TRIM家族在病理性心肌肥厚中作用的研究进展

薄祥薇，杨明明，陈立娟

(1.东南大学 医学院，江苏 南京 210009; 2.东南大学附属中大医院 心内科，江苏 南京 210009)

病理性心肌肥厚是指心脏在病理性刺激(压力或容量负荷增加、瓣膜性心脏病等)下做出的细胞反应，可引起心肌细胞沿纵轴方向增大、胚胎基因表达上调、心肌收缩功能下降，并伴有细胞凋亡和心肌纤维化等不可逆过程，最终可导致心力衰竭[1]。已有研究显示，错误折叠蛋白和受损细胞器的聚集可导致心肌肥厚。泛素蛋白酶体系统(UPS)和自噬是控制蛋白质质量的两个最重要的生物机制。E3泛素连接酶是泛素化过程十分重要的酶，绝大部分的三联基序(TRIM)蛋白属于E3连接酶家族，在泛素化过程中发挥底物识别作用[2]。泛素化过程由E1泛素激活酶、E2泛素缀合酶和E3泛素连接酶协调作用完成[3]。人体中存在80多种TRIM蛋白，大多数具有E3泛素连接酶活性，在细胞中发挥多种功能，包括细胞内信号传导、发育、凋亡、蛋白质质量控制、先天免疫、自噬和致癌等作用。多种细胞内信号转导通路参与心肌肥厚的调节，并在内外各种因素影响下形成一个复杂的网络。在心脏中关于MuRFs(Muscle Ring Fingers)的研究最早最多[4- 6]，随着对E3连接酶的认识越来越深，有研究发现TRIM8、TRIM32、TRIM24、TRIM10、TRIM45也和心肌肥厚的发生存在相关性。TRIM家族蛋白和心肌肥厚的相关性引起了本课题组的兴趣。作者就目前已经发现的TRIM蛋白水平变化与心肌肥厚的相关性及其机制作一介绍。

1 TRIM蛋白在心肌肥厚中的作用

1.1 MuRFs

MuRFs属于E3连接酶家族，含有RBBC结构，但其缺乏B-box 1，仅含有一个B-box 2结构， C端具有COS和ACID结构域，MuRFs之间仅卷曲螺旋结构域不同[7]。决定MuRF蛋白特异性的结构是位于RING指和B-Box之间的一个特定的MuRF家族域(MFC)[8]。已知MuRF 1、2和3主要在心肌和骨骼肌中特异性表达，它们可以形成同型或异型二聚体，能够通过降解肌小节蛋白和调节心肌肥厚相关转录因子，影响心脏发育、心肌收缩力和心肌大小。

MuRF1可抑制心肌肥厚。既往研究表明，MuRF1在体外负调节去氧肾上腺素(PE)诱导的心脏肥大[4]，在体内减轻压力超负荷(PO)诱导的心脏肥大[9- 10]。MuRF1可定位于细胞内的多个位点：(1) MuRF1可与细胞质中微管结合，而在肌小节中MuRF1是唯一结合肌联蛋白的MuRF家族成员[11]；(2) MuRF1还定位于心肌细胞的核周区域，在新生大鼠心肌细胞(NRVM)中，激动剂刺激使MuRF1在核周区域的免疫染色增加；(3) MuRF1还可体内定位于神经肌肉接头下方的质膜，从而促进烟碱乙酰胆碱受体转换[12]，在心肌细胞调节膜蛋白更新和内吞中发挥功能。以上现象表明，MuRF1可能通过多个途径抑制心肌肥厚，对心肌细胞结构、基因表达和信号传导都有广泛影响。

MuRF1抑制心肌肥厚的具体机制较为复杂，涉及多条信号通路。在培养的心肌细胞中，MuRF1通过抑制细胞中蛋白激酶C(PKC)介导的信号发挥抗心肌细胞肥大的作用[13]。一项主动脉束(AB)诱导的小鼠心肌肥厚模型研究显示，在压力超负荷的情况下，MuRF1通过下调钙调磷酸酶(CaN)负调控病理性心肌肥大[14]。另有研究表明，MuRF1可通过抑制氨基末端激酶(JNK)信号来减轻胰岛素样生长因子-1(IGF-1)介导的生理性心脏肥大[15]。此外，心脏中MuRF1的过度表达引起房室壁变薄和心脏功能障碍[9]，提示MuRF1过表达可能会促进心力衰竭。MuRF1限制心肌肥厚的机制对于肥厚型心肌病和心力衰竭的治疗可提供思路，然而各信号通路间的连接关系仍待进一步探索。

MuRF2和MuRF3是另外两个与MuRF1具有高度同源性的蛋白质[6]。MuRF2至少有4种亚型表达，其中27 kDa亚型是心脏特异性的，参与心肌细胞生成和胞内信号传递的过程。在肥大的心肌细胞中，敲低MuRF2 p50A亚型会使微管修饰复合物失调，影响心肌细胞中肌原纤维的生成。在成熟的心脏肌节中，内源性的MuRF2可以与m带结合，并转移到细胞核，在从肌节到细胞核的信号传递中发挥了重要作用[16]。MuRF1和MuRF2两者关系密切，它们在功能上有相似之处。MuRF1和MuRF2都通过调节正常心脏发育所必需的E2F转录因子，参与发育过程中生理性心肌肥厚的调节，同时缺乏这两种蛋白会导致骨骼肌和心脏肥大的发展[16]。一项队列研究显示，肥厚性心肌病患者中MuRF1和MuRF2罕见变异的患病率均高于对照组，提示MuRF1和MuRF2的罕见突变体与人类肥厚型心肌病有关[17]。MuRF1和MuRF2的单一改变不会造成严重的病理改变，但同时缺乏或突变会导致骨骼肌和心肌的严重肥大，由此推测MuRF1和MuRF2可能是共同控制肌肉质量的。

MuRF1和MuRF3都是微管相关蛋白，定位于肌节，在UPS依赖的肌球蛋白的降解中起重要作用[18]。MuRF1和MuRF3与可泛素化降解肌球蛋白重链(myosin heavy chain, MHC)结合，避免MHCβ/slow和MHC Ⅱa的沉积造成的肌病。MuRF1和MuRF3缺失或突变的患者会出现因肌球蛋白聚积和碎片化肉瘤聚集导致的心肌病和骨骼肌病[18]。MuRF1和MuRF3缺失的小鼠出现MHC的异常积累以及骨骼肌和心肌的超微结构异常，肌原纤维断裂和肌肉功能严重下降，从而导致肌球蛋白储存性肌病(MSM)和肥厚型心肌病[19]，这两种疾病都与MYH7基因内的突变有关，该基因编码MHCβ/slow蛋白。有新的研究发现，蛋白聚集相关性肌病(PAM)都是由MuRF1和MuRF3的缺失和突变引起的，这一研究将MuRF1和MuRF3的功能扩大到所有以蛋白质在肌肉纤维中积累为特征的肌肉疾病中，包括肌原纤维性肌病(MFM)、肌动蛋白病和MSM等[18]。在缺乏MuRF2和MuRF3的小鼠中也观察到心脏表现出收缩和舒张功能下降，测量到MHCβ/slow表达增加，可见MuRFs在维持骨骼肌和心肌中蛋白质质量中具有相似的功能[20]。此外，在缺乏MuRF3的小鼠心脏中发现4个半LIM结构域蛋白2(FHL2)和γ-纤维蛋白水平异常，FHL2可通过活化T细胞核因子(NFAF)诱导心肌肥大，γ-纤维蛋白可通过细胞外信号调节激酶1、2(ERK1、2)，丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路促进心肌肥大。生化分析表明FHL2和γ-纤维蛋白是MuRF3降解的目标，MuRF3通过泛素化降解FHL2和γ-纤维蛋白发挥阻断心肌肥厚的作用[21]。

MuRF家族除了显著抵制或负调控心肌肥厚过程，在代谢和能量转换过程中也发挥作用。3种MuRFs的代谢物是多种重叠途径的最终产物。既往的一项代谢组学研究发现，小鼠心脏的MuRF1-/-、MuRF2-/-和MuRF3-/-的代谢组发生了相似的改变，对心脏有益的3种代谢物——牛磺酸、肌醇和硬脂酸，在MuRF1-/-、MuRF2-/-和MuRF3-/-心脏中的改变具有显著性，这3种MuRF蛋白都是调节牛磺酸、肌醇和硬脂酸所必需的[22]。在一项研究高脂饮食诱导的糖尿病性心肌病的实验中发现，患者MuRF2蛋白水平增加约20%，缺乏MuRF2可导致糖尿病性心肌病的加重。有研究显示，MuRF2和MuRF3都是通过调节过氧化物酶体增殖因子激活受体α/γ(PPARα/γ)活性来防止高脂饮食诱导的糖尿病心肌病[23- 24]，由此可进一步表明，MuRF2和MuRF3在能量代谢途径中也起着重要作用。此外，MuRFs也可能有助于诊断急性心肌梗死(AMI)。有人发现MuRF3-/-小鼠在AMI后更容易发生心脏破裂[21]。一项临床研究发现，AMI早期MuRF1、MuRF3及另一个不属于TRIM家族的Rnf207在血浆中水平显著上升，它们可能是人类AMI的新型且敏感的生物标志物。以上研究表明，MuRFs在疾病状态期间对心脏代谢具有明显的保护作用。

1.2 TRIM8(RNF27)

TRIM8的N端为典型的RBBC结构，包含两个B框，C段不含有任何结构。TRIM8在心肌肥厚和心肌细胞凋亡过程中发挥作用。有研究发现，人类扩张型心肌病患者和胸主动脉缩窄术小鼠心肌中TRIM8的表达上调[25]。在小鼠模型中分别上调和敲低TRIM8的表达，发现TRIM8过表达会加速病理性心肌肥厚过程，缺乏则会阻碍这一过程。为探究其机制，测量了丝裂原活化蛋白激酶信号通路的改变，发现TRIM8缺失的心肌细胞中P38和JNK1/2信号的激活变迟钝，转化生长因子β活化激酶1(TAK1)是P38和JNK1/2的上游激活因子，加入TAK1抑制剂可减轻TRIM8诱导的心肌肥厚[25]。以上结果表明，TRIM8通过激活TAK1-P38/JNK1/2依赖性信号通路加剧压力超负荷引起的心肌肥厚。另有研究发现，在高糖高脂(HGHF)诱导的小鼠心肌凋亡过程中，TRIM8能够通过调节核因子E2相关因子(Nrf2)抗氧化途径加剧HGHF诱导的小鼠心肌细胞凋亡[26]。在脑和肝脏中也发现了相同的结果，TRIM8缺乏可降低炎症和凋亡，减轻缺血再灌注导致的损伤[27- 28]。TRIM8在其他器官中是否也具有促细胞凋亡作用有待进一步探索。

1.3 TRIM32和TRIM24

TRIM32在心肌肥厚过程中起保护作用。Chen等[29]在实验中发现，在AB诱导的心肌肥厚的小鼠心肌中、血管紧张素Ⅱ诱导的新生小鼠心肌细胞(NRCMs)中以及心力衰竭的人类心脏中，TRIM32蛋白的含量都下降，表明TRIM32与心力衰竭和心肌肥厚的过程相关。后续实验[30]发现，在AB诱导的心肌肥厚小鼠中，缺乏TRIM32显著提升蛋白激酶B(AKT)的激活，过表达TRIM32呈现相反的结果，加入AKT抑制剂逆转了TRIM32缺陷造成的心脏肥大。由此说明，TRIM32通过抑制AKT依赖的信号通路在AB介导的病理性肥大中起保护作用。

血清反应因子(SRF)信号诱导心肌细胞肥大的过程中需要Dysbindin蛋白的参与，TRIM32可通过泛素化降解Dysbindin蛋白，减弱其促肥大作用，而TRIM24是Dysbindin的心脏特异性结合伴侣，发挥促心肌肥厚的作用[31]。TRIM24与Dysbindin的结合可保护Dysbindin免受TRIM32引起的蛋白酶体降解，加强了Dysbindin介导的RhoA-SRF信号激活和促心肌肥大作用。基于TRIM32在心肌肥厚中的保护作用，TRIM32可能成为心肌肥大和心力衰竭治疗的新靶点。

值得注意的是，过表达TRIM32导致培养的心肌细胞数量减少。细胞存活率分析(MTT测定)、原位末端转移酶标记技术(TUNEL分析)和免疫染色均显示TRIM32可减弱细胞活力、促进细胞凋亡。TRIM32通过激活p53/caspase-3/-7和抑制XIAP信号通路，强烈促进心肌细胞的凋亡[30,32]。TRIM32保护凋亡诱导因子，发挥促细胞凋亡作用，降低细胞活力，即使抑制了肥大，TRIM32也会由于增加的细胞死亡而促进心力衰竭，因此将TRIM32作为治疗心肌肥厚的靶点仍存在风险[32]。

1.4 TRIM10

TRIM10是TRIM家族成员最常见的，N端为常规的RBBC，PRY/SPRY结构域则在C端。TRIM10蛋白的表达上调可促心肌细胞肥大，并在心肌细胞缺氧损伤中发挥作用。在原代培养的大鼠乳鼠中，敲低内源性的TRIM10表达后，可减轻心肌细胞肥厚程度，抑制与心肌肥厚相关的ANP、BNP mRNA的表达，同时降低AKT和ERK1/2的磷酸化水平，过表达TRIM10则呈现与敲低TRIM10相反的结果。由此推测，TRIM10蛋白与心肌细胞肥大具有相关性，TRIM10蛋白可通过AKT和ERK信号通路调节心肌细胞肥大[33]。另一项大鼠乳鼠心肌细胞缺氧/复氧模型实验中观察到，TRIM10还可能通过pJNK/p-P38MAPK途径介导加重心肌细胞缺氧/复氧损伤[34]。

1.5 TRIM45

TRIM45除了C端常规的RBBC结构，N端的FIL为其特有结构。CaN-NFAT是协调心脏肥大性反应非常重要的一条信号通路[35]。TRIM45可与热休克家族蛋白DNAJB6以及膜转运家族蛋白SLC25A3发生相互作用，共同阻断CaN介导的心肌肥厚。DNAJB6蛋白属于热休克蛋白家族，为心肌病的靶向抑制因子，能够通过与NFATc3相互作用抑制NFAT依赖性荧光素酶的荧光活性[36]。SLC25A3也能强烈抑制NFAT依赖性荧光素酶的荧光活性,SLC25A3基因缺失会导致严重的心肌肥大，并伴有心室扩张和心脏功能下降[37]。TRIM45基因在成人的骨骼肌、脑、胰腺、心脏组织表达,同样能够强烈抑制NFAT依赖性荧光素酶荧光活性。这些结果表明，TRIM45、SLC25A3、DNAJB6都是心肌肥厚抑制因子，3者可能通过形成复合物来共同抑制心肌肥大[38]。

2 小 结

心肌肥厚及心力衰竭对人类健康的危害受到越来越多的关注，迫切需要机制探索以阻断疾病进展。有研究发现，错误折叠蛋白的产生和堆积是心肌肥厚产生的重要原因，而蛋白质质量控制的两个最重要的过程是自噬和泛素化。TRIM蛋白可以作为多种疾病的重要调节剂，包括癌症、炎症性疾病、传染病、神经精神疾病、染色体异常和发育性疾病。越来越多的研究证明，TRIM家族在心肌肥厚、心肌细胞凋亡、心衰，甚至是其他器官血管疾病的缺血再灌注损伤中扮演重要角色。若能通过机制研究寻找到抑制心肌肥厚同时不造成心衰的平衡点，有望为心肌肥厚的临床治疗提供崭新思路。