王賀 袁揚(yáng) 寧小平 張冠鑫 徐志云

蛋白質(zhì)甲基化是重要的表觀遺傳修飾，蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（PRMTs）作為這一過程中重要的調(diào)節(jié)劑，在DNA 復(fù)制、損傷后修復(fù)、轉(zhuǎn)錄、mRNA 剪接、翻譯和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。PRMTs 催化甲基從s-腺苷甲硫氨酸（SAM）轉(zhuǎn)移到精氨酸的胍基氮原子上，形成甲基精氨酸和s-腺苷同型半胱氨酸。目前已經(jīng)報(bào)道了11 種PRMTs，并根據(jù)其催化活性分為4 種類型，Ⅰ型包括PRMT1～4、PRMT6 和PRMT8，催化形成單甲基精氨酸（MMA）和不對(duì)稱二甲基精氨酸（aDMA）；Ⅱ型包括PRMT5 和PRMT9，催化形成MMA 和對(duì)稱二甲基精氨酸（sDMA）；Ⅲ型為PRMT7，僅催化形成MMA，Ⅳ型目前僅在酵母中發(fā)現(xiàn)，催化形成δ-單甲基精氨酸（δ-NMA）[1]。關(guān)于PRMT5 的研究最為廣泛和深入。PRMT5 涉及多種信號(hào)通路并控制細(xì)胞生長，可以作為小分子抑制劑作用的靶 點(diǎn)[2-3]，本文介紹了PRMT5 在心血管領(lǐng)域的研究進(jìn)展。

1 PRMT5的基本結(jié)構(gòu)與生物特性

PRMT5 最早于1999 年在研究Janus 激酶2（JAK2）時(shí)被發(fā)現(xiàn)[4]。不同物種之間的PRMT5基因相對(duì)穩(wěn)定，保守性較高。人類PRMT5基因位于染色體14q11.2，大小為1 911 bp，潛在核心啟動(dòng)子在1 014～1 064 bp處[5]。PRMT5 蛋 白由637 個(gè)氨基酸組成，相對(duì)分子質(zhì)量為10 157，等電點(diǎn)為5.88，不穩(wěn)定系數(shù)為44.33，是酸性蛋白分子。PRMT5 屬于親水蛋白，無明顯的信號(hào)肽及跨膜結(jié)構(gòu)，表明其可能不參與物質(zhì)跨膜運(yùn)輸。PRMT5 大部分位于細(xì)胞質(zhì)中，也有部分位于細(xì)胞核，主要的二級(jí)結(jié)構(gòu)是α-螺旋和無規(guī)則卷曲[6]。單體結(jié)構(gòu)的N 末端是TIM 桶狀結(jié)構(gòu)域，中間是Rossman 折疊結(jié)構(gòu)域，C 末端是β-barrel 結(jié)構(gòu) 域[7-8]。

絕大多數(shù)PRMT5 在體內(nèi)發(fā)揮作用需要與甲基伴侶蛋白50（MEP50）形成復(fù)合物。MEP50 屬于WD40 蛋白，是蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物的重要組成部分，它與PRMT5 形成八聚體復(fù)合 物[9]。這一過程首先通過C 末端的β-barrel 結(jié)構(gòu)域?qū)? 個(gè)PRMT5 聚合形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而后，4 個(gè)MEP50 分子結(jié)合在PRMT5 的N 末端。這種八聚體結(jié)構(gòu)可以穩(wěn)定PRMT5 復(fù)合物并增強(qiáng)其甲基轉(zhuǎn)移酶活性，而中間部分的Rossman 折疊區(qū)域具有甲基轉(zhuǎn)移活性，能夠結(jié)合SAM 并催化甲基轉(zhuǎn)移[8,10]。作為主要的Ⅱ型精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，PRMT5 可以甲基化多個(gè)靶點(diǎn)，包括組蛋白（H2A、H3、H4 和Sm蛋白）、核仁蛋白、p53、核因子κB（NF-κB）、轉(zhuǎn)錄因子E2F1、甲基CpG 結(jié)合域蛋白2（MBD2）、表皮生長因子受體（EGFR）等，參與肺癌、胰腺癌、肝癌、淋巴瘤、神經(jīng)系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)等多種 疾病的發(fā)病[11-20]。

2 PRMT5與心血管疾病

心血管疾病的發(fā)生發(fā)展是由遺傳和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果[21]，是我國城鄉(xiāng)居民的主要死亡原因。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)PRMT5 參與心肌細(xì)胞肥大、動(dòng)脈粥樣硬化、血管形態(tài)發(fā)育等重要過程，有望成為心血管疾病新的治療靶點(diǎn)。

2.1 PRMT5與心肌細(xì)胞肥大

心肌肥厚是心臟的代償性機(jī)制，心臟負(fù)荷增加時(shí)，為了維持有效的射血量，心肌細(xì)胞在神經(jīng)-體液機(jī)制的作用下發(fā)生肥大，最終導(dǎo)致心力衰竭和心律失常[22]。在心肌肥厚的患者中，HoxA9基因表達(dá)升高[23]，PRMT5 可使HoxA9 發(fā)生對(duì)稱二甲基化并抑制其表達(dá)，破壞HoxA9 與腦鈉肽（BNP）啟動(dòng)子的結(jié)合，進(jìn)而保護(hù)心肌細(xì)胞，抑制心肌肥 大[24]。GATA4 是人心臟源性轉(zhuǎn)錄因子，其編碼基因的突變可以導(dǎo)致心臟間隔缺損和心肌病，是維持心臟正常發(fā)育和心功能所必需的[25]，PRMT5 可以使GATA4 甲基化，抑制其轉(zhuǎn)錄活性，減弱GATA4在心肌細(xì)胞中的致肥厚作用[26]。上述研究提示PRMT5 可抑制心肌細(xì)胞肥大，或可成為預(yù)防心肌肥厚和心力衰竭的靶點(diǎn)。

2.2 PRMT5與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病

臨床上常用來預(yù)測冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病的血液學(xué)指標(biāo)有心肌酶譜和血脂等[27]。研究發(fā)現(xiàn)，外周血中PRMT5 較低的患者易發(fā)生急性心肌梗死（AMI），PRMT5 低表達(dá)是AMI 發(fā)生的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[28]。粥樣斑塊的形成是血管內(nèi)皮損傷與多種炎性因子共同驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，CXC 趨化因子配體（CXCL）10 和CXCL11 具有促進(jìn)白細(xì)胞募集、黏附和外滲的作用，PRMT5 可促進(jìn)二者表達(dá)，從而間接促使內(nèi)皮損傷和斑塊形成[29-30]。上述研究提示PRMT5 在促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化過程中發(fā)揮著雙向作用。

2.3 PRMT5與血管形成

人體的血管網(wǎng)絡(luò)一般處于靜止?fàn)顟B(tài)，但在某些因素刺激下具有強(qiáng)大的再生能力，如肉芽腫和腫瘤形成過程中會(huì)有新的血管形成[31]。血管生成是靠內(nèi)皮細(xì)胞增殖到周圍基質(zhì)中，并形成連接相鄰血管的固體芽來實(shí)現(xiàn)的[32]，黏附因子在其中發(fā)揮重要作用。ETS基因是體內(nèi)編碼黏附因子、控制胚胎發(fā)育和血管生成的重要基因，PRMT5 通過控制ETS基因的轉(zhuǎn)錄因子ETV-2 的表達(dá)來調(diào)節(jié)血管生成，PRMT5 不是通過轉(zhuǎn)移甲基發(fā)揮作用，而是作為支架蛋白促進(jìn)染色質(zhì)環(huán)化來調(diào)控目的基因表達(dá)[33]。PRMT5 的這種作用雖然屬于基因的表觀遺傳控制，但是獨(dú)立于其催化活性，這在心血管領(lǐng)域較為獨(dú) 特[34]。此外，在血管內(nèi)皮細(xì)胞中，PRMT5 還可以調(diào)節(jié)組蛋白H4R3 和H3R2 的對(duì)稱二甲基化水平，參與血管的發(fā)育和血管屏障的形成[35]。這些研究結(jié)果提示PRMT5 具有影響血管生成的重要 作用。

2.4 PRMT5與心肌電生理活動(dòng)

心肌細(xì)胞外的Na＋通過選擇性電壓門控離子通道進(jìn)入心肌細(xì)胞，引起細(xì)胞去極化，觸發(fā)心臟收縮活動(dòng)。Nav1.5 通道蛋白是復(fù)雜的大分子跨膜蛋白，參與心臟細(xì)胞動(dòng)作電位的形成及電沖動(dòng)的傳 導(dǎo)[36]。Nav1.5 翻譯后需進(jìn)行精氨酸甲基化修飾[37]，PRMT5 和PRMT3 催化這一過程。正常生理?xiàng)l件下，PRMT5 可以促進(jìn)Nav1.5 的表達(dá)，增加心肌電流密度，從而使心肌收縮增強(qiáng)[18,38]。PRMT5 參與電生理活動(dòng)的特性有望為研發(fā)抗心律失常藥物提供新的方向。

3 PRMT5抑制劑的研究進(jìn)展

PRMT5 參與多種疾病發(fā)病過程，但目前尚無PRMT5 抑制劑被批準(zhǔn)用于心血管疾病的治療，仍停留于基礎(chǔ)研究階段，主要原因是PRMT5 抑制劑特異性較差，多是泛蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑[39]。

PRMT5 抑制劑主要分為3 類，為SAM 類似物、N-烷基-9H-咔唑類似物、四氫異喹啉依賴的抑制劑[40-41]。SAM 類似物以DS-437 和MTA 為代表，它們能夠與SAM 競爭性結(jié)合到PRMT5 的催化結(jié)構(gòu)域上，從而起到抑制PRMT5 的作用。DA-437 是雙特異性PRMT5 和PRMT7 抑制劑[42]；甲基硫腺苷磷酸化酶（MTAP）是蛋氨酸回收途徑的關(guān)鍵酶，MTA 是類似MTAP 的底物，它能夠在MTAP缺失的細(xì)胞中增強(qiáng)PRMT5 的抑制作用[43-44]。N-烷基-9H-咔唑類似物有CMP5、HLCL-61 和HLCL-65[45]。CMP5通過抑制PRMT5甲基轉(zhuǎn)移酶活性，選擇性阻止組蛋白H4R3 的對(duì)稱二甲基化，從而阻斷B 細(xì)胞活化，可以用于治療多發(fā)性硬化[46]；HLCL-61 通過抑制PRMT5，使微小RNA（miRNA）-29b 的表達(dá)顯著增加，抑制急性髓系白血病（AML）進(jìn)展；HLCL-65 是HLCL-61 類似物，HLCL-65 可通過抑制PRMT5，抑制慢性淋巴細(xì)胞白血病且對(duì)自身免疫性腦脊髓炎也有一定治療效果[47]。四氫異喹啉依賴的抑制劑包括EPZ015666、EPZ015866、EPZ015938（GSK3326595）等，是通過高通量篩選方法合成的化合物，能夠阻斷PRMT5，優(yōu)點(diǎn)是特異性高，缺點(diǎn)是體內(nèi)清除率低。EPZ015666 與SAM 為非競爭性抑制，也是研究PRMT5 在疾病狀態(tài)中生物學(xué)特性的參考抑制 劑[48-49]。除了上述常用的PRMT5 抑制劑，還有C220、GSK591、JNJ-64619178 等，涉及肺癌、造血系統(tǒng)惡性腫瘤、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、神經(jīng)纖維瘤、骨腫瘤等多種疾病，均處于基礎(chǔ)研究階段[50]。

4 小結(jié)

蛋白質(zhì)的甲基化修飾是體內(nèi)重要的生物學(xué)過程，PRMT5 是這一過程關(guān)鍵的調(diào)節(jié)酶。在心血管疾病方面，PRMT5 可以抑制心肌肥厚，促進(jìn)炎性因子聚集及粥樣斑塊形成，參與內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成及心肌Na＋通道表達(dá)等。隨著研究的深入，PRMT5 有望成為治療心血管疾病的新靶點(diǎn)。