淡一航，楊嶺，張宇，符珍珍，彭瑜，張鉦

心肌缺血再灌注損傷（myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI）指缺血的心肌通過溶栓或經皮冠狀動脈介入治療而恢復血流供應后，破壞的心肌細胞結構以及代謝功能障礙沒有得以減輕或改善，反而進一步惡化的現(xiàn)象［1］。抗氧化劑（如α-硫酸鋅）、自由基清除劑（如輔酶Q10、超氧化物歧化酶等）、細胞代謝調節(jié)劑（如曲美他嗪）以及一些中藥制劑能夠在一定程度上緩解MIRI，但大多數(shù)藥物由于靶向效率低、存在嚴重的不良反應，具有一定的局限性［2］，因此尋求新的分子靶點對減輕MIRI具有重要意義。近年來雙特異性磷酸酶（dual specificity phosphatase，DUSP）家族在心血管疾病中的作用受到學者的廣泛關注，其中DUSP1可能對缺血/再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）的心肌發(fā)揮保護作用，具有較好的研究價值［3］。本文首先分析了MIRI的病理生理機制，然后綜述了DUSP1的結構、生物學功能及其在MIRI中的作用機制，以期為DUSP1作為MIRI的治療靶點提供理論依據(jù)。

1 MIRI的病理生理機制

MIRI的發(fā)生發(fā)展可能是多種因素共同作用的結果，其病理生理機制可能涉及以下內容［4］：（1）氧化應激：活性氧（reactive oxygen species，ROS）是誘導氧化應激的關鍵因素，其主要來源為花生四烯酸代謝、黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)以及線粒體電子呼吸傳遞鏈等［5］。研究顯示，在心肌缺血早期即可觀察到ROS暴發(fā)，其通過降低Na+/K+泵和Ca2+泵的活性而直接損傷心肌，造成心肌細胞不可逆的損傷［6］。（2）鈣超載：在MIRI發(fā)生過程中，心肌細胞缺氧可導致能量生成障礙，造成細胞內H+積聚，引起胞質酸化并激活Na+-H+交換，從而促進Na+內流；而心肌細胞內Na+的聚集可進一步誘導Na+-Ca2+交換，造成細胞內鈣超載，最終導致線粒體結構和功能損傷，加速心肌細胞破壞并形成惡性循環(huán)［7］。（3）線粒體功能障礙：線粒體通透性轉換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）是線粒體內膜的非選擇性通道，被認為是MIRI的重要作用靶點［8］。線粒體內鈣超載會促使MIRI早期mPTP的開放，造成線粒體膨脹、ATP合成受損、細胞色素C（cytochrome C，CytC）的釋放以及下游凋亡途徑的激活，最終導致心肌細胞死亡。（4）炎癥反應：炎癥也是造成MIRI的一個重要原因，中性粒細胞在黏附、趨化過程中會釋放大量炎癥遞質和細胞因子，促進ROS的產生，從而損傷血管內皮，導致微血管阻塞，進而導致心肌細胞壞死、凋亡［9］。（5）自噬：正常情況下心肌細胞可以通過自噬清除細胞質中功能失調的細胞器和多余的蛋白質，但在心肌缺血缺氧狀態(tài)下心肌細胞的自噬作用進一步增強，會導致心肌功能障礙［10］。（6）內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）：內質網主要負責蛋白質合成和翻譯后修飾，強烈的缺血缺氧刺激會破壞內質網穩(wěn)態(tài)，引起蛋白質折疊功能紊亂，從而誘發(fā)心肌細胞凋亡，進而導致MIRI的進展［11］。

2 DUSP1的結構以及生物學功能

蛋白質磷酸化在基因的轉錄、表達和細胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調控等方面發(fā)揮著重要作用，其還可通過特異的蛋白磷酸酶來調節(jié)和控制蛋白質的活性和功能［12］。其中DUSP是蛋白酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatases，PTP）超家族的重要成員，共包含25個亞型，其主要功能是去磷酸化底物上的蘇/絲氨酸和酪氨酸殘基，同時其也可通過與底物競爭性地結合絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）來調節(jié)MAPK信號通路的活性［13］。其中DUSP1是DUSP家族中首個被發(fā)現(xiàn)的成員，分子量為40 kDa，其基因定位于染色體5q35.1，可編碼367個氨基酸［14］。DUSP1由N端非催化結構域和C端催化結構域組成，其中前者包括一個獨特的激酶相互作用基序（kinaseinteracting motif，KIM），該序列主要負責DUSP1與MAPK的直接結合并誘導DUSP1的激活［15］；后者含有高度保守的PTP活性位點序列——（I/V）HCXAGXXR（S/T/）G，其能夠特異性地使MAPK去磷酸化，同時可控制DUSP1的穩(wěn)定性［16］。研究顯示，DUSP1在人體組織器官中廣泛存在，以心臟、肺臟和肝臟中表達水平最高，是MAPK信號通路的關鍵節(jié)點［17］。正常情況下，機體組織中DUSP1表達水平較低，但機體受到氧化應激或壓力刺激后，DUSP1作為一種應激誘導基因，會被迅速激活，并在細胞增殖、血管重塑、炎癥反應以及線粒體自噬的調節(jié)中發(fā)揮重要作用［18］。

3 DUSP1在MIRI中的作用機制

早期關于DUSP1的研究主要集中在腫瘤領域，隨著進一步研究發(fā)現(xiàn)，DUSP1同樣能夠發(fā)揮心臟保護作用［19］。最初KAISER等［20］研究發(fā)現(xiàn)，在I/R模型小鼠中轉入DUSP1基因可導致p38失活，從而減輕I/R誘導的心肌損傷和細胞凋亡。然而還有研究顯示，DUSP1在缺血后處理的動物模型中未能使心臟獲益，原因可能是DUSP1誘導的心臟保護作用隨年齡的增長而逐漸減弱，意味著DUSP1在MIRI中的作用仍具有爭議［16，21］。目前DUSP1在MIRI中的作用機制仍未明確，但多數(shù)研究均提示其對I/R造成的心肌損傷具有保護作用，且可能與抑制細胞凋亡［22］、抑制c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）1/2信號通路的激活［23-25］、改善線粒體功能［26］、減輕炎癥反應［27-28］及ERS［29］等機制有關。

3.1 抑制細胞凋亡 細胞凋亡指為維持機體內環(huán)境穩(wěn)態(tài)，由基因控制的細胞自主有序的死亡。細胞凋亡的發(fā)生受多種蛋白和細胞因子的嚴格調控［22］，其中Bcl-2基因家族是最重要的凋亡蛋白，主要分為抗凋亡蛋白（如Bcl-2、Bad等）和促凋亡蛋白（如Bak、Bax和Bok等）兩類［30］。細胞接收到凋亡信號后，Bcl-2家族蛋白會與其他凋亡分子協(xié)同作用并激活Caspase家族，從而誘發(fā)細胞凋亡。研究顯示，抑制心肌細胞凋亡可以很大程度上縮小心肌梗死（myocardial infarction，MI）面積，延緩心室重塑及改善MIRI患者預后［31］。動物研究表明，DUSP1能夠明顯增強硫氫化鈉（sodium hydrosulphide，NaHS）對I/R模型大鼠的抗心肌細胞凋亡作用，提示DUSP1可抑制MIRI［32］。WANG等［33］研究顯示，小核仁RNA宿主基因4（small nucleolar RNA host gene 4，SNHG4）可能通過調控miR-148b-3p/DUSP1軸來提升心肌細胞活力，而下調DUSP1水平可能會削弱SNHG4對心肌細胞活力的提升作用，提示DUSP1能夠拮抗心肌缺血缺氧并減輕MIRI。

3.2 抑制JNK1/2信號通路 MAPK信號通路主要由p38 MAPK、JNK、細胞外信號調節(jié)激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）1/2以及ERK5組成，其不僅在調節(jié)細胞的基本生理功能中發(fā)揮重要作用，而且與自身免疫性疾病、腫瘤等多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關。研究顯示，JNK1/2信號通路的激活可以促進MIRI進展，進一步誘導心肌細胞凋亡［34］。ZHANG等［23］首次在MIRI模型人心肌細胞AC16中研究了泛素特異性蛋白酶49（ubiquitin specific protease 49，USP49）調節(jié)心肌細胞活力的機制，結果顯示，USP49可抑制JNK1/2信號通路并上調DUSP1水平，從而發(fā)揮抗心肌細胞凋亡的作用，說明USP49可能通過介導DUSP1-JNK1/2信號通路來減少MIRI的發(fā)生。TAN等［24］將三重基序蛋白（tripartite motif，TRIM）55和/或DUSP1表達載體轉導于MIRI模型大鼠H9C2細胞中，結果顯示，TRIM55會泛素化修飾DUSP1并降低其表達水平，促進JNK1/2信號通路激活，從而加重MIRI病情及促進心肌細胞凋亡。HE等［25］研究也發(fā)現(xiàn)，上調DUSP1水平可以明顯抑制TRIM11水平并使下游JNK1/2信號通路失活，從而減輕MIRI并預防MI。綜上，DUSP1可通過抑制JNK1/2信號通路來減輕MIRI，但其具體作用機制尚需要進一步研究。

3.3 改善線粒體功能 線粒體是真核生物的能量和代謝中心。正常情況下，線粒體通過不斷裂變、融合產生ATP以維持機體代謝［35］。如果線粒體受到不可逆的損傷，那么裂變、融合的平衡就會被破壞，從而誘發(fā)心臟病理性重構和功能障礙的惡性循環(huán)。既往研究已證實，DUSP1的下游效應因子（如JNK和ERK）是線粒體裂變和自噬的調節(jié)因子［36］。JIN等［26］研究發(fā)現(xiàn)，在MIRI模型小鼠中，降低DUSP1水平會導致嚴重的心功能障礙，同時DUSP1水平降低會造成JNK進一步磷酸化，明顯增加線粒體裂變因子（mitochondrial fission factor，MFF）的表達水平，并引起線粒體的過度裂變及自噬，從而導致大量的心肌細胞死亡，而增加DUSP1水平可能會逆轉這一現(xiàn)象。說明DUSP1也許會通過改善線粒體功能來減輕MIRI，但目前相關研究較少，未來需要進一步研究。

3.4 減輕炎癥反應 炎癥反應是MIRI發(fā)生發(fā)展過程中的重要特征。MIRI早期，受損的心肌細胞可以分泌多種炎癥趨化因子，激活補體系統(tǒng)［37］，誘導中性粒細胞向梗死區(qū)聚集并導致微循環(huán)障礙，從而刺激蛋白水解酶和ROS的產生，增強炎癥反應，進而加重MIRI。KIM等［38］研究發(fā)現(xiàn)，DUSP1缺乏會導致單核細胞黏附、遷移增加，促進單核細胞趨化蛋白1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）的產生，誘導炎癥反應。咯利普蘭是一種選擇性磷酸二酯酶4（phosphodiesterase 4，PDE4）抑制劑，具有較好的抗炎作用，JI等［27］研究顯示，咯利普蘭可明顯增加DUSP1活性，從而抑制脂多糖誘導的炎癥因子（如TNF-α、IL-6、IL-1β等）的分泌，減少中性粒細胞浸潤，改善內毒素導致的心肌功能障礙。XIN等［28］研究顯示，miR-101-3p是DUSP1的重要靶點，故降低miR-101-3p水平能夠促進心肌細胞中DUSP1的表達，從而抑制p38 MAPK/NF-κB信號通路的激活，減輕組織損傷，進而抑制膿毒癥誘導的心肌炎癥反應。上述研究結果說明，DUSP1可能通過減輕炎癥反應來減輕MIRI。但ZHOU等［39］研究顯示，在DUSP6缺陷模型大鼠中下調DUSP1水平可通過抑制MI急性期中性粒細胞活性（主要是抑制ROS的釋放和脫顆粒作用）來減輕炎癥反應并改善心功能。造成這一現(xiàn)象的原因是否與不同動物模型組織炎癥水平存在差異有關？如何調節(jié)DUSP1水平才能充分發(fā)揮其在MIRI中的保護作用？這些問題尚待進一步研究探討。

3.5 減輕ERS 內質網是調節(jié)真核細胞鈣穩(wěn)態(tài)及負責蛋白質合成、加工、轉運的重要細胞器。MIRI會破壞內質網穩(wěn)態(tài)，從而觸發(fā)未折疊蛋白質反應（unfolded protein response，UPR），造成內質網腔中未折疊或者錯誤折疊蛋白質的過度積累，進而誘導心肌細胞死亡，這稱為ERS［40］。HOU等［29］將DUSP1腺病毒轉染至缺氧處理后的心肌細胞，結果顯示，DUSP1水平升高能夠抑制缺氧誘導的ERS標志物如蛋白激酶R樣內質網激酶（protein kinase R-like kinase，PERK）、C/EBP同源蛋白（C/EBP homologous protein，CHOP）、葡萄糖調節(jié)蛋白78（glucose-regulated protein 78，GRP78）等的上調，減輕心肌細胞ERS及缺血導致的心肌損傷，提示DUSP1可能通過減輕ERS而減輕MIRI。

4 小結與展望

綜上所述，MIRI的病理生理機制可能涉及氧化應激、鈣超載、線粒體功能障礙、炎癥反應、自噬、ERS，而DUSP1能夠通過抑制細胞凋亡、抑制JNK1/2信號通路、改善線粒體功能、減輕炎癥反應、減輕ERS等途徑而減輕MIRI，其或許是MIRI潛在的治療靶點。目前已經有部分臨床前研究證實了DUSP1相關靶點藥物治療MIRI的潛力，如ZHANG等［41］研究顯示，DUSP1/DUSP6抑制劑E-2-亞芐基-3-（環(huán)己基氨基）-2，3-二氫-1H-茚-1-酮可通過抑制MI模型大鼠炎癥因子（如IL-1β、IL-6、IL-12）的表達、減少巨噬細胞及中性粒細胞的浸潤、介導p38MAPK/NF-κB信號通路而抑制巨噬細胞分化，從而逆轉不良的心室重塑、延緩心肌纖維化，進而改善心功能；還有研究顯示，咯利普蘭發(fā)揮抗炎作用的機制之一就是增加DUSP1的表達水平與活性，并進一步抑制心臟成纖維細胞中TNF-α、IL-6等炎癥因子的釋放，其或許對MIRI也有一定治療作用，這為MIRI的診治提供了新思路和新策略［27］。但目前這些藥物還處于基礎實驗研究階段，尚未應用于臨床，期待未來能夠進一步開發(fā)DUSP1相關靶向藥物以治療MIRI，從而為患者帶來希望和福祉。此外，精準把控DUSP1的最佳表達水平以達到最好的治療效果是后續(xù)關注的問題。今后本研究組會更深層次地探索DUSP1在MIRI中的生物學作用，并尋找更多調控DUSP1的靶向治療手段，以期為未來防治MIRI開辟新的道路。

作者貢獻：淡一航進行文章的構思，查閱文獻，撰寫論文；淡一航、楊嶺、張宇、符珍珍進行文章修改；楊嶺、張宇、符珍珍、彭瑜、張鉦進行文章審校；張鉦對文章整體負責，監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。