深圳子科生物報(bào)道：病理性心臟肥大如果沒(méi)有得到充分的治療，最終會(huì)導(dǎo)致心力衰竭。一組研究人員報(bào)道的最新發(fā)現(xiàn)指出，在血管緊張素II（Ang II）處理過(guò)的心肌細(xì)胞和肥大心臟中，免疫蛋白酶體催化亞基β5i表達(dá)和活性顯著增加，而且這種作用在心肌細(xì)胞和轉(zhuǎn)基因小鼠中通過(guò)β5i過(guò)表達(dá)加劇。這表明了β5i在調(diào)節(jié)心臟肥大中的新作用，因此抑制β5i的活性也許可以作為針對(duì)心臟肥大的一種新穎的治療方法。

這一研究成果公布在5月8日的Science Advances雜志上，文章的通訊作者是大連醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院院長(zhǎng)李匯華教授與首都醫(yī)科大學(xué)王紅霞，李教授針對(duì)心血管疾病（包括心臟衰竭、心肌梗死、高血壓及心律失常等）發(fā)生發(fā)展的病理生理機(jī)制展開(kāi)研究，主要探討泛素蛋白質(zhì)修飾、免疫炎癥及營(yíng)養(yǎng)代謝失衡調(diào)節(jié)心血管疾病的病理生理機(jī)制。

心臟衰竭是各種心臟病的最后階段，是全世界發(fā)病率和死亡率的一個(gè)主要原因。慢性心臟衰竭的兩個(gè)特征是心臟肥厚和存活心肌收縮力降低。作為心臟衰竭的先兆，心臟肥厚是心臟對(duì)長(zhǎng)期壓力（如慢性壓力、體積超載或神經(jīng)激素刺激）的一個(gè)非?？贪宓捻憫?yīng)。

心臟肥厚一般可以分為生理性或病理性肥大。初始的肥大反應(yīng)可用來(lái)維持心輸出量。在初始階段的補(bǔ)充后，如果肥厚性增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致心臟功能障礙，那么就被認(rèn)為是病理性肥大。

迄今為止，已證明多種信號(hào)通路可正調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成和心肌肥大，包括胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體（IGF1R）/磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/ AKT，表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）/有絲分裂原-活化蛋白激酶（MAPK），gp130 / Janus激酶（Jak）/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3（STAT3），以及活化T細(xì)胞（NFAT）途徑的鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶/核因子。因此，針對(duì)這些受體和下游介質(zhì)的表達(dá)和活化的治療策略非常具有潛力。

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（UPS）和溶酶體-自噬途徑是蛋白質(zhì)降解兩個(gè)最重要的細(xì)胞機(jī)制。自噬通常被認(rèn)為是一種非特異性過(guò)程，可以降解長(zhǎng)壽命蛋白質(zhì)和異常蛋白質(zhì)聚集體。與自噬相反，UPS是真核細(xì)胞中細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的主要途徑。標(biāo)準(zhǔn)20S蛋白酶體包含三個(gè)β亞基，即β1（PSMB6），β2（PSMB7）和β5（PSMB5），它們分別代表蛋白酶體的半胱天冬酶樣，胰蛋白酶樣和胰凝乳蛋白酶樣活性。

用細(xì)胞因子如干擾素-γ（IFN-γ）刺激后，三種替代β亞基（也稱(chēng)為免疫亞單位）：β1i[大多功能肽酶2（LMP2）或PSMB9）]，β2i（MECL-1或PSMB10）和β5i （LMP7或PSMB8）被誘導(dǎo)，取代其標(biāo)準(zhǔn)亞基形成20S免疫蛋白酶體。

免疫蛋白酶體的主要功能是改善主要組織相容性復(fù)合物-I（MHC-I）抗原呈遞。免疫蛋白酶體還具有多種生物學(xué)功能，包括促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生，T細(xì)胞分化和存活，氧化應(yīng)激和肌肉質(zhì)量。

李教授之前的研究表明，在肥大應(yīng)激下心臟中免疫亞單位β5i的表達(dá)和胰凝乳蛋白酶樣活性顯著增加。而且他們的數(shù)據(jù)顯示β5i還參與小鼠血管緊張素II（Ang II）誘導(dǎo)的心房顫動(dòng)的調(diào)節(jié)。然而，β5i在調(diào)節(jié)心臟肥大中的功能依然未知。

在這項(xiàng)研究中，研究組成員分析了原代心肌細(xì)胞，β5i敲除（KO）小鼠和心臟特異性β5i轉(zhuǎn)基因（β5i-Tg）小鼠（由賽業(yè)生物提供轉(zhuǎn)基因小鼠服務(wù)），結(jié)果發(fā)現(xiàn)了β5i在心臟肥大發(fā)展中的新作用——作為Ang II誘導(dǎo)的心臟肥大的新型正調(diào)節(jié)劑，指出了肥大心臟中免疫蛋白酶體和自噬之間的必要補(bǔ)償性聯(lián)系。

肥大心臟和HF患者中β5i表達(dá)增加

為了鑒定受損心肌內(nèi)的蛋白酶體亞基表達(dá)譜，研究人員通過(guò)Ang II輸注在野生型（WT）小鼠中誘導(dǎo)急性心臟肥大，并使用芯片測(cè)定法分析蛋白酶體亞基表達(dá)。

結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，在47個(gè)蛋白酶體亞基基因中，免疫亞單位β5i（也稱(chēng)為PSMB8或LMP7）在Ang II輸注的第1天在心臟中顯著上調(diào)。之后通過(guò)定量聚合酶鏈反應(yīng)（qPCR）分析證實(shí)β5imRNA的表達(dá)增加。

同時(shí)，在Ang II處理過(guò)的心臟中β2i（也稱(chēng)為PSMB10）的mRNA水平增加，但小于β5i的mRNA水平。不過(guò)Ang II處理后心臟組織中標(biāo)準(zhǔn)亞基（β1，β2和β5）和免疫亞單位β1i的表達(dá)沒(méi)有差異。此外，在Ang II處理的新生大鼠心肌細(xì)胞（NRCM）中β5i蛋白水平增加。在Ang II輸注2周后，5i的表達(dá)在小鼠心臟中也增加了。在Ang II刺激后，新生大鼠心臟成纖維細(xì)胞中β5i表達(dá)沒(méi)有改變（圖1）。

（圖1）

為了檢查β5i是否在人類(lèi)HF中具有相同的重要作用，研究人員又分析了心臟組織中β5i和B型利鈉肽（BNP; HF標(biāo)記物）的表達(dá)。免疫組織化學(xué)顯示衰竭心臟中β5i和BNP的表達(dá)顯著高于正常對(duì)照組。

此外，與對(duì)照組相比，HF患者的血清β5i和胰凝乳蛋白酶樣活性水平也增加。之后，研究人員通過(guò)簡(jiǎn)單的交叉制表和比值比（ORs）的計(jì)算分析了HF患者血清β5i或胰凝乳蛋白酶樣活性水平的關(guān)系。多變量邏輯回歸分析檢測(cè)了血清β5i或胰凝乳蛋白酶樣活性水平對(duì)HF的獨(dú)立貢獻(xiàn)。這些結(jié)果均表明β5i可能在心臟肥大的調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用。

敲除β5i，可以在體外抑制心肌細(xì)胞肥大

為了確定β5i在心臟肥大時(shí)對(duì)功能的影響，研究人員首先檢查β5i是否在體外發(fā)揮促肥大或抗肥大作用。他們發(fā)現(xiàn)與siRNA對(duì)照相比，敲低β5i減弱了Ang II誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞大小的增加，以及心房利鈉因子（ANF）和BNP的表達(dá)。

為證實(shí)這些發(fā)現(xiàn)，研究人員進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，發(fā)現(xiàn)與Ang-II治療后的Ad-GFP對(duì)照組相比，Ad-β5i對(duì)NRCM的感染使β5i水平增加2.3倍，心肌細(xì)胞大小增加，ANF和BNP表達(dá)增加。此外，與Ang2刺激后的siRNA對(duì)照相比，β5i的siRNA敲低降低了AKT和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK1/2）的磷酸化水平。然而，β5i的敲低或過(guò)表達(dá)對(duì)基礎(chǔ)條件下的心肌細(xì)胞沒(méi)有影響。

接下來(lái)，他們又分析了β5i對(duì)苯腎上腺素處理的心肌細(xì)胞的影響。與Ang II處理細(xì)胞的數(shù)據(jù)一致，與siRNA對(duì)照相比，β5i的敲低也減少了去氧腎上腺素誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大和ANF的表達(dá)，這些數(shù)據(jù)表明敲低β5i在體外能抑制心肌細(xì)胞肥大。

β5i通過(guò)自噬調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞大小

為了確定β5i是否通過(guò)自噬調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞大小，研究人員用siRNAs感染心肌細(xì)胞，降低內(nèi)源性β5i和ATG5的水平。 蛋白質(zhì)印跡分析顯示，與siRNA-對(duì)照相比，siRNA-β5i和siRNA-ATG5分別實(shí)現(xiàn)β5i和ATG5水平的降低。

此外，與siRNA對(duì)照相比，β5i的敲低減弱了Ang II誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞大小，ANF表達(dá)以及AKT和ERK1/2磷酸化的增加，這種減少通過(guò)敲低ATG5或β5i和ATG5可以完全逆轉(zhuǎn)。

為了進(jìn)一步證實(shí)自噬對(duì)心肌細(xì)胞大小和相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)途徑的影響，研究人員用siRNA-β5i感染心肌細(xì)胞，并用氯喹（一種自噬抑制劑）處理。他們發(fā)現(xiàn)與siRNA對(duì)照相比，β5i的敲低增加了ATG5的表達(dá)，并且氯喹處理進(jìn)一步增強(qiáng)了這種效果。與siRNA-ATG5感染細(xì)胞的觀察結(jié)果一致，β5i敲低介導(dǎo)的Ang II誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞大小增加，ANF表達(dá)和AKT和ERK1/2磷酸化的減弱也是在siRNA-β5i感染的細(xì)胞中通過(guò)氯喹處理逆轉(zhuǎn)。此外，僅通過(guò)氯喹就可以恢復(fù)β5i敲低對(duì)心肌細(xì)胞肥大的抑制作用。

總之，這些結(jié)果表明阻斷β5i活性可以通過(guò)誘導(dǎo)自噬來(lái)補(bǔ)償，并且自噬的抑制逆轉(zhuǎn)了β5i敲低的保護(hù)作用。

圖2

壓力超負(fù)荷時(shí)，敲除ATG5能抵消β5i缺陷小鼠的心臟保護(hù)作用
為了測(cè)試ATG5依賴(lài)性自噬是否介導(dǎo)β5i缺失對(duì)心臟肥大的抑制作用，研究人員用rAAV9-siRNA注射WT或β5iKO小鼠以敲低內(nèi)源性ATG5表達(dá)。在注射rAAV9-siATG5后3周，他們發(fā)現(xiàn)與rAAV9- sicontrol相比，AAV9-siATG5注射顯著降低了心臟中的ATG5蛋白水平。與rAAV9-sicontrol相比，β5iKO小鼠出現(xiàn)了心臟功能改善。

因此，與rAAV9- sicontrol小鼠相比，β5iKO小鼠中ATG5的敲低也降低了LC3-II/I比率，但增加了ERK1/2活化。與TAC后的rAAV9- sicontrol動(dòng)物相比，WT小鼠中的ATG5敲低具有類(lèi)似的效果。因此，這些體內(nèi)數(shù)據(jù)表明β5iKO通過(guò)增加ATG5的水平來(lái)減弱心臟肥大。

小結(jié)

總之，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)免疫亞單位β5i具有促進(jìn)病理性肥厚重塑的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑的新作用。β5i靶向ATG5降解并抑制自噬的激活，從而導(dǎo)致心臟肥大和功能障礙，這表明免疫蛋白酶體與心臟肥大程序中自噬激活之間的必要補(bǔ)償關(guān)系。

下一步，研究組將進(jìn)一步確定哪種E3連接酶促進(jìn)ATG5泛素化，并確定β5i的抑制是否可以作為肥大性疾病的治療新策略。

作者簡(jiǎn)介：

李匯華, 大連醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院院長(zhǎng)，心血管研究所所長(zhǎng)，教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，“國(guó)家杰出青年科學(xué)基金”獲得者。1998年獲得中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)博士學(xué)位，1998-2005年分別在美國(guó)Wake Forest大學(xué)病理學(xué)系和美國(guó)北卡大學(xué)心血管生物學(xué)研究中心做博士后和研究助理，2005-2010年在北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院病理學(xué)系任教授，2010-2014年在首都醫(yī)科大學(xué)任教授，2015-至今在大連醫(yī)科大學(xué)工作。近些年入選“國(guó)家百千萬(wàn)人才工程”并獲得“有突出貢獻(xiàn)中青年專(zhuān)家”、中國(guó)僑界創(chuàng)新人才貢獻(xiàn)獎(jiǎng)、享受?chē)?guó)務(wù)院政府特殊津貼、遼寧省攀登學(xué)者等榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。

研究方向：

心血管疾病（包括心臟衰竭、心肌梗死、高血壓及心律失常等）發(fā)生發(fā)展的病理生理機(jī)制研究。主要探討泛素蛋白質(zhì)修飾、免疫炎癥及營(yíng)養(yǎng)代謝失衡調(diào)節(jié)心血管疾病的病理生理機(jī)制。

原文標(biāo)題：

The immunoproteasome catalytic β5i subunit regulates cardiac hypertrophy by targeting the autophagy protein ATG5 for degradation