多功能蛋白Prohibitin 功能特性及其与心血管疾病关系的研究进展

孙鑫鑫，杨迪成，袁忠祥

南京医科大学附属上海一院临床医学院心脏及大血管外科，上海200080

心血管疾病是一组由多种原因导致的常见慢性病之一，其发病率及病死率逐年升高趋势，发病年龄呈年轻化趋势［1-2］。Prohibitin（PHB）是一种高度保守的多功能蛋白，主要表达于线粒体，参与维持线粒体的形态及功能。PHB 在多种心血管疾病如冠心病、糖尿病性心肌病、肺动脉高压、心室肥厚及心肌损伤或凋亡导致的心力衰竭中的作用和调节机制逐渐成为研究热点，正常情况下PHB 在心脏中发挥保护作用。本研究对PHB 与心血管疾病的关系作一综述，为心血管相关疾病的诊疗防治工作提供新的治疗或预测靶点。

1 PHB的特性及功能

PHB 作为一种高度保守的多功能蛋白，广泛分布于多种生物细胞中，之所以被命名为PHB，是因为其在本质上具有抗增殖作用，最早被认为是一种肿瘤抑制基因的产物［3］。一项杂交分析研究结果显示，三种不同来源的DNA（小鼠—人杂交细胞系、含有人类染色体片段的杂交细胞系和人中期染色体原位样本）在17q21-q22 区域均发现了PHB 的染色体位点［4］。之后研究证实，人类PHB 基因家族由位于17q21 位点的功能单一的PHB 基因组成，其他4 个加工过的伪基因PHBP1、PHBP2、PHBP3 和PHBP4分别位于6q25、11p11.2、1p31.3和2q21等不同的染色体位点上［5］。MERKWIRTH 等［6］通过免疫共沉淀研究证实PHB 由两个亚基组成，即PHB1 和PHB2，这两个亚基高度相似且相互作用，并在线粒体内膜（IMM）空间定位为大分子复合物（约1.2 kD）。

线粒体自噬是一种选择性的自噬过程，PHB2作为一个重要的线粒体自噬受体，参与靶向线粒体的自噬降解，在线粒体去极化和蛋白酶体依赖的外膜破裂时，PHB2 通过LC3 相互作用区域（LIR）与自噬体膜相关蛋白LC3 结合。PHB2 是parkin 诱导哺乳动物细胞线粒体吞噬所必需的，这可能是其参与人体生理、衰老和疾病过程的作用基础［7］。从机制上讲，PHB 缺陷会损害线粒体呼吸超复合体（RSCs）的形成，而不会改变单个呼吸复合体亚基的丰度，PHB1 和PHB2 共同表达可有效地减轻PHB 缺陷引起的这些损伤；研究发现，PHB 复合物是RSCs 形成和线粒体闪光信号的新调节因子，RSCs形成与基础活性氧产生和线粒体闪光生物发生之间均存在关系［8］。PHB 还参与抑制肺恶性肿瘤等疾病中癌细胞的增殖及扩散，这可能与PHB 作为一类新型的分子伴侣，在维持线粒体结构和功能稳定的过程中发挥了重要作用有关［9-10］。PHB 蛋白在线粒体和细胞核之间的转位是一种凋亡反应，线粒体中PHB 表达变化是由氧化还原失衡驱动的，这表明PHB 蛋白转位在保存线粒体完整性方面具有重要作用。研究显示，PHB2 缺失的心肌细胞线粒体核仁排列紊乱，表明PHB2是维持心肌细胞IMM 微域结构完整性所必需的，并与成年有丝分裂后哺乳动物细胞的分子功能相关［11］。而线粒体功能异常是许多疾病如心血管疾病的常见病因，表明PHB 在心血管疾病中具有很高的诊疗或预测价值。

2 PHB与心血管系统疾病的关系

2.1 PHB 与冠心病 缺乏PHB2 的血管平滑肌细胞（VSMC）可表现出收缩表型丧失，并加剧了高磷酸盐诱导的钙化，PHB2 基因敲除可部分消除线粒体氧化磷酸化，表明PHB2通过抑制VSMC钙化而维持线粒体稳态和VSMC 的收缩表型［12］。胡晓艳等［13］研究表明，在白细胞介素8（IL-8）的刺激下，人、大鼠VSMC 和血管内皮细胞中PHB1表达明显升高，外源性siPHB1 可以明显抑制VSMC 迁移和增殖，而过表达PHB1 可以明显促进其增殖。随后体外研究显示，敲除PHB2后在IL-8刺激下的VSMC增殖和迁移能力下降，表明PHB2蛋白可能存在调节VSMC增殖和迁移的功能，提示PHB 可能是一个与动脉粥样硬化相关的新靶点［14］。

有研究采用PHB1 转基因小鼠构建急性心肌梗死模型，结果显示PHB1 可减少心肌梗死小鼠的梗死面积和线粒体分裂，miR-361 与PHB1 功能障碍相关并可抑制PHB1 翻译，心肌缺血损伤后心肌特异性miR-361 转基因小鼠心肌梗死面积升高、线粒体裂变增强［15］。以上均表明，PHB 表达与缺血性心脏病的发生发展密切相关。针对冠状动脉粥样斑块的相关研究目前尚处于起步阶段，但多项研究均表明PHB 在冠心病中存在较大的诊疗价值，其在冠心病中的作用机制可能是未来的研究热点及重点。

2.2 PHB 与糖尿病性心肌病 研究显示，高糖可诱导心肌成纤维细胞增殖，而PHB 表达升高能够明显抑制心肌细胞增殖；与对照组相比，高糖诱导的心肌成纤维细胞增殖模型组中PHB 在6 h 左右出现核转位、48 h 左右表达下降；在苦参总黄酮介入后，心肌成纤维细胞转化生长因子β1、基质金属蛋白酶2（MMP-2）、胶原蛋白Ⅰ和胶原蛋白Ⅲ表达均降低，G1期细胞数量增加，作用48 h 时PHB 蛋白表达升高，但未观察到其对PHB 核转位的影响；该研究间接证明PHB 的抗细胞增殖功能，提示其可延缓高糖诱导的心室肥厚、心力衰竭等心脏疾病的进展［16］。糖尿病性心肌病大鼠会出现严重的胰岛素抵抗、左心功能障碍、心肌纤维化和心肌细胞凋亡，而PHB 过表达可改善糖尿病性心肌病大鼠的上述改变［17］。在汞处理后的心肌成纤维细胞中，PHB 过表达可降低其胶原蛋白表达、基质金属蛋白酶（MMP）活性和细胞增殖；在H9C2 心肌细胞中过表达PHB 可抑制汞诱导的细胞凋亡，细胞外信号调节激酶磷酸化水平显著降低，此外过表达PHB 有助于恢复糖尿病性心肌病大鼠模型心肌组织的蛋白激酶磷酸化水平。李蕊［18］研究显示，高糖环境下H9C2 心肌细胞中PHB过表达可明显减少细胞凋亡、减轻细胞炎症反应。上述研究提示，PHB 蛋白可能成为治疗糖尿病性心肌病的新靶点，为糖尿病性心肌病的治疗提供了一种新方向。

2.3 PHB 与心室肥厚 研究显示，雄性心肌肥厚大鼠的线粒体PHB 蛋白表达存在差异，在肥大左心室心脏总蛋白提取物中PHB 表达明显降低，且通过凝胶电泳、质谱和免疫印迹等技术证实PHB 表达降低可能是异丙肾上腺素诱导心肌肥厚的一个促进因素［19］。与正常大鼠相比，自发性高血压大鼠（SHR）左心室PHB mRNA 和线粒体PHB 蛋白表达均明显下降，导致线粒体内活性氧生成增加，从而抑制MMP、复合物Ⅰ活性和ATP 生成，间接导致心肌细胞肥大［20］。PHB mRNA 表达与SHR 左心室体积体质量比呈负相关关系，在血浆和SHR 左心室诱导血管紧张素Ⅱ产生后，心肌细胞线粒体PHB 表达下降，但经氯沙坦预处理后PHB 表达反而上升；表明SHR 左心室PHB 表达降低可通过刺激线粒体活性氧的形成导致左心室肥厚［16］。因此，PHB 是心脏肥厚和心力衰竭发展的关键因素，该蛋白在线粒体中发挥保护作用，特别是对抗氧化应激方面。

2.4 PHB 与心力衰竭 张杰等［21］研究显示，在肿瘤坏死因子α（TNF-α）诱导的H9C2 心肌细胞损伤中，PHB 蛋白表达升高可使心肌细胞凋亡率显著降低，并有效增强心脏运动能力。氧化应激可以诱导心肌细胞线粒体中PHB 表达升高，PHB 主要通过抑制线粒体膜通透性转变、增加能量代谢、抑制细胞色素C 从线粒体向细胞质释放等途径，抑制线粒体介导的凋亡反应，从而抑制心肌细胞损伤、防治心力衰竭。WANG 等［22］研究显示，miR-23a与p53抑癌基因结合可增强其与miR-128启动子的相互作用，p53基因直接与miR-128启动子结合，从而增强miR-128表达、抑制PHB 表达，最终促进心肌细胞凋亡。最新研究表明，心脏特异性敲除PHB2 可导致脂滴堆积及心肌细胞损伤，PHB2 可通过影响肉碱棕榈酰转移酶1b（心脏线粒体脂肪酸氧化的限速酶）活性，引起不同程度的心脏脂肪酸氧化（FAO），并导致心力衰竭的发生［23］。肉碱棕榈酰转移酶1b 过表达可减轻PHB2缺陷导致的心肌细胞FAO 受损，表明PHB2是一种潜在的心肌线粒体内膜FAO 调控因子。因此，增加线粒体中PHB 蛋白表达可能是治疗心力衰竭的一种新手段。

蛋白质组学分析结果证实，PHB蛋白是H9C2心肌细胞对抗缺氧激活导致细胞死亡的一个促生存因子，PHB过表达可抑制细胞色素C释放、MMP及Bcl-2基因表达降低；此外心脏凋亡相关长非编码RNA可直接靶向作用于miR-539和PHB2，发挥内源性miR-539功能，通过调控PHB2表达水平和功能，而抑制缺氧诱导的心肌细胞线粒体分裂和凋亡［24］。研究显示，IL-6 预处理可引起H2O2作用后新生大鼠心室心肌细胞PHB 表达上调，PHB 部分受信号转导与转录激活因子3（STAT3）磷酸化调节，不同信号可以通过两个位点的磷酸化特异性触发STAT3激活［25］。核内未磷酸化STAT3 的积累与心肌肥大程度相关，并与诱导炎症及促肥大相关的心脏基因亚群表达相关，PHB蛋白可通过调节STAT3磷酸化水平控制心肌肥大，从而保护心脏正常运转。阿霉素药物治疗癌症的临床应用受到其心脏毒性的限制，黄酮素是一种天然产物，具有抗癌和保护心脏的功效。FL3是黄酮类化合物的合成类似物，可通过与PHB 结合而促进其向线粒体的易位和积累，以稳定线粒体膜，并通过磷酸化激活线粒体信号转导与STAT3，从而启动FL3介导的心脏保护；这表明通过PHB 配体激活线粒体STAT3/PHB1 复合物可能是对抗阿霉素诱导的心脏毒性和其他心脏问题的一种新策略［26］。

2.5 PHB 与肺动脉高压 研究发现，在高迁移率族蛋白B1 诱导的肺动脉内皮细胞损伤模型中PHB蛋白表达明显降低，可能与其诱导氧化应激、促进细胞色素C 释放以及胱天蛋白酶3 剪切等密切相关［27］。PHB1 在血清刺激后的大鼠VSMC 中表达显著升高，而且过表达PHB1 能抑制VSMC 增殖，表明PHB1 在VSMC 中能发挥经典的抗增殖作用。野百合碱可诱导肺动脉高压大鼠肺组织中右室收缩压升高、右心室肥厚加重，大鼠肺组织PHB1 蛋白表达明显上升，免疫组化结果显示PHB1 主要局限于肺血管平滑肌层［28］。PHB1 过表达可抑制PASMCs 增殖，延缓肺血管重构进程，从而减轻肺动脉高压症状，其机制可能可能与AKT磷酸化有关。

综上所述，PHB 在冠心病、糖尿病性心肌病、心室肥厚、心力衰竭、肺动脉高压等心血管疾病中均具有重要调控作用，但目前其在心血管疾病中的功能作用和调控机制仍处于起步阶段。调控PHB 表达可能为各种心血管疾病的治疗提供一种新手段，目前PHB 蛋白在心血管疾病及其他相关疾病中的具体作用及相关机制仍需进一步研究。