Myocardin基因与勃起功能障碍相关的研究进展

刘文彬张海波王 涛何书华陈逢志刘路浩丁 维综述 韦安阳审校

1. 南方医科大学南方医院泌尿外科（广州 510515）；2. 广东医科大学附属第三医院科教科（广东省佛山市顺德区龙江医院科教科）；3. 广州医科大学附属第二医院器官移植科

·综 述·

Myocardin基因与勃起功能障碍相关的研究进展

刘文彬1张海波1王 涛2何书华1陈逢志1刘路浩3丁 维1综述 韦安阳1审校

1. 南方医科大学南方医院泌尿外科（广州 510515）；2. 广东医科大学附属第三医院科教科（广东省佛山市顺德区龙江医院科教科）；3. 广州医科大学附属第二医院器官移植科

心肌素（Myocardin）又称为心肌蛋白，限制性表达于心脏和平滑肌细胞中，为血清应答因子（serum response factor, SRF）的核转录共激活因子，可通过共激活SRF后与CArG顺式反应元件结合形成三元复合物，从而激活一系列受到SRF调控并且可以编码平滑肌细胞骨架蛋白以及收缩蛋白的基因发生转录过程[1]。Myocardin可调节许多与细胞分化、增殖和迁移等功能相关基因的表达，在调控平滑肌细胞表型转化过程中起重要作用，近年来备受关注[2]。

研究表明，Myocardin是平滑肌细胞保持收缩表型的必须因子，平滑肌细胞收缩表型的维持有赖于Myocardin功能的激活。Myocardin基因的表达下降和阴茎海绵体平滑肌（corpus cavernosum smooth muscle, CCSM）细胞表型转化可能是糖尿病性勃起功能障碍（erectile dysfunction，ED）发病的重要病理基础[3]。Myocardin可以通过调控平滑肌细胞表型转化过程，CCSM细胞功能异常又是ED发生发展的病理基础，故本文拟对Myocardin基因的功能与ED的发生与治疗过程的相关性研究进行综述，以阐明两者之间的关系，尤其是明确Myocardin基因在ED研究领域的重要性。

一、Myocardin的基因结构、表达和功能特征

Myocardin作为一种特殊的蛋白及转录激活因子，其参与了调节心肌以及平滑肌细胞基因的表达，它可以与SRF组合一起调节肌细胞的分化，同时它也可以激活受SRF调控的基因的转录过程，这些基因大多是可以编码细胞内的支架蛋白和收缩蛋白的[1]。人类的Myocardin基因是位于17号染色体的P11.2区，它的DNA片段长度约92 kb，其中包含了13个外显子。它的mRNA长约9.5kb，并且含有一个较长的3′非编码区，所以在Myocardin蛋白的表达以及发挥其生物学功能中，转录后的加工过程是非常重要的[4]。

Myocardin是一种核转录因子，在细胞核中发挥作用。它由807个氨基酸残基组成，包括亮氨酸拉链结构域、谷氨酰胺富含域、碱性结构域、SAP结构域以及转录激活域[5]。亮氨酸拉链结构域与Myocardin二聚化关系密切。二聚化的过程是连续的CArG盒子的2个 SRF结合起来，可以使转录激活域暴露或者是使远离的 CArG盒子靠拢，从而组装转录复合体，促进基因特异性表达[6]。谷氨酰胺富含域可作用于SRF，而碱性结构域参与蛋白核定位的过程。转录激活域存在于Myocardin 羧基端，对其转录激活活性功能的维持有重要的价值，所以其对心肌细胞和平滑肌细胞的基因表达意义重大。Myocardin家族还包括MRTF（Myocardin-related transcription factor）-A和MRTF-B。它们三者都包含亮氨酸拉链结构域、谷氨酰胺富含域、碱性结构域、SAP结构域以及转录激活域，通过以上结构域，与SRF作用而发挥生物学功能[5]。

生理状态下，MRTF-A和MRTF-B都表达于胞浆中，接受刺激后随即进入细胞核内起作用。有部分学者研究认为，MRTF-B并非Myocardin和MRTF-A的转录共活化物。但是，有更多理由相信，MRTF-B应该是Myocardin和MRTF-A的转录共活化物，因为MRTF-B包含了强大的转录激活域，这也说明了在调控MRTF-B的转录活性过程中，体内还有其他的分子调控机制协调该过程[5]。在大鼠中MRTF-A和MRTF-B的氨基酸序列约有35%是与Myocardin相同的，而在功能保守区域，氨基酸序列相同率远远大于60%。MRTF-A在多种细胞系中均有表达，可见其表达范围非常广泛。在人类心脏和动脉中，可见MRTF-A与Myocardin共表达[7]。随着胚胎的生长发育，MRTF-A逐渐集中在肌细胞、上皮细胞以及间质细胞中[8]。

Myocardin在心肌细胞及平滑肌细胞中均有表达，并且对心脏发育及平滑肌细胞分化有重要的作用。胚胎发育是一个非常复杂又多因素调控的过程，Myocardin在此过程中发挥其调控心肌细胞以及血管平滑肌细胞发育的重要作用，从而影响心肌细胞和平滑肌细胞的结构和功能。据研究，在鼠胚胎发育的第9.5天，Myocardin在原始心脏中的表达量开始升高。但是，在鼠胚胎发育的第11.5天，Myocardin mRNA无法在背侧动脉的血管平滑肌细胞检测出来，然后在周围间质细胞分化成为平滑肌细胞前后则均是可检测到Myocardin。在大鼠胚胎发育晚期以及在大鼠出生之后，Myocardin表达量也升高。所以在心脏发育的早期，Myocardin即开始表达，而后随着心脏的逐步发育，Myocardin在各心房以及心室组织中也都进行表达，同时其他的血管平滑肌细胞、胃肠道平滑肌细胞等也有Myocardin的表达。

经研究证实，小鼠Myocardin mRNA可以通过选择性剪切和翻译，产生两种蛋白异形体。它们在组织中的分布和功能作用上区别明显，其中心肌中表达的异形体，含有935个氨基酸, 通过与肌细胞增强因子（myocyte enhancer factor-2, MEF2）结合，从而激活MEF2依赖的启动子；平滑肌中表达的异形体，含有856个氨基酸 ，它不能作用于MEF2。Myocardin通过两种不同的蛋白异形体，在心肌细胞以及平滑肌细胞发挥了不同的作用和功能，是两种细胞中重要的调控因子[9]。

二、表型转化

表型转化是指当平滑肌细胞受到各种各样的刺激后，从收缩型转化成合成型，同时获得增殖能力的过程。对于在缺氧条件下各种平滑肌表型转化的研究由来已久，并且涉及的范围广泛，但是对于阴茎海绵体这个特殊的组织，与它相关的研究还不多见，具体的机制也始终不清楚，并且有很多观点具有明显争议性。目前很多观点更多倾向于认为，CCSM细胞表型转化对勃起功能有不利的影响，可能的机制包括以下几个方面：（1）在低氧条件下，收缩型平滑肌细胞会向合成型平滑肌细胞转化，所以必将导致收缩型的CCSM细胞数量减少从而影响勃起功能[10]；（2）合成型平滑肌细胞在合成细胞外基质方面的能力比较强，从而促进阴茎海绵体纤维化的发生；（3）合成型平滑肌细胞对脂肪的捕获与储存的能力强而清除的能力比较弱，从而导致粥样硬化的发生，同时合成型平滑肌细胞的增生会导致海绵窦变狭窄，而降低其弹性；（4）合成型平滑肌可以向内皮迁移，同时粥样硬化的发生，使内皮细胞遭受到破坏，进而影响内皮细胞释放血管活性因子[11]。但是在表型转化发生的机制方面，目前的研究还比较少。

三、Myocardin在平滑肌细胞表型转化调控中的作用

平滑肌细胞的表型转化过程有赖于SRF的转录调控。在发现Myocardin以前，我们无法得知编码平滑肌细胞分化标志物的一系列基因可否被SRF选择性激活。通过深入研究Myocardin，学者发现一种谱系限制性的辅助因子，在Myocardin内和SRF结合，协同激活SRF，调控基因的表达过程，刺激平滑肌细胞进行分化[12,13]。Myocardin表达增强可以激活平滑肌细胞内的转录调控元件，如smoothelin-A启动子、平滑肌肌球蛋白轻链激酶启动子、SM-α-actin启动子、SMMHC启动子、SM22α启动子[14,15]。同时，Myocardin中siRNA Myocardin以及显性负性突变体的表达与平滑肌细胞中SM22α的表达强度成反比，当前者表达增强时，可以明显降低后者的表达水平。在胚胎干细胞中，增强Myocardin的表达可以激活内源性SM22α启动子，从而诱导多种内源性基因的表达，如SM-α-actin、SMMHC以及SM22α[12]。有研究表明，敲除Myocardin基因以后，胚胎小鼠会在胚胎10.5d时死于血管平滑肌细胞的分化障碍[16]。在Myocardin的获得性功能实验中，观察体外培养细胞的超微结构，可以发现平滑肌细胞内肌丝表达量增加[17]。除了平滑肌细胞，增强其他细胞中Myocardin的表达也能够诱导表达平滑肌细胞多种限制性基因，从而促进非平滑肌细胞向平滑肌细胞分化。综上所述，Myocardin对平滑肌细胞的表型转化过程具有重大的意义。

根据结构和功能的差异可以把平滑肌细胞分为两种类型，分别为收缩型（或分化型，differentiation）和合成型（去分化型或增殖型，proliferation）。收缩型平滑肌细胞通过表达特有的收缩蛋白和骨架蛋白来行使其收缩及调节血管收缩及舒张的功能；合成型平滑肌细胞主要是对细胞增生、迁移进行调控，降解或者分泌细胞外蛋白等[18]。平滑肌细胞与心肌细胞的区别在于，前者可以在某些因素影响下发生表型转化，实现双向分化的功能。在某些病理状态下，如血管损伤、动脉粥样硬化、糖尿病、高血压，由于病理因素平滑肌细胞会发生表型转化，由收缩型转化成合成型[19-21]。具体可以表现为细胞形态学改变、平滑肌细胞表型标记物基因表达改变及细胞活动、增殖能力的改变[22]。平滑肌细胞表型转化调控机制的研究较多，但由于其调控具有多步骤、多途径的特征，因此其调控机制尚不十分清楚。

四、Myocardin在心血管领域表型转化的作用

Myocardin作为SRF的重要辅助因子，在心肌细胞的发育、平滑肌分化以及心脏的形成过程中起到重要的作用，这也奠定了其在心血管领域的重要地位，近年来对Myocardin在心血管领域作用的研究也成为热点。

Myocardin对改善心功能衰竭有一定的意义。心功能衰竭，是由某些原因导致心肌不能有效将血液从心脏射出，而导致人体组织器官淤血及器官功能失调。研究发现Myocardin的mRNA在扩张性心肌病、肥厚性心肌病、原发性高血压患者的心肌组织中水平升高[23,24]。Torrado 等[23]通过短发夹RNA技术沉默阿奇霉素诱导心衰的大鼠模型的Myocardin之后，其心衰基因表达下调，也缓解了心功能受损的严重程度。综合相关研究表明，Myocardin水平升高与心脏疾病的发生发展关系密切，抑制Myocardin表达后可部分恢复心功能。故抑制Myocardin表达水平是治疗心功能衰竭等心血管相关疾病的治疗靶点。

Myocardin可以通过抑制血管平滑肌细胞表型转化从而改善动脉粥样硬化。病理状态下，血管平滑肌细胞由血管中膜增殖迁移至血管内膜，会造成血管内膜增厚、管腔狭窄及血管脆性增加、弹性下降。血管平滑肌细胞生理状态下为收缩表型，当血管内皮损伤时，血管平滑肌细胞从收缩型转变为合成型，导致血管平滑肌细胞增殖并迁移到血管内皮，并分泌细胞因子，改变了血管的结构与功能，最终导致了动脉粥样硬化的发生[25]。Myocardin可维持血管平滑肌细胞的收缩表型，并抑制病理状态下血管平滑肌细胞由收缩型向合成型转化，进而抑制其向血管内皮增殖迁移，从而延缓动脉粥样硬化的发展过程。

五、Myocardin对ED发生发展的影响

目前有关Myocardin与ED相关性研究及实验成果颇多。实验表明，糖尿病大鼠膀胱平滑肌在造模9周时发生表型转化，引起膀胱平滑肌舒缩障碍，可能在糖尿病膀胱病理变化过程中起重要作用[26]。另有研究表明，在糖尿病ED大鼠模型中，阴茎海绵体组织的平滑肌细胞肌动蛋白、钙调蛋白、平滑肌肌球蛋白重链、Myocardin mRNA表达下降；同时，在大鼠阴茎海绵体组织以及培养细胞中，平滑肌细胞肌动蛋白、平滑肌肌球蛋白重链明显减少，而且细胞的可伸缩性明显下降，高血糖状态下，CCSM细胞可以进行表型转化，这是糖尿病性ED很重要的病理机制[27]。

Myocardin通过抑制CCSM细胞表型转化，维持收缩表型平滑肌细胞数量，从而改善糖尿病大鼠勃起功能[28]。有学者在研究平滑肌细胞表型转化调控机制时，通过体内、体外实验发现Myocardin可上调离子通道蛋白Kcnmb1表达，使平滑肌细胞向收缩型转化[29]。最近有实验研究结果表明，睾酮可以通过调控Myocardin进而维持前列腺平滑肌细胞收缩表型。另有学者也认为，miR-145可以调控平滑肌细胞的表型，其主要是通过影响靶基因Myocardin的活性，维持平滑肌细胞处于收缩表型。

六、小结

Myocardin是SRF的转录共激活因子，主要通过与SRF共同作用调控一系列平滑肌细胞骨架和收缩相关蛋白的表达，在富含平滑肌组织器官胚胎发育和出生后平滑肌功能的维持中起重要作用。大量研究证实：Myocardin可通过调节相关基因表达影响细胞增殖、迁移和分化等，并且可以通过对平滑肌细胞表型转化的调控参与高血压、冠状动脉粥样硬化性心脏病、心肌梗死等心血管疾病过程中起重要作用。近期研究表明，Myocardin亦可通过抑制CCSM细胞表型转化，从而改善糖尿病大鼠勃起功能。综上所述，由于其对维持收缩型平滑肌细胞的有益影响，使得Myocardin有望成为治疗相关疾病的重要靶子。然而，到目前为止还没有完全弄清楚其复杂的调控途径，还需要进一步明确这些途径中Myocardin的上游、下游分子，阐明这些分子的作用机制。

致谢：本课题受国家自然科学基金项目（N O.8 1 5 7 1 4 3 3）;广东省自然科学基金项目（2014A030313302，2015A030310075）基金资助

Myocardin基因; 勃起功能障碍

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（2017-01-05收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2017.01.017

R 698.1