IRFs与心肌重塑 心肌重塑是高血压、心律失常、冠心病、心肌病及瓣膜病等多种心血管疾病的共同病理生理过程，可显著增加心力衰竭的发病率和死亡率，且是多种心血管并发症的独立危险因素。心肌重塑是一个复杂的病理过程，牵涉到各种信号通路和调控因子[10]。最初，心脏应对各种病原刺激发生代偿性肥大，但持续性的病理刺激最终导致失代偿性心脏重塑[11]。除了心室细胞重塑，心肌重塑病理改变还包括神经内分泌因子的激活、胚胎的基因再表达和参与的兴奋收缩耦联蛋白的变化[12]。因此，阐明心肌重塑的分子机制和确认调控心肌重塑新的转录因子将为心血管疾病的治疗提供新的策略。近年来已有研究发现，IRFs参与了心肌重塑的病理生理过程。

Jiang等[13]研究证实，IRF1作为一个新的病理性心肌肥厚的调控因子，可能通过上调一氧化氮合酶（iNOS）表达促进心肌肥厚、心肌纤维化和心功能不全等。因此，靶向作用于IRF1也许会成为预防心肌肥厚和心力衰竭的一个强有力的方略。IRF3能够负性调控病理性心肌肥厚，在主动脉缩窄术诱导的心肌肥厚模型中通过抑制ERK1/2信号通路发挥重要的保护作用，进一步实验证实IRF3通过阻断ERK1/2信号通路抑制心肌肥厚[14]。IRF4在人体和老鼠心脏都有高度的表达。在动物实验中，通过主动脉结扎术造模，IRF4过度表达的小鼠心肌肥厚程度明显高于对照组，相反，IRF4敲除的小鼠心肌肥厚程度减轻。该研究进一步证实了IRF4的上调表达通过靶向作用CREB转录因子加剧压力负荷诱导的心肌肥厚、纤维化和心力衰竭等，提示IRF4也许成为未来预防和治疗心肌肥厚和心衰新的治疗靶点[3]。IRF7是一种新型负性调控心肌肥厚的调控因子，研究证实主要通过抑制NF-κB信号通路抑制心肌肥厚[15]。IRF8在包括心脏在内的多种器官都发挥着重要的作用。Jiang等[16]另一项研究证实，IRF8可负性调控病理性心肌肥厚。在动物实验中，IRF8敲除后的小鼠在主动脉结扎术后心肌肥厚比正常对照组严重，心室重构加剧。进一步研究证实，IRF8通过与NFATc1相互作用阻止NFATc1核转位来抑制压力负荷诱导的心肌肥厚。研究发现，IRF9也可抑制心肌肥厚的发生发展。实验还进一步证实，心肌素作为IRF9的作用靶点，其转录活动显著地受IRF9的抑制[17]。

心肌肥厚发展经过一系列复杂的信号作用，包括 MAPK、PI3K/Akt、PKC、NFkB、cAMP-效应元件结合蛋白（CREB）和激活的T细胞钙调磷酸酶核内因子（NFAT）通路。这些发生在心肌肥厚过程中的各类信号通路之间相互作用发生协同性或拮抗性作用关系，产生一连串的生物结果[18]。多种信号通路主要集中在一些转录因子上，激活核内心肌胚胎基因程序，最终导致病理性肥厚[19]。因此，作为选择性影响转录作用的IRFs，可能会为今后心肌肥厚的防治提供新的靶点。

2.2 IRFs与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化（AS）是很多心血管疾病最常见的病理基础，找到有效的防治动脉粥样硬化的新靶点对于防治心血管疾病有着重要的意义。动脉粥样硬化是一种慢性炎症性疾病，T细胞和巨噬细胞等进入动脉粥样斑块，巨噬细胞源性的泡沫细胞形成是动脉粥样硬化病理生理过程的中心环节[20]。有研究发现，IRFs与动脉粥样硬化的病理生理过程相关联。

Wang等[21]研究证实，IRF1涉及动脉粥样硬化关联的炎症，25-羟基胆固醇诱导IRF1，紧接着进一步诱导RIG-I和炎症因子IL-8，如此，IRF1在动脉粥样硬化形成RIG-I表达调控上，是一种关键的转录因子。靶向作用于IRF1/RIG-I信号通路可能运用于治疗炎症相关的疾病，如动脉粥样硬化、糖尿病和其他心血管疾病。Malarstig等[22]研究发现，IRF5基因转录存在于颈动脉粥样硬化组织中，并且IRF5 mRNA表达受一些寡核苷酸多态性影响，证实了IRF5基因多态性调控动脉粥样硬化组织中IRF5的mRNA表达。

2.3 IRFs与血脂、血糖代谢 高脂血症、高血糖与心血管疾病密切相关，是心血管疾病的高危因素。保持正常的血脂、血糖水平对人类的健康至关重要。有研究[23-26]发现，IRFs与血脂、血糖代谢相关联。

Holvoet等[23]研究证实，IRF1、TLR2和SOD1（负相关）与oxLDL高度关联；细胞实验发现，oxLDL诱导的泡沫细胞产生刺激了两种重要的内在免疫应答调控因子IRF1和TLR2的表达，而减弱了抗氧化和抗动脉粥样硬化的SOD1的表达。Wang等[24]研究发现，高脂饮食诱导的肥胖小鼠和基因缺陷的ob/ob小鼠肝脏中IRF3基因的表达水平明显降低。进一步研究发现，IRF3能通过与IKKβ相互作用抑制IKKβ-NFκB信号通路改善饮食诱导的小鼠肥胖、胰岛素抵抗，而抑制IRF3表达则促进肝脏的脂肪变性及糖脂代谢。在饮食诱导的肥胖小鼠和基因缺陷ob/ob小鼠肝脏和脂肪中，IRF7基因的表达水平增加，IRF7基因缺陷可明显改善小鼠糖和脂质代谢异常、胰岛素抵抗[25]。Wang等[26]的另一项研究发现，IRF9基因缺失加重了饮食诱导的肥胖和胰岛素抵抗，而IRF9过表达则减轻了这些病理改变。进一步的研究发现，IRF9通过与PPARα相互作用激活下游基因的表达，促进肝脏的脂质代谢，从而改善血糖、血脂代谢。

2.4 IRFs与血管新生 血管重构是临床上多种心血管系统疾病包括动脉粥样硬化、肺动脉高压、冠脉成形术和支架术后再狭窄、旁路移植术后狭窄病变等共有的病理过程。目前对血管内膜新生的病理过程认识非常有限，分子机制不明，从而缺乏有效的干预靶点，制约了血管疾病防治手段的发展。血管细胞和环境刺激因素相互作用影响导致新生内膜形成或血管重构[27]。因此，对血管内膜新生的分子机制研究一直是目前国际上的研究焦点与热点。最新研究发现，IRFs参与了新生血管的生成过程，并发挥着重要的作用。

有研究发现，IRF-1在调控平滑肌细胞增殖中发挥着重要的作用[28]。此外，另一研究报道IRF-1可以直接结合并激活NOS2启动子，因此可能支持血管损伤后血管内皮功能重建[29]。Wessely等[30]研究发现，IRF-1可作为一种重要的内在因子限制平滑肌细胞增殖。在体内实验，IRF-1对新生内膜的形成起着关键的作用，IRF-1敲除小鼠在血管损伤后新生内膜形成增加。IRF-1可引起冠状动脉平滑肌细胞发生细胞周期阻滞。IRF-1在冠脉平滑肌细胞中可诱导NO的合成，IRF-1在体内的过表达可使新生内膜形成严重受限。IRF-1可作为预防再狭窄的重要抑制剂和新生内膜增生的关键内在抑制剂。Zhang等[31]研究证实，IRF8是平滑肌细胞（SMC）在应对动脉损伤反应中的一种新的调控因子，IRF8促进SMC表型转换和新生血管内膜形成。该研究同时证实，IRF8下调SMC相关基因的表达机制与心肌素有关。无疑，新发现的IRF8独立于免疫功能外将为心血管疾病的治疗提供新的亮点。

2.5 IRFs与冠心病 冠心病是AS导致器官病变的最常见类型，严重危害人类生命健康，在全世界范围内是引起死亡的主要原因之一。作为心血管事件的一类，急性冠脉综合征（ACS）是冠状动脉进展中的动脉粥样硬化、炎症和栓塞等一系列临床表现。如今，有确凿证据证实阻断炎症反应能够降低栓塞事件的发生，并能进一步减少急性冠脉综合征的发生。IRFs早期是在受感染的细胞发现，扮演着早期炎症基因转录表达的调控因子角色，在炎症和免疫反应中具有重要的作用。

Guo等[32]研究证实，IRF-1抑制剂显著降低了TH1细胞功能，IRF-1也许参与了ACS的进程，在动脉粥样硬化和ACS中是一个重要的调控因子。Fan等[33]研究发现，IRF-5基因的CGGGG位插入或删除多态性与易患急性冠脉综合征相关联，IRF-5表达可能参与到ACS发生和发展过程中。Courties等[34]研究发现，心肌梗死后在心脏巨噬细胞中发现IRF5表达上调，IRF5可能阻碍心肌梗死后的愈合，促进心肌梗死后的心力衰竭发展。

2.6 IRFs与心肌炎 心肌炎是心肌的炎症性疾病，在全球范围内发生率在5%～20%，受多种病毒感染影响。在婴儿期，常常是致命性的打击；在成年人，急性病毒性心肌炎可能会转归，但常常会发展为慢性心肌炎或扩张性心肌病[35]。IFN-β在应对病毒性心肌炎的转归过程中发挥着巨大的作用。很多病毒诱导抗病毒细胞因子IFN-β的产生和分泌，为受感染的周围细胞提供关键的第一道防线。有研究证实，IRFs参与了心肌炎的病理生理过程。

Holm等[36]研究发现，天然免疫调控因子IRF3能够减轻由呼吸道、肠道病毒感染的病毒性心肌炎。实验表明，IRF3对心脏发挥着重要的保护作用；另外，在清除病毒方面也有重要的功能，这种作用独立于适应性免疫应答。这些发现预示着IRF3在细胞中固有的作用对解决急性病毒性感染具有重要的应用价值。天然免疫应答机制在应对宿主对抗病毒感染过程中具有重要的作用。实验数据证实IRF3/IFN-β反应对控制病毒复制和心肌细胞损害水平具有重要的作用。Zurney等[37]研究发现，病毒诱导的心肌炎与IFN功能受抑制有关，为病毒性心肌炎的病理生理学研究提供了新的视野。实验进一步阐明，IFN对抗病毒性心肌炎的发病机制中，IRF9核积累的增加与病毒破坏IFN应答和一些病毒毒株特异性差异有关。

3 结语和展望

近年来，全基因组关联研究（GWAS）极大地促进了人类疾病与基因之间潜在关联的研究，越来越多的研究证实了关于转录调控因子的复杂信号网络参与了各种疾病的发展。因此，理解转录调控因子的调控机制将有助于防治心血管疾病。如何能更早、更明确的诊断心血管疾病，并在发病早期及时干预治疗成为目前的一大研究热点。IRFs是一个转录调控家族，前期的研究主要涉及免疫系统，近年来，IRFs与心血管疾病的研究越来越多，很多新颖的观点和发现被报道。生物化学、遗传学和生物技术的快速发展促进了科学研究的进展，IRFs与心血管疾病的病理生理机制相关性研究也进一步深入。

IRFs参与到心肌肥厚、动脉粥样硬化、血管新生、糖脂代谢、冠心病、心肌炎等一系列心血管疾病的病理生理过程。有研究发现，IRFs在多种心血管疾病中发生显著性的变化，提高对IRFs在相关心血管疾病中的表达和激活开关的认识，将为心血管疾病的防治带来新的策略。然而，目前仍有一些机制尚未弄清，IRF家族成员之间的相互作用尚不清楚，IRFs的表达与它们的保护或损害作用不一致，IRFs上游和下游的靶基因作用网络等问题有待进一步探讨和证实。此外，鉴于IRFs在相同的病理刺激条件下，由不同的信号传导通路调控，哪条信号通路起主导作用需要调查和证实。对IRFs的研究将有助于进一步理解IRFs参与心血管疾病的发生发展机制，将来更好地将研究结果转化应用于临床，为心血管疾病的临床诊疗提供新的线索。

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Advances of IRFs and cardiovascular diseases

IRFs；Cardiac remodeling；Angiogenesis；Cardiovascular diseases

国家自然科学基金资助项目（项目编号：81270184）

430060 湖北省武汉市，武汉大学人民医院心内科

夏豪，E-mail：xiahao1966@163.com

10．3969/j．issn．1672－5301．2015．03．001

R54

A

1672-5301（2015）03-0193－05

2015-01-29）