HAX1⁃1生物学特性及与心血管疾病关系的研究进展

李英兰　吴世政

青海大学高原医学研究中心青海省人民医院（西宁 810001）

HAX⁃1（HS1 associated protein X⁃1）是 SUZUKI等［1］通过酵母双杂交系统发现的一种胞内抗凋亡蛋白质，HAX⁃1主要和造血系统特异性底物蛋白（hematopoietic cell⁃specific substrate protein 1，HS1）相互作用而发挥功能。研究发现它在人类多脏器组织中存在广泛表达，在细胞内优先定位于线粒体，也有一小部分在内质网和核膜上［2］。近年来，大量研究发现HAX⁃1在心血管疾病中作为一种多功能蛋白质参与细胞代谢的调节，包括抗细胞凋亡促增殖、钙内稳态调控以及细胞氧化应激反应，并且结合特异转录因子3′非翻译区（UTRs），在mRNA稳定性、转运及翻译水平调节转录因子的表达［3］。因此，对HAX⁃1深入研究必将有助于明确其在心血管疾病发生、发展中的影响作用及机制，进一步促进心血管疾病防治新的分子靶点药物研制。本文就目前HAX1基因表达、HAX⁃1蛋白功能以及与心血管疾病关系及其影响机制的国内外研究进展加以概述。

1　HAX1基因表达

人类HAX1基因位于1号染色体上（1q21），程序化的假基因存在于人类X染色体上，类似的假基因也存在于大鼠和小鼠的基因组，而且HAX1类似序列在许多其他物种中被发现，包括斑马鱼（鲐鱼类）而不是更原始的生物如线虫、新杆状线虫。通过人类、大鼠和小鼠HAX1的mRNA表达数据对比分析［4］，结果发现HAX1广泛表达于哺乳动物各个组织器官，尤其在睾丸、心脏和肝脏表达水平比较高，在大鼠和人类骨骼肌也显示相对较高的HAX1表达水平，但在小鼠组织中HAX1表达水平却非常低。

2　HAX⁃1蛋白的结构、功能及其作用机制

2.1HAX⁃1蛋白结构域SUZUKI等［1］研究证实HAX⁃1分子量35 kd，整个蛋白质由279个氨基酸残基组成。LI等［5］研究发现HAX⁃1主要分布在线粒体的外膜，其N端到达线粒体膜间隙中，而且研究表明其N端氨基酸残基结构域和Bcl⁃2蛋白家族的结构序列十分相似，含两个BH域（BH1，aa40 ⁃56；BH2，aa74 ⁃89）。HAX⁃1和Nip3蛋白具有序列同源性，含有一个与Nip3相对低同源性约100个氨基酸的域，HAX⁃1也包含一个特定的PEST序列（aa 104⁃117），被证实与蛋白质快速降解有关，另外，未知功能的酸盒（aa 30⁃41）主要由谷氨酸和天冬氨酸组成，HAX⁃1为亲水性蛋白质，但是它的C端氨基酸残基却是一疏水跨膜区（TMD，aa 261⁃273），该部分的结构域比较短，故考虑HAX⁃1的细胞膜状结构尚有别的膜整合蛋白参与。

2.2HAX⁃1在细胞凋亡方面的作用HAX⁃1被证实通过以下信号通路参与细胞凋亡的调节：（1）线粒体相关的Caspase凋亡通路，HAX⁃1的氨基末端有与线粒体凋亡途径的Caspase⁃3及Caspase⁃9作用的关键位点，HAX⁃1过表达后与上述两个部位结合，从而抑制Caspase⁃3和Caspase⁃9发挥抗凋亡作用。LEES等［2］研究证实，在HeLa细胞中过表达HAX⁃1可以抑制Caspase⁃3的催化活性，而且在细胞凋亡过程中细胞内HAX⁃1水平受Caspase⁃3的调控。KOONTZ等［6］研究发现在线粒体内HAX⁃1与Caspase⁃9结合，并抑制Caspase⁃9的活化，达到维持线粒体膜电位稳定，保护线粒体膜渗透性孔道来实现其抑制凋亡作用。（2）Hax⁃1通过调节钙离子稳态，改善钙超载来发挥抗细胞凋亡的作用。VAFIADAKI等［7］的研究发现HAX1可通过与肌浆网钙离子转运ATP酶（SERCA2a）和受磷蛋白（PLN）复合物相互作用，通过SERCA2a来调节肌浆网内钙离子储备，从而调控细胞凋亡。（3）线粒体内丝氨酸蛋白酶Omi/HtrA2 信号转导通路，研究证实［8-9］HAX⁃1是 Omi/HtrA2的底物蛋白，Omi/HtrA2在细胞凋亡途径中发挥酶剪切作用，通过降解HAX⁃1来调节其抗细胞凋亡的作用。（4）LAM等［10］研究证实HAX⁃1可与内溶酶体的双孔离子通道（TPC）相互作用，HAX⁃1与TPC结合可以使溶酶体膜电位保持恒定，使溶酶体膜的稳定性增加，使溶酶体膜的通透性降低及酶的释放减少，从而发挥抗凋亡作用。KANG等［11］发现HAX⁃1可与X连锁凋亡抑制蛋白（XIAP）相互作用结合形成HAX1⁃XIAP复合物，使得溶酶体膜的稳定性增加，避免溶酶体降解而达到抗细胞凋亡的作用。（5）HAX⁃1通过抗氧化应激反应发挥抗凋亡作用。朊病毒蛋白是人体组织中尤其中枢神经系统内普遍存在的一类糖蛋白，研究发现［12］HAX⁃1可与其紧密结合后增强了在抗凋亡过程中细胞对氧化应激反应的抵抗力。LAM等［13］研究证实，心肌缺血再灌注过程中，HAX⁃1过表达可减少过氧化氢诱导的氧化应激反应时的心肌细胞凋亡。

2.3HAX⁃1调节细胞增殖、迁移、黏附及浸润MEK⁃KAWY等［14］研究发现，HAX⁃1通过与尿激酶型纤溶酶原激活剂受体（uPAR）结合而参与uPAR所调控的信号传导通路，过表达HAX⁃1可使uPAR信号转导通路增强，从而促进uPAR激活细胞迁移、增殖、黏附及侵袭性。既往已证实RhoA信号通路在细胞的移行、浸润及黏附过程中起着重要作用，CAVNAR等研究［15］发现在HAX⁃1低表达的细胞出现RhoA信号转导通路减低；而RhoA减少增加了中性粒细胞的黏附聚集能力，减弱了它的移行能力，提示HAX⁃1通过调控RhoA信号传导来调节细胞的黏附、移行及浸润作用。 SIAMAKPOUR⁃REIHANI等［16］研究发现 HAX⁃1可与Grb7相互作用，而Grb7蛋白家族在原发性肿瘤及转移性肿瘤中普遍存在高表达，主要通过FAK/Grb7复合体介导的信号传导途径来调控细胞的迁移，从而提示HAX⁃1通过FAK/Grb7参与细胞迁移，比如肿瘤细胞的迁移及浸润。

2.4HAX⁃1与mRNA的相互作用在GRZYBOWSKA等［17］的研究中，HAX⁃1通过与mRNA旳相互作用而发挥生理功能，HAX⁃1 mRNA可与DNA聚合酶β结合，影响转录效应，在mRNA加工过程中主要发挥核转运蛋白的作用。研究还研究中发现DNA聚合酶β和HAX⁃1形成二聚体，由于DNA聚合酶β为碱基修复切除的关建酶，因此它的畸变可以引起基因的不稳定以及肿瘤的产生，研究发现HAX⁃1在细胞核基因翻译以及线粒体功能中调节聚合酶β的表达水平。同时，ZAYAT等［18］研究证实HAX⁃1 是一种新发现的多功能P小体蛋白质，而P小体则被普遍定义为未翻译mRNA临时可逆存储的“容器”，研究表明这种胞浆集合体结构与mRNA的降解以及RNA介导的转录后基因沉默效应有关，另外，它还参与调控了宿主的抗病毒感染能力及细胞增殖，研究提示HAX⁃1可能参与mRNA的处理过程，调节基因转录后的表达，并且是应激反应的一部分。

3　HAX⁃1在心血管疾病中的作用及机制

心血管疾病是全世界发病率和病死率最高的疾病［19］，随着国内不健康生活方式的流行以及生活水平的提高，心血管疾病俨然已经成为影响国人身心健康的首要疾患，目前我国累计约有2.9亿心血管病患者，其发病机制十分复杂，涉及基因、环境、代谢等多个方面综合因素。

3.1HAX⁃1与心力衰竭的关系MATTIAZZI等［20］研究证实，受磷蛋白（PLN）是位于心肌肌浆网（SR）上的磷蛋白质，是重要的Ca2+内环境和心肌收缩的调控因子，是肌浆网钙离子转运ATP酶2（SERCA2）活性和心脏收缩功能的双向调控剂。在心肌细胞内PLN（aa 16⁃22）与HAX⁃1（aa 203⁃245）紧密结合，一方面增强了HAX⁃1 的稳定性，另外也提高了HAX⁃1在心肌细胞内的存活功能，二者的结合受细胞内Ca2+浓度和PLN磷酸化水平的影响，PLN磷酸化或Ca2+水平增加导致HAX⁃1从PLN分离。HAX⁃1通过提高PLN在Ca2+转运系统中的抑制作用，从而减少PLN的数量及钙超载。PLN/HAX⁃1复合体为心力衰竭患者心肌细胞内Ca2+循环及心肌收缩方面提供了药物作用靶点。在心力衰竭患者中改变SERCA2和PLN水平，减少SRCa2+摄取，从而达到治疗心衰目的。JAIDANPOUR等［21］研究证实HAX⁃1是心肌细胞中调节Ca2+浓度的重要蛋白，在体和离体心肌细胞的实验中均发现：过表达HAX⁃1可以降低或减弱Ca2+泵活性，从而使细胞内Ca2+浓度降低，最后达到减弱心肌收缩及抑制钙超载的作用；相反，减少HAX⁃1表达可使循环中Ca2+浓度及心肌的收缩力增加。因此，HAX⁃1是通过调节肌浆网钙离子转运ATP酶2（SERCA2）泵的活性而达到改善心衰患者心脏收缩功能。HAGHIGH等［22］研究证实：一方面循环中肌浆网Ca2+（SRCa2+）转运和释放是通过HAX⁃1/PLN复合体进行调控；另外通过组氨酸钙结合蛋白HRC介导SRCa2+转运和释放的调节。循环中SRCa2+浓度不仅影响心肌细胞收缩，而且也影响心肌细胞存活和心肌重塑，从而在心衰发生中起着重要的作用。PRASAD等［23］用毛囊角化病小鼠模型进行研究发现SERCA2单倍剂量不足易引起心衰发生，研究发现转基因模型增加了心肌纤维Ca2+敏感性，SERCA2单倍剂量不足可快速诱发心肌肥厚、甲状腺功能减退及死亡，考虑可能和HAX⁃1表达减少，从而增加了毛囊角化患者在特定条件下更易于发生心力衰竭的风险。

3.2HAX⁃1与心肌缺血再灌注损伤每年大约有七百万人患冠心病，是世界上发病率和病死率最高的疾病，心肌梗死后出现缺血再灌注损伤及大量心肌细胞死亡。LAM等［24］研究发现HAX⁃1可以减少心肌梗死面积，促进缺血再灌注损伤后的心肌收缩功能的恢复，HAX⁃1对心肌缺血再灌注损伤的保护性机制主要是通过结合氨末端热休克蛋白90（Hsp90），调节IRE⁃1活性，减弱内质网应激反应，下调Caspase⁃12和转录因子C/EBP同源蛋白，而且HAX⁃1/Hsp90复合体有助于PLN/SERCA2a复合体的形成，表明HAX⁃1在心肌细胞中有双重功能，调控IRE⁃1信号通路及调节钙稳态的功能。研究还发现体内外缺血再灌注损伤后导致HAX⁃1表达减少，HAX⁃1的过表达可促进心肌收缩功能恢复、心肌梗死面积减少、血浆肌钙蛋白I浓度下降及减少细胞凋亡。研究发现［13］HAX⁃1可以和朊病毒蛋白结合，在缺血性心脏病以及过氧化氢诱导的氧化应激反应中，增强了缺血再灌注损伤心肌细胞的抗氧化应激反应能力，从而使HAX⁃1在心肌缺血性疾病中发挥重要的保护作用。

3.3HAX⁃1对受损心肌细胞的保护作用机制心肌细胞凋亡在缺血性心脏病和心力衰竭等心血管疾病发病机制中是一个重要的过程。抗心肌细胞凋亡是保护受损心肌、改善心脏功能的重要策略。LAM等［24］研究发现成人心肌细胞中过表达的HAX⁃1可增加30%抗细胞凋亡的作用，由此表明HAX⁃1具有保护心肌细胞避免凋亡的作用。心肌细胞凋亡信号通路除了传统的死亡受体通路及Caspase信号通路之外，目前研究最多的为线粒体相关的凋亡机制。最近的研究证实［25］HAX⁃1与心脏疾病发病机制密切相关，主要与线粒体在心肌细胞凋亡方面生物学相关，心脏中过表达HAX⁃1可以改善线粒体功能障碍，从而调节线粒体膜电位（ΔΨm）、活性氧的生产（ROS）以及钙超载等，达到抗心肌细胞凋亡，保护缺血再灌注损伤心肌。CAI等［26］近年来在缺血再灌注损伤心肌进行干细胞移植方面做了大量研究，对于HAX⁃1过表达在干细胞治疗心肌梗死的作用机制以及相关信号传导通路进行了深入研究，研究证实HAX⁃1介导的Hippo信号传导在治疗心肌梗死后干细胞治疗方面起主要作用。

3.4HAX⁃1在心肌干细胞移植中的作用LIAN等［27］研究证实Yes相关蛋白（Yes⁃associated protein，YAP）通过激酶级联反应来调节多能干细胞自我更新、再生以及分化等。近两年许多研究者把目光聚焦于Hippo对于心肌细胞再生及死亡相关调节信号通路方面的研究，IKEDA等［28］对此进行了详细的综述。LIN等［29］研究表明HAX1促心肌细胞再生及多能干细胞的分化是通过Hippo⁃YAP信号转导通路调节心肌干细胞代谢功能及激酶级联反应来实现心肌梗死小鼠的心肌保护功能，研究发现HAX⁃1过表达可以降低YAP的磷酸化，从而刺激YAP的核转运，缺氧诱发相关线粒体心肌干细胞的保护作用，减少心肌缺血造成的心肌瘢痕组织形成的面积。

4　展望

HAX⁃1是一种多功能蛋白质，在人体组织中的表达无处不在，最初对HAX⁃1的研究发现它的高表达与肿瘤细胞的增殖、浸润和转移密切相关，近年来大批科研工作者逐步把目光转向心血管方面的研究，当然，在心血管系统疾病发生发展中HAX⁃1的保护作用以及机制尚不明确，尚需进行大量前瞻性研究来证实HAX⁃1在心血管疾病发病机制中所起的作用，本文作者主要进行HAX1基因片段功能的深入研究，在今后的研究中期望锁定HAX⁃1蛋白分子的功能性片断进行深入研究，进一步阐明HAX⁃1在细胞周期中细胞增殖和细胞凋亡方面的功能作用，并研究设计开发相应的治疗性小分子肽段，以期为缺血性心脏病的治疗提供新的治疗机会。也期望能为将来心肌细胞再生及心力衰竭的治疗提供前期数据及理论基础，有助于进一步了解HAX⁃1在人类其他疾病中的作用，从而更好地指导临床诊断与治疗。

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