版去泛素化酶在心血管疾病中的研究进展全文.docx

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版去泛素化酶在心血管疾病中的研究进展全文

2020版去泛素化酶在心血管疾病中的研究进展（全文）

心血管疾病是一类涉及心脏或血管的疾病，例如心脏肥大和心肌梗塞,心力衰竭,高血压心脏病，主动脉瘤，外周动脉疾病等。

随舂社会经济的发展，人口老龄化进程加速，国民生活方式发生深刻变化，在发展中国家尤其是中国，心血管疾病发病和死亡率呈快速上升趋势，我国医疗卫生保障和疾病预防事业面临严峻挑战。

因此，硏究心血管疾病的发病机制和靶向治疗药物刻不容缓。

去泛素化酶（DeubiquitinatingenzymezDUB）参与了多种疾病的发生发展，如癌症，神经系统疾病等。

DUB与这些疾病的研究较为广泛，而近年来DUB在心血管疾病的硏究也受到越来越多的关注，本文就目前DUB与心血管疾病的硏究进展做一综述,以期为该领域的硏究提供新的思路和硏究方向。

—、DUB分类及作用

真核细胞可通过三种不同的系统进行蛋白质降解：

线粒体蛋白酶,主要降解线粒体蛋白质；溶酶体,主要降解膜蛋白和内吞蛋白；泛素-蛋白酶体系统，主要降解各种细胞内蛋白质。

其中泛素-蛋白酶体系统是细胞内蛋白质降解的重要途径，该系统具有四个主要组件：

蛋白酶体，泛素，促进泛素化的各种酶和DUB。

蛋白酶体是负责降解细胞内蛋白质的大蛋白质复合物；泛素（Ubiquitin,Ub）,因其细胞内广泛表达而命名，是一种高度保守的含76个氨基酸残基的蛋白。

泛素化是ATP依赖的动态和可逆过程，通过一系列酶促反应实现，主要是三类酶：

泛素激活酶，泛素结合酶和泛素连接酶（E3ubiquitinligase,E3）,在ATP存在的情况下泛素激活酶激活泛素,随后将活化的Ub转移到泛素结合酶的半胱氨酸残基,最后通过E3结合将靶蛋白泛素化。

单个Ub标记到目标蛋白上为单泛素化。

Ub本身含有的七个赖氨酸残基（K6zK11,K27,K29,K33,K48和K63）,均可进一步参与泛素化，即几个赖氨酸残基上连接的泛素分子可以被叠加，形成泛素链,称为多泛素化［3］。

在一般情况下，单泛素化很大程度上与染色质调节，细胞内蛋白质分选和运输有关，而多泛素化大多数与通过蛋白酶体或自噬等降解的蛋白质信号传递和清除相关［4］。

底物分子多聚泛素链的类型影响了其参与的重要生理过程：

K48多聚泛素链通过促使目标蛋白被蛋白体降解来调节细胞内蛋白水平；K63多聚泛素链参与细胞内吞过程中的货物运输，炎症和DNA修复等过程；而K11连接的多聚泛素链则参与细胞有丝分裂调控和内质网相关降解。

除了蛋白酶体，泛素，促进泛素化的各种酶之外，细胞中还存在许多DUB。

DUB不仅可以去除底物上的泛素链，稳定底物蛋白，回收泛素，使泛素化可逆；DUB也可以使泛素前体蛋白转化为泛素，促进编码泛素或与核糖体蛋白融合的基因表达⑸。

使用实验和生物信息学方法已经在人类中鉴定了近100个DUB。

根据催化结构域的不同，DUB可分为五个不同的家族，包括四个半胱氨酸蛋白酶家族:

泛素C末端水解酶（Ubcarboxyl-terminalhydrolase,UCH）,泛素特异性蛋白酶（Ub-specificprotease,USP/UBPs）,

Otubain结构域泛素结合蛋白（ovariantumor,OTU）zMachado-Joseph结构域Josephin结构域）-包含的（Machado-Josephdiseaseproteindomain,MJD）蛋白酶z以及一个全属蛋白酶家族：

含有Jab1/Pab1/MPN结构域（Jab1/Mov34/Mpr1Pad1N-terminak,JAMM）的蛋白酶［6,7］。

DUB是在相连的泛素蛋白分子之间或泛素蛋白和修饰的蛋白之间切割肽键或异肽键的蛋白酶，使泛素化成为一个可逆的过程。

不同DUB可以区分不同的多聚泛素链，而呈现链特异性的去泛素化作用。

USP和OTU蛋白酶家族具有K48和K63特异性JAMM/MPN1家族对K63链有特异性,部分OTU家族的DUB具有针对K6,K11,K29和K33泛素连接的特异性。

除具有链特异性外，一部分DUB可靶向较长的泛素链，例如MINDY,YOD1和ATXN3;一部分DUB可从特定的蛋白质底物上切割单泛素如组蛋白导向的DUB也有的能够切割完整的泛素链如蛋白酶体DUB。

此外，还有一部分DUB可特异性靶向泛素样分子如USPL1靶向SUMO蛋白酶，USP18靶向ISG15特异性蛋白酶，COP9信号小体复合物亚基5（COP9signalosomecomplexsubunit5,CSN5）靶向NEDD8⑹。

二、DUB在心脏疾病中的作用

（-）DUB与心脏重塑和肥大

心月曲巴大是心肌细胞的增大或增厚，根据心脏功能正常与否可分为生理性心脏肥大和病理性心脏肥大。

生理性肥大是指由于长期反复活动,心脏工作量增加，逐渐引起心肌张力性扩大,是机体适应性反应。

例如运动员长期从事运动可导致心脏生理性心脏肥大，而慢性心脏疾病如高血压或瓣膜疾病，使心脏内血液循坏障碍,增加心脏的负荷，导致心脏病理由巴大。

其主要特征为心室过度增厚，并伴有心肌功能障碍和纤维化,最终导致心脏的泵血能力下降和心脏功能障碍甚至发展到心力衰竭和病理重塑。

而肥厚性心脏的心肌的耗氧量增加更容易导致的心肌供氧不足，因此，病理性心脏肥大常常伴发及加重其他心血管疾病，包括冠心病，心肌梗塞，心律失常等［8］。

越来趣多的证据表明，泛素-蛋白酶体系统与心脏疾病密切相关。

最新的硏究报道发现,DUB在保护心脏病理性肥大方面发挥了重要作用。

转化生长因子激酶1（Transforminggrowthfactorbeta-activatedkinase1,TAK1）是MEKK家族成员，是调控心月曲巴大的关键分子。

TAK1可以激活下游p38和JNK1/2激酶，增加心脏的压力负荷，刺激细胞扩大和腔室重塑,诱导心脏肥大性反应。

在肥大的心脏中，USP4水平持续降低，而USP18的水平则呈保护性上升。

小鼠心肌细胞特异过表达USP4或USP18均可通过阻断TAK1依赖性p38和c-Jun氨基末端激酶1/2

（c-JunN-terminalkinase1/2,JNK1/2）信号传导减轻了心肌月巴大，心肌纤维化，心室扩张并保留了射血功能和收缩功能，这表明USP4和USP18是一种有效的分子开关，可抑制TAK1过度激活［9,10］。

A20/TNFAIP3/TNFAIP3是经典的细胞内炎症负调控因子，作为DUB在心血管系统中被广泛研究。

有文献表明，NF-kB可能心肌细胞的肥大信号通路中发挥重要作用。

用PE或ET-1刺激心肌细胞时,A20/TNFAIP3和NF-kB同时被激活，A20/TNFAIP3可能作为内源性反馈因子,抑制心脏中的NF-kB信号传导并减弱心肌细胞肥大［11］。

此外，A20/TNFAIP3也可通过阻断TAK1依赖性信号传导改善心脏功能，抑制心脏肥大［12］。

与具有心脏肥大保护作用的DUB相反，一些DUB在肥大性心脏病进展过程中起促进作用。

肝糖合成酶激酶3^（Glycogensynthasekinase3P，GSK-3p）是一种丝氨酸苏氨酸蛋白激酶，参与许多疾病如糖尿病,心衰，癌症的调节，是心肌肥大的负调节剂。

GSK-邛转基因小鼠出生后心肌细胞生长明显受损,心脏收缩功能明显异常［13］。

有硏究发现USP14在心脏肥大反应中上调,而抑制USP14的活性,可减少GSK-3［3的磷酸化,缓解心脏肥大反应，提示USP14可能成为治疗心脏肥大的潜在靶点［14］。

骨骼肌LIM蛋白1（SkeletalmuscleUMprotein1,SLIM1）在心肌病的发病机理中起关键作用。

在肥厚性心肌病的小鼠模型中，心脏SUM1的表达上调。

USP15可以去除SUM1泛素链，导致其蛋白水平显著增加，引起心脏肥大［15］。

这些研究阐明DUB在病理性心脏重塑和肥大的发病过程中非常重要，可作为心脏^大性反应的内源性正调节或者负调节因素，为治疗心脏肥大提供了新思路。

（二）DUB与心肌梗塞

在西方国家，心肌梗塞是导致死亡的主要原因。

急性心肌梗塞是由冠状动脉的血栓闭塞引起的缺血导致的。

缺氧^营养供应障碍导致心肌内发生一系列生化和代谢变化。

细胞功能障碍，损伤或死亡的程度受缺血的程度和持续时间的影响。

促血管新生疗法是治疗急性心肌梗塞的一种有效策略，可显著改善缺血区域的血液供应，降低心肌梗死患者的梗死面积和死亡率［16］。

对缺氧做出反应的缺氧诱导因子1a（Hypoxia-induciblefactors,HIF-1a）的激活通常被认为是的血管新生的标志。

有研究表明,HIF-1a参与了单核细胞趋化蛋白诱导蛋白（Monocytechemotacticprotein-inducedprotein,MCPIP）诱导的血管新生的过程，其中潜在机制可能是MCPIP的DUB活性使内皮细胞中的HIF-1坏能被泛素化降解，从而稳定或促进其核转位，促进血管新生［17］。

NOTCH信号有助于在血管新生过程中向现有的血管网络增加新的血管的出芽，硏究发现内皮细胞敲除USP10的小鼠可通过上调NOTCH1在细胞中的表达促进血管新生［18］。

肿瘤抑制因子（Cylindromatosis,CYLD）引起毛细血管出芽増加而在血管新生中起重要作用［19］。

血管生成测定结果显示，内皮细胞中A20/TNFAIP3/TNFAIP3也能够引起以及毛细血管出芽增加，而A20/TNFAIP3又是经典的炎症负调节分子，因此可以作为治疗心肌梗塞的分子进行进一步硏究［20］。

综上所述，DUB作为促进血管新生的关键因素,其可能是治疗急性期心肌梗塞有效靶点。

尽快恢复血流是当前治疗的主要方法,但是长时间缺血后，恢复氧气和营养供应的同时,由于缺血细胞中抗氧化剂的浓度降低，局部炎症和活性氧（Reactiveoxygenspecies,ROS）的产生增加。

ROS引起氧化应激,促进内皮功能障碍,DNA损伤和局部炎症反应，从而介导不可逆的细胞损伤和死亡［21］。

因此,了解缺血-再灌注（Ischemia/reperfusion,I/R）损伤的详细机制不仅可以为新的治疗方法提供策略，而且可以为预防心肌损伤提供坚实的基础。

Abrol（也称为KIAA0157）是一种支架蛋白，可募集多肽以组装BRISC（含BRCC36的异肽酶复合物），而后者是一种K63泛素化的特异性DUB。

硏究表明Abrol主要在心肌细胞中表达,其蛋白水平在心肌梗塞区域和冠状动脉疾病中增加，这种上调可作为一种心脏保护机制，抵抗氧化应激诱导的细胞凋亡［22］。

因此，Abrol可以减缓由于缺血再灌引起的心肌细胞的细胞损伤和细胞死亡。

同时,USP49也被发现在I/R损伤后上调，它可以通过与双特异性蛋白磷酸酶（Dual-specificityphosphatase,DUSP）相互作用,抑制JNK1/2信号通路激活而导致的心肌细胞活力降低和凋亡。

反之，USP9X可通过激活JNK和p38MAPK信号通路介导氧化应激诱导的细胞死亡,提示抑制USP9X可能起到保护心肌I/R损伤的作用［23,24］。

另外，在I/R损伤的过程中，钙超载可通过增加ROS，激活炎性细胞,破坏细胞膜和干扰线粒体功能,诱导细胞凋亡,［21］。

DUB在调节细胞内

Ca2+稳态中起重要作用。

最近的报告发现，BRCA1相关蛋白1（BRCA1associatedprotein-1,BAP1）是UCH亚家族的成员，其位于内质网,可稳定3型肌醇-1,4,5-三磷酸受体（Type-3inositol-1,4,5-trisphosphatereceptor,IP3R3）的水平，调节内质网中钙离子的释放，増加细胞内钙离子水平，促进细胞凋亡。

因此，抑制BAP1可以降低细胞内IP3R3和钙离子的水平，阻止细胞损伤和凋亡［25］。

另外，L型钙离子通道在组织中广泛分布，并在心脏生理反应中发挥重要作用，有硏究发现,降低具有泛素化酶活性的CSN5在大鼠心脏和心肌细胞中的表达，可以激活细胞内L型钙离子通道的活性，表明CSN5可能通过与心脏L型钙离子通道相互作用，参与调节细胞内的钙离子水平［26］。

上述硏究均表明靶向特定DUB可通过降低细胞内钙离子的水平，保护I/R引起的心肌细胞的损伤和凋亡。

这些研究均阐述了DUB通过调节血管新生，氧化应激,细胞内钙离子水平在心肌缺血,心肌梗塞，和I/R损伤中的作用，而DUB是否通过其他机制进一步参与这些过程需要更多的硏究来证明。

此外，硏究DUB在各种心脏疾病中的功能也能够为预防心力衰竭的发生带来新视野。

三、DUB与血管疾病

（-）DUB与动脉粥样硬化

1.DUB在早期动脉粥样硬化中的作用

内皮细胞功能障碍出现在血管易发病变区域，是动脉粥样硬化病变最早可检测到的变化。

在动脉粥样硬化发病过程中,多种复杂的致病因子作用于内皮细胞，引起内皮细胞的异常活化和损伤，导致VE-caderin的减少,破坏内皮细胞的粘附连接,增加循坏中脂蛋白的局部渗透。

A20/TNFAIP3可以促进内皮细胞VE-caderin在粘附连接中的表达，具有维持和修复受损的内皮屏障的功能，因此维持A20/TNFAIP3在内皮细胞中的表达可以减轻动脉粥样硬化过程中致病因子引起的内皮屏障功能破坏[27],有利于在早期抑制疾病的进展。

另外，上调的炎症反应的被认为是动脉粥样硬化病变开始的动力，涉及多种细胞类型，包括巨噬细胞，内皮细胞，平滑肌细胞等。

活化的内皮细胞，平滑肌细胞，单核细胞/巨噬细胞协同作用使血管呈持续的慢性炎症状态，促进动脉粥样硬化病变的进展。

表1早期动脉粥样硬化中协调炎症信号通路的DUB

DUB

作用ate

程

UCHLl^l

IteBcc

內皮细胞,血管平

滑肌细胞

隆低炎症因子的夷达

CYLD

TRAJ2

内皮细胞

抑制炎症信号通賂

USP20^'J

P-arrestm2TARF6

血管平滑肌细胞

抑制炎症信号通路

RIPKL

血管平溜肌细胞

A20/DIFAIP3TNFAIP护

:

21

1

IkBce

內良细胞

减轻粘附分子和促炎细胞因子的

表达，以及单核细胞粘附

CSN何

IkBce

內皮细胞

减轻炎症反应和单核细胞粘甜

USP251U1

IkBMAPK

VWv«\

巨噬细胞

抑制炎症信号通路

MCPIP1I列

TRAI2,TRAF3,

TRAF6

巨噬细胞

抑制炎症信号通路

Cezanne

KIF4a

内皮细胞

诱导细胞増疽和炎症

USP12P"

ItiBcc

巨噬细胞

促逬炎症信号通路

USP2USP14I^

TNT

vw^-vw

巨噬细胞

促逬炎症信号通路

2.DUB在动脉粥样硬化进展中的作用

巨噬细胞是疾病进展中的主要免疫细胞，起源于骨髓中的髓样祖细胞。

经典的炎性巨噬细胞表型称为M1型。

全属蛋白酶家族的MYSM1控制巨噬细胞的存活并促使其向M1型转化，产生更多促炎因子［39］,而A20/TNFAIP3/ABIN则可以抑制其向M1型极化效率低下［40］。

泡沬细胞的形成是动脉粥样硬化进展的标志。

Ox-LDL被巨噬细胞的清道夫受体识别并摄取,其过度摄入或排出障碍是泡沫细胞产生的主要原因。

在A20/TNFAIP3/TNFAIP3敲除的小鼠中清道夫受体CD36的水平明显増加,导致脂肪酸和胆固醇的摄取和合成增加［41］。

另外，巨噬细胞的胆固醇流出取决于膜泵例如ATP结合盒（ABC弃专运蛋白ABCA1和ABCG1。

有文献表明泛素化的ABCA1的水平可以被CSN降低，通过其DUB的活性抑制了ABCA1的降解［42］。

以上文献均提示巨噬细胞内的DUB可能通过调节细胞极化，细胞内的脂质的水平来调控动脉粥样硬化的进展。

动脉粥样硬化进展过程中另一个重要部分是血管平滑肌细胞的表型转化。

_些研究表明”DUB通过影响血管平滑肌细胞的表型转化,在动脉粥样硬进展阶段发挥一定功能。

CYLD可以通过破坏细胞周期蛋白D1和E2F途径弓I起的血管平滑肌细胞的增殖［29］。

A20/TNFAIP3/TNFAIP3通过増加细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21waf1和p27kip1的表达并阻断NF-kB和NF-kB依赖性蛋白水平，显示出抗增殖和抗炎的功能［43］。

相反，USP39又能够促进血管平滑肌细胞的增殖［44］。

由此可以推断，在此阶段，靶向不同的DUB，抑制平滑肌细胞的表型转化的可能是一种有效的治疗方法，通过抑制平滑肌细胞的增殖和迁移可以减缓动脉粥样硬化进程。

3.DUB在晚期动脉粥样硬化中的作用

在晚期病变中，细胞大量凋亡导致清除死细胞的能力不足和过度的炎症反应是病变进展和斑块不稳定的关键决定因素。

在这些过程中，DUB具有重要的调节作用。

Fas/Fas-legand系统对于诱导巨噬细胞凋亡至关重要。

A20/TNFAIP3/TNFAIP3通过抑制Fas/Fas-legand诱发的caspase-8信号通路以及线粒体相关通路，在巨噬细胞中具有显著的抗凋亡功能［45］。

另外，斑块坏死核中的胆固醇晶体可以激活NOD样受体蛋白3（NODLRR-andpyrindomain-containingprotein3,NLRP3）炎性小体,激活的炎症小体可以大量分泌活性IL-邛和其他细胞因子，从而促进动脉粥样硬化斑块的不稳定性。

A20/TNFAIP3/TNFAIP3和POH1（也称为Rpn11或PSMD14），一种K63特异性DUB，可抑制巨噬细胞中NLRP3炎性小体的激活及其相关的炎症反应［46,47］,有助于维持斑块的稳定性。

相反，USP50,BRCC3,USP7和USP47可以激活NLRP3炎性小体并促进巨噬细胞中促炎细胞因子IL-邛和IL-18的释放［48-50］,从而增加斑块的不稳定性。

越来越多的硏究结果表明了DUB在晚期动脉粥样硬化斑块中具有许多作用。

它们可能是治疗晩期动脉粥样硬化的新靶点。

（二）DUB与动脉瘤

腹主动脉瘤（Abdominalaorticaneurysm,AAA）是指动脉管直径扩张至少是肾动脉正常直径（约2.0厘米）的二分之一［51］。

AAA预示着主动脉破裂的潜在致命后果，其病理特征是进行性管腔扩张，并伴有主动脉壁发炎，内侧平滑肌细胞数量减少和细胞外基质破坏。

A20/TNFAIP3/TNFAIP3通过NO—氧化氮依赖性机制使平滑肌细胞更容易被细胞因子和Fas诱导凋亡［43］z表明A20/TNFAIP3是促进主动脉破裂的潜在因素。

外膜成纤维细胞分化为肌成纤维细胞是AAA进展的重要标志。

研究发现CYLD可通过去泛素化NADPH氧化酶4诱导外膜成纤维细胞的分化为肌成纤维细胞，并导致高同型半胱氨酸血症加重,AAA的形成［52］。

因此,CYLD可能是治疗AAA的新靶标。

越来越多的硏究中提到了DUB和AAA之间的联系，但其中具体的机制还有待进一步确定。

（三）DUB与高血压

高血压通常与慢性肾脏疾病密切相关,是由多种因素引起的复杂的病理过程。

肾小球滤过率降低或肾小管对盐和水的重吸收増加会破坏水和盐的平衡，并导致慢性高血压。

上皮钠离子通道（Epithelialsodiumchannel,ENaC）是一种功能性调节性离子转运蛋白,可介导钠离子在肾脏集合管和血液之间的循环转运。

ENaC的激活增加了钠的重吸收和钾的分泌，这对于维持细胞外的钠离子和血压稳态至关重要。

E3连接酶Nedd4-2诱导的ENaC的泛素化会加速它的内吞降解。

而泛素化障碍则会导致Liddle综合征壬要临床表现为高血压。

有硏究报道USP8通过抑制ENaC在导管上皮细胞内吞过程的降解,选择性地调节ENaC的转运来增加ENaC在细胞表面的表达［53］。

UCHL3是皮质收集管细胞的内体中的主要DUB。

有文献报道抑制UCHL3的活性能够增加ENaC的泛素化，促进其回收，降低ENaC的表面密度［54］。

上述硏究报道均提示DUB能够参与调节ENaC水平，有效降低ENaC在细胞表面的表达对治疗高血压有潜在的参考意义。

明确DUB与钠离子转运过程中相关的信号通路对于维持肾脏中钠离子的稳态，揭示高血压的发病机制至关重要,可为高血压的治疗提供新的见解。

T细胞可通过释放影响肾功能的细胞因子,甚至通过直接与肾小管细胞接触来介导肾脏中的氧化应激和钠离子重吸收而升高血压。

而树突状细胞是激活T细胞的最有效的抗原呈递细胞。

A20/TNFAIP3虽然是经典的NF-kB信号通路抑制分子，但在血压中的作用还没有被完全了解。

最新的硏究发现，树突细胞中的A20/TNFAIP3在血管紧张素输注期间可以通过抑制肾脏中效应T淋巴细胞的积累和肾脏水钠潴留来预防高血压[55],提示了DUB通过影响免疫系统在调节血压反应中的新作用。

因此，对于DUB在高血压中作用的研究较匮乏，需要进一步的硏究来明确两者相互关系及其潜在机制。

四、结语

翻译后修饰是通过影响不同细胞中蛋白质的表达或活性,从而调节不同信号转导途径，参与调控不同细胞的功能。

泛素化是通过用不同的泛素链标记并调节底物蛋白的翻译后修饰之一。

为了维持心脏血管中的蛋白质水平的稳态,蛋白质降解起着至关重要的作用。

我国心血管病患病率及死亡率仍处于上升阶段，高于肿瘤和其他疾病。

虽然对心血管疾病各方面的研究很多，但靶向避免心血管疾病发展的可调节蛋白的研究比较少。

越来越多的文献表明泛素-蛋白酶体系统在心血管疾病发展和心脏病理学的动态生理学中发挥重要作用。

DUB如何实现心脏血管中的蛋白质的调控,其不稳定是否会导致的心血管疾病的进展需要更多硏究来进一步说明。

另外,DUB在正常心脏功能或疾病状态中的作用尚未完全表征。

未来，通过研究DUB在正常和疾病阶段的水平，可以为临床治疗提供一些理解这种疾病的新视角。

它们可以作为生物标志物应用与各个心血管疾病中进行研究，也可以作为靶点硏制出相应的特异性抑制剂/激动剂，为心血管疾病的治疗干预提供新的策略。