C/EBPβ在预防心源性运动猝死中的潜在作用

田阁徐昕 李国平

1北京体育大学研究生院（北京100084）

2上海体育学院运动科学学院运动康复系（上海200438）

3国家体育总局运动医学研究所（北京100061）

长期规律适宜强度的运动可引起运动性心肌肥厚，并伴随着心脏功能的增强，目前认为是对心脏起保护作用的适应性变化[1，2]。然而，近些年来，随着民众运动热情的高涨，体育赛事的增多，除了专业运动员，业余马拉松选手运动性猝死也时有发生，引起社会各界的广泛关注[3-5]。其中，肥厚性心肌病是年轻运动员发生心源性猝死的最主要原因，筛查病理性心肌肥厚是减少运动性猝死的重要途径[6-8]。由于运动性和病理性心肌肥厚的诸多形态学指标相似，并存在两者可能重合的形态学改变，从现有的技术上进行区别鉴定尚有一定难度[9]。从分子生物学角度深入了解运动性和病理性心肌肥厚的发生机制，对于两者的鉴别诊断有重要意义。目前，心肌肥厚相关的信号通路和转录因子研究多集中在病理学方面，而生理性心肌肥厚分子机制相关研究较少。

CCAAT/增强子结合蛋白β（CCAAT/enhancer binding protein β，C/EBPβ）是一个重要的转录因子，其C端包含一个保守的碱基亮氨酸拉链（basic leucine zipper，bZIP），可以通过二聚化和连接DNA结合位点（“CCAAT”序列） 调节靶基因转录[10，11]。目前，关于C/EBPβ在心肌中的作用多集中在病理学研究方面。而在2010年，Bostrom[12]等发现，游泳运动负性调节C/EBPβ是运动性心肌肥厚和细胞增殖的关键。本文就C/EBPβ在运动性和病理性心肌肥厚中的作用等做一综述，以期为鉴别诊断运动性和病理性心肌肥厚以及制定合理的运动方案提供新的思路，最终达到预防运动猝死发生的目的。

1 C/EBPβ与病理性心肌肥厚

关于C/EBPβ的研究多集中在病理性心肌肥厚中，心肌受损时C/EBPβ表达普遍升高，而抑制C/EBPβ表达可以有效减轻心肌病理性重构。在主动脉弓缩窄术（transverse aortic constriction，TAC）引起的心衰小鼠心肌C/EBPβ蛋白表达以及C/EBPβ DNA结合活性均增加[13]。Briest[14]等发现C/EBP参与去甲肾上腺素（norepinephrine，NE）通过调节白介素-6（interleukin-6，IL-6）、IL-6受体以及STAT3诱导左右心室心肌细胞肥厚的过程。Murray[15]等发现异丙肾上腺素（isoproterenol，ISO）可以通过PI3K/Akt和MEK/ERK1/2通路激活C/EBPβ，C/EBPβ与IL-18结合蛋白（IL-18 binding protein，IL-18BP）启动子结合增加导致IL-18BP活性增加，引起病理性心肌肥厚；采用siRNA抑制C/EBPβ表达可以阻止ISO诱导的IL-18BP基因表达增加，提示ISO诱导的心肌肥厚发生与C/EBPβ有关。同时，C/EBPβ还是神经调节素-1（neuregulin-1，NRG-1）的重要效应分子，而NRG-1过表达可以诱导心肌细胞增殖，促进心肌再生，从而保护心肌梗死后的心功能[16]。

心肌纤维化是心肌病理性重构的主要特点之一。Ambrosino[17]发现p38MAPK调节C/EBPβ和转录增强因子（transcriptional enhancer factor-1，TEF-1）与1型胶原α1链（α1 chain of collagen type 1，COL1A1）启动子结合，从而调节心肌COL1A1 mRNA水平，抑制心肌细胞纤维化。肖晗[18]等采用双荧光素酶报告基因实验发现，Tgfb1启动子区序列质粒缺失C/EBPβ结合位点时，血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）无法增加转化生长因子β1（transforming growth factor-β1，TGF-β 1）转录活性，可见C/EBPβ参与AngⅡ诱导的TGFβ1转录表达增加。而免疫印迹实验表明，腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）激活剂AICAR抑制C/EBPβ介导AngⅡ引起的TGFβ1产生增加的过程[18]。TGFβ1是一种细胞因子，是直接调节成纤维细胞分化和细胞外基质产生的主要致病因子[19]。可见，减少C/EBPβ表达可以抑制心肌纤维化。

抑制C/EBPβ可以抑制皮质醇诱发的心肌环氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）增加，改善皮质醇对心脏的病理作用。研究表明，心肌细胞中氢化可的松、皮质酮和地塞米松三种糖皮质激素均可诱导COX-2表达增加，但在成纤维细胞内COX-2无显著变化[20]。在心脏中COX-2过表达会诱导心肌病理性肥厚，损害心脏功能[21，22]。Sun[20]等进一步采用免疫共沉淀实验发现皮质醇诱发COX-2表达与C/EBPβ和糖皮质激素受体共调COX-2启动子有关，同时，抑制C/EBPβ可抑制皮质醇对COX-2启动子的激活及COX-2蛋白的增加。 另外，心外膜包裹心脏，同时作为多种潜能祖细胞和旁分泌因子的来源，对心肌发育和损伤修复均有重要作用。心外膜中，C/EBP含量降低可以抑制炎症反应，保护心肌缺血再灌注损伤[23]。Huang[23]等发现在心肌梗死和缺血再灌注损伤时，心外膜增强因子Raldh2和Wt1的激活依赖于C/EBP；而抑制心外膜C/EBP的表达可改善心脏缺血损伤，具有心肌保护作用，其作用至少部分源于抑制中性粒细胞的募集和炎症反应。以往研究也发现，肺上皮细胞中C/EBPβ灭活可以抑制中性粒细胞，抑制吸烟引起的炎症反应[24]。以上研究表明，C/EBP调节损伤后炎症反应可能在组织中普遍存在，进一步研究C/EBP下游炎症相关靶基因可能会发现心脏修复和保护的新途径。也有研究表明[25]，C/EBPβ基因敲除通过抑制促炎信号通路p65/NF-κB抑制PE诱导的病理性心肌重构。

同时，C/EBPβ可以协同活化T细胞核因子（nuclear factor of activated T cells，NFAT）影响钙调节蛋白钙调磷酸酶调节蛋白1-4（regulator of calcineurin1-4，RCAN1-4）的表达[13]。RCAN1-4被认为是心肌内源性钙的报告基因，在逆转钙失衡引起的心肌收缩功能下降及改善心肌重构中具有重要作用[26]。Oh[13]等通过凝胶电泳迁移率变动分析实验发现C/EBPβ具有多个可结合RCAN1-4的位点，其中的三个位点是NFAT-C/EBPβ结合位点，进一步免疫共沉淀实验发现C/EBPβ可同时结合NFAT c1和RCAN1-4启动子；采用SiRNA抑制C/EBPβ后发现，C2C12细胞中钙调神经磷酸酶/NFAT通路激活RCAN1-4至少部分依赖C/EBPβ，而C/EBPβ激活RCAN1-4 Luc不依赖钙调神经磷酸酶。同时，在心肌细胞中，MEK1激活C/EBPβ结合活性可增加C/EBPβ与启动子的结合以及RCAN1-4表达，MEK1抑制剂可抑制此过程[13]。Zhu[27]等也发现，MEK1/ERK1/2MAPK级联信号通路激活时，C/EBPβ DNA结合活性增加。

2 C/EBPβ与运动性心肌肥厚

Bostrom[12]及其同事详细研究了运动后心肌适应性肥厚的机制，发现游泳运动后心脏伴随生理性心肌肥厚和心肌增殖，此过程与C/EBPβ密切相关。研究发现，在运动刺激下，心肌C/EBPβ显著下调，且CITED4显著上调；且在体外培养心肌中采用SiRNA抑制C/EBPβ或使用C/EBPβ+/-（C/EBPβ基因部分敲除）小鼠模拟运动抑制C/EBPβ表达时，心肌出现肥厚和增殖，并伴有与运动诱导类似的基因表达，发现C/EBPβ负调节下游转录因子CITED4调控心肌增殖，表明C/EBPβ对运动诱导心肌增殖有重要作用。同时，C/EBPβ表达减少会导致心肌肥厚有关基因下调，如Gata4，Tbx5，Nkx2.5，α-MHC，TnI，及TnT；C/EBPβ表达减少后也可以通过与血清反应因子（serum response factor，SRF）作用进一步激活Gata4[12]。而Gata4在心肌增殖、分化[28]以及损伤后再生[29，30]等方面起重要作用。Bei[31]等人的研究结果与Bostrom[12]等人一致，发现游泳运动可以使小鼠心肌C/EBPβ显著减低，CITED4显著升高。且该研究对小鼠注射细胞增殖抑制剂5-氟脲嘧啶（5-Fluorouracil，5-FU）后发现，5-FU可以降低游泳导致的心肌CITED4增高，但是对C/EBPβ含量、心脏重量及心肌细胞大小无影响，认为CITED4仅是细胞增殖的关键，而C/EBPβ不仅可以通过CITED4调节心肌细胞增殖，也在心肌细胞肥大中起重要作用[31]。

以往研究发现[12]，游泳运动可以通过C/EBPβ调节下游保护性基因，如Gata4，诱导运动性心肌肥厚保护心脏。Konstandin[32]等对小鼠进行4周自主转轮跑运动干预后发现，对照组小鼠和纤维链接蛋白（fibronectin，Fn）基因敲除（KO）小鼠心肌C/EBPβ分别减少了48%和46%。可见游泳运动和自发转轮跑运动均可抑制心肌中C/EBPβ的表达，进一步证明不同类型规律运动对C/EBPβ均具有调节作用。但是目前关于不同运动方式、运动强度和运动时间对C/EBPβ影响的报道尚较少。同时，运动调节C/EBPβ的分子机制以及是否与其他生理性肥厚信号通路相联系尚不清楚。例如，胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）通过PI3K/Akt调节心肌细胞，是经典的心肌适应性通路之一[33，34]。在心肌细胞培养中，Akt过表达或抑制会分别抑制和增加C/EBPβ表达[12]。且Murray[15]等已发现ISO可以通过PI3K/Akt调节C/EBPβ，进而调节病理性心肌肥厚。但是PI3K/Akt调节C/EBPβ是否在运动性心肌肥厚中起作用尚需进一步研究。

3 小结

本文就C/EBPβ在心脏中的作用进行总结，发现C/EBPβ在病理性心肌肥厚中起保护作用，同时也是生理性心肌肥厚的重要影响因素（图1），但目前相关离体和在体研究较少，且相关人体研究缺乏，尚需进步探索。

以上研究表明，在压力和药物诱导的心肌病模型中，C/EBPβ表达均增加，并通过促进心肌细胞肥大、增殖以及炎症反应等引起心肌重塑；抑制C/EBPβ可减轻病理性心肌肥厚。C/EBPβ+/-小鼠与规律运动干预后小鼠的心脏表型类似，出现生理性心肌肥厚。提示运动调节C/EBPβ的相关研究可以为运动改善心血管疾病提供理论依据。同时，C/EBPβ在心肌中表达的差异可能是区分运动性和病理性心肌肥厚的关键依据，是预防心源性运动猝死的潜在途径。