蛋白翻译后修饰在糖尿病心肌病发病中的作用与机制
蛋白质修饰可分为：氨基酸修饰和基团结合；其中氨基酸修饰即为蛋白翻译后修饰（Post-Translational Modifications，PTMs），包括磷酸化、乙酰化、甲酰化、酰胺化、羟基化、硫酸化和法尼基化等修饰。糖尿病疾病状态下，常见的蛋白质PTMs为：组蛋白和非组蛋白翻译后修饰；PTMs形式包括：氧化、氮化、S-nitrosylation、糖基化（Glycosylation）、糖化（Glycation）、乙酰化、磷酸化、甲基化、泛素化、类泛素化等；磷酸化影响信号传导蛋白、细胞骨架蛋白以及转录因子等，在DCM心肌损伤中发挥重要作用。本文重点阐述活性氧/活性氮引起的修饰、蛋白质糖基化和糖化以及组蛋白修饰在DCM发病中的作用及机制。
糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DCM）是糖尿病患者的一种独立并发症，危害严重，也是糖尿病患者病死率和致残率高的主要原因。DCM发病因素复杂，其具体分子机制尚不清楚。越来越多的证据显示：糖尿病环境下，慢性代谢紊乱及其诱发的氧化应激是引起“代谢记忆”和表观遗传学改变的重要原因，如非编码RNA、组蛋白甲基化和蛋白翻译后修饰（Post-Translational Modifications，PTMs）等[1]，细胞内多种蛋白都能发生PTMs从而调节其功能，在糖尿病诱发心肌损伤中有重要作用。
1 非组蛋白氧化/氮化应激引起PTMs与DCM
在1型或2型糖尿病疾病状态下，为应对高血糖、高血脂、胰岛素缺乏或抵抗等代谢性应激或紊乱，心肌细胞几乎完全以脂肪酸β氧化为能量来源，致使线粒体产能效率低下、电子渗漏，从而产生大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）和活性氮（reactive nitrogen species，RNS），如果超过细胞内在防御能力，就产生氧化应激和氮化应激，引起心肌细胞损伤。过量 ROS和RNS可引起蛋白质、糖类、脂肪酸和核酸等修饰改变，诱导生成蛋白质羰基化产物及丙二醛等有害的氧化产物，可直接或间接引起细胞损伤[2]。氧化应激与多种翻译后修饰关系密切，哪种PTMs特异性影响心肌细胞功能尚不清楚。氧化还原在心肌细胞信号传导中有重要作用，具有心肌损伤和保护双重作用，氧化还原介导的蛋白PTMs对心肌结构与功能可能也是双向调控的。
活性氧ROS及其衍生产物与蛋白质活性基团共价结合发生氧化修饰，常见于蛋白质的赖氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬氨酸和组氨酸等残基[3]，从而形成多种氧化修饰蛋白产物，常常引起结构蛋白的功能缺失。蛋白质氧化修饰与糖尿病、Alzheimer病、Parkinson病、动脉粥样硬化等慢性疾病关系密切[8-10]。活性氮RNS及其衍生产物也可引起蛋白质翻译后修饰，
如nitric oxide molecule （NO）引起S-nitrosylation（NO与蛋白质游离半胱氨酸残基共价结合）[4]，S-nitrosylation是蛋白质的不可逆修饰，能快速调控基因表达、蛋白稳定性、凋亡和自噬等，S-nitrosylation蛋白也是细胞内第二信使NO的重要来源[5]。氧化/氮化应激是糖尿病及其心血管并发症的重要原因[6]。氮化应激以及RNS引起蛋白质氮化和S-nitrosylation在DCM发病中起重要作用[16]。NO能修饰多种线粒体蛋白，如ATP合成酶亚基、复合体Ⅰ、reactive翻译Ⅱ和Ⅲ、VDAC、F0F1ATPase、SCOT、enolase和MnSOD等抗氧化酶，从而影响线粒体能量产生和氧化还原状态；也能修饰肌球蛋白重链/轻链、肌动蛋白、cdc42和SERCA/RyR等，引起心肌细胞收缩能力下降。NO修饰心肌细胞蛋白酶体/自噬降解系统灭活其功能，有可能是DCM心肌损伤修复的致命打击[7]。
2 非组蛋白糖基化和糖化与DCM
蛋白质糖基化（Glycosylation）和糖化（Glycation）也是糖尿病状态下翻译后修饰的另一种常见形式。糖化（Glycation）是非酶促反应，糖基化是酶促反应[8]。糖基化是糖类加到蛋白质或脂质分子的酶促反应，发生于内质网和高尔基体；在糖基转移酶作用下将糖转移至蛋白质，和蛋白质上的氨基酸残基形成糖苷键，蛋白质经过糖基化作用，形成糖蛋白。糖基化蛋
白（N-糖基化）对调控细胞膜和细胞外基质功能十分重要[9]。O-GlcNac糖基化影响转录因子和胞浆蛋白调节信号转导，在胰岛素抵抗和糖毒性发病中有重要作用，与糖尿病及其并发症关系密切[10-15]。O-GlcNac糖基化Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶-Ⅱ（CaMK-Ⅱ）是DCM心肌收缩力下降和心律失常的重要分子机制[16]。
3 组蛋白翻译后修饰与DCM
DNA缠绕在组蛋白上形成八聚体即染质最基本的单位是核小体（nucleosome），人类组蛋白分为H1、H2A、H2B、H3和H4 5个家族[17]。组蛋白的表观修饰调控基因表达。氨基端发生乙酰化、甲基化、泛素化、类泛素化等被称为组蛋白的翻译后修饰[18]；这些修饰不仅改变染体结构和转录因子的DNA结合能力[19]，而且能通过产生共激活因子、共抑制因子等调控因子与DNA的锚定位点调控基因表达。因此，组蛋白修饰改变能协同其他表观遗传，调节，常染质和异染质的基因表达[20]。组蛋白翻译后修饰调控基因转录，能引起表达沉默或激活，干扰细胞正常周期引起凋亡和DNA损伤等，从而参与了多种疾病的发病过程[21]。此外，组蛋白修饰水平也是基因表达的预测标志之一[21]。
糖尿病环境下，慢性高血糖、炎症和氧化应激等能影响组蛋白翻译后修饰PTMs、DNA甲基
化和非编码RNA，从而参与糖尿病心血管并发症。有研究证实：高血糖、炎症引起的这些表观遗传学变化在心血管细胞和外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMCs）都可以检测到[22]。
组蛋白翻译后修饰PTMs 与心肌细胞肥大、心力衰竭和心律失常关系密切，然而在糖尿病患者心脏损害中的具体作用不详[23]。糖尿病状态下，氧化应激引起心肌损伤是p53依赖的细胞凋亡通路[24]；有趣的是，在糖尿病大鼠心脏病变早期可见：p21（WAF1/CIP1）甲基化继而调控p53通路的几个蛋白激酶表达[24]。Sprague-Dawley糖尿病大鼠心脏组蛋白H3去乙酰化和去磷酸化，能导致细胞外基质 （extracellular matrix，ECM）表达改变，因此引起心肌肥大[24]。
综上所述，糖尿病状态下，慢性糖脂代谢紊乱、氧化应激、氮化应激等引起蛋白质（信号传导蛋白、受体蛋白、细胞骨架蛋白、蛋白激酶和转录因子等）的翻译后修饰改变，诸如氧化、氮化、S-nitrosylation、糖基化、糖化、乙酰化、磷酸化、甲基化、泛素化、类泛素化和组蛋白修饰等[25-30]，越来越多的证据显示：蛋白的翻译后修饰是糖尿病引起心肌损伤的重要分子机制，也是糖尿病与其并发症的联系纽带，值得深入探讨以助于防治之。
参考文献
[1] B?hmer F，Szedlacsek S，Tabernero L，et al.Protein tyrosine phosphatase structure-function relationships in regulation and pathogenesis[J].FEBS J，2013，280（2）：413-431.
[2] Liu Q，Wang S，Cai L.Diabetic cardiomyopathy and its mechanisms：Role of oxidative stress and damage[J].J Diabetes Investig，2014，5（6）：623-634.
[3] Ckless K.Redox proteomics：frombench to bedside[J].Adv Exp Med Biol，2014，806（25）：301-317.
[4] Riederer B M，Leuba G，Elhajj Z.Oxidation and ubiquitination in neurodegeneration[J].Exp Biol Med （Maywood），2013，238（5）：519-524.
[5] Yang Z，Fujii H，Mohan S V， et al.Phosphofructokinase deficiency impairs ATP generation， autophagy， and redox balance in rheumatoid arthritis T cells[J].J Exp Med，2013，210（10）：2119-2134.
[6] Elanchezhian R，Palsamy P，Madson C J，et al.Age-related cataracts： homocysteine coupled endoplasmic reticulum stress and suppression of Nrf2-dependent antioxidant protection[J].Chem Biol Interact，2012，200（1）：1-10.[7] Memiso?ullari R，Taysi S，Bakan E，et al.Antioxidant status and lipid peroxidation in type II diabetes mellitus[J].Cell Biochem Funct，2003，21（5）：291-296.
[8] Pitocco D，Zaccardi F，Di Stasio E F，et al.Oxidative stress，nitric oxide， and diabetes[J].Rev Diabet Stud，2010，7（2）：15-25.
[9] Yamagishi S，Matsui T.Advanced glycation end products （AGEs），oxidative stress and diabetic retinopathy[J].Curr Pharm Biotechnol，2011，12（3）：362-368.
[10] Schedin-Weiss S，Winblad B，Tjernberg L O.The role of protein glycosylation in Alzheimer disease[J].FEBS J，2014，281（1）：46-62.
[11] Hanover J A.Glycan-dependent signaling：O-linked N-acetylglucosamine[J].FASEB J，2001，15（11）：1865-1876.
[12] Vaidyanathan K，Wells L.Multiple tissue-specific roles for the O-GlcNAc post-translational modification in the induction of and complications arising from type Ⅱ diabetes[J].J Biol Chem，2014，289（50）：34 466-34 471.
[13] Gu J，Isaji T，Xu Q，et al.Potential roles of N-glycosylation in cell adhesion[J].Glycoconj J，2012，29（8-9）：599-607.