趙海靜 劉琪 劉昱圻 程龍 陳韻岱

100853 北京，解放軍醫(yī)學(xué)院(趙海靜、劉琪)；100853 北京，中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心心血管內(nèi)科(劉昱圻、陳韻岱)；100071 北京，中國(guó)人民解放軍軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院生物工程研究所(程龍)

Fundprogram： Beijing Nova Program(Z191100001119020)

心血管疾病是危害人類生命健康的頭號(hào)殺手。端粒磨損與炎癥、氧化損傷相關(guān)，介導(dǎo)細(xì)胞復(fù)制性衰老。轉(zhuǎn)錄因子p53能夠調(diào)節(jié)包括細(xì)胞衰老、DNA修復(fù)等廣泛的細(xì)胞過(guò)程。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)，端粒功能及p53的表達(dá)與冠心病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。本文旨在對(duì)端粒及p53在冠心病中的功能和作用機(jī)制展開(kāi)綜述。

1 端粒功能及作用

1.1 端粒

端粒是線性染色體末端的特殊保護(hù)結(jié)構(gòu)，由5’-TTAGGG-3’ DNA重復(fù)序列構(gòu)成。人類端粒DNA長(zhǎng)度為10～15 kb，小鼠端粒DNA長(zhǎng)度略長(zhǎng)于人類，為25～50 kb[1]。端粒重復(fù)序列與shelterin蛋白復(fù)合體結(jié)合，促進(jìn)了端粒中套索樣結(jié)構(gòu)t-環(huán)的形成[2]，防止端粒功能障礙引起DNA損傷反應(yīng)及雙鏈斷裂修復(fù)通路[3]，在端粒長(zhǎng)度調(diào)節(jié)、掩蓋染色體末端使其免受損傷影響上意義重大。哺乳動(dòng)物一生中，因存在末端復(fù)制問(wèn)題[4]，DNA聚合酶無(wú)法完全合成染色體的3’末端，導(dǎo)致端粒長(zhǎng)度隨細(xì)胞分裂、個(gè)體年齡增長(zhǎng)而不斷縮短。端粒磨損介導(dǎo)細(xì)胞復(fù)制性衰老[5]。當(dāng)端粒長(zhǎng)度達(dá)到臨界值，通常觸發(fā)DNA損傷反應(yīng)，引起細(xì)胞生長(zhǎng)停滯，趨向衰老。

1.2 端粒磨損與冠心病

端粒磨損是分子衰老標(biāo)志之一，是包括冠心病在內(nèi)的年齡相關(guān)疾病的危險(xiǎn)因素[6]。除了復(fù)制性磨損外，端粒縮短與炎癥、氧化損傷相關(guān)[7]。心肌細(xì)胞端粒較短導(dǎo)致嚴(yán)重的心室功能障礙和病理性心臟重構(gòu)，并且與老年人較易罹患心臟病相關(guān)[8]。流行病學(xué)研究表明，白細(xì)胞端?？s短與心血管疾病發(fā)生和心血管死亡呈正相關(guān)。一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究報(bào)道，端粒長(zhǎng)度是組織特異性氧化應(yīng)激的生物標(biāo)志，較短的外周血端粒長(zhǎng)度是急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)后全因死亡和心血管死亡的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素[9]。短端粒與缺血性心血管疾病之間可能存在的因果關(guān)系尚未完全闡明，但可以肯定，在動(dòng)脈粥樣硬化的病理過(guò)程中，短端粒與粥樣斑塊的快速形成呈正相關(guān)[10]。

1.3 端粒酶

端粒酶是將端粒DNA重復(fù)序列添加到染色體末端的核糖核蛋白酶，由端粒逆轉(zhuǎn)錄酶(telomerase reverse transcriptase，TERT)和端粒酶RNA(telomerase RNA component，TERC)構(gòu)成。端粒酶以自身攜帶的RNA序列為模板，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄合成端粒重復(fù)序列，彌補(bǔ)端粒磨損[3]。

1.4 端粒酶與冠心病

端粒酶的激活對(duì)AMI后的心臟起保護(hù)作用。在AMI小鼠心臟外源性表達(dá)TERT后，端粒延長(zhǎng)，且小鼠心肌梗死面積減小，心室功能改善，小鼠存活率提高17%[11]。Richardson等[12]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠心臟在受到冷凍損傷后，表達(dá)端粒酶的細(xì)胞數(shù)量增加了約6.45倍。除了維持端粒長(zhǎng)度之外，端粒酶可能具有其他非端粒功能，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、基因表達(dá)、細(xì)胞凋亡和增殖[13]。

2 p53蛋白

轉(zhuǎn)錄因子p53是一種特殊的DNA結(jié)合蛋白。據(jù)報(bào)道其能夠靶向調(diào)節(jié)近500個(gè)目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄[14]，參與廣泛的細(xì)胞過(guò)程，包括細(xì)胞衰老、細(xì)胞周期調(diào)控、DNA損傷修復(fù)、代謝適應(yīng)和細(xì)胞死亡。正常情況下，E3泛素蛋白連接酶MDM2(mouse double minute 2)等通過(guò)與p53結(jié)合促進(jìn)它的降解，將p53蛋白維持在較低水平。當(dāng)細(xì)胞出現(xiàn)DNA損傷等應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，阻斷MDM2介導(dǎo)p53蛋白的降解[15]，p53蛋白激活，促進(jìn)受損細(xì)胞清除或修復(fù)，降低細(xì)胞增殖突變的風(fēng)險(xiǎn)。

p53蛋白與心血管疾病密切相關(guān)。Si等[16]發(fā)現(xiàn)，p53蛋白的過(guò)度表達(dá)與2型糖尿病患者冠狀動(dòng)脈微血管病變相關(guān)，下調(diào)或抑制p53蛋白的表達(dá)可改善糖尿病患者冠狀動(dòng)脈血流速度儲(chǔ)備和心功能；Liu等[17]發(fā)現(xiàn)，阻斷p53蛋白介導(dǎo)心肌素的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞自噬，減輕AMI后缺血再灌注損傷。

3 端粒及p53蛋白在冠心病中的作用機(jī)制

3.1 端粒-p53蛋白-線粒體機(jī)制

細(xì)胞如何識(shí)別端?？s短是目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。端?？s短通過(guò)激活p53蛋白[18]，抑制過(guò)氧化物酶體增殖活化受體γ輔助激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1 alpha，PGC-1α)，導(dǎo)致線粒體生理功能和生物合成受損[19]。

PGC-1α是線粒體生理和代謝的主要調(diào)節(jié)劑，屬于轉(zhuǎn)錄輔激活因子家族，具有抗炎抗氧化功能[20]。PGC-1α通過(guò)結(jié)合下游NRF-1、NRF-2、ERRα和PPARα等編碼線粒體功能相關(guān)的核轉(zhuǎn)錄因子，反式激活靶基因的轉(zhuǎn)錄，調(diào)控氧化呼吸鏈復(fù)合體亞基、脂肪酸氧化酶類、參與線粒體DNA(mitochondrial DNA， mtDNA)復(fù)制與轉(zhuǎn)錄等相關(guān)核基因的轉(zhuǎn)錄，是血管衰老的中樞負(fù)調(diào)控因子。

線粒體基因表達(dá)和形態(tài)學(xué)的改變引起的細(xì)胞功能障礙可能是端粒功能障礙的結(jié)果[21]。端粒功能障礙引起線粒體功能受損、氧化呼吸鏈復(fù)合體損傷，導(dǎo)致氧化呼吸效率下降，活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)量增加[22]，推動(dòng)細(xì)胞趨向衰老。

端?？s短達(dá)臨界值，觸發(fā)DNA損傷，經(jīng)兩種蛋白激酶毛細(xì)血管擴(kuò)張共濟(jì)失調(diào)突變蛋白(ataxia telangiectasia mutated，ATM)及共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張RAD3相關(guān)蛋白(ataxia telangiectasia and rad3-related protein，ATR)識(shí)別。ATM/ATR識(shí)別DNA損傷，抑制MDM2，并介導(dǎo)p53蛋白激活，PGC-1α表達(dá)水平降低，下調(diào)其下游編碼線粒體功能的核基因轉(zhuǎn)錄因子NRF-1、NRF-2、ERRα和PPARα水平[19]，使得編碼線粒體生理功能的核基因轉(zhuǎn)錄受抑制，線粒體功能受損，ROS產(chǎn)量增加，進(jìn)一步加速端粒磨損。此外，p53蛋白的激活提高細(xì)胞內(nèi)促凋亡蛋白BAX、BAK和BID水平，抑制抗凋亡蛋白BCL-2和BCL-XL，促進(jìn)線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔的開(kāi)放，加速細(xì)胞色素C(cytochrome c， Cyt C)從線粒體膜間隙向細(xì)胞質(zhì)中釋放[23]，結(jié)合并激活凋亡蛋白酶激活因子1(apoptosis protease activating factor-1，Apaf-1)及半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶9前體(procaspase 9)，進(jìn)而激活caspase 9、caspase 3、caspase 7，介導(dǎo)細(xì)胞凋亡[24](圖1)。

Amano等[25]發(fā)現(xiàn)，線粒體關(guān)鍵抗衰老分子sirtuins蛋白受到PGC-1α、PGC-1β的調(diào)節(jié)，端粒較短時(shí)PGC-1α、PGC-1β蛋白的表達(dá)被p53蛋白抑制。此外，PGC-1α能夠抑制氧化型低密度脂蛋白在細(xì)胞內(nèi)的積聚，減少泡沫細(xì)胞生成，起到動(dòng)脈粥樣硬化保護(hù)作用。Xiong等[26]研究顯示，在PGC-1α+/-ApoE-/-小鼠中，敲低PGC-1α基因引起小鼠血管產(chǎn)生衰老表型，抗氧化劑過(guò)氧化氫酶和乙?；窼IRT1的表達(dá)減少，主動(dòng)脈p53蛋白表達(dá)水平提高，PCG-1α表達(dá)減少與小鼠體內(nèi)氧化應(yīng)激增加、線粒體異常和端粒酶活性降低有關(guān)。Sahin等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在第4代TERT-/-小鼠中，PGC-1α和PGC-1β水平下降，心臟和肝臟mtDNA含量下降，線粒體密度降低，電子傳遞鏈的活性存在缺陷，且小鼠左心室壁變薄、直徑增長(zhǎng)。PGC-1α-/-ApoE-/-小鼠中，PGC-1α的缺失使主動(dòng)脈TERT表達(dá)降低，p53蛋白水平上升；而PGC-1α的表達(dá)協(xié)同激活TERT的轉(zhuǎn)錄，逆轉(zhuǎn)端粒功能障礙[27]。細(xì)胞通過(guò)端粒-p53蛋白-線粒體軸感知端粒磨損及功能障礙，導(dǎo)致器官組織和代謝的衰竭，加速了冠心病的發(fā)生與發(fā)展。

3.2 端粒-p53-細(xì)胞周期停滯機(jī)制

血管內(nèi)皮細(xì)胞屏障受損是冠心病發(fā)生的病理基礎(chǔ)。骨髓及外周血中存在內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells，EPCs)，能夠修復(fù)受損的內(nèi)皮細(xì)胞，維持內(nèi)皮屏障的完整性，減少脂質(zhì)的沉積。EPCs中DNA氧化損傷加劇、端粒磨損，可能與冠狀動(dòng)脈疾病發(fā)生、粥樣斑塊的形成密切相關(guān)。P53蛋白抑制多種干細(xì)胞自我更新，端粒功能障礙、DNA損傷、基因組不穩(wěn)定可通過(guò)p53/p21通路觸發(fā)細(xì)胞衰老[28]。

增殖活躍的細(xì)胞中，端粒功能障礙通過(guò)激活細(xì)胞周期檢查點(diǎn)激酶1/2(cell cycle checkpoint kinase 1/2，CHK1/CHK2)，抑制MDM2的活性[14]，激活了p53蛋白依賴的DNA損傷檢查點(diǎn)，使其下游p21蛋白轉(zhuǎn)錄增加，p21蛋白結(jié)合并抑制細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2(cyclin dependent kinase 2，CDK2)的活性；此外，CHK1/CHK2介導(dǎo)細(xì)胞周期分裂因子25A(the cell division cycle 25A，CDC25A)降解[29]，使得CDC25A促進(jìn)CDK2功能減弱，細(xì)胞周期停滯在G1/S期。端粒磨損通過(guò)激活p53蛋白引起細(xì)胞周期停滯、衰老和凋亡，導(dǎo)致干細(xì)胞功能障礙，使其自我更新及活化修復(fù)組織損傷的能力受損[1](圖2)。

端粒功能障礙激活p53蛋白，抑制PGC-1α功能，引起線粒體功能受損，氧化呼吸效率下降，ROS產(chǎn)量增加，并觸發(fā)細(xì)胞凋亡機(jī)制，導(dǎo)致組織器官代謝衰竭，參與冠心病發(fā)生發(fā)展圖1 端粒-p53蛋白-線粒體假說(shuō)機(jī)制圖

增殖活躍的細(xì)胞內(nèi)，端粒磨損通過(guò)激活p53依賴的DNA損傷檢查點(diǎn)，促進(jìn)p21等蛋白轉(zhuǎn)錄增加，引起細(xì)胞周期停滯、衰老和凋亡，導(dǎo)致干細(xì)胞自我更新及修復(fù)能力受損，加速動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生圖2 端粒-p53-細(xì)胞周期阻滯假說(shuō)機(jī)制圖

4 展望

動(dòng)脈粥樣硬化被認(rèn)為是一種血管慢性炎癥性疾病，現(xiàn)有研究證明端?？s短與包括心血管疾病在內(nèi)的年齡相關(guān)性疾病的發(fā)病和死亡相關(guān)[30]，并已建立起端粒與冠心病密切聯(lián)系的橋梁。WOSCOPS研究首次報(bào)道了他汀類藥物與端粒長(zhǎng)度在冠心病治療中的作用，證明他汀可降低端粒較短的高?；颊哳净脊谛牟〉娘L(fēng)險(xiǎn)[31]，延緩患者端粒酶活性的下降及端粒磨損。他汀類藥物治療增強(qiáng)骨髓來(lái)源EPCs的動(dòng)員，可使端粒shelterin蛋白復(fù)合體的TRF2蛋白表達(dá)量增加。

然而，目前多為橫斷面研究，不足以論證端粒磨損與動(dòng)脈粥樣硬化的因果關(guān)系。當(dāng)前仍未形成細(xì)胞感知端粒磨損的完整信號(hào)機(jī)制，但證實(shí)端?？s短通過(guò)激活p53蛋白牽動(dòng)下游一系列分子表達(dá)水平的變化，引起機(jī)體復(fù)雜的病理生理過(guò)程，參與冠心病發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后的多個(gè)階段。p53蛋白已成為細(xì)胞識(shí)別過(guò)短端粒的重要信號(hào)靶點(diǎn)，調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程及線粒體生物發(fā)生和代謝功能，是端粒功能障礙分子信號(hào)通路的樞紐。基于端粒及端粒酶的創(chuàng)新性基因治療方式和治療靶點(diǎn)正在不斷的研究和探索中，端粒酶基因療法期盼能夠通過(guò)彌補(bǔ)端粒磨損對(duì)冠心病提供預(yù)防與治療，改善患者預(yù)后情況。

雖然證實(shí)端粒長(zhǎng)度是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，端粒功能障礙與冠狀動(dòng)脈疾病相關(guān)，然而端粒長(zhǎng)度能否成為臨床上可行的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估因子，進(jìn)一步指導(dǎo)臨床策略制訂仍需要未來(lái)大規(guī)模、多中心的前瞻性研究，以及長(zhǎng)期的隨訪評(píng)估其應(yīng)用效能。

利益沖突：無(wú)