王倩晨

FoxO1轉(zhuǎn)錄因子屬于FoxO家族成員，含有一段約100個(gè)氨基酸殘基組成的保守DNA結(jié)合域，由FKHR基因編碼，在多種病理生理過程中起重要作用[1]。FoxO轉(zhuǎn)錄因子家族是維持心血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵，其中以FoxO1最為重要[2]。心血管疾病如動脈粥樣硬化、肺動脈高壓、糖尿病心肌病等的發(fā)生和發(fā)展與FoxO1密切相關(guān)。

1 FoxO1的結(jié)構(gòu)及功能

Fox基因1989年在黑腹果蠅體內(nèi)首次被發(fā)現(xiàn)，為一類與發(fā)育免疫代謝及癌癥發(fā)生相關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。目前為止，共發(fā)現(xiàn)包括FoxO在內(nèi)的19個(gè)科及亞型[3]。FoxO 包括FoxO1、3、4 及 6，其中 FoxO1、FoxO3、FoxO4在心臟中有表達(dá)，在細(xì)胞核內(nèi)與相關(guān)輔活化因子結(jié)合，從而調(diào)節(jié)多個(gè)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[4]。FoxO在結(jié)構(gòu)上含有一段叉頭/帶翼螺旋結(jié)構(gòu)域（FHDBD，進(jìn)化上高度保守）、核定位序列（nuclear localization sequence，NLS）、核輸出序列（nuclear export sequence，NES）及含有反式結(jié)構(gòu)域（transactivation domain，TAD）的C端。DBD域包含110個(gè)氨基酸，由3α、3β及2翼螺旋組成，α、β及翼螺旋以反平行的方式相互關(guān)聯(lián)以形成一個(gè)三維結(jié)構(gòu)，有利于FoxO轉(zhuǎn)錄因子N端和C端特定區(qū)域與DNA結(jié)合。FoxO1還含有一段富含丙氨酸的轉(zhuǎn)錄抑制域（transrepression domain，RD），與 FoxO1對其他蛋白的轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)。蛋白激酶AKt磷酸化及14-3-3蛋白的結(jié)合位點(diǎn)均分散在FoxO1的DNA結(jié)合域和NLS區(qū)域[5]。

FoxO1通過作用于PDK4、iNOS等靶基因調(diào)節(jié)心臟糖代謝及脂肪酸代謝[6]。研究證實(shí)，F(xiàn)oxO1參與心肌細(xì)胞周期調(diào)控，對胚胎血管和心臟的發(fā)展至關(guān)重要。FoxO1基因敲除胚胎表現(xiàn)出嚴(yán)重的血管、心臟生長抑制及胚胎致死性；心肌細(xì)胞特異過表達(dá)FoxO1的胚胎可出現(xiàn)異常細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑 p21（cip1）和 p27（kip1）的表達(dá)升高，表現(xiàn)出心肌數(shù)量減少、心臟變小變薄[7]。

2 FoxO1活性的調(diào)節(jié)

FoxO1的轉(zhuǎn)錄活性由一系列翻譯后修飾如磷酸化、乙酰化/去乙酰作用、泛素化等調(diào)節(jié)。這些修飾通過改變FoxO1在細(xì)胞內(nèi)的位置、DNA結(jié)合力或特定的轉(zhuǎn)錄模式，從而增加或降低FoxO1的轉(zhuǎn)錄活性[8]。胰島素信號誘導(dǎo)Akt介導(dǎo)的FoxO1磷酸化在FoxO1活性調(diào)節(jié)中起主要作用。Akt磷酸化FoxO1，加速其從細(xì)胞核移至細(xì)胞質(zhì)，從而降低FoxO1的轉(zhuǎn)錄功能。而其他一些激酶如絲裂原激活蛋白激酶、細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶2及核轉(zhuǎn)錄因子 κB（NF-κB）也參與 FoxO1 磷酸化[9]。乙?；腿ヒ阴；揎椏梢詻Q定FoxO1與DNA結(jié)合的能力。乙酰基轉(zhuǎn)移酶CBP/p300乙酰化FoxO1，使FoxO1與DNA的結(jié)合能力和轉(zhuǎn)錄活性減低，相反，去乙?；鏢irtuins蛋白可使FoxO1去乙?；?，從而促進(jìn)FoxO1核轉(zhuǎn)移，增加其轉(zhuǎn)錄活性[10]。FoxO1同多數(shù)蛋白質(zhì)通過泛素化通路降解。有研究[11]發(fā)現(xiàn)，其他蛋白質(zhì)的相互作用也可以影響FoxO1功能。

2.1 磷酸化 FoxO1具有高度保守的磷酸化位點(diǎn)，F(xiàn)oxO1的磷酸化與多種蛋白激酶相關(guān)，其中以胰島素/PI3K激酶途徑為重要途徑。在胰島素信號刺激下，F(xiàn)oxO1由Akt蛋白激酶磷酸化，促進(jìn)其從細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)，同時(shí)通過在S256位點(diǎn)引入負(fù)電荷而抑制FoxO1與DNA結(jié)合[12]。通常來說，磷酸化的FoxO1與14-3-3蛋白相互作用，使FoxO1被錨定在細(xì)胞質(zhì)，抑制其從胞質(zhì)向核內(nèi)轉(zhuǎn)位，從而使其喪失轉(zhuǎn)錄活性；同時(shí)，磷酸化的FoxO1容易進(jìn)一步被泛素化，從而被降解。近期也有研究發(fā)現(xiàn)，少數(shù)蛋白激酶如JNK、p38、MAPK磷酸化FoxO1，也可促進(jìn)胞質(zhì)FoxO1向細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移，且通過促進(jìn)其與14-3-3蛋白質(zhì)解耦聯(lián)而增加其轉(zhuǎn)錄活性[13]。

Potente等[14]報(bào)道，絲裂原活化蛋白激酶體磷酸化FoxO1，抑制內(nèi)皮細(xì)胞遷移及血管形成。在用高脂飲食后，特異性胰島素受體敲除小鼠（IRKO）出現(xiàn)了外周性胰島素抵抗，并出現(xiàn)FoxO1磷酸化降低，細(xì)胞核內(nèi)的FoxO1增加，表明胰島素/FoxO1信號是細(xì)胞適應(yīng)高脂飲食變化的重要組成部分[15]。有研究[16]通過構(gòu)建突變FoxO1的3個(gè)磷酸化位點(diǎn)的突變體，使FoxO1在核內(nèi)聚集，具有持續(xù)的活性，當(dāng)在肝臟內(nèi)通過腺病毒過表達(dá)具有轉(zhuǎn)錄活性的Fox－O1時(shí)，導(dǎo)致甘油三酯的合成增加，游離脂肪酸氧化降低。

2.2 乙?；叭ヒ阴；?類似于磷酸化，乙?；饔每梢杂绊慒oxO1轉(zhuǎn)錄活性和介導(dǎo)FoxO1不同的生物功能[17]。FoxO1蛋白中含有3個(gè)帶正電的賴氨酸位點(diǎn)Lys242、Lys245及 Lys262，帶正電的賴氨酸位點(diǎn)有助于FoxO1與DNA結(jié)合。而當(dāng)這些賴氨酸被乙?；螅鼈兙筒辉賻в姓姾?，從而削弱FoxO1結(jié)合同源DNA序列的能力，也減弱了FoxO1的轉(zhuǎn)錄活性。另一方面乙?；笷oxO1更容易被胰島素信號誘導(dǎo)磷酸化減少其轉(zhuǎn)錄活性。

影響FoxO1乙?；饔玫拿甘墙M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶和組蛋白去乙酰轉(zhuǎn)移酶[18]。FoxO1的乙?；档土薋oxO1的轉(zhuǎn)錄活性及DNA結(jié)合力，反之去乙?；稍鰪?qiáng)FoxO1的功能。沉默信息調(diào)節(jié)因子2（silent information regulator 2，Sirt2）屬于 NAD 依賴的去乙?；易?，對細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的代謝改變做出反應(yīng)，包括營養(yǎng)/能量的改變、應(yīng)力刺激。近年發(fā)現(xiàn)的沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1（silent information regulator 2-related enzymes 1，Sirt1）以 NAD 依賴的方式結(jié)合FoxO1，促進(jìn)FoxO1去乙酰作用，通過調(diào)節(jié)特定的靶基因與DNA結(jié)合，增加FoxO1的轉(zhuǎn)錄活性[19]。Li等[20]發(fā)現(xiàn)，Sirt信號通路增加FoxO1去乙?；饔茫龠M(jìn)FoxO1核轉(zhuǎn)位，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬而減輕心肌肥厚。

2.3 泛素化 泛素化在調(diào)節(jié)FoxO1活性中扮演著雙重角色。泛素-蛋白酶體途徑參與了FoxO1的降解。其中泛素E3蛋白連接酶被證實(shí)為FoxO1泛素化所必需[21]，其可導(dǎo)致FoxO1降解，而 FoxO1與蛋白酶體抑制劑結(jié)合可以阻止這種降解并提高FoxO1表達(dá)。細(xì)胞周期S期激酶相關(guān)蛋白2（S-phase kinase associated protein 2，Skp2）在各種癌癥中表達(dá)水平普遍升高，其可以識別Ser256位點(diǎn)磷酸化的FoxO1，并通過多聚泛素化降解FoxO1[22]。除了多聚泛素化在蛋白質(zhì)降解這種典型的作用，單一的泛素化可增加細(xì)胞核內(nèi)的FoxO1從而介導(dǎo)其轉(zhuǎn)錄活性[23]。

2.4 與其他蛋白相互作用 FoxO1能與β-連環(huán)蛋白及其他轉(zhuǎn)錄蛋白相互作用[24]。FoxO1與β-連環(huán)蛋白結(jié)合時(shí)，β-連環(huán)蛋白將不能與下游T細(xì)胞因子相結(jié)合，發(fā)揮抑制T細(xì)胞因活性的作用[25]。Fox－O1的活性還取決于其他轉(zhuǎn)錄因子及活化因子在特定細(xì)胞類型中的表達(dá)，其在沒有直接結(jié)合DNA時(shí)也可以調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)，比如過表達(dá)缺乏DNA結(jié)合活性的FoxO1突變體仍能夠調(diào)節(jié)靶基因表達(dá)，從而表明FoxO1可能通過與其他轉(zhuǎn)錄因子的相互作用來調(diào)節(jié)下游的靶基因。

3 FoxO1與心血管疾病

FoxO1廣泛表達(dá)于哺乳動物細(xì)胞中，在體內(nèi)代謝平衡的調(diào)節(jié)、氧化應(yīng)激和細(xì)胞分化、增殖和自噬中發(fā)揮關(guān)鍵作用。FoxO1參與調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞增殖、凋亡和自噬，對維持心血管系統(tǒng)的生理功能有重要作用[26]。炎癥、缺血和代謝異常等病理狀態(tài)往往伴隨著FoxO1的表達(dá)異常。而近年來FoxO1在心血管疾病中的研究集中于炎癥和代謝方面，許多心血管疾?。▌用}粥樣硬化、肺動脈高壓、糖尿病心肌病等）都與FoxO1的活性有關(guān)。

3.1 FoxO1與動脈粥樣硬化 FoxO1可以促進(jìn)低密度脂蛋白氧化、內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）功能障礙、血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移等動脈粥樣硬化的病理生理過程。FoxO1促進(jìn)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）依賴的一氧化氮-過氧亞硝基的生成，導(dǎo)致低密度脂蛋白氧化以及eNOS功能障礙[27]。Menghini等[28]報(bào)道，F(xiàn)oxO1的翻譯后修飾增加內(nèi)皮細(xì)胞的不對稱二甲基精氨酸水平，并證實(shí)不穩(wěn)定的動脈粥樣硬化患者斑塊中的FoxO1水平明顯增高，F(xiàn)oxO1/DDAH1/ADMA通路可以作為不穩(wěn)定動脈粥樣硬化的生物標(biāo)志。其機(jī)制為內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激信號激活FoxO1，促進(jìn)iNOS依賴的一氧化氮-過氧亞硝基的生成，增加脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，干擾eNOS的二聚作用，導(dǎo)致eNOS功能障礙，而eNOS解聚是促進(jìn)動脈粥樣硬化斑塊形成的關(guān)鍵[29]。

3.2 FoxO1與肺動脈高壓（PAH） 很多研究顯示，PAH肺血管存在以巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞及肥大細(xì)胞浸潤為主的不同程度的慢性炎癥。FoxO1在免疫系統(tǒng)中廣泛表達(dá)，在促進(jìn)T細(xì)胞靜止及外周免疫耐受中起重要作用[30]。Savai等[31]的研究表明，F(xiàn)oxO1連同其靶基因水平在PAH肺小動脈血管中層的表達(dá)降低，PAH發(fā)生機(jī)制中重要的信號分子如血小板源性生長因子-BB、胰島素生長因子-1、白介素-6及腫瘤壞死因子-α可以增加FoxO1的磷酸化，促使其核移位及降解。FoxO1的抑制劑AS1842856在離體實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)可促進(jìn)肺動脈平滑肌細(xì)胞（PASMCs）增殖，PASMC特異性FoxO1基因消融小鼠發(fā)生自發(fā)性PAH。相反，通過突變磷酸化位點(diǎn)構(gòu)建持續(xù)激活的腺病毒結(jié)構(gòu)（Ad-FoxO1-AAA）激活FoxO1，可以抑制PAH中PASMCs的增殖、遷移及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。用Ad-FoxO1-AAA基因治療可以逆轉(zhuǎn)野百合堿誘導(dǎo)的PAH大鼠模型，降低右室收縮壓，減輕右室肥厚及血管重構(gòu)。其研究證實(shí)FoxO1在PAH中起保護(hù)性作用，而機(jī)制可能與激活FoxO1對T、B細(xì)胞功能的抑制可下調(diào)炎癥和免疫、通過抑制鈣調(diào)磷酸酶/NFATc2通路抑制心室重構(gòu)有關(guān)。

3.3 FoxO1與糖尿病心肌病 糖尿病心肌病是糖尿病獨(dú)立于冠心病和高血壓發(fā)生的心肌結(jié)構(gòu)及功能的改變。在這個(gè)過程中，葡萄糖和脂質(zhì)代謝紊亂觸發(fā)一系列的心臟改變，最終發(fā)展為心室舒張和收縮功能障礙。糖尿病心肌細(xì)胞最顯著的特點(diǎn)是胰島素信號受損、蛋白激酶Akt減少，影響其下游如上調(diào)FoxO1水平，引起細(xì)胞凋亡。Tanaka等[32]證實(shí)，在糖尿病大鼠心臟中，F(xiàn)oxO1通過介導(dǎo)iNOS的生成，通過硝化/亞硝基化改變蛋白質(zhì)活性，并誘導(dǎo)依賴或非依賴caspase酶的細(xì)胞凋亡。FoxO1在心臟中參與如代謝適應(yīng)、內(nèi)皮功能障礙、炎癥和細(xì)胞凋亡的反應(yīng)可能促進(jìn)糖尿病心肌病的發(fā)生。Battiprolu等[33]的研究發(fā)現(xiàn)，高脂喂養(yǎng)的FoxO1基因敲除大鼠較對照組大鼠左室功能得到改善，且沒有出現(xiàn)心肌肥厚。

4 結(jié)語

FoxO1轉(zhuǎn)錄因子參與多種細(xì)胞功能包括增殖、凋亡、壓力抵抗、炎癥遷移及代謝，在多種疾病模型中得到證實(shí)。機(jī)體通過磷酸化、乙酰化、泛素化及多種蛋白之間的相互作用調(diào)節(jié)FoxO1的活性，參與了心血管疾病的病理生理過程。某些心血管疾病如動脈粥樣硬化、糖尿病或糖尿病并發(fā)癥受益于抑制FoxO1，敲除FoxO1有積極的影響。然而，F(xiàn)oxO1也有保護(hù)作用，如在胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化、肺動脈高壓中發(fā)揮有益作用。FoxO1激動劑可能被用來防止干細(xì)胞凋亡從而預(yù)防衰老。FoxO1參與心血管疾病發(fā)生發(fā)展的具體機(jī)制仍未完全闡明，進(jìn)一步的研究證實(shí)將為心血管疾病的治療提供新的思路。

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