泛素-蛋白酶体抑制剂对血管平滑肌细胞增殖和迁移的影响

刘　夏(综述)，孙瑞红(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院神经内科，哈尔滨 150001)



泛素-蛋白酶体抑制剂对血管平滑肌细胞增殖和迁移的影响

刘夏△(综述)，孙瑞红※(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院神经内科，哈尔滨 150001)

摘要：血管平滑肌细胞(VSMC)的增殖、迁移是动脉粥样硬化(As)、高血压和冠状动脉成形术后再狭窄的主要病理表现。而As也是导致心脑血管疾病的重要原因。泛素-蛋白酶体系统是真核细胞内主要的细胞降解系统，而泛素-蛋白酶体抑制剂可以抑制VSMC的增殖及迁移。

关键词：泛素-蛋白酶体抑制剂；血管平滑肌细胞；细胞增殖；细胞迁移

动脉粥样硬化(atherosclersis,As)是一种慢性进展的炎症性疾病，随着疾病进展，最终可导致心肌梗死、缺血性心力衰竭和卒中等。As的形成机制复杂，可由慢性炎症性疾病导致动脉粥样斑块形成，并在不同的血管床造成血管狭窄[1]。而血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle，VSMC)的增殖与迁移在As形成的早期、中期、后期以及血管狭窄性疾病的发病机制中均发挥着关键性作用[2]。泛素-蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system，UPS)是真核细胞内主要的细胞降解系统，UPS除了在降解功能失调和氧化损伤的蛋白质方面起着重要的作用外，也参与调节As发生、发展的许多重要过程[3]。目前针对As的治疗仅限于传统风险因素(如高脂血症、高血压、糖尿病)的处理，针对UPS在As形成中的作用进行研究将是未来研究的热点，但同时也具有挑战性[1]。现就UPI对VSMC增殖、迁移影响的机制进行综述，以进一步探讨治疗心脑血管疾病的新途径。

1VSMC增殖与As

VSMC分化增殖的表型变化导致了包括As、高血压、血管成形术或冠状动脉旁路移植术后再狭窄在内的心脑血管疾病的发展[4]。VSMC是血管壁的主要细胞成分，它们通常以收缩表型的形式存在，以维持血管张力[5]。成人的VSMC增殖率极低，显示非常低的合成活性，并表达了一套特异的收缩蛋白(如平滑肌肌球蛋白重链、平滑肌肌动蛋白、平滑肌22α蛋白和Calponin等)[6]。当收缩型的VSMC从人类或动物的动脉中被收集出来并在体外培养时，它们立即转化为增殖或分化的细胞并在各种条件下开始增殖[7]。同样，在血管成形术、支架置入术或冠状动脉旁路移植术的损伤之后，VSMC开始去分化和重新进入细胞周期，出现增殖、迁移率增加，并合成细胞外基质，而且在同一时间，VSMC收缩蛋白的表达下降[8]。去分化及增殖的表型对As、高血压、血管成形术或冠状动脉旁路移植术后再狭窄及糖尿病血管并发症等的发展起着重要的病理生理作用[9]。许多环境因素(包括生长因子、炎性介质、基质成分和细胞与细胞之间的相互作用)已被证明可以调节VSMC的增殖和分化[6]。VSMC的增殖与迁移在As形成过程中以及血管狭窄性疾病的发病机制中均发挥着关键性的作用，这主要由于它是纤维帽的主要组成部分，是决定As斑块纤维帽稳定性的主要因素[2]。生理条件下，VSMC的增殖与凋亡之间保持平衡，而在许多病理条件下，其增殖可能失控，从而引起血管壁的一系列变化[10]。炎症反应可刺激VSMC发生迁移和增殖，并与炎性病变内的炎性成分形成混合物，使动脉壁增厚；而单核细胞的蓄积、VSMC的增殖和纤维组织的形成可导致病变进一步扩大并重组，成为覆盖在脂质核心和坏死组织上的纤维帽，最终导致As斑块的形成及破裂[2]。随着血管壁的损伤，可进一步通过增强血小板源性生长因子受体信号来促使VSMC的增殖和血管疾病的发生[11]。综上所述，VSMC的增殖、迁移是As、高血压和冠状动脉成形术后再狭窄的主要病理表现[1]。当血管受到外来因素刺激后,VSMC由收缩型向合成型转变,伴随着肌纤维的骤减，大量的粗面内质网、高尔基复合体等细胞器的形成和细胞骨架蛋白的表达减少,导致细胞收缩功能消失，并由中膜向内膜的迁移、增殖,同时分泌大量的细胞外基质，最终导致As的形成及进展，从而引起心脑血管疾病[2]。

2UPS与VSMC的增殖与迁移

2.1UPS的构成及泛素化的过程UPS主要由泛素活化酶(ubiquitin-activating enzyme,E1)、泛素缀合酶(ubiquitin-conjugating enzyme,E2)、泛素蛋白连接酶(ubiquitin protein ligase,E3)和26S蛋白酶体组成，泛素化过程中它们依次行使功能[12]。首先，E1激活泛素分子,并把激活的泛素连接到E2上，E3则负责识别目标蛋白[13]。一方面，E3将E2和目标蛋白在空间上拉近,促进E2将泛素转移到目标蛋白；另一方面，E2把泛素转移到含有HECT(homologous to E6-APC-terminus)结构域的E3上,再由E3作为供体,把泛素结合到目标蛋白上[12]。当泛素化水平达到一定程度时,目标蛋白就被运输到26S蛋白酶体并进行降解[13]。

2.2UPS在细胞周期调控中的作用UPS在各种蛋白质的非溶酶体降解中发挥重要作用，包括那些需要在细胞周期的精确调控中及时降解的蛋白质[14]。一些细胞周期的负性调节蛋白，需要接受泛素依赖的蛋白水解[15]。目前，有越来越多的研究以UPS为靶点，来探讨治疗细胞生长增殖调节异常性疾病(如癌症等)[16]。细胞周期受细胞周期控制系统的调节和控制，是细胞增殖的最后共同通路[2]。UPS主要通过精确降解细胞周期相关蛋白质(包括p53和p21)，在细胞周期调控中发挥重要作用[14]。p21蛋白是细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂，它对VSMC增殖的重要抑制作用是通过诱导的p53基因来实现的[15]。1997年，首次关于UPS对VSMC作用的报告显示，在分化型人体及大鼠的VSMC中，泛素载体蛋白(ubiquitin C，UbC)的表达升高，同时也有平滑肌肌动蛋白、γ-SM-肌动蛋白、调宁蛋白、磷蛋白和平滑肌22α蛋白等表达的增加，表明UbC基因是收缩表型的标记[17]。随后的研究表明，UPS可促进蛋白质的降解，引起VSMC从收缩型向增殖型转变，而泛素-蛋白酶体抑制剂(ubiquitin-proteasome inhibitor，UPI)则使VSMC脱离了合成的形态[18]。在近十年的研究中，上述观点得到了进一步的支持[19]。核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是一类关键性的转录因子,静息状态下，NF-κB 的p65亚基与NF-κB抑制因子(inhibitor of NF-κB，IκB)单体结合形成的三聚体复合物以失活状态存在于细胞质中,不具有调节基因转录的能力[20]。NF-κB的激活需要UPS降解胞质内的抑制蛋白IκB，NF-κB与IκB三聚体解离释放NF-κB从而使NF-κB活化,进入细胞核与相应序列结合而启动靶基因转录[21]。除此之外，NF-κB还参与细胞周期的调节,有利于细胞的G1期向S期转移,促进细胞增殖[4]。在As的发展阶段，UPS表达增加，NF-κB活化引起抗凋亡基因活化,进而引起VSMC增生[20]。而且，NF-κB的激活是肿瘤坏死因子α诱导的平滑肌细胞迁移的必要条件[2]。NF-κB作为一种重要的转录因子,在炎症反应中也起着重要的中介作用[21]。NF-κB被激活后,进入细胞核内,与多种炎性因子启动子区域中的κB序列结合,参与趋化因子(如白细胞介素8、单核细胞趋化蛋白等)、黏附分子(如细胞间黏附分子和血管细胞黏附分子1)、生长因子以及一氧化氮合酶、组织因子、血管紧张素原等的转录[20]。

2.3UPS在VSMC增殖及迁移中的作用机制在VSMC的增殖中，E3连接酶Skp2(S-phase kinase-associated protein-2)作用的相关机制已得到了证实[17]。Skp1-Cul1-F-box(SCF)复合物通过对G1细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂的特异性识别而参与细胞G1～S过渡期的调控[22]。SCF复合物由Skp1、Cull、Rbx1和F-box四部分组成，其中F-box蛋白种类多样，可对不同蛋白底物进行特异性识别[4]。SCF复合物型连接酶Skp2，是第一个被确定的p27连接酶，连同细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21，被证实可以阻止细胞增殖[22]。在大鼠颈动脉损伤后局部应用UPI可上调p21的水平，同时降低了S期细胞的数量和新生内膜的形成[18]。此外，环腺苷酸通过下调Skp2，可抑制培养中的VSMC的增殖[17]。而在球囊损伤后应用毛喉素治疗可降低Skp2的表达、VSMC的增殖及新生内膜的形成[23]。Skp2蛋白定位于细胞核，通过识别Thr187磷酸化的p27来介导S期早期的p27降解并促进泛素化[22]。Skp2也会识别其他目标来进行泛素化，如某些肿瘤抑制基因的产物和其他的细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂[如p130、transducer of ErbB 2,1(TOB1)、p57和p21]。Skp2蛋白水平的上调可以通过小Ras相似物鸟苷三磷酸酶1来介导[17]。总之，这些结果表明，Skp2可被视为阻止VSMC增殖的一个潜在的治疗靶点[1]。心肌素在VSMC分化中起着至关重要的作用[17]。E3连接酶CHIP(C-terminus of Hsc-70-interacting protein)的超表达，可促进心肌素的降解，以此来影响基因的表达和血管的收缩[19]。另一方面，CHIP也可以通过泛素化和降解叉头转录因子01来促进VSMC的增殖[22]。CHIP抑制产生的潜在不明确信号，与混杂标记的蛋白酶体降解是一致的[15]。实际上，CHIP在内质网相关降解中如同非特定连接酶一样，表现为一种普通蛋白质质量控制的感受器[17]。总之，UPS对VSMC表型变化和对合成的VSMC表型转变是一个重要的影响因素[18]。

3UPI抑制VSMC的增殖和迁移

UPI包括天然化合物和人工合成的小分子化合物，这两类化合物均是通过与26S蛋白酶体的20S核心颗粒发生可逆或不可逆结合，占据蛋白结合位点，使蛋白降解受阻、细胞分裂周期停滞而起作用[2]。依据化学结构的不同，UPI分为硼酸肽类、醛基肽类、β内酯类、乙烯酚类、环肽类化合物-95A及其衍生物等[24]。通过调控细胞周期泛素连接酶或蛋白酶体，UPI可以降低VSMC增殖，也会促进VSMC凋亡并减少新生内膜[17]。在As的体外模型中，UPI显示出了血管保护作用和减轻炎症的作用[11]。UPI通过活化VSMC来增加内质网应激介导的细胞死亡和抑制未折叠蛋白的信号转导[18]。例如，蛋白酶抑制剂MG132(z-leu-leu-leu-al)被证实在体外实验中可以抑制颈动脉平滑肌细胞的增殖，并显著减少内膜增生[15]。同样，UPI乳胞素不仅可以诱导p21基因通过阻止细胞进入S期来抑制体外培养的主动脉平滑肌细胞增殖和迁移，也可以显著降低体内颈动脉球囊损伤后新生内膜的形成[14]。Pfisterer等[25]研究表明，硼替佐米可抑制培养的VSMC迁移和侵袭的能力，同时还可阻断合成型VMSC的显性(如细胞增殖、迁移和心肌素的损耗)，从而有利于它们处于静止状态。

4小结

通过研究结果推测UPI可改善血管内皮功能障碍和抑制VSMC增殖、迁移。然而，并未有UPI针对As治疗的相关报道[14]。目前新的、结构多样的UPI已经达到了亚临床和临床抗癌治疗的实验阶段。因此，有必要加强基础研究来明确UPS在As起始和进展中的作用本质及治疗相关疾病的新分子靶点。虽然UPI目前主要用作抗癌药物，但其在抗炎和免疫调节方面的作用也有很大研究意义。因此，UPS是一个可行的研究治疗As的选择[1]。

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Effects of Ubiquitin-Proteasome Inhibitor on Proliferation and Migration of Vascular Smooth Muscle CellsLIUXia，SUNRui-hong.(DepartmentofInternalMedicine-Neurology,theFirstAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity，Harbin150001，China)

Abstract:Vascular smooth muscle cells(VSMC) proliferation,migration are the main pathological manifestations of atherosclerosis,hypertension and restenosis after coronary angioplasty.Atherosclerosis is an important cause of cardiovascular and cerebrovascular diseases.The ubiquitin proteasome system is the major intracellular degradation system in eukaryotic cells,and the ubiquitin-proteasome inhibitor can inhibit the proliferation and migration of VSMC.

Key words:Ubiquitin-proteasome inhibitor； Vascular smooth muscle； Cell proliferation； Cell migration

收稿日期：2014-12-16修回日期：2015-04-19编辑：郑雪

基金项目：黑龙江省自然科学基金(H201306)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.011

中图分类号：R741

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)20-3675-03