p53 在心臟疾病發(fā)生、發(fā)展、治療中的作用

盧婷婷 綜述 付煒 審校

【提要】心臟疾病為全球十大致死性疾病之一，嚴(yán)重威脅人類健康和生命安全。目前，治療心臟疾病的方法多為姑息性療法，我們亟待尋找新的更有效的心臟疾病治療方案。近年來，p53 在心臟疾病中的作用受到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。p53 作為一種轉(zhuǎn)錄因子，可通過抗血管生成、促進(jìn)凋亡、調(diào)控自噬、阻滯細(xì)胞周期、調(diào)節(jié)代謝等途徑，來參與心臟疾病的發(fā)生、發(fā)展和治療。此外，p53 在體外還可提高干細(xì)胞誘導(dǎo)分化效率、促進(jìn)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的心肌細(xì)胞成熟。這些將有助于心臟疾病干細(xì)胞療法的發(fā)展，故未來p53 可能成為心臟疾病治療的新靶點(diǎn)。本文對(duì)p53 在心臟疾病的發(fā)生、發(fā)展、治療中的作用進(jìn)行綜述。

心臟疾病是全球十大致死性疾病之一[1]，是重要的公共健康問題[2]。雖然目前心臟疾病的治療已取得了很大進(jìn)展，但仍是造成全球死亡率和發(fā)病率增高的主要原因[3]。因此尋找更好的方案來治療心臟疾病非常重要。研究顯示，p53 在體內(nèi)可影響心血管的病理性改變，故可通過調(diào)控p53 來改善心臟損傷。此外，p53 還可能改善干細(xì)胞療法在心臟疾病中的應(yīng)用。目前已有研究證明，干細(xì)胞可以通過形成新的心肌和提高受損心臟功能來治療心臟疾病[4-5]，但其臨床應(yīng)用仍面臨著很多問題，如干細(xì)胞的分化效率不高和干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的心肌細(xì)胞發(fā)育不成熟等[5]。研究證明，p53 對(duì)干細(xì)胞分化效率及干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的心肌細(xì)胞的成熟存在調(diào)控作用，故p53 可能促進(jìn)此治療方法的發(fā)展。因此，p53 可能會(huì)成為未來治療心臟疾病的重要靶點(diǎn)。本文對(duì)p53 在心臟疾病發(fā)生、發(fā)展、治療中的作用進(jìn)行綜述。

1 p53 的概述

p53 是一種腫瘤抑制基因，在p53 功能正常的機(jī)體中，致癌因素的作用會(huì)激活平時(shí)低表達(dá)的p53，造成其在細(xì)胞核中集聚并產(chǎn)生應(yīng)答，導(dǎo)致該細(xì)胞的生長(zhǎng)停滯或凋亡，抑制其克隆性異常生長(zhǎng)，阻止該細(xì)胞的突變傳至下一代細(xì)胞，從而抑制腫瘤的形成。p53 表達(dá)異常的細(xì)胞不能對(duì)應(yīng)激產(chǎn)生合適的應(yīng)答，從而導(dǎo)致突變的累積，最終導(dǎo)致腫瘤的產(chǎn)生[6]。

p53 可調(diào)控多種細(xì)胞活動(dòng)，包括細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化和細(xì)胞凋亡。p53 可抑制細(xì)胞增殖，系通過調(diào)控下游基因p21 的表達(dá)以間接調(diào)控細(xì)胞周期，p53 的磷酸化激活可上調(diào)p21 的表達(dá)，上調(diào)的p21 通過多種途徑將細(xì)胞周期阻滯在靜止期（G0期）、DNA 合成前期（G1 期）或DNA 合成后期（G2 期）[7-9]，進(jìn)而抑制細(xì)胞增殖。p53 可促進(jìn)細(xì)胞分化，細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)，故基因表達(dá)的調(diào)控為細(xì)胞分化的核心問題。p53 作為一種轉(zhuǎn)錄因子可以在轉(zhuǎn)錄水平對(duì)基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞的分化，如p53 通過直接抑制重要的胚胎干細(xì)胞（Embryonic stem cells，ESCs）轉(zhuǎn)錄因子Nanog 的轉(zhuǎn)錄來誘導(dǎo)ESCs 的分化[10]。p53 還可通過多種途徑參與細(xì)胞凋亡，可直接參與線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[11-12]，也可調(diào)節(jié)下游基因p21 來間接調(diào)控細(xì)胞凋亡[13]。p53 調(diào)控各種細(xì)胞活動(dòng)的能力為其在心臟疾病發(fā)生、發(fā)展、治療中發(fā)揮作用奠定了基礎(chǔ)。

2 p53 與心臟疾病的發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系

p53 在心臟疾病發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮的作用極其復(fù)雜，可通過抗血管生成、促進(jìn)凋亡、調(diào)控自噬、阻滯細(xì)胞周期、調(diào)節(jié)代謝等途徑來影響心血管的病理性改變[14]，從而導(dǎo)致心臟疾病的發(fā)生并調(diào)控心臟疾病的發(fā)展。p53 通過不同途徑所造成的結(jié)果各異，但除p53 介導(dǎo)的胞質(zhì)中的自噬作用會(huì)對(duì)心臟產(chǎn)生保護(hù)性作用外，其他途徑均會(huì)在不同程度上造成心臟的損傷。

2.1 p53 抗血管生成作用與心臟疾病的關(guān)系

p53 抗血管生成的具體機(jī)制尚不明確，有研究認(rèn)為p53可促進(jìn)低氧誘導(dǎo)因子1α 的泛素化和蛋白體降解，導(dǎo)致血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)降低[15]，從而抑制血管生成。也有研究認(rèn)為，p53 可以通過下述途徑抑制血管生成：p53 轉(zhuǎn)錄激活α（Ⅱ）-膠原脯氨酰4-羥化酶基因，導(dǎo)致4 型和18 型膠原的抗血管生成片段在細(xì)胞外釋放[16]；另外，p53 激活了血小板反應(yīng)蛋白-1（Thrombospondin-1，TSP-1）基因的啟動(dòng)子[17]，造成TSP-1 的表達(dá)增加，而TSP-1 是內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的內(nèi)源性血管生成抑制劑[18]，其表達(dá)增加可抑制血管生成。p53 的抗血管生成作用可能是導(dǎo)致心力衰竭的機(jī)制之一[19]。研究顯示，p53 的抗血管形成作用可介導(dǎo)代償性心臟肥大向失代償性心功能失調(diào)過渡，并參與糖尿病性心肌病的發(fā)展[14]。

2.2 p53 促進(jìn)凋亡的作用與心臟疾病的關(guān)系

p53 可促進(jìn)凋亡的發(fā)生，可能是因?yàn)閜53 上調(diào)了局部腎素-血管緊張素系統(tǒng)，導(dǎo)致血管緊張素Ⅱ（Angiotensin Ⅱ，AngⅡ）的形成，而Ang Ⅱ在心臟細(xì)胞死亡中發(fā)揮重要作用[20]。此外，p53 可下調(diào)抑制細(xì)胞死亡的基因，如BCL-2，上調(diào)促凋亡因子，如Bax[20]，使心肌細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致心力衰竭。p53 的促凋亡作用可能參與了肥厚性心肌病、糖尿病性心肌病和擴(kuò)張性心肌病的發(fā)展[14]。

2.3 p53 調(diào)控自噬的作用與心臟疾病的關(guān)系

自噬是一個(gè)吞噬自身細(xì)胞質(zhì)蛋白或細(xì)胞器并使其包被進(jìn)入囊泡，并與溶酶體融合形成自噬溶酶體，降解其所包裹的內(nèi)容物的過程。p53 蛋白可根據(jù)其亞細(xì)胞位置的不同，對(duì)此過程產(chǎn)生不同的調(diào)節(jié)作用。在細(xì)胞核中，p53 作為轉(zhuǎn)錄因子，激活自噬，然后促進(jìn)心肌細(xì)胞死亡[21]。然而，在細(xì)胞質(zhì)中，p53通過抑制腺苷酸激活蛋白激酶和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白抑制自噬[22]，從而保護(hù)心肌細(xì)胞。p53 可能通過上述對(duì)自噬的調(diào)節(jié)作用間接影響心肌細(xì)胞。研究顯示，p53 的自噬調(diào)控作用參與缺血性心肌病和阿霉素誘導(dǎo)的心臟中毒的發(fā)生與發(fā)展[14]。

2.4 p53 阻滯細(xì)胞周期的作用與心臟疾病的關(guān)系

p53 可以靶向G1 期到有絲分裂末期的檢查點(diǎn)調(diào)節(jié)劑，調(diào)控細(xì)胞周期，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和衰老進(jìn)程。因此，p53可通過以上機(jī)制來調(diào)控心肌細(xì)胞與心肌纖維細(xì)胞的增殖和衰老，如p53 表達(dá)減少或失活會(huì)導(dǎo)致成纖維增殖，進(jìn)而導(dǎo)致心肌纖維化和心肌重構(gòu)[23]，加重心臟疾病的發(fā)展。

2.5 p53 調(diào)節(jié)代謝的作用與心臟疾病的關(guān)系

p53 的代謝調(diào)節(jié)作用也可能參與心臟疾病的發(fā)生與發(fā)展，如p53 向線粒體遷移可導(dǎo)致線粒體功能損傷，影響細(xì)胞的代謝，進(jìn)而造成心肌細(xì)胞病理性損傷[24]，引起心臟疾病。此外，還有研究顯示，p53 的代謝調(diào)節(jié)作用參與缺血性心肌病、肥厚性心肌病、糖尿病性心肌病和阿霉素誘導(dǎo)的心臟中毒等的發(fā)展[14]。在糖尿病心臟病中，p53 可以通過降低葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT-1 和GLUT-4 以及關(guān)鍵糖酵解酶的表達(dá)來調(diào)節(jié)葡萄糖代謝[25]，造成糖尿病心臟病的加重。

3 p53 與心臟疾病治療的關(guān)系

3.1 p53 體內(nèi)治療心臟疾病

p53 的表達(dá)或活性異?？赏ㄟ^多種機(jī)制影響心臟疾病的發(fā)生和發(fā)展，故調(diào)控p53 在心臟疾病的治療中可能具有重要作用。目前已有多種藥物或分子通過調(diào)控p53 來治療心臟疾病，如納米姜黃素通過防止p53 易位至線粒體來保持線粒體的穩(wěn)定，以防止低氧誘導(dǎo)的人原發(fā)性心室肌細(xì)胞的應(yīng)激[24]；哺乳動(dòng)物Sirt 家族通過p53 的去乙?；褪Щ顏硪种菩募〖?xì)胞凋亡以保護(hù)心臟[26]；長(zhǎng)鏈非編碼RNA（Long intervening noncoding RNAs，LincRNAs）NR_045363 的過表達(dá)通過抑制p53途徑減輕心肌細(xì)胞的凋亡而對(duì)心臟修復(fù)產(chǎn)生積極的作用[27]；p53 促凋亡蛋白抑制劑作為一種p53 抑制劑可通過抑制p53的表達(dá)從而抑制心肌細(xì)胞凋亡來保護(hù)心臟免受缺血損傷[28]。由此可見，抑制p53 的表達(dá)或p53 介導(dǎo)的相關(guān)途徑可以發(fā)揮心臟疾病的治療作用。

3.2 p53 參與干細(xì)胞治療心臟疾病

心力衰竭是大多數(shù)心臟疾病的終末環(huán)節(jié)，也是心臟疾病患者死亡的重要原因。目前，對(duì)心力衰竭的治療多為藥物或介入等姑息性療法，并不能恢復(fù)或長(zhǎng)期維持正常的心功能[29]。干細(xì)胞療法，尤其是移植干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的成熟心室肌細(xì)胞作為一種新興技術(shù)已受到廣泛關(guān)注，不僅可以緩解心力衰竭癥狀，還可通過修復(fù)或再生受損的心肌組織來恢復(fù)心功能[30]。但是，干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞的效率低，且干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的心肌細(xì)胞多處于未成熟的狀態(tài)[5]，這對(duì)治療心肌梗死造成了極大的阻礙，故提高干細(xì)胞誘導(dǎo)分化效率、促進(jìn)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的心肌細(xì)胞成熟顯得尤為重要[31]，而p53 可在這方面發(fā)揮積極作用。

3.2.1 p53 作用于干細(xì)胞

p53 作用于干細(xì)胞可提高干細(xì)胞分化效率，同時(shí)可促進(jìn)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的心肌細(xì)胞成熟[32]。Miller 等[33]將經(jīng)p53 處理的人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（Induced pluripotent stem cells，iPSCs）與未經(jīng)p53 處理的iPSCs 分別誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞，前者在心肌細(xì)胞數(shù)量和成熟度方面均高于后者，可見p53 在干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞的過程中發(fā)揮著重要作用。在此過程中，p53 不僅可以提高干細(xì)胞的分化效率，還可促進(jìn)誘導(dǎo)分化的心肌細(xì)胞成熟，但這種作用的具體機(jī)制尚不明確，認(rèn)為p53可能通過促進(jìn)DNA 受損的iPSCs 凋亡來提高整體iPSCs 的分化能力，iPSCs 中的p53 激活，可特異性殺傷DNA 損傷的iPSCs，繼續(xù)培養(yǎng)穩(wěn)定的DNA 未損傷iPSCs 并將其分化為心肌細(xì)胞，可提高分化效率和最終心肌細(xì)胞的成熟度[33]。

3.2.2 p53 作用于干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的早期心肌細(xì)胞

p53 作用于干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的早期心肌細(xì)胞可促進(jìn)其成熟。有研究在iPSCs 誘導(dǎo)分化的早期心肌細(xì)胞中添加小分子以上調(diào)p53 的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)此處理的心肌細(xì)胞在收縮力、收縮幅度、代謝等方面都更加成熟[32]，這說明p53 的表達(dá)增加具有促進(jìn)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的早期心肌細(xì)胞成熟的作用。該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，p53 的這種作用是通過阻滯細(xì)胞周期造成早期心肌細(xì)胞處于靜止?fàn)顟B(tài)完成的[32]。

哺乳動(dòng)物的心肌細(xì)胞在生長(zhǎng)發(fā)育過程中經(jīng)歷了從胎兒期的增殖狀態(tài)向出生后的靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變的過程[34]，這種狀態(tài)的轉(zhuǎn)變可能與心肌細(xì)胞的成熟機(jī)制關(guān)系密切。雖然處于靜止期的心肌細(xì)胞不再具有再生能力，但其并非處于睡眠狀態(tài)，而是依舊保持著代謝及轉(zhuǎn)錄活性，并可能促進(jìn)早期心肌細(xì)胞發(fā)育成熟。有研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入靜止期后心肌細(xì)胞變得更加成熟，其肌節(jié)結(jié)構(gòu)更加整齊、動(dòng)作電位持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)、代謝更加成熟[32，35]。這說明退出細(xì)胞周期，抑制增殖，進(jìn)入靜止期有促進(jìn)心肌細(xì)胞成熟的作用，而p53 可以通過阻滯細(xì)胞周期抑制增殖，介導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入靜止期[36]，故p53 可能通過此途徑促進(jìn)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的早期心肌細(xì)胞成熟。

4 總結(jié)與展望

p53 是一種腫瘤抑制基因，由這種基因編碼的蛋白質(zhì)可以參與多個(gè)基因的調(diào)控，影響細(xì)胞進(jìn)程，如抑制細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞分化與凋亡，從而參與多種生理及病理性進(jìn)程。其中，p53 因可參與心臟疾病的發(fā)生、發(fā)展而被廣泛關(guān)注，其參與心臟疾病的途徑極其復(fù)雜，可通過抗血管生成、促進(jìn)凋亡、調(diào)控自噬、阻滯細(xì)胞周期、調(diào)節(jié)代謝等途徑來影響心血管的病理性改變。有研究嘗試通過抑制p53 的表達(dá)或阻滯p53 介導(dǎo)的相關(guān)途徑來治療心臟疾病。此外，p53 在體外可提高干細(xì)胞誘導(dǎo)分化為心肌細(xì)胞的效率，并促進(jìn)干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的心肌細(xì)胞成熟，這有助于心臟疾病干細(xì)胞療法的臨床應(yīng)用。未來p53可能成為治療心臟疾病的重要靶點(diǎn)，我們可以嘗試體外調(diào)控p53 來得到足夠數(shù)量成熟干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的心肌細(xì)胞，再移植成熟的心肌細(xì)胞治療心臟疾?。煌瑫r(shí)，可再次體內(nèi)調(diào)控p53的表達(dá)來協(xié)同治療心臟疾病。這可能成為未來治療心臟疾病的新方式。