2021年蛋白棕櫚化修飾在心血管疾病中的研究進(jìn)展(全文)

2021年蛋白棕櫚化修飾在心血管疾病中的研究進(jìn)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(yùn)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(duì)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(jià)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、?；愇旎|(zhì)飾[2,3]質(zhì)化修飾對(duì)于蛋白定位、轉(zhuǎn)運(yùn)及蛋白質(zhì)間相互作用和信號(hào)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(duì)于棕櫚酰化修飾缺陷的N–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(duì)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(shí)只能與細(xì)胞膜進(jìn)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?；揎椇?，蛋白與細(xì)胞膜的解離速率可以長(zhǎng)達(dá)有個(gè)棕櫚酰修飾位點(diǎn)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(gè)棕櫚?；揎椢稽c(diǎn)的H－Ras，其的半衰期卻可以延長(zhǎng)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(gè)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(shí)現(xiàn)去棕櫚?；瑢?shí)現(xiàn)了可逆的循環(huán)過程[9,10]。蛋白的棕櫚酰化修飾對(duì)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)，定位，信號(hào)傳導(dǎo)起到非常重要的作用。這種動(dòng)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－棕櫚酰化，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(kù)，發(fā)現(xiàn)了23個(gè)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(duì)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(gè)物種中且對(duì)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），它們可以去除棕櫚酰化修飾。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(bào)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(diǎn)，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(jī)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(shí)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(gè)蛋白叫Lypla1，即APT1（acylproteinthioesterases）[19]。以APT1同時(shí)兼有兩種酶的活性，但是其棕櫚?；蛑傅幕钚砸h(yuǎn)遠(yuǎn)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酰化硫脂酶，在其的－端都有一個(gè)棕櫚酰化修飾的半胱氨酸位點(diǎn)，使得這兩個(gè)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(jìn)了這兩個(gè)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M(jìn)APT1在細(xì)胞膜的聚集，并且催化棕櫚?；鞍椎腣artak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(gè)短暫而廣泛存在的修飾過程[25]APTs可以幫助錯(cuò)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?；揎棧詫?duì)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(gè)蛋白相互結(jié)合而去棕櫚酰化，使他們重新進(jìn)入胞漿。而且研究者發(fā)現(xiàn)在高爾基存在一個(gè)負(fù)反饋的棕櫚?；h(huán)，即，棕櫚?；梢哉心既プ貦磅Ｃ?，使得高爾基的棕櫚酰和去棕櫚?；_(dá)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(gè)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(dòng)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(huì)延長(zhǎng)蛋白與質(zhì)膜的結(jié)合，使得蛋白錯(cuò)誤定位于內(nèi)膜系統(tǒng)。這樣就會(huì)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(yùn)，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?；揎桸CX1的棕櫚酰修飾異?？梢杂绊懫涞墓δ芗跋掠涡盘?hào)傳導(dǎo)，勢(shì)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(dòng)和傳導(dǎo)心臟中的動(dòng)作電位在調(diào)節(jié)心臟電活動(dòng)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(zhǎng)QT3和Brugada綜合征。Pei等人發(fā)現(xiàn)Nav1.5受棕櫚酰化修飾，從而增加晚期鈉電流活動(dòng)，提高心臟興奮性并延長(zhǎng)動(dòng)作電位持續(xù)時(shí)間。阻斷棕櫚?；髸?huì)降低肌細(xì)胞的興奮性。Pei[29等人發(fā)現(xiàn)Nav1.5有四個(gè)可能的棕櫚?；揎椢稽c(diǎn)其中的一個(gè)修飾位點(diǎn)與心律失常密切相關(guān)，棕櫚?；揎椏梢愿淖僋av1.5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(diǎn)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(dá)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(dá)，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(dá)可以縮短動(dòng)作電位的持續(xù)時(shí)間，產(chǎn)生類似于短QT綜合飾Kv1.5勢(shì)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(dòng)脈和腸系膜動(dòng)脈對(duì)苯腎上腺（一種1腎上腺素能受體激動(dòng)劑反應(yīng)變得遲鈍。在體實(shí)驗(yàn)中，其對(duì)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(dá)也隨之升高同時(shí)這種小鼠還會(huì)出現(xiàn)心動(dòng)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(duì)1D腎上腺素受體的棕櫚?；绊懨芮邢嚓P(guān)[31]?？梢娮貦磅；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(dòng)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?；揎椩谛呐K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(cè)量發(fā)現(xiàn)心肌缺氧后復(fù)氧會(huì)發(fā)生大量?jī)?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(duì)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?huì)保護(hù)復(fù)氧時(shí)心臟受損，進(jìn)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(hào)和細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育等各個(gè)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(duì)離子通道蛋白的影響極其下游信號(hào)通路的研究，因此，也主要集中在與心律失常相關(guān)的疾