心脏特异抗凋亡蛋白ARC研究进展

廉 虹，张连峰，2

(1.中国医学科学院实验动物研究所，卫生部人类疾病比较医学重点实验室，北京 100021;2.中国医学科学院实验动物研究所，国家中医药管理局人类疾病动物模型三级实验室，中国医学科学院和北京协和医学院，北京 100021)

心脏特异抗凋亡蛋白ARC研究进展

廉 虹1，张连峰1，2

(1.中国医学科学院实验动物研究所，卫生部人类疾病比较医学重点实验室，北京 100021;2.中国医学科学院实验动物研究所，国家中医药管理局人类疾病动物模型三级实验室，中国医学科学院和北京协和医学院，北京 100021)

含胱冬肽酶富集功能域的凋亡抑制因子(apoptosis repressor with CARD，ARC)蛋白是20世纪末发现的在心肌、骨骼肌和大脑等终末分化组织中大量表达的抗凋亡蛋白。ARC的主要功能是抗凋亡作用。由于其在心脏中表达的特异性和抗凋亡的多层次性，使ARC在心脏中的作用成为近年来研究的热点。本文主要对其抗凋亡途径以及近年来在心肌病中的研究进展两方面进行综述。

含胱冬肽酶富集功能域的凋亡抑制因子;凋亡;心肌病

含胱冬肽酶富集功能域的凋亡抑制因子(apoptosis repressor with CARD，ARC)，是迄今发现的唯一一种在心脏中大量表达的抗凋亡蛋白。1996年Geertman等［1］从大鼠的嗜铬细胞瘤和脑的cDNA文库中发现了此蛋白;1998年 Takeuyoshi等［2］通过分析其结构，发现这种蛋白含有胱冬肽酶富集功能域(caspase recruitment domain，CARD)结构，这一结构域可以结合胱冬肽酶(caspase)进而阻止一些死亡受体发挥作用。

人源ARC蛋白由208个氨基酸组成，相对分子质量约为 24.6×103。大、小鼠 ARC蛋白与人源ARC有很高的同源性，N端1-98氨基酸残基为CARD功能域，与死亡受体 Fas、FADD等相互作用;C端99-208氨基酸残基为富含脯氨酸和谷氨酸的结构域。ARC在终末分化组织如心肌、骨骼肌和大脑中表达，在其他组织中不表达或微量表达，但当发生癌变时，ARC表达量明显增加。ARC存在于细胞核和细胞质中，细胞质中的ARC通过与死亡受体结合以及通过抑制线粒体凋亡途径实现抗凋亡的作用，细胞核中ARC的功能目前了解甚少［3］。但是人们发现在瘤性细胞中ARC定位于细胞核而正常的细胞ARC定位于细胞质中，提示ARC在癌细胞发生过程中有一定的作用［4］。

1 ARC抗凋亡作用机制及其ARC相关信号通路

ARC最主要的凋亡抑制途径有两条［5］：一条是是直接与死亡受体相作用的外源性途径;另一条是通过控制线粒体渗透性而抑制凋亡的内源性途径。ARC的CARD结构域竞争性的与Fas和FADD的死亡结构域(dead domains，DDs)相结合，使其不能顺利组装成死亡诱导信号复合物(death-inducing signaling complex，DISC)，进而抑制凋亡作用的发生。ARC也可通过CARD功能域直接与caspase-8结合，阻断由caspase-8引起的凋亡。Bax进入到线粒体引起膜通透性和电势差发生变化，可导致细胞色素 c的释放，进一步激活凋亡的效应分子Caspase-9和 Caspase-3，启动内源性的凋亡途径。ARC的CARD结构域与Bax的C末端结合使 Bax的构象发生改变，抑制其进入到线粒体，从而抑制Bax引起的内源性的凋亡途径。另外，Ekhterae等［6］证实，ARC能够抑制H9c2肌源性细胞凋亡，一定程度上是由于ARC抑制了细胞膜上的K+离子通道而实现抗凋亡作用的。细胞内Ca2+浓度的增加是引起细胞凋亡的重要信号传导途径，ARC可通过其C端与Ca2+结合，阻断细胞内Ca2+浓度的增加，从而抑制细胞凋亡的发生［7］。

只有磷酸化的ARC才能发挥抗凋亡的功能，磷酸化的ARC也可以受到磷酸酶的去磷酸化作用而丧失活性。蛋白激酶 CK2是ARC的上游调节因子，CK2可以使ARC的149位苏氨酸磷酸化，进而使ARC由细胞质中转移到线粒体，在线粒体可以直接抑 制 caspase-8 和 caspase-2 的 活 性［8，9］。Tan等［10］证实，异丙肾上腺素和醛固酮刺激诱导的凋亡，没有明显地降低ARC蛋白水平，但是却通过去磷酸化降低了其抗凋亡能力。所以异丙肾上腺素和醛固酮通过激活磷酸酶使ARC去磷酸化，去磷酸化的ARC不能抑制caspase-8活性。ARC除了受到磷酸化和去磷酸化的调节之外，还受到泛素-蛋白酶体的降解作用，当机体受到死亡信号的刺激时，泛素-蛋白酶体能够介导 ARC的降解［11］，ARC的泛素化是由泛素 E3连接酶(ubiquitin E3 ligase，MDM2)介导的［12］，并且需要MDM2的戒指基序(ring motif)与ARC相结合实现其降解作用。MDM2是一个重要的ARC蛋白表达调节子，主动脉结扎的小鼠伴随着ARC表达量的下调，MDM2表达量升高。因此，MDM2很可能成为心肌病预防和治疗的靶点。同时Li等［13］证明，p53可以在转录水平对 ARC进行调节，当P53抑制ARC表达时，诱导凋亡的发生。

2 ARC在心脏发育及心肌病中的作用

Ekhterae等［14］发现，将 H9C2肌源性细胞暴露于缺氧条件下，ARC蛋白表达量下降，并伴有细胞色素C从线粒体释放到胞浆细胞质和caspase3的激活，而过表达 ARC可以明显的抑制缺氧诱导的H9C2的细胞凋亡。过表达的ARC也可以有效的逆转H2O2引起的H9C2凋亡现象的发生，为了进一步研究ARC在氧应激条件下的作用，将不表达 ARC蛋白的H9C2亚细胞系(H9-)暴露于 H2O2，发现此缺陷细胞对氧应激诱导的凋亡作用更加敏感［15］。说明在细胞水平ARC能够抵抗缺氧以及氧应激条件下的细胞凋亡。

心脏受到损伤刺激，如缺血/再灌注损伤(I/R)、心脏主动脉横向结扎(TAB)和阿霉素药物诱导时，ARC蛋白都能表现出其强大的抗凋亡能力以及对心脏机能的保护作用。Pyo等［16］证实，心脏特异的ARC转基因小鼠(TgARC)，在经过缺血/低氧再灌注后，表现出对心肌收缩功能的改善作用。新生的TgARC小鼠的心肌细胞也可以明显的抵抗低氧造成的细胞死亡。同时证明ARC蛋白C端钙结合结构域具有保护心肌抵抗低氧造成的损伤的能力。TgARC小鼠从出生到成年在健康状况和外表与野生鼠并没有什么异常变化。对TgARC和野生鼠左前降支冠状动脉结扎后，发现ARC转基因鼠心肌梗死面积比野生鼠明显降低(大约降低40%)。进一步研究发现，ARC保护心肌抵抗缺氧死亡是通过调节其下游的Drbp1(developmentally regulated RNA-binding protein 1)和 pMe2Gly(dimethylglycine dehydrogenase precursor)的表达实现的。Donath等［17］报道了ARC敲除小鼠(ARC-/-)与野生型小鼠在心脏几何形状以及心肌功能方面没有异常。但经过主动脉结扎后ARC-/-小鼠比野生小鼠心脏收缩功能降低明显，心脏变大并且出现心肌纤维化，心肌病病理症状更加严重。经过缺血再灌注后，ARC-/-小鼠心肌梗死面积也比野生小鼠有所增加。

临床研究中发现心衰和扩心病中心肌细胞都出现细胞肥大和凋亡的现象，尽管细胞肥大和凋亡是两种不同的细胞事件，但是许多刺激因子可以同时刺激肥大和凋亡，肥大的细胞可以发展为凋亡。例如：肿瘤坏死因子-α和血管紧张素II既可以诱导凋亡又可以诱导肥大。凋亡可能是心肌超负荷肥大失代偿发展为心衰的一个转折性的事件。在心衰和扩心病病人中发现ARC蛋白表达下调，尤其在心衰病人中降低非常显著。磷酸化的ARC可以抑制心肌细胞的肥大，抑制ARC的磷酸化或者对内源的ARC进行沉默使心肌细胞更易肥大。活性氧促进CK2的羰基化，进而使CK2磷酸化ARC蛋白，使其发挥抑制心肌细胞肥大的作用［18，19］。可以看出抗凋亡蛋白ARC参与了心肌细胞由正常向肥大的转变以及最终走向心衰的过程。

综上，ARC是参与心脏病病理发生过程的重要因子之一，作为抗凋亡的心肌保护因子发挥作用，深入了解ARC在不同病理状态或不同病因的心脏病中的调控和抗凋亡机制对心脏病的诊断、治疗，甚至药物研制等具有重要的意义。

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The Advances in Heart Specific Anti-apoptosis Protein ARC

LIAN Hong1，ZHANG Lian-feng1，2
(1.Key Laboratory of Human Disease Comparative Medicine，Ministry of Heath，Institute of Laboratory Animal Science，Chinese Academy of Medical Sciences＆ Peking Union Medical College，Beijing 100021，China;2.Human Disease Animal Models Level-3 Laboratory of State Administration of Traditional Chinese Medicine，Institute of Laboratory Animal Science，Chinese Academy of Medical Sciences＆ Peking Union Medical College，Beijing 100021，China)

ARC(apoptosis repressor with CARD)protein expressed at high levels in the terminally differentiated tissues，such as，heart，skeletal muscle and brain，which was identified at the end of last century.ARC inhibits apoptosis at different levels.Since the specific expression of ARC in heart and antagonize apoptosis in many pathways，it became a hot-spot in recent years.With the function of anti-apoptosis，ARC has become a protecting factor for heart muscle.This review mainly focuses on the anti-apoptosis pathways and recent-year advances on ARC in cardiomyopathy.

Apoptosis repressor with CARD(ARC);Apoptosis;Cardiomyopathy

R541 R332

A

1671-7856(2011)03-0059-03

2010-06-21

10.3969/j.issn.1671-7856.2011.03.015

卫生部行业基金，实验动物和人类疾病动物模型资源扩展(200802036)和十一五新药专项支持(2009ZX09501-026)。

廉虹(1982-)，女，博士生。主要研究方向：心肌病机制，E-mail：lian_hong1982@163.com。

张连峰，E-mail：Zhanglf@cnilas.org。