PTEN调控心肌缺血/再灌注损伤的研究进展

沈淑文(综述)，李春梅，张兴华(审校)

(山东大学附属省立医院心内科，济南 250014)



PTEN调控心肌缺血/再灌注损伤的研究进展

沈淑文△(综述)，李春梅，张兴华※(审校)

(山东大学附属省立医院心内科，济南 250014)

摘要：第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因(PTEN)是一种新发现的抑癌基因，具有双特异磷酸化酶活性，在细胞的生长发育、凋亡、迁移、信号传递等方面发挥着重要的作用。既往对PTEN的研究大多侧重在肿瘤发生、发展的方面。近年来，在心肌缺血/再灌注损伤的研究中，发现PTEN基因及蛋白的表达量发生变化，这提示PTEN在心肌缺血再灌注损伤的发生、发展中发挥着重要的调控作用。

关键词：缺血/再灌注损伤；第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因；预适应；心肌梗死

第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因(phosphatase and tensin homologue deleted chromosome 10,PTEN)是1997年在浸润性乳腺癌的两个移植瘤中发现的一种抑癌基因[1]。既往的研究发现，PTEN在肿瘤的发生、发展、转移等发面发挥着重要的作用。近些年发现PTEN在心血管疾病的发生机制如：心肌重构、心脏肥大、心肌纤维化[2-5]亦发挥着重要的作用。近年来，PTEN与心肌缺血/再灌注损伤机制的相关研究已成为国内外的热点。现将PTEN与心肌缺血/再灌注损伤关系综述如下。

1PTEN的特点

PTEN又名多发性进展期癌突变基因(mutation in multiple advanced cancer,MMAC)位于10q23.3染色体上，全长200 kb，包含9个外显子和8个内含子，转录产物为515 kb mRNA，蛋白产物的相对分子质量为56 000，主要分布在胞质，核膜、核内也有分布。PTEN基因具有脂质磷酸酶活性和蛋白磷酸酶的双特异磷脂酶活性，其中脂质磷脂酶活性是PTEN的主要作用途径，这在已知的基因中是十分少见的。

PTEN在体内上下游通路很多，联系复杂，主要通过磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)、局部黏着斑激酶 (focal adhesion kinase,FAK)、丝裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)等信号通路在体内发挥重要作用。

1.1PI3K途径PI3K是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，具有丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)激酶及磷脂酰肌醇激酶的活性，由调节亚基p85和催化亚基p110构成。PI3K被激活时，可将二磷酸磷脂酰肌醇磷酸化为三磷酸磷脂酰肌醇，在3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1的辅助下，使蛋白激酶B(protein kinase B,PKB，因其同时为AKT8逆转录病毒癌基因v-akt的产物，所以又被称为Akt)蛋白上的苏氨酸磷酸化位点(Thr308)和丝氨酸磷酸化位点(Ser473)发生磷酸化而激活。活化的Akt可以进一步激活多种下游底物，如：Bcl-2/Bcl-xL-associated death promoter(Bad)、Cysteine proteases with aspartate specificity(caspase) 9、核因子κB、内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)、糖原合成酶激酶3 (glycogen synthase kinase 3,GSK-3)，产生控制转录、翻译、细胞周期调控、细胞存活和凋亡等生物学效应。PI3K/Akt信号通路是PTEN主要的下游通路，在心肌缺血/再灌注损伤中发挥重要的调控作用。PTEN具有拮抗PI3K的作用，PTEN通过抑制PI3K的活性，阻断PI3K/Akt信号转导通路，进而抑制Akt的蛋白活性，影响其下游的生物学作用。

1.2FAK途径FAK是一个相对分子质量为125 000的酪氨酸激酶，它不仅缺乏跨膜区，而且不含胞质酪氨酸激酶和其他生长因子受体作用蛋白质常有的SH2和SH3结构域，可见FAK结构的特殊性。FAK是多种信号转导通路的交汇点，在细胞生长黏附、迁移、增殖等多种生物学功能中具有调节作用。FAK可以与Crk相关底物、类固醇受体辅激活剂、细胞外调节蛋白激酶、生长因子受体结合蛋白2等直接作用,对细胞的增殖、分化、凋亡等发挥调控作用。PTEN可使FAK去磷酸化，抑制FAK活性，从而抑制细胞侵袭和转移。

1.3MAPK途径MAPK属于一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在细胞周期调控中发挥重要的作用。MAPK可激活促细胞分裂素，介导有丝分裂信号向胞核传导，调节细胞增殖、分化和凋亡。MAPK在多种不同的信号转导途径中充当一种共同的信号转导成分，PTEN可以通过直接抑制MAPK或抑制其上游信号，如Rat sarcoma(RAS)、MAPK/ERK kinase(MEK)及SH2 containing collagen-related proteins(Shc)来抑制MAPK激酶的活性来发挥作用。

2PTEN在心肌缺血/再灌注损伤中的作用

急性心肌梗死是冠心病最严重且致命的一种，挽救存活心肌、降低病死率的首要方法是尽早进行再灌注，但有时缺血后再灌注会引起再灌注损伤[6]。心肌缺血/再灌注损伤是指在一定条件下恢复缺血心肌血液供应后，不仅不能使组织、器官的功能恢复反而加重组织器官功能障碍和结构损伤。近年来，PTEN在心肌缺血/再灌注损伤中的作用引起大家的广泛关注。Ruan等[7]在研究心肌缺血/再灌注模型时发现，与正常大鼠比较，三苯氧胺诱导PTEN失活的大鼠(PTENCKO大鼠)心肌细胞的凋亡指数减少，抗凋亡蛋白Erk、Bcl-2的表达升高。这些数据表明PTEN通过抑制抗凋亡的生存信号通路，在心肌缺血/再灌注中发挥重要的作用，这提示抑制PTEN基因可能会成为保护心肌缺血/再灌注损伤的一种潜在方式。随后Keyes等[8]在大鼠心肌缺血/再灌注模型中运用Bpv(一种PTEN抑制剂)，抑制PTEN表达，上调PI3K/Akt/eNOS/ERK促生存信号通路，减少心肌梗死面积，改善心功能，参与了心肌的保护作用，推测抑制PTEN的表达可能会在心肌缺血/再灌注损伤中心肌的存活发挥潜在的治疗作用。2011年Zu等[9]研究发现在小鼠心肌缺血/再灌注模型中，PTEN在线粒体表达量增加，进而增加了线粒体内的促凋亡蛋白Bax的表达，从而促进心肌凋亡，发生心肌缺血/再灌注损伤。他们又对特异性PTEN敲除的小鼠进行缺血/再灌注研究，发现缺血/再灌注心肌细胞线粒体内Bax蛋白水平下降，心肌存活率增加，从而进一步证明PTEN参与缺血/再灌注损伤可能与其促进心肌细胞凋亡有关，而降低PTEN的表达可以减少心肌细胞凋亡，保护心肌。综合上述研究，在心肌缺血/再灌注损伤过程中，PTEN发挥着重要的作用，抑制PTEN的表达可以抑制细胞凋亡、促进细胞生存，抑制PTEN的表达可能会成为减少缺血/再灌注损伤的一种有效手段。

2.1PTEN在糖尿病大鼠缺血/再灌注中的作用糖尿病是一种由于胰岛素分泌缺陷和(或)胰岛素作用障碍所致的以血糖升高为特征的代谢性疾病。持续的血糖升高与长期代谢紊乱可导致全身组织器官，特别是心血管、肾、眼及神经系统的损害及其功能障碍和衰竭。所以糖尿病是心血管疾病发病的高危因素[10]，临床研究发现，糖尿病患者心血管不良事件发生率较非糖尿病患者更高、更严重[11]。王加佳等[12]研究发现，糖尿病大鼠心肌缺血/再灌注期间，DJ-1表达降低，PTEN表达量及心肌梗死面积增加，推测DJ-1对PTEN的抑制作用减弱时，可导致PI3K/Akt信号通路功能障碍，引起心肌梗死面积增加。江梦等[13]在研究参附注射液的作用时发现，参附注射液通过维护心肌细胞的完整性，减少细胞凋亡和炎性介质的释放，减轻糖尿病心肌缺血/再灌注损伤，推测其对糖尿病大鼠心肌缺血/再灌注损伤的保护作用可能与其抑制心肌细胞PTEN表达从而抑制细胞异常凋亡有关。而且他们进一步研究发现，应用参附注射液后，PTEN表达下调，PI3K表达上调，心肌梗死面积减小，细胞凋亡指数降低，病理学损伤程度减轻，且凋亡指数与PTEN/PI3K呈正相关，提示参附注射液通过下调PTEN表达，上调PI3K表达，激活PI3K/Akt信号通路，减少心肌细胞凋亡，减少心肌缺血/再灌注损伤，推测其保护心肌的机制与其抑制心肌细胞PTEN的活性，激活PI3K/Akt信号通路有关[14]。综合上述研究，PTEN在糖尿病大鼠心肌缺血/再灌注损伤中也发挥着重要的作用，推测抑制PTEN的表达对糖尿病心肌缺血可能会产生保护作用。

2.2PTEN在药物治疗心肌缺血再灌注损伤靶点的作用药物作为治疗疾病的手段之一，对其药效学、药动学的深入研究有助于医师更好地治疗疾病。根据既往的研究报道，PTEN与心肌缺血/再灌注损伤密切相关[15]，因此人们开始考虑部分药物对心肌的保护作用是通过调控PTEN的表达来实现。如叶皓[16]在研究当归注射液对大鼠缺血/再灌注损伤保护机制时发现，当归注射液通过抑制PTEN的表达，减少心肌细胞的凋亡，发挥对心肌细胞的保护作用。近期Tie等[17]研究发现Achyranthes bidentata polypeptides(ABPP)能减少心肌梗死面积、降低肌酸激酶、乳酸脱氢酶水平，减少细胞凋亡，保护心肌细胞，这种降低氧化应激保护心脏的作用与ABPP抑制PTEN的表达，激活Akt水平有关。PTEN作为药物治疗靶点的相关研究正在起步，随着研究的不断深入，PTEN可能会成为药物保护心肌减少灌注损伤中的一个新靶点。此外，有研究发现PTEN在大脑、肝脏、肾脏的缺血/再灌注损伤机制中亦发挥着重要的作用[18-21]。因此推测抑制PTEN的表达可以减少再灌注组织的损伤。

2.3PTEN在缺血预适应中的作用1986年，Murry等[22]首次提出缺血预适应的概念，即冠状动脉多次短暂的缺血可以增强心肌对随后长时间缺血的耐受性，减轻缺血/再灌注损伤。大量的实验及临床研究已经证实了缺血预适应可以降低心肌缺血后心律失常的发生率和严重程度，促进心脏功能的恢复，缩小心肌梗死面积，减轻缺血心肌细胞凋亡。缺血预适应被认为是有效的心脏保护措施。由于心肌缺血发生的时间具有不可预知性，缺血预适应的临床应用受到很大的限制。但了解其保护心脏的机制，利用保护机制研究其他保护性的干预措施，如药物干预，在无法实施预适应时发挥保护作用。所以对其保护心肌机制的研究有利于心肌缺血/再灌注损伤的预防和治疗，但其保护机制尚未完全被阐明。Cai和Semenza[23]对大鼠离体心脏给予缺血预适应处理，发现缺血预适应能够诱导PTEN水平和活性的降低，从而激活PI3K/Akt信号通路，减少心肌损伤，发挥心肌保护作用。随后他们对预适应和PTEN做了进一步研究，发现在心肌缺血预适应模型中，低分子量多肽2基因敲除的小鼠的心肌保护作用被消除，其作用消除是通过阻断PTEN/Akt的心肌保护信号通路来实现的，由此推测低分子量多肽2在正常蛋白酶体的功能和缺血预处理在心脏中的诱导都是必需的，而且低分子量多肽2的这种功能是通过下调PTEN基因的蛋白表达实现的[24]。Zu等[9]对离体心脏进行缺血预适应研究，发现缺血预适应减少再灌注心肌的梗死面积、细胞凋亡，推测缺血预适应是通过减少再灌注时心肌细胞线粒体内的PTEN及Bax蛋白的表达，而发挥心肌的保护作用。Siddall等[25]对PTEN单倍缺乏体进行研究，发现在心肌缺血/再灌注模型中单倍缺乏体对心肌并无明显的保护作用，但是在缺血预适应模型中，PTEN单倍缺乏体在4个预适应循环时就产生了对心肌缺血/再灌注损伤的保护作用，而在野生型预适应模型中则需要6个预适应循环才起到保护作用，因此他们推测PTEN单倍缺乏体可以降低由缺血预处理产生心肌保护作用的门槛。综上所述，缺血预适应可以保护组织，减少损伤。其保护机制与其抑制PTEN的表达有关。因此PTEN在心肌缺血预适应中发挥着重要的作用，预适应通过减少PTEN的表达发挥心肌保护作用。

此外，Cai等[26]对远隔预适应机制做了研究，发现在远隔预适应过程中，远隔预适应可以调节PTEN磷酸化水平，激活信号转导和转录激活因子3，并伴随白细胞介素10升高，减少再灌注损伤。Choi等[27]在对大脑缺血预适应研究中，发现在大脑发生缺血时，缺血预适应激活PTEN/Akt信号通路，保护脑组织减少损伤。

3小结

PTEN在心肌缺血/再灌注损伤中发挥重要作用。现阶段关于PTEN基因在心肌缺血/再灌注损伤中的研究正处于起步阶段，未来将会越来越受到人们的关注。目前其研究还有很多未明，如PTEN是否还存在其他的作用底物、抑制PTEN是否可以预防血管狭窄以及PTEN的抑制会产生什么不良反应等问题均是今后的研究方向，但随着研究的不断深入，人们将会更了解PTEN基因在心肌缺血/再灌注损伤中的作用，从而为人类研制抗缺血/再灌注损伤药物提供基因治疗手段的思路。

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PTEN and Myocardial Ischemia Reperfusion InjurySHENShu-wen,LIChun-mei,ZHANGXing-hua.(DepartmentofCardiology,ShandongProvincialHospitalAffiliatedtoShandongUniversity,Jinan250014,China)

Abstract:Phosphatase and tensin homologue deleted chromosome 10 (PTEN) is a newly discovered tumor suppressor gene,which has the function of double specific phosphorylase activity.It plays an important way in cell growth,apoptosis,migration,signal transmission,etc.In the past years,the studies of PTEN mostly focused on the development of tumor.And in recent years,a variety of studies of myocardial ischemia reperfusion injury found that the expression of PTEN gene and protein have changed,suggesting that PTEN also plays an important role in myocardial ischemia reperfusion injury.

Key words:Ischemia reperfusion injury; Phosphatase and tensin homologue deleted chromosome 10; Preconditioning; Myocardial infarction

收稿日期：2015-01-12修回日期：2015-05-30编辑：相丹峰

基金项目：山东省医药卫生科技发展计划(2009QW015)；山东省科学技术发展计划及优秀中青年科学家科研奖励基金计划(2007GG20002045)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.003

中图分类号：R541. 4

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)20-3654-03