蛋白质精氨酸甲基转移酶5在心血管疾病中的研究进展

2023-01-05王贺袁扬宁小平张冠鑫徐志云

国际心血管病杂志 2022年6期

王贺袁扬宁小平张冠鑫徐志云

蛋白质甲基化是重要的表观遗传修饰，蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMTs）作为这一过程中重要的调节剂，在DNA 复制、损伤后修复、转录、mRNA 剪接、翻译和细胞信号转导中发挥关键作用。PRMTs 催化甲基从s-腺苷甲硫氨酸（SAM）转移到精氨酸的胍基氮原子上，形成甲基精氨酸和s-腺苷同型半胱氨酸。目前已经报道了11 种PRMTs，并根据其催化活性分为4 种类型，Ⅰ型包括PRMT1～4、PRMT6 和PRMT8，催化形成单甲基精氨酸（MMA）和不对称二甲基精氨酸（aDMA）；Ⅱ型包括PRMT5 和PRMT9，催化形成MMA 和对称二甲基精氨酸（sDMA）；Ⅲ型为PRMT7，仅催化形成MMA，Ⅳ型目前仅在酵母中发现，催化形成δ-单甲基精氨酸（δ-NMA）[1]。关于PRMT5 的研究最为广泛和深入。PRMT5 涉及多种信号通路并控制细胞生长，可以作为小分子抑制剂作用的靶点[2-3]，本文介绍了PRMT5 在心血管领域的研究进展。

1 PRMT5的基本结构与生物特性

PRMT5 最早于1999 年在研究Janus 激酶2（JAK2）时被发现[4]。不同物种之间的PRMT5基因相对稳定，保守性较高。人类PRMT5基因位于染色体14q11.2，大小为1 911 bp，潜在核心启动子在1 014～1 064 bp处[5]。PRMT5 蛋白由637 个氨基酸组成，相对分子质量为10 157，等电点为5.88，不稳定系数为44.33，是酸性蛋白分子。PRMT5 属于亲水蛋白，无明显的信号肽及跨膜结构，表明其可能不参与物质跨膜运输。PRMT5 大部分位于细胞质中，也有部分位于细胞核，主要的二级结构是α-螺旋和无规则卷曲[6]。单体结构的N 末端是TIM 桶状结构域，中间是Rossman 折叠结构域，C 末端是β-barrel 结构域[7-8]。

绝大多数PRMT5 在体内发挥作用需要与甲基伴侣蛋白50（MEP50）形成复合物。MEP50 属于WD40 蛋白，是蛋白精氨酸甲基转移酶复合物的重要组成部分，它与PRMT5 形成八聚体复合物[9]。这一过程首先通过C 末端的β-barrel 结构域将4 个PRMT5 聚合形成内部结构，而后，4 个MEP50 分子结合在PRMT5 的N 末端。这种八聚体结构可以稳定PRMT5 复合物并增强其甲基转移酶活性，而中间部分的Rossman 折叠区域具有甲基转移活性，能够结合SAM 并催化甲基转移[8,10]。作为主要的Ⅱ型精氨酸甲基转移酶，PRMT5 可以甲基化多个靶点，包括组蛋白（H2A、H3、H4 和Sm蛋白）、核仁蛋白、p53、核因子κB（NF-κB）、转录因子E2F1、甲基CpG 结合域蛋白2（MBD2）、表皮生长因子受体（EGFR）等，参与肺癌、胰腺癌、肝癌、淋巴瘤、神经系统及免疫系统等多种疾病的发病[11-20]。

2 PRMT5与心血管疾病

心血管疾病的发生发展是由遗传和环境因素共同作用的结果[21]，是我国城乡居民的主要死亡原因。目前已经发现PRMT5 参与心肌细胞肥大、动脉粥样硬化、血管形态发育等重要过程，有望成为心血管疾病新的治疗靶点。

2.1 PRMT5与心肌细胞肥大

心肌肥厚是心脏的代偿性机制，心脏负荷增加时，为了维持有效的射血量，心肌细胞在神经-体液机制的作用下发生肥大，最终导致心力衰竭和心律失常[22]。在心肌肥厚的患者中，HoxA9基因表达升高[23]，PRMT5 可使HoxA9 发生对称二甲基化并抑制其表达，破坏HoxA9 与脑钠肽（BNP）启动子的结合，进而保护心肌细胞，抑制心肌肥大[24]。GATA4 是人心脏源性转录因子，其编码基因的突变可以导致心脏间隔缺损和心肌病，是维持心脏正常发育和心功能所必需的[25]，PRMT5 可以使GATA4 甲基化，抑制其转录活性，减弱GATA4在心肌细胞中的致肥厚作用[26]。上述研究提示PRMT5 可抑制心肌细胞肥大，或可成为预防心肌肥厚和心力衰竭的靶点。

2.2 PRMT5与冠状动脉粥样硬化性心脏病

临床上常用来预测冠状动脉粥样硬化性心脏病的血液学指标有心肌酶谱和血脂等[27]。研究发现，外周血中PRMT5 较低的患者易发生急性心肌梗死（AMI），PRMT5 低表达是AMI 发生的独立危险因素[28]。粥样斑块的形成是血管内皮损伤与多种炎性因子共同驱动的结果，CXC 趋化因子配体（CXCL）10 和CXCL11 具有促进白细胞募集、黏附和外渗的作用，PRMT5 可促进二者表达，从而间接促使内皮损伤和斑块形成[29-30]。上述研究提示PRMT5 在促进动脉粥样硬化过程中发挥着双向作用。

2.3 PRMT5与血管形成

人体的血管网络一般处于静止状态，但在某些因素刺激下具有强大的再生能力，如肉芽肿和肿瘤形成过程中会有新的血管形成[31]。血管生成是靠内皮细胞增殖到周围基质中，并形成连接相邻血管的固体芽来实现的[32]，黏附因子在其中发挥重要作用。ETS基因是体内编码黏附因子、控制胚胎发育和血管生成的重要基因，PRMT5 通过控制ETS基因的转录因子ETV-2 的表达来调节血管生成，PRMT5 不是通过转移甲基发挥作用，而是作为支架蛋白促进染色质环化来调控目的基因表达[33]。PRMT5 的这种作用虽然属于基因的表观遗传控制，但是独立于其催化活性，这在心血管领域较为独特[34]。此外，在血管内皮细胞中，PRMT5 还可以调节组蛋白H4R3 和H3R2 的对称二甲基化水平，参与血管的发育和血管屏障的形成[35]。这些研究结果提示PRMT5 具有影响血管生成的重要作用。

2.4 PRMT5与心肌电生理活动

心肌细胞外的Na＋通过选择性电压门控离子通道进入心肌细胞，引起细胞去极化，触发心脏收缩活动。Nav1.5 通道蛋白是复杂的大分子跨膜蛋白，参与心脏细胞动作电位的形成及电冲动的传导[36]。Nav1.5 翻译后需进行精氨酸甲基化修饰[37]，PRMT5 和PRMT3 催化这一过程。正常生理条件下，PRMT5 可以促进Nav1.5 的表达，增加心肌电流密度，从而使心肌收缩增强[18,38]。PRMT5 参与电生理活动的特性有望为研发抗心律失常药物提供新的方向。

3 PRMT5抑制剂的研究进展

PRMT5 参与多种疾病发病过程，但目前尚无PRMT5 抑制剂被批准用于心血管疾病的治疗，仍停留于基础研究阶段，主要原因是PRMT5 抑制剂特异性较差，多是泛蛋白甲基转移酶抑制剂[39]。

PRMT5 抑制剂主要分为3 类，为SAM 类似物、N-烷基-9H-咔唑类似物、四氢异喹啉依赖的抑制剂[40-41]。SAM 类似物以DS-437 和MTA 为代表，它们能够与SAM 竞争性结合到PRMT5 的催化结构域上，从而起到抑制PRMT5 的作用。DA-437 是双特异性PRMT5 和PRMT7 抑制剂[42]；甲基硫腺苷磷酸化酶（MTAP）是蛋氨酸回收途径的关键酶，MTA 是类似MTAP 的底物，它能够在MTAP缺失的细胞中增强PRMT5 的抑制作用[43-44]。N-烷基-9H-咔唑类似物有CMP5、HLCL-61 和HLCL-65[45]。CMP5通过抑制PRMT5甲基转移酶活性，选择性阻止组蛋白H4R3 的对称二甲基化，从而阻断B 细胞活化，可以用于治疗多发性硬化[46]；HLCL-61 通过抑制PRMT5，使微小RNA（miRNA）-29b 的表达显著增加，抑制急性髓系白血病（AML）进展；HLCL-65 是HLCL-61 类似物，HLCL-65 可通过抑制PRMT5，抑制慢性淋巴细胞白血病且对自身免疫性脑脊髓炎也有一定治疗效果[47]。四氢异喹啉依赖的抑制剂包括EPZ015666、EPZ015866、EPZ015938（GSK3326595）等，是通过高通量筛选方法合成的化合物，能够阻断PRMT5，优点是特异性高，缺点是体内清除率低。EPZ015666 与SAM 为非竞争性抑制，也是研究PRMT5 在疾病状态中生物学特性的参考抑制剂[48-49]。除了上述常用的PRMT5 抑制剂，还有C220、GSK591、JNJ-64619178 等，涉及肺癌、造血系统恶性肿瘤、类风湿关节炎、神经纤维瘤、骨肿瘤等多种疾病，均处于基础研究阶段[50]。