前蛋白轉化酶枯草菌素9在心力衰竭中的研究進展

陳真，許官學 綜述 馬懿 審校

遵義醫(yī)科大學附屬醫(yī)院心血管內科，貴州 遵義 563000

心力衰竭(heart failure，HF)是各種心臟疾病進展至終末期階段引起的一種復雜的臨床綜合征。近年來隨著人口老齡化趨勢日益加劇，心力衰竭的發(fā)病率、住院率及死亡率也不斷增加，給社會經濟發(fā)展帶來了巨大的負擔。生理情況下，心臟的血液供應主要靠心肌收縮，通過心臟射血來增加心排血量，從而滿足全身各器官的血液需求。當心肌收縮功能障礙后，導致心排血量減少不能滿足組織代謝所需時會發(fā)生循環(huán)障礙，最終導致心力衰竭。研究已證實心肌細胞可以通過細胞凋亡、細胞自噬的方式參與心力衰竭過程[1]。前蛋白轉化酶枯草菌素9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9)是Marianne Abifadel 于2003 年首次發(fā)現(xiàn)的，是控制低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C)的關鍵基因[2]。PCSK9 基因的突變有功能獲得性突變和功能喪失性突變，其中功能獲得性突變與常染色體顯性遺傳性高膽固醇血癥相關，而功能喪失性與降低LDL-C水平和降低冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的發(fā)病概率有關[3]。PCSK9自發(fā)現(xiàn)以來在膽固醇調節(jié)和心血管生物學等領域均有廣泛的研究。隨著對PCSK9 的深入認識，臨床認為PCSK9可能與心力衰竭有一定的相關性。Minana等[4]研究發(fā)現(xiàn)，在急性心肌梗死患者中，循環(huán)PCSK9水平與左心室射血分數(shù)和射血分數(shù)降低呈負相關。BioStat-CHF研究結果顯示循環(huán)中的PCSK9水平與心力衰竭惡化患者的全因死亡風險和復合終點呈正相關[5]。本文就PCSK9的結構、功能以及與心力衰竭關系進行綜述。

1 PCSK9概述

1.1 PCSK9 結構 人PCSK9 基因位于染色體1p32.3，全長約22 kb，有12個外顯子和11個內含子[6]。PCSK9基因編碼692個氨基酸，分子量為72 kDa，包括一個信號肽(1～30位氨基酸)、一個前結構域(31～152位氨基酸)、一個催化域(153～425 位氨基酸)和一個富含半胱氨酸和組氨酸的C-末端結構域(426～692 位氨基酸)[7]。PCSK9首先在內質網中被合成為前體PCSK9，然后在內質網或高爾基體中自身催化成熟，最后從N-末端釋放14 kDa 的前肽，產生約60 kDa 的成熟PCSK9 蛋白并釋放入血[8]。PCSK9 主要由肝臟合成和分泌，其他細胞也可以產生和分泌PCSK9，如心肌[9]、腸[10]、胰腺[11]、脂肪組織[12]、腎臟[13]和腦[14]中的細胞。PCSK9的轉錄和翻譯受多種核因子調控，如固醇反應元件結合蛋白(SREBP-2)和肝細胞核因子1α (HNF1α)[15]。SREBP-2是PCSK9與固醇調節(jié)元件(SRE)啟動子連接的主要轉錄因子[16]。HNF1α通過與啟動子區(qū)域中SRE位點旁邊的位點結合發(fā)揮作用[15]。SREBP-2和HNF1α主要促進PCSK9 的表達[17]。叉頭轉錄因子(FoxO3)可通過招募乙?；窼irt6(sirtuin 6)到PCSK9 基因的近端啟動子區(qū)域，以調節(jié)PCSK9 基因中的組蛋白乙?；?，從而抑制PCSK9基因表達[18]。

1.2 PCSK9 功能 目前發(fā)現(xiàn)PCSK9 最重要的功能是參與低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor，LDLR)的表達調控，進而調節(jié)血液中的LDL-C的水平。血液中LDL-C 的清除和分解代謝發(fā)生在肝臟，肝細胞表面表達LDLR，LDLR攝取LDL-C并將其從循環(huán)中清除[19]。PCSK9 的催化結構域可以與低密度脂蛋白表皮生長因子前體同源結構域A(EGF-A)相互結合，從而阻止LDL-C與LDLR結合。當PCSK9與LDLR 結合的復合體(LDL-C/LDLR)進入網狀蛋白小泡內的細胞內時，由于PCSK9原結構域和LDLR之間額外的離子-離子相互作用，溶酶體中的酸性環(huán)境促進了LDL-C從復合體中分離出來，并使PCSK9/LDLR的親和力增加150倍。最后PCSK9像柱子一樣將LDLR保持在開放構象中，而不發(fā)揮蛋白水解的作用，并防止返回細胞表面所必需的閉合構象轉變，這導致肝細胞表面LDLR 的表達減少，從而降低了從血液中清除LDL-C的能力[20]。因此，PCSK9在調節(jié)血液LDL-C水平中起著非常重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，PCSK9除具有調節(jié)脂代謝作用外，還可能與心力衰竭的發(fā)生有關，然而目前關于PCSK9在心力衰竭的病理生理過程中的作用尚在研究中。

2 PCSK9與心力衰竭

2.1 PCSK9 與心肌收縮功能 心肌收縮功能下降是引起心力衰竭的主要原因之一[21]。目前有研究已證實血清中氧化型低密度脂蛋白膽固醇(oxidized low-density lipoprotein cholesterol，oxLDL)水平直接影響心肌的結構和功能，而PCSK9 可能參與該過程。Schluter等[9]發(fā)現(xiàn)通過沉默oxLDL 受體、阻斷p38 絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)的激活和沉默PCSK9 可以減弱oxLDL對心肌收縮功能的損害作用；他們也發(fā)現(xiàn)增加血清中oxLDL 的濃度會導致PCSK9 的表達增強，并引起原肌球蛋白的氧化修飾，進而顯著降低了心肌的收縮功能。因此PCSK9 可能參與oxLDL 調控心力衰竭的發(fā)生發(fā)展的過程。Wolf 等[22]采用PCSK9抑制劑抑制PCSK9 的表達，發(fā)現(xiàn)可改善oxLDL 對心肌收縮功能的損害。此外，敲除小鼠PCSK9基因后左室舒張末期壓力、左心室內壓最大上升速率和左心室內壓最大下降速率顯著增加，左心室收縮功能出現(xiàn)增強。而另一項研究通過在小鼠腹腔注射oxLDL，4 周后發(fā)現(xiàn)血清和心臟中PCSK9 水平升高，oxLDL 增加PCSK9表達，增加線粒體氧化應激、線粒體裂變和心肌細胞凋亡，導致心肌收縮功能障礙[23]。該研究結果顯示，抑制PCSK9可能產生心臟保護作用。

2.2 PCSK9 與細胞自噬 細胞自噬是一種應激反應時的自我降解過程，在平衡能量來源和去除折疊錯誤的蛋白質方面起著關鍵作用，因此細胞自噬也被認為是促進細胞在正常條件下存活的一種保護和適應機制[24]。在心臟作用方面，生理情況下自噬對心肌細胞具有保護作用。但當自噬被過度激活后，會導致細胞器破壞，造成心肌細胞死亡，從而導致心功能不全。自噬過程受多種信號通路的調控。一項研究顯示在心肌缺血再灌注損傷時心肌PCSK9 水平表達增加，自噬調節(jié)蛋白輕鏈3(LC3)和自噬相關蛋白Beclin-1水平也升高，心肌細胞自噬被激活，心肌損傷加重[25]。同時還發(fā)現(xiàn)PCSK9 通過Bcl-2 腺病毒/E1B 19 kD 相互作用蛋白3(BNIP3)通路調節(jié)自噬，加重心肌損傷，導致心力衰竭。使用PCSK9抑制劑可顯著降低細胞自噬，增強心臟功能。另一項研究顯示心肌缺血時釋放的PCSK9 參與細胞自噬的發(fā)展[26]。該研究使用兩種不同的PCSK9 抑制劑(Pep2-8 和EGF-A)處理野生型小鼠或PCSK9基因缺乏的小鼠，結果顯示抑制PCSK9顯著減少了細胞自噬，同時改善心臟收縮功能。此外，研究還顯示在缺氧誘導下用重組PCSK9處理心肌細胞會導致LC3 和Beclin-1 表達增強，而用PCSK9小干擾RNA(PCSK9 small interfering RNA，PCSK9 siRNA)抑制PCSK9 會導致LC3 和Beclin-1 表達減弱，這提示PCSK9 可能在自噬中發(fā)揮作用?？傊琍CSK9 的表達與自噬的發(fā)生有關，PCSK9 表達增加可激活細胞過度自噬，從而細胞死亡增加，導致心功能不全或心力衰竭。因此，抑制PCSK9水平可減少細胞自噬發(fā)生，可能具有改善心臟功能作用。

2.3 PCSK9 與細胞凋亡 細胞凋亡在心肌梗死后心力衰竭的發(fā)生和發(fā)展過程中起著關鍵作用，影響著心臟功能的恢復。細胞凋亡過程受多種凋亡蛋白調節(jié)，其中關鍵調控蛋白是Bcl-2家族，包括Bax 蛋白和Bcl-2 蛋白，Bax 蛋白是誘導細胞凋亡，而Bcl-2 蛋白是抑制細胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)oxLDL 可使促凋亡蛋白Bax 表達增加，而抗凋亡蛋白Bcl-2 則表達下降[27]。使用PCSK9 siRNA 沉默PCSK9 后，oxLDL 的促凋亡效應被抑制，細胞的凋亡減少。因此，oxLDL 可以通過誘導細胞凋亡來上調PCSK9 的表達。動物實驗表明，在敲除載脂蛋白E 基因的小鼠中，PCSK9 siRNA可以降低p38MAPK 的活化和c-Jun 氨基末端激酶(JNK)的磷酸化，進而減少細胞凋亡的發(fā)生，這提示PCSK9 可通過JNK/p38MAPK 途徑促進細胞凋亡[28]。此外，PCSK9 與線粒體DNA 損傷之間可能存在相互作用，用促炎刺激脂多糖處理培養(yǎng)的平滑肌細胞可刺激PCSK9 的釋放，在線粒體活性氧的參與下，通過p38MAPK 信號通路誘導線粒體DNA 的損傷，進而導致細胞凋亡[29]。因此PCSK9 通過調節(jié)細胞凋亡從而參與心力衰竭的發(fā)生過程。

2.4 PCSK9 調節(jié)脂肪酸代謝 心臟是人體消耗能量最多的器官，但在心肌細胞中儲存ATP的濃度很低，所以需要持續(xù)給心肌提供能量，不斷產生ATP 來維持心臟的正常功能，當心肌受損后，會導致心肌能量代謝發(fā)生障礙，進一步導致心功能不全、心室重構。游離脂肪酸是心肌的主要能量來源。心肌細胞中脂肪酸代謝減少會導致心功能不全[30]，CD36 是轉運游離脂肪酸至心肌細胞的主要蛋白[31]，CD36缺乏可能與心肌損傷相關的心力衰竭有關[32]，PCSK9可通過結合CD36來下調心肌CD36的含量和表達，進而降低脂肪酸代謝水平，導致心肌能量代謝障礙，發(fā)生心力衰竭[33]。而另一項研究發(fā)現(xiàn)，PCSK9 缺乏可能通過CD36 來增加脂質累積，進而導致射血分數(shù)保留的心力衰竭[34]。因此，PCSK9 會導致心力衰竭的發(fā)生，但是缺乏PCSK9同樣也可能導致發(fā)生心力衰竭，未來需進一步研究PCSK9在心力衰竭中的發(fā)生作用。

3 總結

綜上所述，PCSK9 可能通過降低心肌收縮功能、誘導細胞過度自噬和凋亡、調節(jié)脂肪酸代謝來參與心力衰竭的發(fā)病過程，且與膽固醇調節(jié)無關。目前已有研究顯示PCSK9缺乏對在心力衰竭中產生積極作用，但也有研究指出PCSK9 缺乏會導致射血分數(shù)保留的心衰，具體的生理機制還有待進一步研究。PCSK9盡管發(fā)現(xiàn)得早，但它可能還具有未被挖掘的其他功能，因此未來需要對PCSK9進行更深入的研究，以便發(fā)現(xiàn)更多PCSK9在心血管疾病中的潛在治療靶點。