深圳子科生物報(bào)道:病理性心臟肥大如果沒有得到充分的治療，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β5i過表達(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的活性也許可以為肥厚性疾病提供一種新的治療方法。

這一研究成果公布在5月8日的Science Advances雜志上，文章的第一作者是謝鑫，通訊作者是大連醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院院長李匯華教授與首都醫(yī)科大學(xué)王紅霞，李教授長期從事心血管疾?。òㄐ呐K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。心臟肥厚是心臟對(duì)病理刺激（包括高血壓、心肌梗死、壓力過載和腎素-血管緊張素系統(tǒng)的激活）的一種重要的適應(yīng)性反應(yīng)。

雖然肥厚反應(yīng)可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)維持心臟功能，但長時(shí)間的肥大會(huì)變得有害，導(dǎo)致心功能不全和心力衰竭(HF)。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)可用來維持心輸出量。在初始階段的補(bǔ)充后，如果肥厚性增長會(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，包括胰島素樣生長因子1受體（IGF1R）/磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/ AKT，表皮生長因子受體（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，調(diào)節(jié)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)降解的兩種最重要的細(xì)胞機(jī)制。自噬通常被認(rèn)為是一種非特異性過程，可以降解長壽命蛋白質(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，研究人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，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了β5i在心臟肥大發(fā)展中的新作用，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)上調(diào)

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Ang II灌注法誘導(dǎo)野生型（WT）小鼠急性心臟肥大，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處理過的心臟中β2i（也稱為PSMB10）的mRNA水平增加，但小于β5i的mRNA水平。不過Ang II處理后的心臟組織中標(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輸注和主動(dòng)脈縮窄（TAC）2周后，β5i的表達(dá)在小鼠心臟中也上調(diào)了。在Ang II刺激后，新生大鼠心臟成纖維細(xì)胞中β5i的表達(dá)沒有改變（圖1）。

 
圖1.肥大心臟和HF患者中β5i表達(dá)上調(diào)

為了檢驗(yàn)β5i是否在人類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，研究人員通過簡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)控中起關(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處理后的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的敲低或過表達(dá)對(duì)基礎(chǔ)狀態(tài)下的心肌細(xì)胞沒有影響。

接下來，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，和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通過自噬調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞大小

為了確定β5i是否通過自噬調(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)胞中通過氯喹處理逆轉(zhuǎn)。此外，僅通過氯喹就可以恢復(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活性可以通過誘導(dǎo)自噬來補(bǔ)償，并且自噬的抑制逆轉(zhuǎn)了β5i敲低的保護(hù)作用。

 
圖2.β5i的KO通過自噬抑制心肌細(xì)胞大小

壓力超負(fù)荷后，敲低ATG5能抵消β5i缺陷小鼠的心臟保護(hù)作用

為了檢測(cè)ATG5依賴性自噬是否介導(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，再對(duì)小鼠TAC 6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。在TAC后6周時(shí)，與rAAV9-sicontrol相比，β5iKO小鼠心臟功能改善。

因此，與rAAV9- sicontrol小鼠相比，β5iKO小鼠中ATG5的敲低也降低了LC3-II/I比值，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敲低具有類似的效果。因此，這些體內(nèi)數(shù)據(jù)表明β5iKO通過增加ATG5的水平來減弱心臟肥大。

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，這表明在心臟肥厚過程中，免疫蛋白酶體與自噬激活之間存在著重要的補(bǔ)償關(guān)系。

還需要進(jìn)一步的研究，以確定哪種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厚性疾病的治療新策略。

原文標(biāo)題：
The immunoproteasome catalytic β5i subunit regulates cardiac hypertrophy by targeting the autophagy protein ATG5 for degradation