MG53蛋白的研究进展

邓文政 邓平 综述

(1. 南华大学，湖南 衡阳421001； 2. 长沙市中心医院心内科，湖南 长沙410004)



MG53蛋白的研究进展

邓文政1邓平2综述

(1. 南华大学，湖南 衡阳421001； 2. 长沙市中心医院心内科，湖南 长沙410004)

近年来发现mitsugumin53(MG53)蛋白是广泛表达于心肌和骨骼肌tripartitemotif的家族成员之一。它可以通过与微囊蛋白-3结合后形成复合物进而与磷酸肌醇3-激酶的P85亚基结合激活再灌注损伤补救酶通路，借此参与缺血前处理和缺血后处理的心肌保护作用，减轻心肌缺血再灌注损伤。最新研究发现，MG53蛋白还可通过与胰岛素受体1结合后导致泛素依赖的胰岛素受体表达下降，最终导致胰岛素抵抗和代谢综合征。现介绍了MG53蛋白既有对心肌细胞的修复作用，与此同时，又会诱发胰岛素抵抗，这有望为冠心病和代谢综合征的治疗提供新的靶点。

冠心病；MG53蛋白；缺血前处理；缺血后处理；心肌细胞保护；胰岛素抵抗

Mitsugumin 53(MG53)蛋白的相对分子量为53 000，是由477个氨基酸组成的心肌/骨骼肌特异性的3个结构域tripartite motif的家族成员之一。经过多年的研究Weisleder等[1]发现MG53蛋白的分子结构具有3个结构域，从N端到C端依次是锌指结构域、2个B-box、1个卷曲螺旋结构，Zn也是其中成分之一，其羧基端含有1个SPRY结构[2]。它特异性表达于骨骼肌及心肌细胞。近年来发现它不仅具有修复骨骼肌的作用，还能促进心肌细胞修复和调节胰岛素细胞内信号转导的作用[3]。因此，MG53蛋白可能在冠心病及代谢性疾病的病理生理机制中起着重要的作用。

1 心肌细胞修复

目前研究认为心肌细胞的修复作用通过两条重要的途径实现：缺血-再灌注损伤补救激酶(RISK)通路和生存激活因子增强(SAFE)通路。SAFE通路是通过肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、白介素-6以及生长因子等配体与细胞膜上相应的受体结合以后，激活两面神激酶与信号转导子和信号传导及转录激活因子-3(signal transducers and activators of transcription 3,STAT-3)，进而参与调控心肌保护作用基因的转录，如B细胞淋巴瘤-XL[4-5]。起初提出的RISK通路仅指蛋白激酶B(Akt)和细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)，其在心肌再灌注时激活并发挥强大的抗致命性再灌注损伤的保护作用。随着对这一领域研究的不断深入，研究者发现RISK通路已与其他促存活激酶如促生存激酶磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)、蛋白激酶Cε、p70S6K、蛋白激酶G和糖原合成酶激酶3β(glycogen synthesis kinase,GSK-3β)等紧密联系在一起，并共同组成心脏保护信号通路的核心部分，该通路激活后最终作用于粒体通透性转换孔而发挥强大的心脏保护作用[6-7]。

1.1 MG53蛋白与缺血前处理

多年来研究者一直致力于研究如何对抗致命性缺血对心肌造成的损伤。Murry等[8]在1986年发现缺血前处理即非致命性心肌缺血(10 min的缺血处理后恢复血液灌注5 min,如此反复4次)可对抗随后发生的致命性心肌缺血再灌注损伤。Cao等[9]将敲除MG53蛋白基因的小鼠与野生小鼠各分成两组分别为A1、A2、B1、B2。其中A1、B1组进行缺血前处理，而A2、B2组不进行缺血前处理。随后将4组小鼠均进行45 min的缺血处理后再恢复血流灌注。结果显示缺血再灌注后A1及A2组乳酸脱氢酶(LDH)的值出现短暂的增高，而A1组因进行缺血再灌注前处理后LDH升高的绝对值较A2组低。而在缺乏MG53蛋白的老鼠组中，无论是否进行缺血前处理，LDH值均出现持续的增高。这实验表明缺血前处理对心肌细胞具有保护作用，而MG53蛋白可能参与缺血前处理对心肌的保护作用。

1.2 MG53蛋白与RISK信号和SAFE信号转导通路

随后研究者开始探索MG53蛋白如何参与缺血前处理的心肌保护作用。Cao等[9]发现过度表达的MG53蛋白或进行缺血前处理，均可使几种关键的促生存酶如Akt[10-12]、GSK[13]和ERK1/2磷酸化水平显著增高(高于对照组的50%～60%)。然而在缺乏MG53蛋白的心肌中，缺血前处理却不能增加上述促生存酶的磷酸化水平。这项实验可能证明了MG53蛋白参与缺血前处理的心肌保护与PI3K、Akt、GSK和 ERK1/2磷酸化水平有关。随后，Cao等[9]通过实验发现敲除MG53蛋白基因的小鼠通过缺血前处理后不能激活促生存酶PI3K-Akt-GSK3和ERK1/2信号通路。最终证明MG53蛋白在RISK信号通路上发挥着至关重要的作用，而不参与SAFE通路，因为在缺乏MG53蛋白表达的小鼠中进行缺血前处理或过度表达MG53蛋白并未触发STAT的磷酸化。

1.3 MG53蛋白与微囊蛋白-3

微囊蛋白-3(caveolin-3,CAV3)是肌肉特异性的细胞膜陷窝蛋白, 在骨骼肌、心肌等肌肉组织中有高浓度表达[14]。另外, CAV3是维持和调节心血管系统的重要信号分子, 它的缺陷与相关心脏疾病的发生密切相关[15]。既往研究发现，MG53蛋白通过与CAV3相结合来调控骨骼肌细胞的修复[16]。那么MG53蛋白调节心肌细胞缺血前处理的心肌保护作用是否与之相关呢？通过电子微观显微镜，Cao等[9]发现在免疫荧光剂的作用下，成人心肌细胞内可以存在MG53蛋白和CAV3结合后存在类似的在骨骼肌细胞内分布的现象。通过免疫沉淀的方法，研究者发现MG53蛋白与CAV3形成复合物后再与PI3K的P85亚基结合从而激活RISK通路。研究者通过沉默CAV3蛋白表达与对照组均进行缺血处理后发现，沉默CAV3蛋白表达的细胞组存活数明显低于对照组，进一步证明了CAV3与缺血前处理的心肌保护作用相关。

1.4 MG53蛋白与缺血后处理

缺血后处理是指在一个持续时间较长的缺血期后，于再灌注前重复几次实施短时间的血管闭塞和再通，可明显减轻随后长时间再灌注引起的组织损伤。近年来研究者发现，缺血后处理也能同缺血前处理一样具有心肌细胞保护作用[17]。相较于缺血前处理，缺血后处理可能更具有临床意义。Zhang等[18]通过体外实验发现缺血再灌注可导致MG53蛋白表达下降，而缺血后处理可改善MG53蛋白下降的幅度。随后他们通过对比MG53蛋白基因沉默型老鼠与野生型小鼠在经历缺血再灌注损伤后再进行缺血后处理发现，MG53蛋白基因沉默老鼠心肌梗死面积明显大于野生型老鼠。通过上述实验证明了MG53蛋白参与缺血后处理的心肌保护。那么它是通过怎样的方式参与其中的呢？MG53蛋白是否可激活这两条通路呢？一连串的问题等待研究者去探索。Zhang等[18]通过实验发现MG53蛋白通过激活促生存酶如Akt、GSK-3β和 ERK1/2等的磷酸化，激活RISK通路。通过激活TNF-α和STAT激活SAFE通路。缺血后处理可通过激活转录因子STAT3激活SAFE通路，而实验证明MG53蛋白表达缺失的心肌细胞并不影响转录因子STAT3的表达及缺血后处理诱导的STAT3蛋白的磷酸化。最终得出了缺血后处理通过激活RISK通路和SAFE通路参与缺血再灌注损伤心肌的保护作用，而MG53蛋白通过激活RISK通路参与缺血后处理的心肌保护作用而不参与SAFE通路的激活的结论[19-20]。之后Zhang等[18]得出了与Cao等[9]相同的结论，MG53蛋白同样需要与CAV3蛋白结合形成复合物后与PI3K的P85亚基结合进而激活RISK通路。综上所述，缺血后处理如同缺血前处理一样，通过MG53蛋白与CAV3形成复合物后再与PI3K的P85亚基结合从而激活RISK通路，起到心肌保护作用。

冠心病是指冠状动脉发生粥样硬化引起的管腔狭窄或闭塞导致心肌缺血缺氧或坏死而引起的心脏病。MG53蛋白可能具有减轻心肌细胞缺血再灌注损伤的作用，其可能为冠心病的治疗提供了新的治疗靶点。其临床应用还需进一步的实验证明。

2 胰岛素抵抗

胰岛素抵抗是指胰岛素分泌量在正常水平时，刺激外周组织(脂肪、肌肉、肝脏)摄取和利用葡萄糖的生理效应显著减弱的病理生理状态；或组织摄取和利用葡萄糖的生理效应正常进行，需要超常量的胰岛素[21]。而近年来Song等发布了一系列的研究成果，发现当MG53蛋白表达增加时可诱发小鼠骨骼肌细胞的胰岛素抵抗，紧接着可导致代谢综合征的发生，而给予MG53蛋白基因沉默的小鼠即使予高蛋白高脂饮食也未能成功诱发胰岛素抵抗[22-23]。那么它是如何参与胰岛素的信号转导的呢？

MG53蛋白与胰岛素信号转导：MG53蛋白结构中包含一个标准的泛素E3连接酶RING finger结构域[22]。而泛素是一种存在于大多数真核细胞的小蛋白，它的主要功能是标记需分解掉的蛋白质；附有泛素的蛋白质在桶状蛋白酶的作用下会发生降解。胰岛素的信号转导是通过胰岛素激活胰岛素受体1和胰岛素受体2使之磷酸化，最终激活PI3K-Akt-GSK-3β传导通路，骨骼肌通过这条通路负反馈调节对葡萄糖的利用[22,24]。其中骨骼肌对葡萄糖的利用占全身胰岛素刺激葡萄糖利用的70%～90%[25-26]。 Yi等[27]发现MG53蛋白表达缺失的小鼠骨骼肌的胰岛素受体1水平上升，且当予以高脂高能量饮食时，MG53蛋白表达缺失的小鼠并未诱发胰岛素抵抗。Song等[22]通过腺病毒基因转导技术将MG53蛋白基因转入C2C12肌小管细胞之中进行培养。发现MG53蛋白可显著降低胰岛素受体1的蛋白水平。但不影响他们的mRNA水平。综上所述，MG53蛋白可能作为肌肉特异性的泛素连接酶E3作用在胰岛素受体1的蛋白水平，导致泛素依赖的胰岛素受体表达下降，从而使胰岛素信号通路受损，导致全身胰岛素抵抗和代谢性疾病的发生和发展。其具体机制仍需进一步研究论证。

MG53蛋白在未来是否会成为代谢综合征的治疗靶点，仍需通过不断的实验进行探索。

总之，MG53蛋白可减轻心肌细胞缺血再灌注损伤，具有对心肌细胞的保护作用。而新近研究发现，MG53蛋白表达上调可诱发胰岛素抵抗最终导致代谢紊乱。MG53蛋白既有对心肌细胞的修复作用，与此同时又会诱发胰岛素抵抗。二者是否存在一个平衡点及在治疗心肌细胞损伤的同时不诱发胰岛素抵抗，或是在改善骨骼肌胰岛素抵抗的同时不导致心肌细胞损伤呢？仍需进一步实验验证。

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Research Progress of MG53

DENG Wenzheng1,DENG Ping2

(1. South of China,Hengyang 421001,Hunan,China; 2. Department of Cardiology,Changsha Central Hospital, Changsha 410004,Hunan,China)

In recent years, researchers have found that mitsugumin 53(MG53) is a relatively newly identified tripartite motif-containing family muscle-specific E3 ubiquitin ligase, which is expressed in both skeletal muscle and heart. The formation of a functional complex of MG53-CaV3-PI3K can activate the RISK way, thus MG53 plays a crucial role in IPC-mediated cardioprotection and post C-mediated cardioprotection. The new study found MG53 as E3 ligase targets the insulin receptor substrate 1 for degradation, therefore, has influence on insulin resistance and the metabolic syndrome. This paper introduces MG53’s repair action on myocardial cells, while at the same time， can induce insulin resistance. This combination is expected to provide a new target for the treatment of coronary heart disease and metabolic syndrome.

coronary heart disease;MG53;ischaemic preconditioning;ischaemic postconditioning;cardioprotection;insulin resistance

邓文政(1988—)，住院医师，硕士，主要从事冠心病研究。Email: 407039925@qq.com

作者简介：邓平(1968—)，主任医师，博士，主要从事心血管疾病研究。Email:1229015862@qq.com

Q51;R

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10.3969/j.issn.1004-3934.2015.05.027

2015-04-09