馬玉蘭，徐蔓，李丹，唐其柱

(1.武漢大學(xué)人民醫(yī)院心血管內(nèi)科，武漢 430060； 2.武漢大學(xué)第一臨床學(xué)院，武漢 430060；3.代謝與相關(guān)慢病湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430060)

心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)是一組影響心臟或心臟有關(guān)血管的疾病，包括冠心病、心絞痛、心肌梗死、先天性心臟病、高血壓及心肌病(如擴(kuò)張型或肥厚型心肌病)等。研究表明，CVD多發(fā)于老年人，預(yù)計(jì)2030年全球65歲以上人口CVD的患病率較往年將成倍增加，而CVD也是全球人類死亡的主要原因[1]。同時(shí)CVD的治療費(fèi)用逐年增加，造成嚴(yán)重的疾病負(fù)擔(dān)。目前CVD的治療主要以藥物和手術(shù)為主，其中心臟外科手術(shù)的效果雖然較好，但其臨床應(yīng)用始終受到操作復(fù)雜和術(shù)后并發(fā)癥的限制[2]。因此尋找新的藥物治療靶點(diǎn)顯得尤為重要。而p21作為抑制細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂的細(xì)胞周期的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，在細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡中起重要作用，同時(shí)也是腫瘤抑制因子p53的重要下游靶標(biāo)。p21可以通過抑制細(xì)胞周期蛋白與細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶的結(jié)合來調(diào)節(jié)細(xì)胞周期。在哺乳動(dòng)物中，p21在胚胎和新生兒心臟中較少表達(dá)，但在成年心臟中高表達(dá)[3]。研究表明，p21參與了心肌損傷的病理過程[4]，在CVD的發(fā)生發(fā)展中起非常重要的作用，未來有望成為CVD藥物治療的新靶點(diǎn)。但p21在CVD中的變化及其作用目前仍存在爭(zhēng)議。現(xiàn)就p21在多種CVD中的具體作用予以綜述，以為CVD的防治提供新靶點(diǎn)。

1 p21概述

p21作為細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑，通過多種方式調(diào)控細(xì)胞死亡。p21是一種負(fù)調(diào)控因子，是細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑的初始成員。由于其明確的三級(jí)結(jié)構(gòu)，p21能與許多參與關(guān)鍵生物過程的蛋白相互作用[3]。作為多種胞內(nèi)和胞外應(yīng)激信號(hào)的關(guān)鍵效應(yīng)因子，p21受到多種轉(zhuǎn)錄因子、不同的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子[如微RNA(microRNA，miRNA)和RNA結(jié)合蛋白]以及多種翻譯后修飾的調(diào)控[5]。其通過不同的泛素依賴和獨(dú)立途徑降解，而多種激酶可逆的蛋白磷酸化可作為一種額外的翻譯后機(jī)制，調(diào)控p21的功能、定位、穩(wěn)定性和降解[6]。特別是不同激酶在不同位點(diǎn)的磷酸化可引起p21的細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位，極大地影響其功能和許多化療干預(yù)的治療反應(yīng)[7]。近年研究表明，p21在細(xì)胞衰老、凋亡等方面的調(diào)控作用與CVD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[8]。

p21作為細(xì)胞周期抑制劑、衰老誘導(dǎo)劑和腫瘤抑制劑，在細(xì)胞凋亡、分化、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞重編程和細(xì)胞遷移等方面發(fā)揮重要作用[9]；p21可直接抑制細(xì)胞周期中的G1期、S期和G2期周期蛋白依賴性激酶[10]。研究發(fā)現(xiàn)，p21可抑制多種類型的癌細(xì)胞周期、骨骼肌和骨再生[11]。且p21也是心肌細(xì)胞周期活動(dòng)的重要調(diào)節(jié)劑，其在胎兒和新生兒心肌細(xì)胞中的表達(dá)和活性較低。對(duì)成人心肌細(xì)胞進(jìn)行的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，p21通過促進(jìn)增殖細(xì)胞核抗原的降解來阻止細(xì)胞進(jìn)入S期和復(fù)制DNA[12]。除p53外，大量的癌基因、腫瘤抑制因子、炎癥因子和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)均可以啟動(dòng)p21轉(zhuǎn)錄，在有害因素刺激下，p21異常增殖可導(dǎo)致暫時(shí)的細(xì)胞周期阻滯[13]。p21不僅是細(xì)胞周期的抑制劑，也是激活因子，這取決于細(xì)胞環(huán)境及p21表達(dá)水平。同時(shí)p21也被認(rèn)為是細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)因子，參與自噬[14]。細(xì)胞質(zhì)p21可抑制多種胱天蛋白酶(caspase)和凋亡效應(yīng)因子，包括前caspase-3、caspase-8、caspase-10、凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1和應(yīng)激活化蛋白激酶[9]。值得注意的是，p21在癌細(xì)胞中激活自噬，加速細(xì)胞死亡，而在正常細(xì)胞中，p21可在外界刺激下誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[15]。

2 p21與CVD

CVD主要包括心肌肥厚、心肌纖維化、動(dòng)脈粥樣硬化、心肌梗死和心力衰竭等，其中心肌肥厚主要指心肌細(xì)胞體積的增大，以適應(yīng)外界過高的壓力負(fù)荷；心肌纖維化則主要指危險(xiǎn)因素刺激下心肌成纖維細(xì)胞的過度增殖；動(dòng)脈粥樣硬化與衰老的血管平滑肌增多有關(guān)；心力衰竭是心肌肥厚、心肌纖維化、動(dòng)脈粥樣硬化、心肌梗死等的終末發(fā)展階段，主要表現(xiàn)為心肌細(xì)胞的衰老和凋亡，表明心肌細(xì)胞可通過增殖與形態(tài)的改變，影響相關(guān)基因的表達(dá)[16]，進(jìn)而促進(jìn)CVD的發(fā)生與發(fā)展。p21是細(xì)胞周期的重要調(diào)控因子，近年研究表明，其也可通過抑制細(xì)胞死亡過程(包括凋亡、壞死和自噬)的各種機(jī)制促進(jìn)細(xì)胞生存，特別是在那些細(xì)胞分裂和增殖能力有限的細(xì)胞(如心肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞)作用更明顯，如在心肌細(xì)胞中p21是p53應(yīng)對(duì)應(yīng)激刺激的重要靶點(diǎn)，調(diào)控與心肌細(xì)胞死亡相關(guān)的各種生物學(xué)過程[17-19]。此外，p21的激活直接參與心肌細(xì)胞周期的終止[20]。由于p21是一種雙重功能蛋白，它是促凋亡還是抗凋亡取決于其細(xì)胞定位。研究發(fā)現(xiàn)，在慢性缺氧、急性缺血、高溫等心臟應(yīng)激條件下，p21細(xì)胞質(zhì)定位增加[21]。而在急性和終末期心力衰竭中，p21水平恢復(fù)至人類胎兒心臟模式，顯示p21水平下降而p53水平升高[22]。這些研究表明，p21表達(dá)可能在應(yīng)激條件下具有心臟保護(hù)作用。針對(duì)這一作用的治療可能通過刺激心肌細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞周期并增殖，取代心臟中受損或丟失的細(xì)胞，從而使CVD患者受益。因此，深入研究p21在各類CVD中的表達(dá)變化對(duì)CVD的防治至關(guān)重要。

2.1p21與心肌肥厚 心肌肥厚是高血壓、缺血性心臟病、瓣膜功能不全等多種CVD的常見并發(fā)癥和獨(dú)立危險(xiǎn)因素[23]，是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程。心肌細(xì)胞在人類出生后不久便退出細(xì)胞周期并最終分化。因此，在成人心臟中，心肌細(xì)胞數(shù)量不會(huì)增加，而是單個(gè)心肌細(xì)胞的大小增加。心肌細(xì)胞肥大有兩種類型：生理性和病理性。心肌細(xì)胞肥大最初發(fā)展為對(duì)生理和病理刺激的適應(yīng)性反應(yīng)，但病理性肥大通常會(huì)發(fā)展為心力衰竭。多種神經(jīng)體液分子、受體、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路相互作用參與心肌肥厚的調(diào)控[23]。Tong等[24]通過研究得出，H9c2細(xì)胞和原代心肌細(xì)胞經(jīng)血管緊張素Ⅱ(angiotensin，AngⅡ)刺激后細(xì)胞面積分別增加2.51倍和3.67倍，并伴有p21信使RNA和蛋白表達(dá)的增加；而在H9c2細(xì)胞和原代心肌細(xì)胞中抑制p21的表達(dá)，再給予AngⅡ刺激，發(fā)現(xiàn)兩種細(xì)胞的表面積增加倍數(shù)更顯著。以上結(jié)果表明，p21的高表達(dá)可以有效抑制AngⅡ誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大的發(fā)生。Xu等[25]應(yīng)用冬凌草甲素干預(yù)p21靶點(diǎn)，證明了冬凌草甲素可能是一種有前景的抗心肌肥厚的治療藥物，且利用AngⅡ誘導(dǎo)的離體心肌細(xì)胞肥大的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，冬凌草甲素是通過促進(jìn)p21自噬來發(fā)揮抗心肌肥厚作用，進(jìn)一步驗(yàn)證了p21可通過激活自噬減輕壓力過負(fù)荷造成的心肌肥厚。此外，有研究表明，骨化三醇抗心肌肥厚的作用也是通過激活p21實(shí)現(xiàn)[26]。綜上可知，上調(diào)肥厚型心肌病患者心肌中p21的表達(dá)可以達(dá)到一定的治療效果，而這可能均依賴于p21對(duì)自噬的調(diào)控。

2.2p21與心肌纖維化 纖維化是大多數(shù)心肌病的病理過程，其治療選擇有限。過度纖維化會(huì)破壞受損組織的結(jié)構(gòu)完整性，并可能導(dǎo)致瘢痕形成和心臟功能的喪失，最終導(dǎo)致心力衰竭、惡性心律失常和猝死[27]。目前，成纖維細(xì)胞過度增殖已被證實(shí)是心肌纖維化的主要病理基礎(chǔ)[28]。一方面，衰老細(xì)胞在纖維化心肌組織中積累，證實(shí)成纖維細(xì)胞是經(jīng)歷衰老的主要心肌細(xì)胞群體；另一方面，衰老的心肌細(xì)胞釋放內(nèi)皮素3、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β2和生長(zhǎng)分化因子15等，可促進(jìn)成肌纖維細(xì)胞活化[29]。這表明衰老的成纖維細(xì)胞是心肌纖維化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。而成纖維細(xì)胞的衰老過程依賴于p53/p21途徑，提示p21可能通過激活心肌纖維化相關(guān)基因，調(diào)控心肌重構(gòu)[30]。此外，Zhang等[31]研究發(fā)現(xiàn)，miR-26a與心肌纖維化有關(guān)，其可以顯著抑制心肌纖維化。他們通過AngⅡ誘導(dǎo)纖維化的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，miR-26a通過組蛋白-賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶/p21途徑抑制成纖維細(xì)胞增殖。miR-26a表達(dá)降低會(huì)上調(diào)組蛋白-賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)并下調(diào)p21的表達(dá)，從而導(dǎo)致成纖維細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)心肌纖維化的發(fā)生。因此，上調(diào)心肌纖維化組織中p21的表達(dá)可減少成纖維細(xì)胞增殖，從而減緩心肌纖維化進(jìn)展。

2.3p21與動(dòng)脈粥樣硬化 動(dòng)脈粥樣硬化在世界范圍內(nèi)發(fā)生率較高，是CVD最常見的病理基礎(chǔ)，其并發(fā)癥導(dǎo)致的死亡率和致殘率均較高；同時(shí)，動(dòng)脈粥樣硬化也是一種在老年人群中流行的與年齡相關(guān)的疾病[32]。病理上，動(dòng)脈粥樣硬化是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，包括初始脂質(zhì)超載、泡沫細(xì)胞積累、斑塊(包括纖維帽和富含脂質(zhì)的壞死核心)的形成，而血管平滑肌細(xì)胞作為動(dòng)脈的基質(zhì)細(xì)胞和纖維帽的基本組成部分，在動(dòng)脈粥樣硬化中起重要作用[33]。一方面，有報(bào)道稱長(zhǎng)鏈非編碼RNA-p21在動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)物模型中顯著下調(diào)，提示p21在動(dòng)脈粥樣硬化中可抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[34]。另一方面，也有研究表明，在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化病變中發(fā)現(xiàn)了衰老標(biāo)志物衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶的高表達(dá)，說明血管平滑肌細(xì)胞的衰老可能在血管老化和動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展中起關(guān)鍵作用[35]，而p21是內(nèi)皮細(xì)胞衰老和隨后的動(dòng)脈粥樣硬化形成的關(guān)鍵信號(hào)分子[36]。此外，Bian等[37]研究發(fā)現(xiàn)通過敲低DNA損傷激活的非編碼RNA基因，可導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯在G0/G1期；且該研究進(jìn)一步證明，DNA損傷激活的非編碼RNA敲低是通過p53-p21途徑誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞周期停滯、衰老和凋亡?？梢?，抑制動(dòng)脈粥樣硬化中p21的表達(dá)可延緩動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程，這與p21在抗心肌肥厚中的作用不同有關(guān)，所以用于治療抗心肌肥厚的p21激動(dòng)劑類藥物應(yīng)慎用于抗心肌纖維化。

2.4p21與心肌梗死 心肌梗死是指心肌細(xì)胞快速死亡同時(shí)引發(fā)心功能障礙。研究表明，誘導(dǎo)心臟再生的方法有助于增加心肌梗死后心臟功能恢復(fù)所需的心肌細(xì)胞數(shù)量[38]，因此誘導(dǎo)心肌細(xì)胞增殖可能是一種很有前景的誘導(dǎo)心臟再生的方法。目前，p21在心肌細(xì)胞增殖中的作用已被深入研究，其在心臟再生中主要發(fā)揮抑制作用[39]。研究顯示，骨髓嗜病毒整合位點(diǎn)1、T-box轉(zhuǎn)錄因子20、神經(jīng)元限制性沉默因子等基因可調(diào)控心肌細(xì)胞周期，而這種調(diào)控作用均通過轉(zhuǎn)錄控制來調(diào)控p21信使RNA水平實(shí)現(xiàn)[40]。另有研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1，SIRT1)會(huì)降低p21的乙?；?，而SIRT1缺失會(huì)增加p21的乙?；剑实贸鯯IRT1誘導(dǎo)下的p21去乙?；梢詼p輕心肌細(xì)胞的增殖阻滯，通過SIRT1激活p21去乙?；头核鼗兄谥委熜募」Ｋ繹41]。Wu等[42]實(shí)驗(yàn)得出，低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白6特異性缺失會(huì)在心肌梗死后誘導(dǎo)強(qiáng)烈的心肌再生，從而改善心肌梗死引起的左心室收縮功能障礙并減小梗死面積，而低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白6缺失引起的促心肌細(xì)胞增殖作用通過調(diào)節(jié)p21信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)。Liu[43]實(shí)驗(yàn)證實(shí)p21在急性心肌梗死中表達(dá)水平顯著降低，其可能通過激活Wnt/β聯(lián)蛋白信號(hào)通路影響急性心肌梗死大鼠心肌細(xì)胞的增殖、凋亡和炎癥水平。綜上得出，通過調(diào)節(jié)p21的表達(dá)及其結(jié)構(gòu)的變化，可以緩解心肌梗死的發(fā)生發(fā)展。

2.5p21與心力衰竭 心力衰竭是許多CVD的終末發(fā)展階段。心力衰竭發(fā)生的原因包括：①老年人心臟出現(xiàn)心肌細(xì)胞凋亡、壞死、心肌細(xì)胞反應(yīng)性肥大、纖維化，從而導(dǎo)致心臟功能和收縮儲(chǔ)備大幅下降，最終發(fā)展為心力衰竭[44-45]；②在許多CVD的病理基礎(chǔ)上心功能進(jìn)一步惡化，最終發(fā)展為心力衰竭，而如何制止基礎(chǔ)CVD發(fā)展為心力衰竭是目前研究的重點(diǎn)。以往研究表明，阿霉素對(duì)多種腫瘤有殺傷作用，是一種廣泛使用的抗腫瘤藥物[46]。同時(shí)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，阿霉素對(duì)許多患者也會(huì)產(chǎn)生心臟損害，最終導(dǎo)致心力衰竭[47]。Wan等[48]研究發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞給予阿霉素刺激后miR-499-5p的下調(diào)與阿霉素心臟毒性有關(guān)，并證明p21參與暴露于阿霉素的心肌細(xì)胞線粒體分裂和細(xì)胞凋亡過程，得出miR-499-5p通過靶向p21防止阿霉素暴露心肌細(xì)胞的線粒體分裂和細(xì)胞凋亡來有效預(yù)防阿霉素心臟毒性。另外兩種類型的非編碼RNA(長(zhǎng)鏈非編碼RNA和環(huán)狀RNA)也參與阿霉素心臟毒性和心肌損傷，其中長(zhǎng)鏈非編碼RNA-p21通過調(diào)節(jié)Wnt/β聯(lián)蛋白信號(hào)通路參與阿霉素相關(guān)心肌細(xì)胞衰老，沉默長(zhǎng)鏈非編碼RNA-p21可有效防止阿霉素心臟毒性[49]。此外，Ye等[50]研究發(fā)現(xiàn)使用阿霉素誘導(dǎo)的心力衰竭模型，給予葉酸可以消除阿霉素誘導(dǎo)的細(xì)胞衰老信號(hào)(p53、p21和p16)的表達(dá)，且葉酸可通過下調(diào)p53-p21和p16INK4a的表達(dá)減緩心臟衰老并發(fā)揮心臟保護(hù)作用?？梢?，下調(diào)心力衰竭中p21的表達(dá)，有助于改善心力衰竭。

3 小 結(jié)

p21在心肌肥厚、心肌纖維化、動(dòng)脈粥樣硬化、心肌梗死以及心力衰竭等CVD中發(fā)揮重要作用。目前對(duì)其靶向調(diào)控影響CVD發(fā)生發(fā)展有兩個(gè)重要的研究方向：①通過上游通路或直接調(diào)控p21的表達(dá)來誘導(dǎo)心肌細(xì)胞增殖、自噬、凋亡等的發(fā)生，從而改善相關(guān)CVD；②通過誘導(dǎo)p21結(jié)構(gòu)改變(乙?；?、泛素化等)影響CVD的發(fā)生發(fā)展?？傊?，對(duì)p21的研究為防治CVD提供了很好的藥物靶向治療思路，目前對(duì)p21的研究仍處于初級(jí)階段，尚存在很多爭(zhēng)議，需更深入的研究以明確p21在CVD發(fā)生發(fā)展的作用機(jī)制。隨著技術(shù)及研究的進(jìn)一步發(fā)展，未來針對(duì)p21的靶向治療將為CVD治療提供新靶點(diǎn)。