FKBP1B基因对心脑血管系统作用的研究进展

高 一，吕 阳，刘理想，张国梁

(吉林省农业科学院 畜牧科学分院， 公主岭 136100)

FKBP1B(FK506 binding proteins 1B，FKBP1B)含有108个氨基酸，分子量为12.6×103，是一种免疫亲和素受体蛋白。FKBP1B是FK506结合蛋白(FK506 Binding Proteins，FKBPs)家族低分子量成员，根据自身的分子量大小，FKBP1B也被命名为FKBP12.6。此外，FKBP1B也被称为KBP1L(FK506 Binding Protein 1-Like)[1]和Calstabin2[2]。目前发现FKBPs包含20多种类型，在哺乳动物中至少存在8种。作为受体类蛋白，它们能够与免疫抑制剂FK506和雷帕霉素(rapamycin，RAP)特异性结合[3]。其中FKBP1B与FK506结合，通过抑制钙调磷酸酶(CaN)活性，从而抑制免疫反应[4]。FKBP1B还具有肽基脯氨酰异构酶活性，与蛋白结合能够起到稳定作用[3]。FKBP1B的3个氨基酸(Gin31、Asn32和Phe59)是FKBP1B结合到兰尼碱受体(ryanodine receptor 2，RyR2)通道上非常重要的位点[5]。FKBPs家族中研究较多的就是FKBP1B和FKBP1A(FKBP12)，并且FKBP1B与FKBP1A氨基酸序列同源性高达88%[1]。除此之外，FKBP1B基因编码区序列在多种哺乳动物中具有高度同源性和保守性，在25种哺乳物种中，108个氨基酸中仅存在10个氨基酸发生替换的现象[5]。在人类的几种组织中发现FKBP1B含有一个大小为45 bp的可变剪接体和一个终止密码子的插入片段[1]。

在肌细胞中，FKBP1B在封闭状态下能稳定结合RyR2，调节肌浆网的钙诱导的钙释放(calcium induced calcium release，CICR)，发挥调控Ca2+作用。而后Ca2+从肌浆网腔释放到胞质中，被各种需要Ca2+参与的信号过程所利用，确保机体活动正常运行。目前实验证实，FKBP1B主要分布于心肌、脑组织和平滑肌等组织，且在脑组织中表达较高[6,7]。在心肌中，尽管FKBP1B的含量要显著低于FKBP1A，但FKBP1B对于RyR2有更高的亲和性，可以优先与RyR2结合[8]。FKBP1B参与心脏发育、老化，心肌细胞表型分化、心脏结构形成和心脏脉搏启动等活动，对心脏疾病如心肌肥厚[9]、心脏衰竭[10]、心率失常[2]等发挥重要调控作用；FKBP1B也参与神经退行性疾病发生，具有促进神经再生和神经元保护功能[4,11]。尽管FKBP1B还有很多方面的功能需要探索，但目前研究热点主要集中在心脏与神经系统两个方面。

1 FKBP1B与心脏

1.1 FKBP1B与心脏疾病

1.1.1 FKBP1B与心力衰竭

研究发现，在心力衰竭的患者心肌中RyR2磷酸化程度增多，在犬的心力衰竭模型中也有类似发现，无论是体内实验还是体外实验对RyR2进行磷酸化都会导致结合到RyR2大分子复合物上的FKBP1B量减少，进而增加RyR2通道开放的可能性[12]。此外，心力衰竭实验结果表明，交感神经张力会长期处于增高状态，且通过cAMP依赖蛋白激酶A(protein kinaee A，PKA)途径使RyR2高度磷酸化RyR2，RyR2-Ca2+的位点通道与FKBP1B受体结合力降低，导致RyR2复合体中FKBP1B受体减少，从而引起肌浆网上的Ca2+释放通道异常开放[13]。在犬的心力衰竭实验中，应用JTV519(苯并噻氮卓衍生物)可抑制FKBP1B与RyR2分离，进一步改善Ca2+渗漏[14-15]。这些资料显示一旦RyR2磷酸化，与其结合的FKBP1B与RyR2发生分离，RyR2上Ca2+通道开放异常引发Ca2+渗漏最终导致心力衰竭。

1.1.2 FKBP1B与心肌肥厚

在小鼠FKBP1B敲除模型中，雄性和雌性小鼠表现出相似的异常，但仅雄性小鼠出现心肌肥大，雌性小鼠心脏未发生异常。用雌激素受体拮抗剂它莫西芬处理雌性FKBP1B敲除小鼠，出现心肌肥厚症状[16]。研究者认为FKBP1B调节心肌兴奋收缩耦联，而雌激素在Ca2+调节异常导致的心肌肥厚性反应中起保护作用。此外，相关实验发现过表达FKBP12.6可减弱胸主动脉收缩(TAC)诱导的小鼠心肌肥厚，并且FKBP12.6能够通过抑制Ca2+介导的信号通路，防止心脏心肌肥厚，提示FKBP1B参与心肌肥厚调控过程并发挥保护作用[9,17]。但也有研究证明腺病毒介导的FKBP12.6过表达可诱导新生鼠心肌细胞肥厚和凋亡，并且在人的肥厚型心肌病的分子遗传学研究结果表明FKBP1B可能并非致病基因[18-19]。于是关于FKBP12.6在心肌肥厚中的作用仍存在争议，但也要考虑或许是由于两者实验对象不同所造成的，尤其是人的机体更为复杂，样本量采集困难等因素影响，因此需要后续更多的实验进行分析验证。

1.1.3 FKBP1B与心律失常

室性心律失常引起的心脏猝死是一个主要原因，但目前预防心律失常的药物治疗不能提供令人满意的结果，因此对新的抗心律失常策略提出需求。Wehrens等[2]进行了FKBP1B基因敲除实验，发现运动会引起小鼠心室性心律失常，导致心脏猝死。通过1,4-苯并噻唑衍治疗增强FKBP1B对RyR2的亲和力，稳定了RyR2的封闭状态，防止了引起心律失常的Ca2+渗漏。且有其他资料显示，过表达FKBP1B或是增加FKBP1B与RyR2亲和力可以改善通道缺陷，进而改善心律失常[20]。这些结果提示FKBP1B-RyR2通路参与心律失常调控，通过增强FKBP1B对RyR2的结合力可能是治疗常见室性心律失常的一种治疗手段。除了FKBP1B蛋白外，与细胞内Ca2+处理有关的如钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II (CaMKII)、Na/Ca交换蛋白(NCX)、RyR和I Na- late[21]都作为治疗心律失常的新靶点，但在临床应用成为现实之前，更深入地了解长期药物效应是必要的。

1.2 FKBP1B与心脏发育和老化

在胚胎发育中，FKBP1B主要表达于心脏，且表达量较高，但随着心脏发育，FKBP1B的表达量降低，并集中于心房。同时心肌细胞分化和FKBP1B基因表达具有一致性：小鼠胚胎发育过程中心肌细胞能够增殖，而在小鼠出生后增殖停止；FKBP1B也在整个心脏发育过程表达，在小鼠出生后其表达能力局限于心房[22]。说明FKBP1B参与心脏发育、形成的过程，并且对心肌细胞的舒缩耦联具有重要作用。心脏老化是心脏功能障碍和其他心脏疾病的主要原因之一。研究FKBP12.6基因敲除小鼠发现FKBP12.6的缺失导致了细胞周期抑制剂p16和p19升高，增强心肌纤维化，细胞死亡，以及更短的端粒。并且实验小鼠出现心脏的胰岛素信号增强，AKT磷酸化、mTOR活性增强以及自噬功能受损现象[23]。这些结果证实FKBP12.6的基因缺失促进了心脏衰老，并表明AKT/mTOR通路的激活在这一过程中起着机械作用。

1.3 心脏中FKBP1B对RyR2调节机制

心肌细胞中，Ca2+是参与收缩-舒张偶联过程的重要物质，一旦Ca2+浓度异常，将会导致心脏电信号传导速度减慢、心室收缩功能紊乱，进而导致心功能失常[14,24]。目前已知的Ca2+通道有RyRs通道和三磷酸肌醇受体(inositoll，4,5-trisphosphate receptor，IP3R)通道[25]，在过去的几十年里，RyRs和IP3R的研究极大地促进了研究人员对心衰、心律失常、心肌肥厚、肌肉病变、癫痫等各种疾病的生理功能和病理机制的理解。其中RyR2通道作用效果是IP3R通道的50多倍，所以肌浆网膜上的RyR2通道是心肌收缩偶联过程中最重要的一种离子通道[12,26]。RyR2能够与FKBP1B、钙调蛋白(calmodulin)、PKA、蛋白磷酸酶I(protein phosphatase-1，PPI)等结合发挥相应调控作用[27]。因此，FKBP1B可通过与肌浆网上的RyR2结合，稳定Ca2+通道，维持心肌细胞的稳定性和兴奋性进而保证心率稳定和心脏正常泵血。当RyR2被PKA磷酸化，FKBP1B从RyR2上分离，RyR2对CICR敏感性提高，大量的Ca2+从肌浆网流出，胞浆内钙超载，引发心脏舒缩功能紊乱。

2 FKBP1B与脑神经

2.1 FKBP1B与神经系统

FKBPs家族具有促进神经元再生和神经元保护作用，且对多种中枢神经系统疾病如阿尔茨海默症、帕金森病有显著影响，且在神经系统中又以FKBP12、FKBP51和FKBP52研究较多[4]，FKBP1B的研究则相对较少。FKBP1B在脑组织如海马、杏仁核中广泛表达，Ca2+对神经细胞生长、分化、新陈代谢、胞外分泌和细胞凋亡等具有调控作用[4]。在多种物种中，Ca2+失调与衰老相关的认知功能障碍有关，在死后阿尔茨海默病(AD)的大鼠和小鼠AD模型得到验证[28-29]。FKBP1B在肌细胞中能够结合RyR2，调节Ca2+释放。在心肌细胞中，FKBP1B的基因缺失能够引发Ca2+从RyR2脱离。因此，推测FKBP1B在神经元中可能通过RyR2来调节Ca2+，进而发挥相关功能。

雷帕霉素可以取代RyR2上的FKBP1B，使得细胞内的Ca2+释放增加[30]。RyRs参与了大脑神经元Ca2+失调过程[31]，且雷帕霉素增加了Ca2+电流[32]，提示神经元中FKBP1B的结合可以稳定RyR2通道，调控Ca2+释放。有资料显示FKBP1B基因在老龄大鼠海马和早期阿尔茨海默氏病中表达量降低[33]，那关于大鼠海马区FKBP1B基因表达随着年龄的增长而降低，其在生命早期开始下降，在认知缺陷出现中后期会继续下降的研究也进一步证实这一结果[34]。干扰幼鼠海马区FKBP1B的表达，慢后超极化(slow afterhyperpolarization，sAHP)增加，Ca2+失调。与幼小动物相比，老龄动物海马神经元的Ca2+依赖型sAHP更大，即随着年龄的增长，海马体内的其他Ca2+介导的电生理反应随之增强[35]。反之，大鼠海马区过表达FKBP1B，负调控细胞内Ca2+反应，逆转衰老相关的Ca2+失调和认知障碍[29]。这些资料表明FKBP1B是神经元关键的Ca2+稳态和认知过程调节因子，并在在衰老过程中表达减弱或下降。此外，大鼠海马区过表达FKBP1B，除了减少老年大鼠的记忆缺陷，还能够选择性地抵消了基因转录调控37%的衰老诱导基因的表达变化[35]。与认知过程并行的一种新型的协调大脑结构组织的转录网络会随着衰老而失调，但因FKBP1B而得到恢复。因而，FKBP1B或许为预防甚至逆转大脑衰退提供一种新的治疗靶标。

2.2 大脑中FKBP1B对RyR2和L-VGCC调节

大脑衰老与多种Ca2+参与的过程相关，其中调控海马CA1神经元最主要的两个路径为L型电压门控钙通道(L-VGCC)和RyRs[34]。FKBP1B干扰实验结果证明FKBP1B抑制大脑神经元和肌细胞中RyR2介导的CICR。并且FKBP1B能够明显抑制VGCC电流产生，为FKBP1B通过VGCCs来抑制Ca2+进入细胞以及RyRs介导的Ca2+胞内释放提供了初步依据[33]。目前还不清楚FKBP1B如何调控VGCCs，但可以明确的是在VGCCs-RyR途径中，FKBP1B通过CICR增加Ca2+。L-VGCC位于RyR的上游，RyR与在VGCC-RyR通路中的FKBPs结合，VGCC-RyR通过CICR增加Ca2+[34]。因此，FKBPs可能通过与RyRs的结合进一步影响VGCCs来调节Ca2+电流，更为直接的解释是FKBP1B通过一个尚未确定的互作来直接调节VGCC的活动。

2.3 FKBPs抑制mTOR通路

FKBP1B除了与RyR2复合物结合外，还与细胞通路相互作用。FKBP1B/1 A通过与免疫抑制剂雷帕霉素结合能够抑制mTOR通路中的基因，调控大脑细胞生长和可塑性[35-36]。雷帕霉素对FKBP-RyR和FKBP-mTOR有相反的作用，减弱了FKBP对RyRs抑制，但增强了FKBP对mTOR抑制。提示FKBP1B/1 A和mTOR的相互作用与FKBP1B/1 A依赖性RyRs调节Ca2+释放作用是独立的。FKBP1A能够反向调控大脑mTOR通路而不依赖雷帕霉素[36]，但过表达FKBP1B，mTOR通路24个基因中仅有Hif1an和Nfkb1基因发生变化[37]，统计学角度来讲mTOR通路没有被对FKBP1B敏感性基因所覆盖，反应出FKBP1B并不能够如FKBP1A单独调控mTOR通路，同时也说明FKBP1B的基因组效应不受mTOR途径介导。

2.4 大脑中FKBP1B降低的因素

海马区FKBP1B表达量降低是Ca2+失调表型发展的关键因素，这种下降可能是由于表达减少或翻译后的修改造成的。结合分析FKBP1B对VGCCs和RyR2调节，并对FKBPs的多个路径进行了假定的老化效应，表明了雷帕霉素对FKBP-RyR和FKBP-mTOR通路的反向调控。破坏海马FKBP1B功能可以诱导Ca2+失调，这与老化过程中出现的类似损伤模型一致，于是提出了FKBP1B降低可能是触发初始老化的原因。一种可能是在衰老过程中，海马神经元和神经胶质细胞的代谢发生变化，重要能量蛋白质的生物合成减少，尤其是FKBPs[38]。另一种可能与激素有关，例如肾上腺素(糖皮质激素)长期作用于大脑老化，对大脑的影响随着年龄的增长而改变[39]，其也能增强海马依赖的Ca2+sAHP[40]。此外，盐皮质激素能够降低FKBP1B表达，并增强RyR介导的Ca2+释放[41]。因此，激素和/或代谢变化可能导致FKBP1B表达/功能下降。

3 展望

无论是在心脏还是脑神经元中都存在FKBP1B基因表达，并且能够依赖RyR2受体通道模式调节Ca2+释放，发挥相关的功能作用。尽管生命有机体是一个庞大精密而复杂的系统，不能仅靠单个基因或是单条信号通路调控，但是FKBP1B为解决心脏疾病或是神经系统衰老、功能障碍等问题提供了新靶点。相信通过研究人员的不懈努力，更多的实验数据结果积累，心脑血管系统疾病发生机制的面纱将被揭开。同时为其他组织器官FKBP1B的表达和功能是否依赖于RyR2-Ca2+机制达到调控目的提供参考依据。