Science Advances(IF=12.804)| 去泛素酶UCHL1抑制表皮生长因子受体(EGFR)泛素化调节心肌肥厚

1. 引言

心肌肥厚(cardiachypertrophy)，大体上看到的是心脏增大，重量增加。心肌肥厚时心肌细胞数目不变，体积增大。

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促增殖作用的一个重要分子——表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)，相信大家都不陌生。目前，已经证实EGFR可以促进心肌肥大。EGFR稳定、转运、和激活主要受翻译的修饰，包括磷酸化、乙酰化、苏木化和泛素化的调控。

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一提到蛋白表达调控，就离不开泛素化。泛素C端水解酶1(Ubiquitin C-terminal hydrolase 1 ，UCHL1)是可以从修饰过的蛋白质中裂解泛素的泛素酶。有研究发现UCHL1在心肌梗死后的心肌细胞表达高度上调，并与泛素表达的增加有关。在心肌肥厚中，UCHL1有什么作用呢？UCHL1能否调控EGFR的泛素化影响疾病的发生呢？

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2020年4月17日来自大连医科大学第一附属医院心血管疾病研究所的李汇华团队在science advances上发表了研究论文，为我们揭示了以上问题的答案。

2. 材料和方法

• 动物：C57BL/6J WT and Uchl1^gad-2J(UCHL1^+/−) 小鼠
• 心肌肥厚模型和超声心动图：主动脉缩窄术（transverseaortic constriction，TAC）诱导心肌肥厚
• LDN – 57444y处理： LDN-57444 为UCHL1特异性抑制剂
• qPCR/免疫印迹分析/免疫沉淀/体内泛素化检测
• 组织学分析/人心脏的免疫组织化学分析
• 免疫荧光/TUNEL染色
• 细胞系和质粒/细胞培养和腺病毒感染/腺病毒和腺相关病毒
• 微阵列分析：基因表达数据的详细资料可以在GEO网站上找到

3. 结果展示

我们一起来看看研究结果吧：

首先，研究者在血管紧张素(angiotensin II ，Ang II)埋泵处理的小鼠心脏上发现UCHL1的mRNA表达水平明显上调。Ang II或苯肾上腺素(phenylephrine，PE)处理的乳大鼠心肌细胞(neonatal ratcardiomyocytes，NRCMs)上UCHL1的蛋白表达水平也明显上调。TAC诱导的心肌肥厚模型上得到了同样的结果。

接下来，为了评估肥大性刺激下UCHL1对心脏的影响，研究者体外敲除了UCHL1，可减少PE诱导的NRCM心肌肥大现象，过表达UCHL1加重了PE诱导的心肌肥大。

同样在体内实验证明UCHL1^+/−小鼠可改善TAC诱导的心肌肥厚和心功能障碍。通过重组9型腺相关病毒(recombinant adeno-associated virus serotype 9，rAAV9) 尾静脉注射小鼠的心脏观察到过表达UCHL1可加速TAC诱导的心肌肥厚。

那么，UCHL1如何调节EGFR的稳定性呢？研究者首席发现了UCHL和EGFR存在相互作用，接下来确定了EGFR的胞内结构域(669 – 1209位氨基酸)是EGFR与UCHL1相互作用的必要条件。

UCHL1既然是一个去泛素酶，它是否参与调节EGFR在心肌细胞中的泛素化过程呢？结果证实UCHL1抑制EGFR泛素化和降解。

最后，研究者探索了UCHL1是否通过选择性靶向EGFR和下游信号通路促进心肌肥厚。UCHL1过表达同时敲低EGFR明显降低了PE诱导的心肌肥大。

在体内实验通过注射rAAV9-UCHL1和rAAV9-siEGFR观察到小鼠的心功能，左室肥厚，心肌细胞横截面积，心脏纤维化在TAC后均有所改善，总EGFR，磷酸化的EGFR，AKT、EKR1/2有所降低。

相反，使用UCHL1特异性抑制剂LDN-57444治疗TAC小鼠后心功能明显改善。

通过下面这个概述图，大家可以更好了解该研究发现：在本研究中，使用功能缺失和功能获得方法揭示了UCHL1通过抑制EGFR泛素化和降解，从而激活其下游信号通路，正向调节心肌肥厚。

4. 启发与问题

（1）该研究结果证实了病理刺激后UCHL1在心脏中的促增生性作用。然而有关Ang II、PE或TAC上调UCHL1的表达的分子机制还有待确定。

（2）LDN已被确定为UCHL1特异性抑制剂，用于治疗动物和细胞的各种疾病，包括肝纤维化、神经退行性疾病和肿瘤转移，但目前还没有临床批准的UCHL1抑制剂。该数据表明适当的LDN可能具有临床意义，因为它能够改善心肌肥厚和功能障碍。

（3）这篇研究性文章的逻辑清晰，通过体内体外实验进行了严格论证，非常值得学习。

5. 泛素化相关研究思路

最后，为了帮助大家更好地设计实验，整理了有关蛋白泛素化在疾病中的作用的研究基本思路如下：

（1）在体实验：构建去泛素酶敲除或过表达工具鼠，同时可以结合病理模型，确定小鼠表型，检测底物蛋白质泛素化水平的改变。

（2）体外实验：在细胞上过表达或者敲低去泛素酶，或者用小分子抑制剂抑制去泛素化酶活性，检测底物蛋白质泛素化水平的改变。

（3）体外泛素化实验：体外泛素化能够排除体内复杂的环境，让去泛素酶直接与底物蛋白质作用，使去泛素酶去泛素化底物蛋白质更有说服力。

（4）挽救实验：敲低去泛素化酶同时过表达底物蛋白质，证明二者的靶向选择特异性。

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