李 青，江 華，李菊香

(南昌大學(xué) 第二附屬醫(yī)院 心內(nèi)科， 江西 南昌 330006)

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短篇綜述

糖原合成激酶- 3β減輕心肌缺血/再灌注損傷的研究進展

李 青，江 華，李菊香*

(南昌大學(xué) 第二附屬醫(yī)院 心內(nèi)科， 江西 南昌 330006)

糖原合成激酶- 3β(GSK- 3β)是一種多功能絲氨酸/蘇氨酸激酶，參與調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過程。心肌缺血再灌注時，線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mPTP)開放導(dǎo)致細(xì)胞壞死。磷酸化的GSK3- β可通過多種機制抑制mPTP開放，包括儲存mPTP復(fù)合體中的己糖激酶Ⅱ，阻斷親環(huán)素-D與腺苷酸轉(zhuǎn)移酶間的聯(lián)系，抑制P53的激活和減少ATP的降解等，起著保護心臟的作用。

糖原合成激酶- 3β；線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔；信號傳導(dǎo)；再灌注損傷

糖原合成激酶- 3β(glycogen synthase kinase- 3β, GSK- 3β)最初發(fā)現(xiàn)是因為其抑制糖原合成的作用。心肌缺血/再灌注時，多個信號通路可介導(dǎo)GSK- 3β磷酸化，是線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)開放的決定性因素[1]。而mPTP不可逆的開放使線粒體功能受損，是缺血/再灌注導(dǎo)致細(xì)胞壞死的基本機制之一[2]。本文就GSK- 3β在心肌缺血/再灌注損傷中的保護效應(yīng)作一綜述。

1 心肌缺血/再灌注損傷

心肌組織缺血后再灌注是細(xì)胞存活的必要因素，再灌注致氧化應(yīng)激增加，使mPTP發(fā)生氧化性損傷而開放，產(chǎn)生再灌注損傷。不可逆的mPTP開放使線粒體膜電位消失，ATP生成受損。腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)移酶(adenine nucleotide translocase，ANT)、親環(huán)素D(cyclophilin-D，CyP- D)和無機磷酸(inorganic phosphate，Pi)是mPTP的主要活性成分。CyP- D與ANT結(jié)合可增加mPTP對Ca2+的敏感性，促進mPTP開放[3- 4]。

缺血/再灌注促使mPTP開放的因素有：Pi水平升高、線粒體Ca2+超載、產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species，ROS)及CyP- D與ANT的結(jié)合。再灌注導(dǎo)致細(xì)胞線粒體及線粒體周圍ROS增加，觸發(fā)mPTP開放，大量ROS釋放且線粒體膜電位(mitochondrial membrane potential, ΔΨm)迅速消失，即ROS誘導(dǎo)的ROS釋放(ROS induced ROS release，RIRR)。心肌細(xì)胞再灌注損傷與RIRR密切相關(guān)，與Ca2+相比，ROS在心肌細(xì)胞中觸發(fā)mPTP開放更重要[5]。RIRR導(dǎo)致的線粒體去極化可傳播至相鄰心肌細(xì)胞，導(dǎo)致心臟興奮性變化，發(fā)生致命性心律失常[6]。缺氧/復(fù)氧后存活的心肌細(xì)胞與受mPTP開放效應(yīng)影響的線粒體數(shù)量呈負(fù)相關(guān)。再灌注前，梗死相關(guān)動脈行血管成形術(shù)時進行反復(fù)短暫的擴張/收縮，可有效減少梗死范圍[7]。胰高血糖素樣肽- 1(Glucagon-like peptide- 1，GLP- 1)可阻止mPTP開放，拮抗缺血再灌注損傷，起到心臟保護作用[8]。

2 GSK- 3β的結(jié)構(gòu)特點及其調(diào)控因素

GSK- 3β作為多功能絲氨酸/蘇氨酸激酶，存在于細(xì)胞質(zhì)、線粒體和細(xì)胞系中，參與調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過程，如胚胎發(fā)育、凋亡、細(xì)胞分化、細(xì)胞增殖和細(xì)胞遷移等[9]。與多數(shù)激酶不同，GSK- 3β處于持續(xù)活化狀態(tài)，通過磷酸化活化環(huán)調(diào)控其活性。GSK- 3β氨基末端Ser9位點磷酸化形成假底物，可抑制GSK- 3β與其他底物結(jié)合，即GSK- 3β的自我抑制。多數(shù)信號通路通過磷酸化GSK- 3βSer9位點調(diào)控其活性，如cAMP、PKB、PKC、ERK和MAPK等通路。Wnt通路抑制GSK- 3β活性與GSK- 3β中Ser9的磷酸化無關(guān)，激活Wnt通路并不能使其磷酸化。Wnt激活后，GSK3轉(zhuǎn)移至質(zhì)膜使LRP5/6受體磷酸化，與β-catenin降解復(fù)合物結(jié)合，從而抑制GSK3活性[10- 11]。而GSK- 3β中Tyr216位點的磷酸化可使其活性增加近5倍。

3 GSK- 3β與缺血/再灌注損傷

再灌注損傷的心肌細(xì)胞可激活多種信號通路。缺血預(yù)適應(yīng)/后適應(yīng)可通過腺苷、緩激肽、阿片類藥物、去甲腎上腺素、血管緊張素、乙酰膽堿和促紅細(xì)胞生成素等激活細(xì)胞表面受體，如腺苷-A1受體、Gi-耦聯(lián)受體和緩激肽-B2受體等，經(jīng)PKA、PKB、PKC、PKG、PI3K、p70S6K和ERK1/2介導(dǎo)心臟保護作用[12- 13]。而GSK- 3β在多條通路下游調(diào)控mPTP開放，在心臟保護中起樞紐作用。

3.1 GSK- 3β與心肌保護作用

GSK- 3β主要存在于心肌細(xì)胞胞質(zhì)中，呈持續(xù)活化狀態(tài)。Akt、PKC、PKA和ERK等多種激酶均可致GSK- 3β中Ser9位點磷酸化，使GSK- 3β失活，提高mPTP開放的ROS閾值。GSK- 3β抑制劑或siRNA干擾心肌細(xì)胞GSK- 3β表達時， 促使mPTP開放的ROS閾值增高。GSK- 3β失活可有效抑制ROS及Ca2+超載引起的mPTP開放。無論是在缺血前還是再灌注前給予GSK- 3β抑制劑(SB216763，SB415286)均可減少梗死面積[14]。缺血預(yù)適應(yīng)、缺血后適應(yīng)，以及多種可減少梗死面積的藥物，如阿片類受體激動劑、紅細(xì)胞生成素和腺苷A2b受體激動劑等，均可在再灌注時致GSK- 3β磷酸化，說明磷酸化的GSK- 3β水平是保護心肌減少再灌注損傷的關(guān)鍵因素。

缺血/再灌注誘導(dǎo)胞質(zhì)中的GSK- 3β轉(zhuǎn)移至線粒體與ANT-VDAC復(fù)合體結(jié)合。紅細(xì)胞生成素受體激活后致GSK- 3β磷酸化，磷酸化的GSK- 3β與線粒體內(nèi)膜中的ANT結(jié)合。而線粒體中磷酸化的GSK- 3β與總GSK- 3β的比例與Ca2+引起的mPTP開放密切相關(guān)。說明線粒體中的磷酸化GSK- 3β在mPTP開放和心臟保護效應(yīng)中起主要作用。在GSK- 3β敲除的小鼠中，即使缺血預(yù)適應(yīng)及缺血后適應(yīng)也不產(chǎn)生心肌的保護作用，而給予GSK- 3β抑制劑SB216763抑制GSK- 3β的作用，使小鼠的梗死面積增加。表明GSK- 3β在心肌缺血損傷中起保護作用。

3.2 磷酸化GSK- 3β抑制mPTP的開放

mPTP是主要由電壓依賴性陰離子通道(voltage-dependent anion channel,VDAC)、ANT及CyP- D組成的蛋白復(fù)合體。磷酸化的GSK- 3β主要介導(dǎo)VDAC、ANT、CyP- D及Bcl- 2家族，抑制mPTP的開放[15]。其可能機制有：1)抑制GSK- 3β介導(dǎo)的VDAC磷酸化，保存mPTP復(fù)合體中的己糖激酶Ⅱ(hexokinase Ⅱ，HK-Ⅱ)。HK-Ⅱ是mPTP的穩(wěn)定劑。2)磷酸化GSK- 3β與ANT結(jié)合可能阻斷ANT與CypD之間的聯(lián)系。CypD是mPTP開放的另一觸發(fā)因素。有研究顯示缺血預(yù)適應(yīng)及紅細(xì)胞生成素受體激活后，磷酸化GSK- 3β是與ANT結(jié)合而不是VDAC，致ANT-CypD的結(jié)合降低60%[16]。3)磷酸化的GSK- 3β可能抑制P53介導(dǎo)的mPTP開放。GSK- 3β磷酸化P53使P53活性增加，增加GSK- 3β向線粒體轉(zhuǎn)移[17]。4)磷酸化GSK- 3β可減少VDAC磷酸化，從而抑制ATP向線粒體基質(zhì)的轉(zhuǎn)運。ATP消耗及Pi的積累促進mPTP的開放，再灌注之前抑制ATP水解可抑制mPTP的開放。5)磷酸化GSK- 3β增加Bcl- 2/BAX比例，使線粒體中Bcl- 2與VDAC結(jié)合增加抑制VDAC活性，提高致mPTP開放的ROS的閾值。其中，抑制GSK- 3β介導(dǎo)的VADC磷酸化，可直接或間接作用于線粒體膜外蛋白結(jié)合從而影響線粒體功能，這可能是磷酸化GSK- 3β介導(dǎo)心臟保護作用的主要機制[15]。

3.3 缺血性心臟病中GSK- 3β的磷酸化

早期關(guān)于mPTP調(diào)控及心臟保護效應(yīng)的研究對象是正常動物，結(jié)果可能不適用于病理狀態(tài)。正常情況下，缺血預(yù)適應(yīng)、阿片類受體激動劑及紅細(xì)胞生成素可經(jīng)PI3K和PKC介導(dǎo)GSK- 3β的磷酸化。而存在糖尿病及梗死后心室重構(gòu)時，這些信號通路出現(xiàn)異常。在2型糖尿病動物模型中，缺血預(yù)適應(yīng)及紅細(xì)胞生成素未能激活PI3K-AKT及ERK通路[18- 19]。發(fā)生了梗死后心室重構(gòu)的心臟PI3K-AKT、PKC通路亦不能被缺血預(yù)適應(yīng)激活。不僅GSK- 3β的上游通路異常，其余調(diào)控mPTP開放的機制亦發(fā)生變化。與無糖尿病大鼠相比，OLETF大鼠心肌細(xì)胞線粒體中總GSK- 3β顯著增加，Ser9位點磷酸化百分比降低。提示糖尿病患者心肌細(xì)胞線粒體中GSK- 3β活性增加。心肌肥大模型中，mPTP開放的閾值降低，增加了心肌壞死的可能性。這些研究提示對正常心臟有保護作用的藥物對合并有糖尿病、高血壓和心力衰竭等疾病的冠狀動脈疾病患者不一定有效。在自發(fā)性高血壓大鼠，GSK- 3β抑制劑可模擬缺血預(yù)適應(yīng)/后適應(yīng)的心臟保護作用，磷酸化GSK- 3β與VDAC間的作用是關(guān)鍵[20]。

4 結(jié)語

缺血期抑制線粒體損害，再灌注時抑制mPTP開放是保護心肌，減少缺血/再灌注損傷的關(guān)鍵[21]。磷酸化GSK- 3β在抑制mPTP開放中起主要作用。增加mPTP- ROS閾值可提高心肌細(xì)胞抵抗氧化應(yīng)激的能力從而縮小梗死面積。在有糖尿病和高血壓等疾病的心肌中，介導(dǎo)GSK- 3β磷酸化的通路異常，具體機制有待進一步研究。抑制GSK- 3β活性是保護心肌減少缺血/再灌注損傷的重要分子靶向。但由于GSK- 3β廣泛存在于細(xì)胞中，且參與許多細(xì)胞生物過程，GSK- 3β抑制劑在保護心肌同時帶來的副作用不容忽視。因此，針對GSK- 3β的下游靶點調(diào)控mPTP的研究可能為心臟保護效應(yīng)打開新局面。

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新聞點擊

胎兒暴露于煙草煙霧會導(dǎo)致青少年期聽力受損

2013-06-20《美國新聞與世界報道·每日健康新聞》(U.S.News & World Report·HealthDay Reporter)報道，不要在懷孕期間吸煙的危害又增加了一條：在子宮內(nèi)暴露于煙草煙霧的孩子可能在未來聽力損失的風(fēng)險較高。

紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院邁克爾·威茲曼博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，檢查了2005～2006年美國全國健康調(diào)查的數(shù)據(jù)中近1 000名年齡12～15歲兒童，這些孩子大約有16%已在子宮內(nèi)暴露于煙草煙霧。與沒有這樣的風(fēng)險的青少年相比，這些曾在子宮內(nèi)暴露于煙草煙霧的青少年不僅有總體性聽力損失，并有近3倍的幾率令單側(cè)耳低頻聽力缺失。

該研究 在線發(fā)表在JAMA耳鼻喉科-頭頸外科雜志(journal JAMA Otolaryngology-Head & Neck Surgery)。

Progress on GSK- 3β in cardioprotection against ischemia/reperfusion injury

LI Qing, JIANG Hua, LI Ju-xiang1*

(Dept. of Cardiovascular Medicine, the Second Affiliated Hospital of Nanchang University, Nanchang 330006, China)

Glycogen synthase kinase- 3βis a multifunctional Ser/Thr kinase, and its activity has been associated with many cell processes. The mitochondrial permeability transition pore is primed by ischemia to open upon reperfusion, leading to reperfusion induced cell necrosis. Phosphorylated GSK- 3β presumably inhibits mPTP opening by multiple mechanisms, including preservation of hexokinase Ⅱ in mPTP complex, prevention of interaction of cyclophilin-D with adenine nucleotide translocase, inhibition of P53 activation and attenuation of ATP hydrolysis during ischemia.

glycogen synthase kinase- 3β; mitochondrial permeability transition pore; signal transduction; reperfusion injury

2014- 05- 19

2014- 07- 18

江西省自然科學(xué)基金(2011GZY0254)；江西省研究生專項創(chuàng)新資金(YC2013-S002)

1001-6325(2015)01-0126-04

R34

A

*通信作者(corresponding author)：ljx912@126.com