泛素-蛋白酶体抑制剂对血管平滑肌细胞凋亡的影响

罗秀军，孙瑞红



·综述·

泛素-蛋白酶体抑制剂对血管平滑肌细胞凋亡的影响

罗秀军，孙瑞红*

血管平滑肌细胞(Vascular smooth muscle，VSMC)是构成血管壁的重要成分。在动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)病变中,VSMC在病理状态下凋亡失平衡引起血管重塑，导致动脉粥样硬化的发生。目前研究发现，细胞凋亡在动脉粥样硬化形成的发病和治疗中具有重要意义，而泛素-蛋白酶体抑制剂(The ubiquitin-proteasome inhibitor，UPI)能够促进VSMC凋亡进而影响动脉粥样硬化。本文对泛素-蛋白酶体抑制剂影响VSMC凋亡的机制进行了综述。

泛素-蛋白酶体抑制剂；血管平滑肌细胞；凋亡

0 引言

随着人口老龄化的发展，动脉粥样硬化(AS)以及由其引发的心脑血管疾病的患病率逐年增加。AS是一个多因素引起的慢性炎症性疾病,是引起中风、高血压病、冠心病等常见病、多发病的主要病理学基础。泛素-蛋白酶体系统(Ubiquitin-proteasome system，UPS)是真核细胞降解蛋白质的主要途径，广泛参与细胞周期调控、细胞增殖、细胞凋亡、炎症发应、DNA修复、蛋白的跨膜定位、细胞信号转导和细胞表面膜受体内化等多种生理过程［1-2］。越来越多的研究证据表明，UPS可能参与AS病变的发生发展。在AS病变初期,血管壁细胞数量增多、内膜增厚、管腔变窄,除了与血管平滑肌细胞(Vascular smooth muscle，VSMC)过度增殖有关,还与凋亡率下降导致细胞累积、数量增多密切相关，这种增殖与凋亡之间的不平衡促进AS的早期形成，从而引发各种心脑血管疾病，因此，在病变初期调节VSMC凋亡可能成为抗AS的一种途径。因此，研究泛素-蛋白酶体抑制剂(Ubiquitin-proteasome inhibitor，UPI)在血管平滑肌细胞凋亡中的作用及相关机制，将为防治AS性心脑血管疾病提供新的方向。

1 平滑肌细胞凋亡与动脉粥样硬化

VSMC是构成血管壁的重要组成部分，主要存在于血管壁中层，仅少量VSMC存在于血管内膜中。在形态上VSMC可以分为收缩型和合成型两种类型。收缩型是一类已终末分化的VSMC，对分裂刺激不敏感，增殖率很低，但具有良好的血管收缩功能；合成型是一类较原始的去分化的VSMC，具有迁移、增殖和分泌等功能［3］。VSMC在正常情况下呈非增殖性的收缩表型，但当其受到外来刺激因子如生长因子或机械损伤等刺激时，VSMC就会由静止的收缩表型向活跃的分泌表型转化；同时伴随VSMC从动脉壁中层向内膜迁移并在内膜增殖等［4］。

AS斑块由增殖的VSMC、炎症细胞(巨噬细胞、T淋巴细胞、树突状细胞和肥大细胞)、损伤的血管内皮细胞、脂质等组成，其形成涉及平滑肌细胞增殖、巨噬细胞浸润、脂类代谢障碍、血管内皮细胞损伤和血小板粘集等多种因素。生理条件下，VSMC以收缩表型为主，但在受到促AS因素如机械损伤、生长因子、氧化低密度脂蛋白(Ox-LDL)等因素刺激下，可由静止的收缩表型向合成表型转化，增殖能力增强，并可以从中膜迁移到内膜，聚积在由坏死的泡沫细胞形成的脂质周围，在转换生长因子(TGF-β)及血小板衍生生长因子(PDGF)等刺激下，产生组成细胞外基质的弹力纤维和胶原纤维等，并积聚在脂质斑块中的细胞周围,细胞吞噬胆固醇,使脂质在平滑肌细胞中聚积,转变成纤维脂质斑块［5-7］。

2 UPS与AS

UPS是细胞内蛋白质选择性降解的主要途径。UPS在正常蛋白质周转和移除损坏或错误折叠的蛋白质起着至关重要的作用。UPS除了参与清除损伤的蛋白质外，广泛参与多种生物过程，包括细胞增殖、细胞凋亡、主要组织相容性复合物(MHC)-Ⅰ类抗原的递呈、细胞周期以及细胞内信号传导等多种生理过程［8］。UPS主要由76个氨基酸构成的泛素及一系列相关酶组成，包括泛素活化酶E1、泛素结合酶E2、泛素-蛋白连接酶E3、26S或20S蛋白酶体以及去泛素化酶。26S蛋白酶体包括1个具有催化活性的20S核心颗粒和2个具有调节功能的19S调节颗粒，19S与多聚泛素链结合使底物蛋白变性,协助底物进入蛋白酶体的水解中心；20S是主要起催化作用的复合体，由内层2个β环和外层2个α环组成，α亚基主要用于底物识别，β亚基主要参与底物降解,将泛素化的蛋白质降解成3～22个氨基酸残基的小肽段。UPS降解蛋白的过程包括二个步骤:第一步,在ATP的参与下,泛素甘氨酸端的羧基连接到泛素活化酶E1的巯基使泛素活化,E1将活化后的泛素通过高能硫酯键与泛素结合酶E2结合,泛素连接酶E3将泛素连接至目标蛋白底物赖氨酸残基的ε-氨基上,形成特定的泛素化蛋白;第二步,泛素化的蛋白底物被26S蛋白酶体复合物识别和降解,最终在蛋白酶的催化下蛋白质分解为短肽或氨基酸，同时释放游离的、可重新利用的泛素分子［9-10］。

目前研究发现，UPS在细胞内参与蛋白质降解、细胞周期运转、DNA修复、细胞增殖、细胞凋亡、信号传递、胆固醇代谢等［11-12］,是真核细胞中参与蛋白质降解的主要途径。AS的发生和发展过程涉及多种机制，与UPS的密切相关［13］。UPS参与多种生物过程，包括炎症、增生和凋亡,所有这些构成AS的重要特征［14］。AS是由损伤性刺激对动脉壁造成的炎症增殖反应所致。核转录因子(Nuclear factor,NF-κB)是一种重要的促炎症因子，其活化与AS的启动密切相关。当细胞受到氧化应激或某些细胞因子(如IL-1、TNF-α)等因素刺激时,NF-κB抑制蛋白IκB 32位和36位丝氨酸被磷酸化,之后泛素化,在26S蛋白酶体中被降解,NF-κB从NF-κB-IκB复合物中解离出来，激活后进入细胞核，与DNA链上特异部位结合,启动基因转录,产生粘附因子、炎症因子、血管生成调节因子、血管紧张素原、IL-2受体等,从而启动AS炎症增殖反应［15-16］。在AS发展过程中，受损蛋白大量聚积，UPS活性增加，引起细胞内抗凋亡基因活化及血管平滑肌细胞过度增殖［13］。UPS还可聚集Ox-LDL或LDL,诱导人单核细胞泛素耦联酶E2-25k表达并泛素化细胞内蛋白,参与泡沫细胞形成。Joery等［17］研究表明，在氧化应激时，AS作为蛋白变性疾病，主要是损害蛋白细胞内聚集、淀粉样蛋白细胞外沉积所致，此过程与伴侣分子(HSP60、HSP70)以及UPS功能受到损害有关。Versari等［15］通过对颈动脉粥样硬化斑块的研究发现,颈动脉粥样硬化斑块和增生的平滑肌细胞内泛素聚合物及氧化应激的表达水平有症状患者较无症状的患者高,表明UPS在人的AS过程中发挥着重要作用。

3 UPI与血管平滑肌细胞凋亡

细胞凋亡(Apoptosis)又称程序性细胞死亡，是由细胞内特定基因操纵、调控的一种生理性或病理性的自杀性细胞死亡方式,是贯穿于机体整个生命活动过程的基本生理机制,它调节着机体细胞增殖与更新间的平衡,维持组织器官正常生理功能及细胞数量的稳定。现在普遍认为，细胞凋亡是一系列高度调控的半胱氨酸蛋白酶Caspase级联反应(Cascade)事件的结果。天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶(Cysteine-containing aspartate specific protease,Caspase)与细胞凋亡密切相关，Caspase是执行细胞凋亡的主要酶类，绝大部分细胞凋亡依赖Caspase［18］，其中Caspase-2、8、9、10是凋亡的启动者，Caspase-3、6、7是凋亡的执行者。而Caspase-3处于凋亡的核心环节，激活后的Caspase-3是启动细胞凋亡的最终分子，其水平的高低可以间接反映细胞凋亡率［19］。当异常蛋白质降解减少而在细胞内异常积聚时，就可能启动凋亡信号，导致细胞凋亡。

UPI包括天然化合物和合成的小分子化合物，依据化学结构的不同，UPI分为硼酸肽类、醛基肽类、β-内酯类、乙烯酚类、TMC-95A及其衍生物等。UPI通过与26S蛋白酶体的20S核心颗粒发生可逆或不可逆结合，占据蛋白结合位点，使蛋白降解受阻、细胞分裂周期停滞而起作用［20］。硼替佐米(Bortezomib)因抑制作用可逆，选择性高，不良反应少成为第一个被FDA批准的UPI，在临床上已用于多发性骨髓瘤的治疗。硼替佐米作用于26S蛋白酶体的催化中心，与20SCP的β亚单位环Thr位点结合，能选择性地抑制一些特定蛋白的降解，使得细胞周期不能有序进行，细胞周期停滞于G2/M期，最终导致ADP-核糖聚合酶(Poly-ADP-ribose polymerase)降解、核的固缩、细胞凋亡［21］。

近年来研究发现，细胞凋亡可能是AS病变中细胞死亡的主要方式，VSMC凋亡与增殖失衡和凋亡小体清除不足可能是加剧AS发展的重要因素［22］。郭芳等［23］研究发现，蛋白酶体抑制剂MG132能够诱导人脐静脉VSMC凋亡，其作用呈量-效关系；抑制UPS活性，使细胞内Caspase-3增加而促进细胞凋亡。

4 结语

AS以及由其引发的心脑血管疾病的患病率逐年增加,其发病机制及治疗一直是研究的重点。在AS病变初期,血管壁细胞数量增多、内膜增厚、管腔变窄,除了与VSMC过度增殖有关,还与凋亡率下降导致细胞累积、数量增多密切相关，这种增殖与凋亡之间的不平衡促进AS的早期形成，从而引发各种心脑血管疾病，因此，在病变初期调节VSMC凋亡可能成为抗AS的一种新的途径，UPS降解体内异常的蛋白质,影响多种疾病的发生发展。尽管迄今为止关于蛋白酶体抑制剂的效应主要来自于肿瘤的研究,但UPI在心脑血管疾病中仍应引起重视,其可能成为防治AS的重要靶点。由于AS斑块内细胞过度凋亡,在促进不稳定斑块形成的过程中起着重要的作用，因此在AS的防治过程中，如何适时、适度地调控平滑肌细胞的凋亡，从而延缓甚至阻断AS的进展仍需进一步研究。

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Effects of ubiquitin-proteasome inhibitor on apoptosis of vascular smooth muscle cells

LUO Xiu-jun,SUN Rui-hong*

(Department of Neurology,The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University,Harbin 150001,China)

Vascular smooth muscle cells (VSMC) are the important components of the vessel wall.The apoptosis unbalance of VSMC can cause vascular remodeling under the pathological state in the pathology of atherosclerosis.Studies indicate that cell apoptosis plays an important role in the pathogenesis and treatmentof atherosclerosis.The ubiquitin-proteasome inhibitor (UPI) can promote the apoptosis of VSMC to affect atherosclerosis.This article reviews the mechanism of UPI in the apoptosisof VSMC.

Ubiquitin-proteasome inhibitor;Vascular smooth muscle;Apoptosis

2015-02-05

哈尔滨医科大学附属第一医院神经内科，哈尔滨 150001

黑龙江省自然科学基金(H201306)

10.14053/j.cnki.ppcr.201509025

*通信作者