前蛋白转化酶枯草菌素9在心力衰竭中的研究进展

陈真，许官学 综述 马懿 审校

遵义医科大学附属医院心血管内科，贵州 遵义 563000

心力衰竭(heart failure，HF)是各种心脏疾病进展至终末期阶段引起的一种复杂的临床综合征。近年来随着人口老龄化趋势日益加剧，心力衰竭的发病率、住院率及死亡率也不断增加，给社会经济发展带来了巨大的负担。生理情况下，心脏的血液供应主要靠心肌收缩，通过心脏射血来增加心排血量，从而满足全身各器官的血液需求。当心肌收缩功能障碍后，导致心排血量减少不能满足组织代谢所需时会发生循环障碍，最终导致心力衰竭。研究已证实心肌细胞可以通过细胞凋亡、细胞自噬的方式参与心力衰竭过程[1]。前蛋白转化酶枯草菌素9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9)是Marianne Abifadel 于2003 年首次发现的，是控制低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C)的关键基因[2]。PCSK9 基因的突变有功能获得性突变和功能丧失性突变，其中功能获得性突变与常染色体显性遗传性高胆固醇血症相关，而功能丧失性与降低LDL-C水平和降低冠状动脉粥样硬化性心脏病的发病概率有关[3]。PCSK9自发现以来在胆固醇调节和心血管生物学等领域均有广泛的研究。随着对PCSK9 的深入认识，临床认为PCSK9可能与心力衰竭有一定的相关性。Minana等[4]研究发现，在急性心肌梗死患者中，循环PCSK9水平与左心室射血分数和射血分数降低呈负相关。BioStat-CHF研究结果显示循环中的PCSK9水平与心力衰竭恶化患者的全因死亡风险和复合终点呈正相关[5]。本文就PCSK9的结构、功能以及与心力衰竭关系进行综述。

1.1 PCSK9 结构 人PCSK9 基因位于染色体1p32.3，全长约22 kb，有12个外显子和11个内含子[6]。PCSK9基因编码692个氨基酸，分子量为72 kDa，包括一个信号肽(1～30位氨基酸)、一个前结构域(31～152位氨基酸)、一个催化域(153～425 位氨基酸)和一个富含半胱氨酸和组氨酸的C-末端结构域(426～692 位氨基酸)[7]。PCSK9首先在内质网中被合成为前体PCSK9，然后在内质网或高尔基体中自身催化成熟，最后从N-末端释放14 kDa 的前肽，产生约60 kDa 的成熟PCSK9 蛋白并释放入血[8]。PCSK9 主要由肝脏合成和分泌，其他细胞也可以产生和分泌PCSK9，如心肌[9]、肠[10]、胰腺[11]、脂肪组织[12]、肾脏[13]和脑[14]中的细胞。PCSK9的转录和翻译受多种核因子调控，如固醇反应元件结合蛋白(SREBP-2)和肝细胞核因子1α (HNF1α)[15]。SREBP-2是PCSK9与固醇调节元件(SRE)启动子连接的主要转录因子[16]。HNF1α通过与启动子区域中SRE位点旁边的位点结合发挥作用[15]。SREBP-2和HNF1α主要促进PCSK9 的表达[17]。叉头转录因子(FoxO3)可通过招募乙酰化酶Sirt6(sirtuin 6)到PCSK9 基因的近端启动子区域，以调节PCSK9 基因中的组蛋白乙酰化，从而抑制PCSK9基因表达[18]。

1.2 PCSK9 功能 目前发现PCSK9 最重要的功能是参与低密度脂蛋白受体(low density lipoprotein receptor，LDLR)的表达调控，进而调节血液中的LDL-C的水平。血液中LDL-C 的清除和分解代谢发生在肝脏，肝细胞表面表达LDLR，LDLR摄取LDL-C并将其从循环中清除[19]。PCSK9 的催化结构域可以与低密度脂蛋白表皮生长因子前体同源结构域A(EGF-A)相互结合，从而阻止LDL-C与LDLR结合。当PCSK9与LDLR 结合的复合体(LDL-C/LDLR)进入网状蛋白小泡内的细胞内时，由于PCSK9原结构域和LDLR之间额外的离子-离子相互作用，溶酶体中的酸性环境促进了LDL-C从复合体中分离出来，并使PCSK9/LDLR的亲和力增加150倍。最后PCSK9像柱子一样将LDLR保持在开放构象中，而不发挥蛋白水解的作用，并防止返回细胞表面所必需的闭合构象转变，这导致肝细胞表面LDLR 的表达减少，从而降低了从血液中清除LDL-C的能力[20]。因此，PCSK9在调节血液LDL-C水平中起着非常重要的作用。研究发现，PCSK9除具有调节脂代谢作用外，还可能与心力衰竭的发生有关，然而目前关于PCSK9在心力衰竭的病理生理过程中的作用尚在研究中。

2.1 PCSK9 与心肌收缩功能 心肌收缩功能下降是引起心力衰竭的主要原因之一[21]。目前有研究已证实血清中氧化型低密度脂蛋白胆固醇(oxidized low-density lipoprotein cholesterol，oxLDL)水平直接影响心肌的结构和功能，而PCSK9 可能参与该过程。Schluter等[9]发现通过沉默oxLDL 受体、阻断p38 丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)的激活和沉默PCSK9 可以减弱oxLDL对心肌收缩功能的损害作用；
他们也发现增加血清中oxLDL 的浓度会导致PCSK9 的表达增强，并引起原肌球蛋白的氧化修饰，进而显著降低了心肌的收缩功能。因此PCSK9 可能参与oxLDL 调控心力衰竭的发生发展的过程。Wolf 等[22]采用PCSK9抑制剂抑制PCSK9 的表达，发现可改善oxLDL 对心肌收缩功能的损害。此外，敲除小鼠PCSK9基因后左室舒张末期压力、左心室内压最大上升速率和左心室内压最大下降速率显著增加，左心室收缩功能出现增强。而另一项研究通过在小鼠腹腔注射oxLDL，4 周后发现血清和心脏中PCSK9 水平升高，oxLDL 增加PCSK9表达，增加线粒体氧化应激、线粒体裂变和心肌细胞凋亡，导致心肌收缩功能障碍[23]。该研究结果显示，抑制PCSK9可能产生心脏保护作用。

2.2 PCSK9 与细胞自噬 细胞自噬是一种应激反应时的自我降解过程，在平衡能量来源和去除折叠错误的蛋白质方面起着关键作用，因此细胞自噬也被认为是促进细胞在正常条件下存活的一种保护和适应机制[24]。在心脏作用方面，生理情况下自噬对心肌细胞具有保护作用。但当自噬被过度激活后，会导致细胞器破坏，造成心肌细胞死亡，从而导致心功能不全。自噬过程受多种信号通路的调控。一项研究显示在心肌缺血再灌注损伤时心肌PCSK9 水平表达增加，自噬调节蛋白轻链3(LC3)和自噬相关蛋白Beclin-1水平也升高，心肌细胞自噬被激活，心肌损伤加重[25]。同时还发现PCSK9 通过Bcl-2 腺病毒/E1B 19 kD 相互作用蛋白3(BNIP3)通路调节自噬，加重心肌损伤，导致心力衰竭。使用PCSK9抑制剂可显著降低细胞自噬，增强心脏功能。另一项研究显示心肌缺血时释放的PCSK9 参与细胞自噬的发展[26]。该研究使用两种不同的PCSK9 抑制剂(Pep2-8 和EGF-A)处理野生型小鼠或PCSK9基因缺乏的小鼠，结果显示抑制PCSK9显著减少了细胞自噬，同时改善心脏收缩功能。此外，研究还显示在缺氧诱导下用重组PCSK9处理心肌细胞会导致LC3 和Beclin-1 表达增强，而用PCSK9小干扰RNA(PCSK9 small interfering RNA，PCSK9 siRNA)抑制PCSK9 会导致LC3 和Beclin-1 表达减弱，这提示PCSK9 可能在自噬中发挥作用。总之，PCSK9 的表达与自噬的发生有关，PCSK9 表达增加可激活细胞过度自噬，从而细胞死亡增加，导致心功能不全或心力衰竭。因此，抑制PCSK9水平可减少细胞自噬发生，可能具有改善心脏功能作用。

2.3 PCSK9 与细胞凋亡 细胞凋亡在心肌梗死后心力衰竭的发生和发展过程中起着关键作用，影响着心脏功能的恢复。细胞凋亡过程受多种凋亡蛋白调节，其中关键调控蛋白是Bcl-2家族，包括Bax 蛋白和Bcl-2 蛋白，Bax 蛋白是诱导细胞凋亡，而Bcl-2 蛋白是抑制细胞凋亡。研究发现oxLDL 可使促凋亡蛋白Bax 表达增加，而抗凋亡蛋白Bcl-2 则表达下降[27]。使用PCSK9 siRNA 沉默PCSK9 后，oxLDL 的促凋亡效应被抑制，细胞的凋亡减少。因此，oxLDL 可以通过诱导细胞凋亡来上调PCSK9 的表达。动物实验表明，在敲除载脂蛋白E 基因的小鼠中，PCSK9 siRNA可以降低p38MAPK 的活化和c-Jun 氨基末端激酶(JNK)的磷酸化，进而减少细胞凋亡的发生，这提示PCSK9 可通过JNK/p38MAPK 途径促进细胞凋亡[28]。此外，PCSK9 与线粒体DNA 损伤之间可能存在相互作用，用促炎刺激脂多糖处理培养的平滑肌细胞可刺激PCSK9 的释放，在线粒体活性氧的参与下，通过p38MAPK 信号通路诱导线粒体DNA 的损伤，进而导致细胞凋亡[29]。因此PCSK9 通过调节细胞凋亡从而参与心力衰竭的发生过程。

2.4 PCSK9 调节脂肪酸代谢 心脏是人体消耗能量最多的器官，但在心肌细胞中储存ATP的浓度很低，所以需要持续给心肌提供能量，不断产生ATP 来维持心脏的正常功能，当心肌受损后，会导致心肌能量代谢发生障碍，进一步导致心功能不全、心室重构。游离脂肪酸是心肌的主要能量来源。心肌细胞中脂肪酸代谢减少会导致心功能不全[30]，CD36 是转运游离脂肪酸至心肌细胞的主要蛋白[31]，CD36缺乏可能与心肌损伤相关的心力衰竭有关[32]，PCSK9可通过结合CD36来下调心肌CD36的含量和表达，进而降低脂肪酸代谢水平，导致心肌能量代谢障碍，发生心力衰竭[33]。而另一项研究发现，PCSK9 缺乏可能通过CD36 来增加脂质累积，进而导致射血分数保留的心力衰竭[34]。因此，PCSK9 会导致心力衰竭的发生，但是缺乏PCSK9同样也可能导致发生心力衰竭，未来需进一步研究PCSK9在心力衰竭中的发生作用。

综上所述，PCSK9 可能通过降低心肌收缩功能、诱导细胞过度自噬和凋亡、调节脂肪酸代谢来参与心力衰竭的发病过程，且与胆固醇调节无关。目前已有研究显示PCSK9缺乏对在心力衰竭中产生积极作用，但也有研究指出PCSK9 缺乏会导致射血分数保留的心衰，具体的生理机制还有待进一步研究。PCSK9尽管发现得早，但它可能还具有未被挖掘的其他功能，因此未来需要对PCSK9进行更深入的研究，以便发现更多PCSK9在心血管疾病中的潜在治疗靶点。