MG53蛋白的研究进展

赵建全，马芳义，武新民 综述，高 文 审校

(内蒙古巴彦淖尔市医院心内科 015000)

·综 述·

MG53蛋白的研究进展

赵建全，马芳义，武新民 综述，高 文△审校

(内蒙古巴彦淖尔市医院心内科 015000)

Mitsugumin53；心肌细胞修复；胰岛素信号通路；TRIM72

近年来研究发现，Mitsugumin53(MG53)蛋白是存在于心肌和骨骼肌中的一个新靶点[1]，作为Tripartite motif-containing(TRIM)的家族成员之一，它被认为通过作用于伤口加快组织修复。MG53主要表达于骨骼肌和心肌，参与多种生理与病理过程，包括急性细胞膜修复，细胞内的囊泡转运和骨骼肌心脏缺血预适应，也被证明是骨骼肌损伤过程中调节细胞膜修复的关键因子[2]。MG53蛋白可通过与胰岛素受体1结合后导致泛素依赖的胰岛素受体表达下降，最终导致胰岛素抵抗和代谢综合征(metabolic syndrome，MS)。现介绍了MG53蛋白既有对心肌细胞的修复作用，与此同时，又会诱发胰岛素抵抗，这有望为冠心病和MS的治疗提供新的靶点。

1 MG53与心肌细胞修复

急性心肌缺血是造成全球死亡率的主要原因。虽然冠状动脉重建会挽救一部分缺血心肌，减少梗死面积，减轻心脏重构和改善收缩功能，但无法避免一部分心肌损伤和心肌纤维化[3]。这种损伤被定义为心肌缺血再灌注损伤(MIRI)。目前，仍然缺乏有效的策略减少MIRI的发生。因此，急需一种新的方法减少心肌细胞损失量、将心肌纤维化降到最小。最近，一项关于“猪模型中MG53对MIRI保护作用”的实验性研究显示，人类重组MG53(rhMG53)能有效降低肌钙蛋白I的释放，减小心肌梗死面积及降低心功能不全[4]。所以，MG53对于MIRI可能是一个潜在有前途的治疗因子。

目前，研究认为心肌细胞的修复作用通过两条重要的途径实现:缺血-再灌注损伤补救激酶(RISK)通路和生存激活因子增强(SAFE) 通路。随着对这一领域研究的不断深入，现在研究者更多发现RISK通路紧密联系促存活激酶如促生存激酶磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)、蛋白激酶Cε(PKCε)、p70S6K、蛋白激酶G(PKG)和糖原合成酶激酶3β(glycogen synthesis kinase,GSK-3β)等，一同构成心脏保护信号通路的核心部分，该通路激活后可发挥强大的心脏保护作用，通过作用于线粒体通透性转换孔而实现[5]。有研究显示，rhMG53还可能通过损伤部位直接进入心肌细胞激活PI3K通路[6]。所以，rhMG53除了可以对细胞膜进行修复，也可以直接激活丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Akt)信号通路延长受损心肌细胞存活时间。另外，rhMG53可以结合于细胞膜上的受体、间接激活第二信使。但更多的研究需要进一步去探索确定细胞膜上rhMG53受体。除了对细胞膜有修复功能，rhMG53还是一种E3泛素连接酶[7]。阐明MG53中E3连接酶的功能，对于细胞存活和代谢控制都将有重要作用。

在心肌缺血前应用rhMG53，可以将缺血导致的心肌细胞损伤降到最小。这也提示rhMG53可作为一种预防剂保护外科手术或其他治疗方法中组织损伤诱发的心肌损害。Cao等[8]发现MG53蛋白过表达或进行缺血前处理，均可使Akt、糖原合成酶激酶(GSK)和细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)以下几种关键的促生存酶磷酸化水平明显增高(高于对照组的50%～60%)；同时发现缺血前处理后，敲除MG53蛋白基因的小鼠并不能激活促生存酶PI3K-Akt-GSK3和ERK1/2信号通路。最终证明MG53蛋白未参与SAFE 通路，而在RISK信号通路上占据着至关重要的地位，因为在缺乏MG53 蛋白表达的小鼠中进行缺血前处理或过度表达MG53蛋白并未触发信号转导和转录激活因子(STAT)的磷酸化。缺血后处理与缺血前处理相比，临床意义更深远。Zhang等[9]通过体外实验发现MG53蛋白在缺血再灌注(I/R)时表达降低，对缺血处理后可明显改善MG53蛋白下降的幅度。后续对缺血再灌注损伤(IRI)后MG53蛋白基因沉默型老鼠与野生型小鼠给予缺血处理后发现，前者心肌梗死面积明显大于后者。

研究发现I/R心肌细胞的损伤可导致MG53显著释放入血，所以血液中天然存在的MG53可作为早期诊断急性心肌梗死(AMI)患者的生物标志物。天然MG53一直存在于血液循环中，MG53介导的细胞膜修复过程可被调控及干预。rhMG53作为治疗使用的另一个有利因素是可有规范的净化与生产程序。MG53蛋白在室温下稳定，以冻干粉的形式存在，通过不同的途径注入(如静脉注射，肌内或皮下)。MG53介导的心肌保护还有很大的空间待于开发。Kohr等[10]研究表明，氧化应激可诱导氧化半胱氨酸的144位残基，减弱MG53的稳定性。因此，可以使基因产生突变(如mg53c144s rhMG53)或用亚硝基修饰，以提高稳定性和血液循环中蛋白的保护作用。

在AMI处MG53水平的增加可能是rhMG53保护心脏的早期步骤。虽然知道rhMG53在组织损伤部位与脂质信号(如磷脂酰丝氨酸和胆固醇)结合可以促进rhMG53的聚集[11]，此机制可能与细胞内MG53蛋白有关，而细胞外与细胞内的rhMG53蛋白作用机制不同。细胞外rhMG53存在于氧化环境中，需要不同的辅助因子从细胞内实现组织修复功能。rhMG53的低聚反应是否参与心肌保护作用还需要进一步的研究。因二聚反应涉及MG53蛋白半胱氨酸242位二硫键的形成，用突变的MG53取代c242a或许是以后研究的方向。MG53缺乏会促进MIRI发生、缺血心肌不再受保护，MG53的过表达也会减少心肌细胞死亡。这表明，对于减少MIRI，MG53是一个新型有潜力的分子。Wang等[12]证实MG53可有效修复激光造成的细胞膜损害，修复线粒体功能障碍，减少MIRI。该研究提示MG53在急性IRI中对心肌的保护作用极其重要。自从rhMG53被发现可有效保护心肌I/R，可以想象rhMG53蛋白在AMI患者的治疗中有潜在的深远的治疗价值，其可能为冠心病的治疗提供了新的治疗靶点。其临床应用还需进一步实验验证。

2 MG53与胰岛素信号通路

MS是多种代谢成分异常聚集的病理状态，是一组复杂的代谢紊乱症候群，它包括中心性肥胖、2型糖尿病(T2DM)或糖耐量减低、高胰岛素血症、血脂紊乱、高血压、高尿酸血症、高黏状态、高凝状态、脂肪肝及过早动脉硬化等疾病。近年来，MS发病率不断增高，已严重威胁到人类的健康，MS可以使心脏疾病的患病率增加两倍，T2DM增加5倍[13]。胰岛素抵抗(IR)是MS的基础致病因子。由于骨骼肌负责支配70%～90%胰岛素介导的葡萄糖代谢，骨骼肌中的IR有可能在MS及由此导致的T2DM发病机制中起关键性作用[14]。有研究证实，在MS和T2DM发病的早期即出现了骨骼肌IR[15]。然而目前对于骨骼肌IR的机制仍知之甚少。表达MG53的IR和MS的动物模型显示[16]，高脂饮食(HFD)导致了小鼠的肥胖、糖尿病及自发性高血压。MG53的表达上调在肥胖人群中也得到证实，这为研究MG53与代谢性疾病之间的关系提供了重要的线索。当MG53上调时，可引起以IR、肥胖、高血压和脂代谢紊乱为特征的 MS。研究人员发现在IR模型中MG53表达明显增高；并证实过表达MG53即足以触发肌肉IR和MS。反之，消除MG53，维持胰岛素受体、胰岛素受体底物(IRS)1和胰岛素信号的完整性，即可预防饮食诱导的MS。Olefsky等[17]研究表明，MG53是通过E3泛素连接酶作用，靶向胰岛素受体和IRS1，介导它们发生了泛素依赖性的降解，由此调控了骨骼肌中的胰岛素信号和代谢。新研究结果证实了MG53是骨骼肌中胰岛素信号的一个重要负性调控因子[18]，且MG53介导的骨骼肌胰岛素信号抑制在全身IR和MS中起关键性作用。这项研究为治疗各种代谢性疾病及相关心血管疾病提供了一个潜在的靶点。

胰岛素受刺激易导致胰岛素受体自身磷酸化。这会导致IRS1和IRS2磷酸化，这反过来又激活磷脂酰肌醇-3-OH激酶(PI(3)K)-akt-gsk3-beta信号通路，其对维持骨骼肌中葡萄糖稳态具有重要意。目前，研究发现无MG53表达的组织胰岛素信号转导增多，而MG53过表达则抑制胰岛素信号转导。胰岛素信号通路的明显变化在于胰岛素受体和IRS1蛋白水平，但不是mRNA水平。而在转基因小鼠中，骨骼肌肉发生IR先于全身胰岛素紊乱(肥胖及其引起的IR)。通过敲除无名指结构域或将14位的半胱氨酸突变为丙氨酸可特异性抑制E3泛素连接酶活性，从而影响胰岛素受体活性和泛素化。这也支持了通过其E3泛素连接酶，MG53靶向作用于胰岛素受体的降解；IRS1下游泛素化似乎依赖于初始胰岛素受体的降解，因为IRS1在胰岛素样生长因子1(IGF1)刺激下无退化。因此，IRS1像一个“旁观者”。骨骼肌胰岛素信号通路的负调控通过MG53改变胰岛素功能与代谢实现。Song等[19]发现转基因小鼠发生IR先于体质量和体内成分变化，表明MG53在肌肉中的活动改变了全身能量平衡。该研究还发现在胰岛素受体退化过程中，MG53的过表达可能会导致脂肪组织的重新分配，随后引起MS。Yi等[20]发现胰岛素受体1在MG53蛋白表达缺失的小鼠骨骼肌中明显上升，高脂高能量的饮食并未使MG53蛋白表达缺失的小鼠诱发IR。

3 MG53对细胞膜的修复作用

急性损伤的细胞膜修复是细胞生理学的一个重要方面，而这个过程的破坏可以导致许多人类疾病，包括肌营养不良和心脏衰竭。Miyake等[21]研究建立了细胞膜修复反应的框架，涉及细胞内的小泡转运到损伤部位，形成细胞膜修补程序。有研究发现MG53蛋白对细胞膜的修复是一个重要组成部分；MG53缺失可导致细胞膜修复功能障碍、增加心脏脆弱性应激和IRI[22]。由于MG53可以区分完整和受损的膜，膜分隔的信号可能参与圈养MG53到受损部位。

细胞膜修复是维持细胞和组织水平稳态的一个重要过程，而对受损修复的能力导致了人类退化疾病。近期的研究表明，MG53是肌细胞膜修复的基础，MG53功能的缺陷与肌营养不良、心功能不全密切相关。聚合酶Ⅰ转录释放因子(PTRF)，是已知调节细胞膜结构的基因，是细胞膜机械修复不可缺少的组成部分。PTRF作为嵌顿蛋白在细胞膜损伤部位，与胆固醇结合进行细胞膜修复。细胞不表达内源性PTRF表明细胞膜损伤部位MG53缺陷。PTRF的突变可导致PTRF异常核定位和破坏MG53功能。尽管RNAi沉默PTRF导致有缺陷的肌肉细胞膜修复，过表达PTRF可以拯救营养不良的肌肉细胞膜修复缺陷。细胞膜分隔的MG53与PTRF之间的相互作用有助于细胞膜修复的启动，是人类疾病中组织损伤治疗或预防领域的一个有吸引力的靶点。

新型蛋白MG53对感染、创伤、缺血等多种急性肺损伤(ALI)具有保护作用。该蛋白能像“创可贴”一样，即时修复各种损伤对细胞膜造成的“伤口”，为临床ALI治疗提供新思路。实验证实了MG53在肺组织上具有特定的生理功能，对实验动物的ALI具有治疗作用。重复使用人工合成的MG53也可改善慢性损伤对肺部结构的改变。由于MG53可以人工合成，这将为预防和治疗肺组织损伤开辟全新的思路。

大多数细胞可以自己迅速修复细胞膜中的损伤，这种修复依赖于细胞外钙离子。细胞外的氧化剂进入细胞氧化细胞膜，然后激活一个新发现的膜修复蛋白——存在于骨骼肌细胞中的MG53。Cai等[23]研究表明MG53多肽绑定磷脂酰丝氨酸残基，当氧化剂进入时，囊泡与质膜相互交联。质膜和囊泡膜因MG53联系形成共价链，从而在细胞膜损伤部位形成一个“补丁”。钙离子作用于膜联蛋白，促进膜融合。

小窝专门针对于质膜内陷，存在于许多细胞过程中发挥重要作用。小窝蛋白是小窝的主要编码蛋白，已在多种人类疾病中发现小窝蛋白的突变[24]。有研究表明，MG53与caveolin-3相互作用的改变可导致肌营养不良症细胞膜修复缺陷[25]。除了小窝蛋白，PTRF也被称为cavin-1，具有丰富的小窝，小窝的形成有助于稳定[26]。Rajab等[27]些研究表明，PTRF的基因突变与脂肪代谢障碍，相关的肌营养不良症，心功能不全等代谢紊乱有关；然而，PTRF突变导致人类疾病的分子机制仍不清楚。

综上所述，MG53对于MIRI的保护是未来探索的新方向。更多的研究需要进一步探索MG53对MIRI的保护作用及其作用机制。而新近研究发现，MG53 蛋白表达上调可诱发IR最终导致代谢紊乱。MG53 蛋白既有对心肌细胞的修复作用，与此同时又会诱发IR，对细胞膜也有补丁作用。MG53在各方面的作用还有待进一步研究。

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赵建全(1977-)，副主任医师，博士，主要从事心血管疾病的诊治研究。△

，E-mail：1036908013@qq.com。

10.3969/j.issn.1671-8348.2017.09.042

R541.6

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1671-8348(2017)09-1280-04

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2016-11-11)