核呼吸因子⁃1在心脏疾病的相关研究进展

侯维娜 王瑞鹃

1邢台市第三医院（河北邢台054000）；2承德医学院附属医院（河北承德 067000）

核呼吸因子⁃1（nuclear respiratory factor⁃1，NRF⁃1）最初发现于细胞色素C的启动子中；且作为调控因子，调节细胞能量代谢和线粒体mtDNA的转录和复制［1-2］。同时，多项研究表明，在心力衰竭、心肌病等心肌细胞功能紊乱情况下，NRF⁃1在维持线粒体稳态中起着重要的作用［3-4］。本文对NRF⁃1在心脏疾病的相关研究进行综合阐述，进而充分了解NRF⁃1在心脏疾病方面的临床价值。

1 NRF⁃1的分子生物学特征

线粒体DNA是细胞线粒体最重要的组成部分，在线粒体内蛋白的生物合成、线粒体的复制及维持线粒体功能的稳定性起着重要的作用［5］。线粒体功能障碍，会引起能量合成功能受损和线粒体DNA突变及拷贝数降低，最终导致细胞的损伤甚至发生凋亡［6］。

NRF⁃1属于核呼吸因子家族［7］。研究发现NRF⁃1作为调控细胞能量代谢的重要因子，不仅可以调控呼吸链酶复合体亚基的表达，还能调控线粒体内外膜转运受体亚基的表达，对细胞线粒体氧化产能过程具有重要调节作用［8］；作为一种重要的细胞核编码的转录调节因子，影响mtDNA的转录和复制［9］。此外，NRF⁃1可介导核和线粒体基因组之间的协调，对抗细胞氧化应激及参与血红素的生物合成。总之，NRF⁃1可通过多种途径维持线粒体的正常功能。

2 NRF⁃1在细胞能量代谢中的作用

线粒体是细胞能量生成，维持正常生理活动的主要场所，而线粒体的能量代谢主要依靠线粒体有氧呼吸链参与［10］。线粒体电子传递链转录的调控需要是细胞核和线粒体DNA编码的基因共同调节，特别是由少量的核因子（如NRF⁃1，NRF⁃2）及共刺激因子PGC⁃1家族的共同参与激活调节。NRF⁃1作为转录因子与核编码基因的启动子，在能量生成中的作用尤其重要。三羧酸循环中琥珀酸脱氢酶（SDH）是由SDHA、SDHB、SDHC、SDHD四个亚基组成的复合体，分别编码亲水性黄素蛋白（SDHA），硫铁蛋白（SD⁃HB），两个疏水的膜锚SDHC和SDHD。琥珀酸脱氢酶的激活对三羧酸循环和电子传递链的正常运行是不可或缺的［11］。在氧气充足情况下，NRF⁃1不仅可以与SDHA多个位点结合，还可以以二聚体的形式特异性的识别SDHA基因的转录起始位点，通过调节SDHA表达量的高低起到直接调节SDHA活性的作用。同时，研究发现NRF⁃1基因可以直接调节线粒体呼吸链中的各个复合物相关的基因表达及其活性水平［12］。例如作为电子传递起始的线粒体复合物I（NADH脱氢酶），作用是将2H和2电子传递给下游的FMN，其亚基上存在着能被NRF⁃1基因特异性识别的位点。NRF⁃1的表达量增加，会引起线粒体ATP的产生增加，进一步满足高耗氧细胞对能量的需求，维持机体的正常运转［13］。

在乏氧和NRF⁃1表达量减少时，导致SDHA活性降低，进而抑制复合物II的活性，导致线粒体内琥珀酸的释放。琥珀酸抑制脯氨酰羟化酶的活性，使低氧诱导因子⁃1a（HIFa）不被降解，导致胞内蛋白水平迅速增加；其与核孔蛋白结合入核，在细胞核中HIF⁃a的N末端激活域与HIF⁃β结合，HIF⁃1与血红素结合（Hmox1，ho1）进而促进糖酵解ATP的产生［14］。在哺乳动物细胞通过激活低氧诱导基因反应增强红细胞生成和改善血管内皮系统功能［15］。总之，NRF⁃1 在线粒体的能量代谢，维持细胞的正常运作中起着重要的作用。

3 NRF⁃1在线粒体生物合成中的作用

线粒体转录因子A（TFAM）是由核基因编码的线粒体核心转录调控因子，与线粒体DNA具有高亲和力，可直接调控DNA的转录、复制、重组及空间结构，进而调节线粒体ATP的产生。而NRF⁃1可调控TFAM的表达，影响mtDNA的转录和复制［16］。过氧化物酶体增殖物激活受体辅助激活因子 r⁃1（PGC⁃1）在 NRF⁃1 的强烈诱导下，与其形成共激活因子，作用于TFAM的启动基因，直接调控线粒体转录和复制［17］。研究显示在人类细胞中，NRF⁃1可与5%的基因启动子结合，它可强烈调控细胞的炎症反应和减轻mtDNA的损伤［18］。另外，NRF⁃1 基因过表达促进抗凋亡因子（Bcl⁃2）的表达且抑制了凋亡因子（Bax）的表达，同时也降低了Caspase⁃3的表达，更有利于维持细胞的稳定及增强抗氧化应激能力［19］。

4 NRF⁃1与心脏疾病

目前认为心力衰竭主要是细胞线粒体的功能损伤，直接导致线粒体相关蛋白的合成、DNA和脂质合成修饰，进而抑制细胞能量产生，导致细胞的凋亡及坏死，使心肌细胞的收缩功能降低［20］。心肌细胞作为机体高耗能细胞，需要大量的能量供给其庞大的能量需求，线粒体作为能量的产生场所；在新生的心肌细胞中研究发现，为适应富氧的环境，心肌细胞内的线粒体发生迅速的变化，出现线粒体数量及线粒体内膜复杂性的增加，发现NRF⁃1的表达量的急剧增加和HIF表达量的减少［21］。在缺氧条件下，NRF⁃1基因的过表达有利于细胞的存活，而且NRF⁃1基因可改善细胞缺氧状态，可能是通过提高细胞活力，降低细胞线粒体去极化水平，增加抗凋亡基因表达水平和抑制促凋亡基因的表达水平，从而发挥降低凋亡率的作用。此外，体外药物刺激心肌细胞，促进NRF⁃1的表达上调，增加线粒体氧化磷酸化蛋白的表达。以上研究推测，药物通过刺激或转录的方式，使心衰细胞NRF⁃1的表达增加，引起线粒体DNA及相关蛋白的表达增多，进而达到维持心肌细胞的功能稳定，减慢心肌结构的重构，延长机体的存活时间［22］。

5 结语

NRF⁃1与心血管疾病的相关研究发现，NRF⁃1且作为调控因子，调节细胞能量代谢和线粒体DNA的转录和复制。在疾病方面的研究，尤其是表现在心力衰竭方面，NRF⁃1的表达量升高，有助于心力衰竭症状的改善，有望成为未来治疗心力衰竭的重要手段。目前国内已成功地克隆了NRF⁃1基因并重组于载体上，为后续研究NRF⁃1对心衰心肌细胞能量代谢的调控机制提供了实验材料和研究思路，但是如何通过简单的方法检测NRF⁃1在人体的表达量及如何通过提高NRF⁃1的表达量用于临床治疗心力衰竭，还需要更多的研究探索。NRF⁃1有望成为新的心力衰竭标志物及新的治疗心力衰竭的药物运用于临床。