转录因子Bach1在心血管疾病中的研究进展

贾孟萍，郭阶雨，孟丹

（复旦大学基础医学院生理与病理生理学系，上海200032）

转录因子Bach1在心血管疾病中的研究进展

贾孟萍，郭阶雨，孟丹

（复旦大学基础医学院生理与病理生理学系，上海200032）

转录因子Bach1（BTB-CNC同源体1，BTB and CNC homology 1）是一种转录抑制因子，广泛存在于哺乳动物的各种组织中.Bach1能抑制血红素环氧化酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）等抗氧化基因的表达，参与氧化应激反应.Bach1基因敲除对心肌缺血再灌注损伤有保护作用.近期研究发现Bach1能抑制Wnt/β-catenin信号通路和小鼠缺血下肢血管新生.主要就Bach1在心血管疾病中的研究进展进行简要综述.

Bach1；心血管疾病；血管新生；Wnt信号

1　Bach1的基本结构

Bach（bric-a'-brac，tramtrack and broad complex and cap'n'collar homology）转录因子家族包括Bach1和Bach2，属于碱性亮氨酸拉链（basic leucine zipper，bZIP）蛋白家族［1］.Bach1广泛存在于哺乳动物的各种组织中，Bach2主要在神经细胞和B细胞分化的特定阶段表达并参与调节成熟B细胞的分化.Bach1和Bach2都是转录抑制因子，参与调控基因的转录. Bach1基因主要含与转录抑制相关的参与形成蛋白二聚体的N端BTB/POZ结构域；以及C端的亮氨酸拉链bZIP结构域，该结构域可与细胞核内的小Maf蛋白（small Maf proteins）形成异二聚体，在细胞核内与目的基因结合［2］（见图1）.Bach1是一种血红素结合蛋白，含有6个半胱氨酸-脯氨酸的基序（motif），分别被命名为CP1～CP6，其中CP3～CP6参与和血红素的结合，CP3，CP4参与由血红素引起的Bach1出核［3］.Bach1的出核依赖输出蛋白Crm-1［4］.此外，在Bach1的C端还有一个核输出信号，称为胞浆定位信号（cytoplasmic localization signal，CLS）.Bach1与小Maf蛋白分离，以单体形式通过穿梭运动改变核内与胞浆内的分布平衡.

图1　Bach1基本结构Fig.1 Basic structure of Bach1

2　Bach1调控的细胞信号转导机制

转录因子Bach1与细胞核内的小Maf蛋白在细胞还未受到外界刺激时结合形成异二聚体，该异二聚体反式作用于抗氧化反应元件（anti-oxidative response element，ARE），从而抑制ARE调节的靶基因的表达［5］.反之，红系衍生核因子相关因子-2（NF-E2 related factor 2，Nrf2）与Bach1之间存在相互竞争的关系.在受到氧化应激刺激的情况下，细胞中的Bach1与ARE分离，而Nrf2与ARE结合，引起一系列抗氧化酶的表达增强，包括谷胱甘肽S-转移酶（glutathione S-transferase，GST）、谷氨酰半胱氨酸合成酶（γ-glutamyl cysteine synthetase，γ-GCS）和血红素环氧化酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）等.Bach1除了能抑制抗氧化酶基因的表达，还可以抑制自身基因的转录.Bach1可以招募组蛋白去乙酰化本酶1（histone deacetylase 1，HDAC1）结合，在Bach1基因的启动子区抑制Bach1自身的转录［6］，这种机制有助于维持体内Bach1水平的相对恒定.Nrf2具有高度保守的bZIP结构，属于CNC转录因子家族成员之一.Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1（Kelch-like epichlorohydrin（ECH）-associated protein 1，Keap1）能调控Nrf2转录活性，起到分子开关的作用.在正常生理状态下，Keap1的双甘氨酸序列与Nrf2的Neh2部位相互作用，促进泛素蛋白酶体与底物Nrf2的连接，从而不断对Nrf2进行泛素化和蛋白酶体降解，使Nrf2的表达量维持在较低水平.在氧化应激情况下，亲电性化合物与Keap1的半胱氨酸相互作用，使Keap1构象改变，与Nrf2解耦联，从而抑制Nrf2泛素化，增强Nrf2的稳定性，增多的Nrf2入核，启动下游多种抗氧化应激基因的表达［7-8］.

在胞浆内，Bach1与胞内透明质酸结合蛋白（intracellular hyaluronic acid binding protein，IHABP）形成异二聚体，IHABP可对Bach1进行调节，主要通过与Bach1分离，从而为Bach1的穿梭运动提供基础，进而改变Bach1在细胞核内与胞浆中的表达水平，并有利于Bach1聚集于胞浆中［9］.在静息状态下，大部分Bach1在细胞核内富集，但在氧化应激刺激下，细胞核内的Bach1与ARE分离，Bach1转移出细胞核，定位于细胞浆，并与IHABP结合，从而使Bach1对抗氧化基因的抑制作用解除.

3　Bach1与血管新生

血管新生是由多种因子参与调控的病理生理过程，转录因子在这一过程中起着重要的调控作用.本课题组的早期研究发现，Bach1在人微血管内皮细胞中表达，砷通过使Bach1与HO-1启动子区ARE解离促进HO-1的表达，进而促进内皮细胞迁移和管腔形成，其中Bach1基因半胱氨酸残基557和574位点在功能调节中起关键作用［10］.此外，还发现抑制转录因子Bach1的表达可增加内皮细胞HO-1和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表达，从而促进人微血管内皮细胞迁移和管腔形成，表明Bach1是调控血管新生的负调控因子［11］.

本课题组研究发现，在Bach1基因敲除下肢缺血小鼠模型中，与对侧正常下肢相比，缺血下肢处的促血管新生相关因子明显增多，毛细血管和小动脉的密度显著增加.通过原代内皮细胞培养发现，Bach1基因敲除小鼠内皮细胞增殖、迁移和管腔形成能力较野生型小鼠明显增强.经典的Wnt信号通路是通过调控内皮细胞增殖、迁移、分化和促血管生成因子的表达等作用来促进血管新生，但是Bach1是否会影响Wnt信号通路和相关疾病的血管新生尚不明确.已有研究发现，Bach1过表达可通过抑制Wnt下游靶基因IL-8和VEGF的表达引起小鼠缺血下肢新生血管的减少［12］.已发现的作用机制包括Bach1与β-catenin竞争性结合于TCF4；Bach1减少p300/CBP和β-catenin的结合从而抑制β-catenin的乙酰化；在IL-8启动子区的TCF4结合位点上，Bach1通过招募HDAC1来抑制IL-8基因的转录［12］（见图2）.

图2　Bach1抑制Wnt信号通路模式Fig.2 Model for negative regulation of Wnt signaling pathway by Bach1

Bach1的靶基因参与调控细胞周期和凋亡［13］.已有研究发现，抑制Bach1表达能阻断趋化因子受体CXCR3-B对乳腺癌细胞的生长抑制［14］.本课题组近期研究证实，Bach1过表达能增加内皮细胞线粒体活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）的产生，阻碍内皮细胞周期进展，促进Caspase-3依赖的细胞凋亡.在下肢缺血模型中，Bach1过表达增加缺血下肢肌肉ROS的产生并诱导细胞凋亡，进而抑制缺血下肢的血流恢复［15］，这是Bach1抑制小鼠缺血下肢血管新生的机制之一.但是，已有研究发现，Bach1可以通过抑制P53的靶基因来抑制氧化应激引起的小鼠成纤维细胞衰老.这些研究结果的差异提示在不同的细胞和实验条件下，Bach1对细胞的作用可能是不同的.事实上，在一些肿瘤细胞的研究中发现，Bach1也可以促进肿瘤的生长和转移［6，16］.近期研究发现，在人血管内皮细胞上，Bach1在不同氧含量的条件下有不同的靶基因［17］，这或许可以解释在不同实验条件下Bach1对细胞会产生不同的影响.因此，研究在不同情况下Bach1的表达情况和作用调节机制，对其在心血管疾病中的靶向治疗具有重要意义.

4　Bach1与心肌缺血损伤和血管重构

对于Bach1缺失小鼠，HO-1在心肌和平滑肌细胞中的表达水平升高［18-19］，Bach1基因敲除能减轻小鼠心肌缺血再灌注损伤［19］.Bach1基因敲除小鼠心肌梗死面积较正常小鼠明显减小，采用HO-1活性抑制剂可阻断Bach1基因敲除对小鼠心肌梗死的保护作用，提示HO-1在Bach1敲除保护心肌缺血损伤中起重要作用.在糖尿病小鼠心肌缺血再灌注损伤模型中，硫化氢通过诱导Bach1出核，促进HO-1表达，进而减轻心肌缺血再灌注损伤［20］.Bach1缺失对小鼠主动脉缩窄诱导的左心室肥大和重构也具有保护作用，阻断HO-1活性可抑制Bach1敲除对左心室心肌肥大和重构的保护作用［21］.此外，在小鼠股动脉损伤引起的内膜增厚模型中，Bach1基因敲除可明显抑制内膜的增厚和平滑肌细胞的增殖［18］，提示Bach1参与调控血管的重构.

5　展望

近年来，转录抑制因子Bach1的功能引起越来越多的关注.Bach1与氧化应激相关疾病、肿瘤等的发生发展有一定的相关性.但是Bach1在肿瘤细胞中的不同作用和调节机制还有待阐明.近期本课题组首次报道了Bach1抑制血管新生和Wnt/β-catenin信号通路的作用［12］.这一发现为临床缺血性疾病的治疗提供了新的策略，例如干扰内皮细胞Bach1的表达能促进血管新生，可用于治疗缺血性疾病，如心肌缺血、下肢缺血、脑缺血等，筛选以Bach1为靶点的药物将是未来的研究方向.关于Bach1的分子调控机制以及Bach1在心血管疾病中的特异性的靶向治疗还有待进一步研究.

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Advances of transcription factor Bach1 in cardiovascular diseases

JIA Mengping，GUO Jieyu，MENG Dan
（Department of Physiology and Pathophysiology，School of Basic Medical Sciences，Fudan University，Shanghai 200032，China）

BTB and CNC homology 1（Bach1）is a transcription factor widely existing in most tissues of mammals.Bach1 negatively regulates various antioxidant gene such as heme oxygenase-1（HO-1），involving oxidative stress.Knockout of Bach1 has a protective effect on myocardial ischemia reperfusion injury.Recent research found that Bach1 inhibits the Wnt/β-catenin signaling pathway and angiogenesis in hindlimb ischemia of mice.This paper focuses on the research of Bach1 in cardiovascular diseases.

Bach1；cardiovascular disease；angiogenesis；Wnt signal

R 363.2

A

1007-2861（2016）03-0326-05

10.3969/j.issn.1007-2861.2016.03.014

2016-04-19

国家自然科学基金资助项目（81170298，81270410）

孟丹（1974—），女，副研究员，研究方向为干细胞生物学和疾病血管新生机制. E-mail：dmeng@fudan.edu.cn