2021年蛋白棕櫚化修飾在心血管疾病中的研究進展(全文)

2021年蛋白棕櫚化修飾在心血管疾病中的研究進展（全文）蛋白需經(jīng)過DNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄形成RNA，轉(zhuǎn)錄后加工，翻譯成蛋白，翻譯后加工轉(zhuǎn)運等一系列復(fù)雜過程才具有生物學(xué)活性。有些蛋白需要定位在細(xì)胞特定的亞器，如細(xì)胞膜，才能發(fā)揮其正常的生物學(xué)功能。在這些蛋白中有些屬于膜內(nèi)在受體可以直接定位在細(xì)胞膜如蛋白偶聯(lián)受體，而有些蛋白則要經(jīng)過翻譯后修飾才可以準(zhǔn)確定位到細(xì)胞膜，如法尼基化，棕櫚?；罐Ⅴ；纫虼诉@些修飾對于蛋白的功能至關(guān)重要[1其，棕櫚?；俏ㄒ豢赡娴闹|(zhì)修飾，廣泛存在于各組織系統(tǒng)中，這種修飾過程參與了多種疾病的發(fā)生發(fā)展過程，與腫瘤，神經(jīng)系統(tǒng)疾病和心血管系統(tǒng)等疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。一、蛋白的脂質(zhì)化修飾修飾等。其中蛋白質(zhì)的脂質(zhì)化修飾是蛋白質(zhì)翻譯后加工修飾中重要的一種，指蛋白質(zhì)與脂質(zhì)分子的共價結(jié)合。根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)合脂肪酸鏈的不同，可將其以為尼基、豆酰、酰化異戊化脂質(zhì)飾[2,3]質(zhì)化修飾對于蛋白定位、轉(zhuǎn)運及蛋白質(zhì)間相互作用和信號傳導(dǎo)具有重要的意義[－6]?，F(xiàn)今約有％的人類基因組編碼蛋白參與了這些翻譯后的調(diào)控修飾[7]研究表明對于棕櫚?；揎椚毕莸腘–Ras(c186s)雖然仍有GTP結(jié)合效率，但是其不能結(jié)合在胞膜上，因此缺乏對下游通路激活的的能力[]脂質(zhì)化修飾程度不同直接影響此蛋白與細(xì)胞膜的結(jié)合能力當(dāng)?shù)鞍字唤?jīng)過法尼基化單一修飾時只能與細(xì)胞膜進行短暫的結(jié)合，當(dāng)經(jīng)過兩次脂質(zhì)修飾，即法尼基化和棕櫚酰化修飾后，蛋白與細(xì)胞膜的解離速率可以長達有個棕櫚酰修飾位點的N－Ras在細(xì)胞膜停留的半衰期只有不到5分鐘，而有兩個棕櫚?；揎椢稽c的H－Ras，其的半衰期卻可以延長到20分[4]?？梢?，脂質(zhì)修飾與蛋白的膜定位及其活性有密切關(guān)系。二、蛋白的棕櫚酰修飾及相關(guān)酶是指16個碳的脂肪酸棕櫚酸鹽通過硫酯鍵在棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶（palmitoyltransferasesPATs）的下合蛋的半酸基再在蛋質(zhì)基硫酶（prtpthePT用下硫酯鍵水解，實現(xiàn)去棕櫚?；?，實現(xiàn)了可逆的循環(huán)過程[9,10]。蛋白的棕櫚?；揎棇Φ鞍邹D(zhuǎn)運，定位，信號傳導(dǎo)起到非常重要的作用。這種動態(tài)的棕櫚酰循環(huán)最初是1981年在transferrin受體蛋白上發(fā)現(xiàn)的隨后幾年ankyrin和p21NRas蛋白也相繼發(fā)現(xiàn)存在這種脂質(zhì)修飾過程[11－13]。PATs可以催化蛋白質(zhì)的－棕櫚?；?，是一組含有高度保守的半胱氨酸富集的DHHC結(jié)構(gòu)域的跨膜蛋白。Fukata[13]篩選人鼠基因庫，發(fā)現(xiàn)了23個DHHC基因，編碼23種不同DHHC蛋白。DHHC蛋白最早是在酵母中被發(fā)現(xiàn)的其中DHHC結(jié)構(gòu)域中的半胱氨酸殘基對于PATs的酶活性具有決定作用能夠影響其空間結(jié)構(gòu)和定位DHHC蛋白廣泛的存在于從植物到人類的各個物種中且對不同的催化蛋白具有特異性[14]。這一家族在不同物種中的同源基因具有高度保守性，但是同一物種不同成員之間的序列保守性卻很差。在棕櫚酰修飾中還另一類關(guān)鍵蛋白即棕櫚酰蛋白硫酯（palmitoylproteinthioesterases，PPTs），它們可以去除棕櫚?；揎?。PPTs發(fā)現(xiàn)的比PATs要早1993年P(guān)PT1在牛腦組織勻漿中發(fā)現(xiàn)其可以去除提前[3H]棕櫚酰標(biāo)記的H－Ras和G鹽[15雖然PPTs發(fā)現(xiàn)較早，但是有關(guān)PPTs的作用蛋白，及其特異性等相關(guān)研究卻少有報道，迄今為止被確定為PPTs的也只有PPT1，APT1，APT2，APTL1等[16]。PPTs屬于絲氨酸水解酶，含有激活的絲氨酸位點，用以水解多肽，蛋白以及脂質(zhì)的酰胺，酯及硫脂鍵[17。隨后，有研究發(fā)現(xiàn)PPT1缺陷可以導(dǎo)致嬰兒型神經(jīng)元蠟樣質(zhì)脂褐質(zhì)沉積病，這種病是由于脂質(zhì)修飾的蛋白質(zhì)積累在神經(jīng)元導(dǎo)致神經(jīng)退行性溶酶體貯積失調(diào)而引起[18]。但是有關(guān)PPT1在胞質(zhì)中棕櫚化修飾機制尚不清楚隨后的三年即1996年另一種PPT被日本科學(xué)家Hiroyuki等人發(fā)現(xiàn)，而此蛋白最早發(fā)現(xiàn)時卻是作為一種Lysophospholipases（溶血磷脂酶）在大鼠的肝臟中提取出來的，所以這個蛋白叫Lypla1，即APT1（acylproteinthioesterases）[19]。以APT1同時兼有兩種酶的活性，但是其棕櫚?；蛑傅幕钚砸h遠大約100倍[20]的APT1作用蛋白相繼被發(fā)現(xiàn)，如eNOS，G，AP－23和病毒蛋白[2－23]，并參與了相應(yīng)的疾病病理過程。三、棕櫚酰蛋白硫酯酶的棕櫚?；揎桝PT1和APT2作為最現(xiàn)今最主要的兩種棕櫚?；蛑?，在其的－端都有一個棕櫚酰化修飾的半胱氨酸位點，使得這兩個蛋白和其他它們它們作用的蛋白一樣也可以定位于細(xì)胞膜，而正是這種作用，也促進了這兩個蛋白與其靶蛋白在胞膜的結(jié)合從而行使相應(yīng)功能gt.等[24]發(fā)現(xiàn)棕櫚?；梢源龠MAPT1在細(xì)胞膜的聚集，并且催化棕櫚酰化蛋白的Vartak的APTs還可以與棕櫚?；牡鞍自诩?xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)結(jié)合，說明去棕櫚?；^程是一個短暫而廣泛存在的修飾過程[25]APTs可以幫助錯誤定位的棕櫚酰蛋白去棕櫚?；匦露ㄎ挥诟郀柣鶑?fù)合體，在那里這些蛋白可以重新棕櫚?；揎?，所以對于很多棕櫚酰蛋白主要定位集中于高爾基復(fù)合體棕櫚?；腁PT1和APT2部分定位于高爾基復(fù)合體，在那里這兩個蛋白相互結(jié)合而去棕櫚酰化，使他們重新進入胞漿。而且研究者發(fā)現(xiàn)在高爾基存在一個負(fù)反饋的棕櫚?；h(huán)，即，棕櫚酰化可以招募去棕櫚酰酶，使得高爾基的棕櫚酰和去棕櫚酰化達到一種平衡。所以，從這些結(jié)果來看，去棕櫚酰酶APTs只是作為一個調(diào)控者，而不是關(guān)鍵因子存在，這也就解釋為什么在低等動物中，APT1的棕櫚酰半胱氨酸的保守性并不好。當(dāng)阻止去棕櫚化過程就會延長蛋白與質(zhì)膜的結(jié)合，使得蛋白錯誤定位于內(nèi)膜系統(tǒng)。這樣就會消耗定位于細(xì)胞膜的N－RasH－Ras發(fā)展[26。四、棕櫚?；c心血管病的關(guān)系我們知道的NCX1是一種鈉/鈣交換因子，介導(dǎo)鈣的跨膜轉(zhuǎn)運，其的活性受到鈉梯度和膜電位的控制。在心肌中，NCX1可以通過影響鈣流出控制心肌的舒張功能NCX1功能異常與心律失常和缺血再灌注損傷密切相關(guān)[27]]等人發(fā)現(xiàn)NCX1的－端靠近跨膜區(qū)的第739位半胱氨基酸可以發(fā)生棕櫚酰化修飾NCX1的棕櫚酰修飾異?？梢杂绊懫涞墓δ芗跋掠涡盘杺鲗?dǎo)，勢必在心律失常和缺血再灌注損傷中發(fā)揮重要作用。心臟的另一種通道蛋白－電壓門控鈉通道（Nav1.5）可以通過啟動和傳導(dǎo)心臟中的動作電位在調(diào)節(jié)心臟電活動中起重要作用。Nav1.5功能失調(diào)與多種心臟疾病相關(guān)，包括長QT3和Brugada綜合征。Pei等人發(fā)現(xiàn)Nav1.5受棕櫚?；揎?，從而增加晚期鈉電流活動，提高心臟興奮性并延長動作電位持續(xù)時間。阻斷棕櫚酰化后會降低肌細(xì)胞的興奮性。Pei[29等人發(fā)現(xiàn)Nav1.5有四個可能的棕櫚?；揎椢稽c其中的一個修飾位點與心律失常密切相關(guān)，棕櫚酰化修飾可以改變Nav1.5功能和心臟興奮性，因此棕櫚?；揎椗c心律失常密切相關(guān)。Jindal[30等人發(fā)現(xiàn)Kv1.5可以在C593位點發(fā)生棕櫚?；贙v1.5棕櫚酰修飾突變的穩(wěn)定細(xì)胞系中，Kv1.5在細(xì)胞膜的表達增加，并增加外向鉀電流。在人類心臟中，Kv1.5通道選擇性地在心房肌細(xì)胞中表達，并且家族遺傳的心房纖維化與Kv1.5的功能異常密切相關(guān)。Kv1.5在大鼠心肌細(xì)胞中的過表達可以縮短動作電位的持續(xù)時間，產(chǎn)生類似于短QT綜合飾Kv1.5勢必與心肌纖維化和心律失常密切相關(guān)。ZDHHC21是一種棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶有研究表明此蛋白突變小鼠的主動脈和腸系膜動脈對苯腎上腺（一種1腎上腺素能受體激動劑反應(yīng)變得遲鈍。在體實驗中，其對去氧腎上腺素的反應(yīng)也同樣變得遲鈍，使得兒茶酚胺水平和腎上腺素受體基因的表達也隨之升高同時這種小鼠還會出現(xiàn)心動過速和低血壓，這種現(xiàn)象正好與其血管張力減弱密切相關(guān)。最后研究者發(fā)現(xiàn)上述反應(yīng)與ZDHHC21對1D腎上腺素受體的棕櫚?；绊懨芮邢嚓P(guān)[31]。可見棕櫚?；揎椏梢酝ㄟ^影響腎上腺素受體的活性來影響血壓或心率的變化。相似的研究還有有關(guān)z－DHHC16缺陷的小鼠模型（Aph2－/－）的研究，研究者們發(fā)現(xiàn)zf－DHHC16蛋白的作用底物是受磷蛋白，這種蛋白與人類心肌病密切相關(guān)，并證明了Aph2在胚胎/出生后存活，眼睛發(fā)育和心臟中發(fā)揮著重要作用Aph2－/－胚胎和幼仔表現(xiàn)出心肌病和心臟缺陷，包括心動過緩等病理變化。Aph2缺乏導(dǎo)致受磷蛋白磷酸化的低磷酸化狀態(tài)，使此蛋白處于一種高抑制形式。Aph－/－小鼠中受磷蛋白使Aph2成為一種關(guān)鍵的心臟功能調(diào)節(jié)因子，并揭示了蛋白質(zhì)棕櫚酰化修飾在心臟等器官發(fā)育中的重要作用[32]。Lin[33]等人通過電學(xué)和光學(xué)測量發(fā)現(xiàn)心肌缺氧后復(fù)氧會發(fā)生大量內(nèi)吞作用（massiveendocytosis）。而這一過程需要DHHC5，一種棕櫚?；D(zhuǎn)移酶的參與。此外，DHHC5的缺失對缺氧后心肌的表現(xiàn)有益，這意味著抑制蛋白質(zhì)的棕櫚?；揎椏赡軙Ｗo復(fù)氧時心臟受損，進一步豐富了棕櫚?；揎椩谛难芗膊≈械难芯?。五、展望棕櫚化修飾在細(xì)胞信號和細(xì)胞生長發(fā)育等各個環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用，與惡性腫瘤，神經(jīng)系統(tǒng)等多種疾病密切相關(guān)。而其與心血管相關(guān)的研究卻多集中在對離子通道蛋白的影響極其下游信號通路的研究，因此，也主要集中在與心律失常相關(guān)的疾