心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白與射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭

張晨 綜述 常靜 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心內(nèi)科，重慶 400016)

1 心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 的生物學(xué)特性

1.1 心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 基因、亞型及結(jié)構(gòu)

心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 基因特異性表達(dá)于所有哺乳動(dòng)物的心肌細(xì)胞。人的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 基因約21 kb，包括35 個(gè)外顯子，位于人類11 號(hào)染色體短臂11 區(qū)2 帶(11p11.2)，可編碼1 274個(gè)氨基酸。因此，心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 是個(gè)大分子蛋白，140～150 kD(≈1.4×104～1.5×104)。心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C (C 3 心肌型)是人肌球蛋白結(jié)合蛋白C 家族成員，這個(gè)家族還包括肌球蛋白結(jié)合蛋白C1 慢骨骼肌型和C2 快骨骼肌型。該蛋白有11個(gè)功能區(qū)(C0～C10)，其中8 個(gè)IgC2 基序，3 個(gè)纖連蛋白3(FN3)基序。心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 通過(guò)其功能區(qū)與肌小節(jié)各組成部分相互作用，與其他兩種骨骼肌型異構(gòu)體不同的是:(1)心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 的N-末端(C0)包含一個(gè)Lg 樣結(jié)構(gòu)域，此為心肌細(xì)胞所特有，有高度特異性;(2)C1～C2 的四個(gè)磷酸化位點(diǎn);(3)C5 結(jié)構(gòu)域有一個(gè)由28 個(gè)氨基酸殘基組成的環(huán)結(jié)構(gòu)。目前準(zhǔn)確的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C的空間結(jié)構(gòu)還不是很清楚，獲得較多認(rèn)可的有環(huán)狀三聚體模型和桿狀模型［1-4］。

1.2 心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 在心肌的作用

1.2.1 心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 與心肌組成

肌小節(jié)是肌肉收縮的基本功能單位，由粗肌絲和細(xì)肌絲組成，心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 是心肌肌纖維粗肌絲的主要組成部分。它橫向排列在肌小節(jié)A帶形成7～9 個(gè)橫紋，每條橫紋間隔43 nm［1］。早期研究通過(guò)分離粗肌絲或轉(zhuǎn)基因技術(shù)證明了心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 對(duì)肌球蛋白的裝配和穩(wěn)定有積極作用。它可以通過(guò)(C1～C2)牢固結(jié)合在粗肌絲肌球蛋白重鏈(橫橋)上，對(duì)粗肌絲進(jìn)行正確裝配和穩(wěn)定，還通過(guò)(C8～C10)與肌聯(lián)蛋白結(jié)合，來(lái)確保心肌纖維結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性［2-3］。

1.2.2 心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 調(diào)節(jié)心肌的收縮舒張

粗肌絲肌球蛋白和細(xì)肌絲肌動(dòng)蛋白的有序交互作用，來(lái)完成肌纖維的收縮作用。心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 作為心肌粗肌絲的組成部分，心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 氨基末端(C0～C2)的肌球蛋白結(jié)合位點(diǎn)與肌球蛋白S2 結(jié)構(gòu)域相連，通過(guò)Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶的磷酸化/去磷酸化作用調(diào)節(jié)S1 的活化狀態(tài)，參與調(diào)節(jié)肌肉收縮。但又通過(guò)不同機(jī)制抑制肌球蛋白-肌動(dòng)蛋白的結(jié)合，心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 結(jié)合在肌球蛋白頭部，使其頭部更靠近桿部，在物理空間上限制了橫橋與肌動(dòng)蛋白相互作用的速率和范圍。近期的實(shí)驗(yàn)及臨床研究顯示心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 更是心臟舒張功能關(guān)鍵的調(diào)節(jié)者。其中心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 的磷酸化調(diào)節(jié)心肌橫橋分離率和結(jié)合率的改變是其核心機(jī)制［5-8］。除了磷酸化，心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 的谷胱甘肽化也可以增加肌纖維的鈣敏感性來(lái)調(diào)節(jié)心肌舒張功能。當(dāng)?shù)虲a2+水平可抑制肌球蛋白與肌動(dòng)蛋白的相互作用，從而使肌小節(jié)在整個(gè)舒張期的長(zhǎng)度縮短，舒張功能減弱［9］。

1.2.3 心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 的磷酸化

心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 在人體血清中以高度磷酸化狀態(tài)存在。在膽堿能反應(yīng)中，蛋白磷酸酶2A(PP2A)可將心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 去磷酸化，從而促使其降解。目前為止，我們將近發(fā)現(xiàn)17 個(gè)心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化位點(diǎn)，活性最豐富的主要有四個(gè)(Ser275-Ser284-Ser304-Ser311)，對(duì)應(yīng)老鼠相應(yīng)的 序 列 為(Ser281-Ser290-Ser310-Ser315)［1，10］。已被證明并常應(yīng)用于臨床研究的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 蛋白激酶包括有環(huán)磷酸腺苷依賴蛋白激酶(PKA)、Ca2+或鈣調(diào)蛋白的蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)、蛋白激酶Cε(PKCε)、蛋白激酶D［11］。心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化有心肌保護(hù)功能，并在調(diào)節(jié)心肌收縮舒張功能上發(fā)揮重要作用。其主要機(jī)制:(1)心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化可以增加粗肌絲之間的距離，防止心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 蛋白水解，減低心肌缺血-再灌注損害。(2)心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化可阻斷其與肌球蛋白S2 的結(jié)合，降低與肌動(dòng)蛋白的親和力，使肌球蛋白頭部向肌動(dòng)蛋白靠近，從而增強(qiáng)肌球蛋白-肌動(dòng)蛋白的交互作用，促進(jìn)心肌的收縮;當(dāng)心肌受到β 腎上腺素刺激后，磷酸化后的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 可以促進(jìn)心臟做出適應(yīng)性反應(yīng)，增加心排血量，保護(hù)正常心肌功能。但心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化使橫橋與肌動(dòng)蛋白的分離速度增加，又不影響肌動(dòng)蛋白相對(duì)橫橋的滑動(dòng)速度，從而使心肌收縮力減小。病理情況下，心肌收縮長(zhǎng)期失代償可導(dǎo)致心肌肥厚和間質(zhì)纖維化的產(chǎn)生。(3)隨著研究的逐步深入，人們漸漸認(rèn)識(shí)到，心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化對(duì)心肌正常舒張功能的調(diào)節(jié)作用占有重要地位。這方面大量臨床研究和動(dòng)物模型都證明，心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化可以調(diào)節(jié)心臟的舒張功能，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)心肌收縮功能的影響［10-14］。其中具體分子機(jī)制還不是很清楚，但心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化對(duì)維持心肌正常舒張功能起決定性作用是確定無(wú)疑的。

心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 在心臟生理和病理?xiàng)l件下都起著重要的作用，它不僅參與正常心肌肌纖維結(jié)構(gòu)的組裝，還參與細(xì)胞內(nèi)信息傳遞，通過(guò)磷酸化來(lái)調(diào)節(jié)橫橋循環(huán)參與肌肉的收縮和舒張，特別對(duì)正常心肌舒張功能有重要作用。因此心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 既為結(jié)構(gòu)蛋白，又是調(diào)節(jié)蛋白。

2 心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 與射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭關(guān)系的探討和研究

2.1 心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 與舒張功能不全

早期心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 為大家所熟識(shí)，是作為肥厚型心肌病致病基因中最為常見(jiàn)的一種，人們發(fā)現(xiàn)早期心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 的突變能導(dǎo)致舒張功能不全。之后多例研究報(bào)道，肥厚型心肌病患者在出現(xiàn)心肌肥厚之前就因攜帶心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 的突變而表現(xiàn)出心臟舒張功能不全［15-16］，則說(shuō)明心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 的突變能獨(dú)立引起舒張功能不全，而心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 在調(diào)節(jié)心肌舒張功能的作用，也開(kāi)始受到人們的關(guān)注。

Harris 等將心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 外顯子3～10切斷，導(dǎo)致其mRNA 異常，首列造出完全沒(méi)有心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 表達(dá)的老鼠模型心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C (-/-，Ex3-10)，并用組織多普勒(TDI)測(cè)量發(fā)現(xiàn)其舒張?jiān)缙贓 峰值最大運(yùn)動(dòng)速度(Em)低于正常值，E(二尖瓣環(huán)舒張?jiān)缙谛募∷俣?/Em 均高于正常值，與射血分?jǐn)?shù)保留心力衰竭患者左心室舒張功能不全的影像學(xué)證據(jù)類似［17-18］。之后又有其他研究人員作用于外顯子1～2 造出心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 零表達(dá)的老鼠模型心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C (-/-，Ex1-2)，或?qū)⑿呐K型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 突變基因的純合子和雜合子敲入老鼠模型當(dāng)中，均表現(xiàn)出心肌的舒張功能不全［19-20］。

于是研究人員努力探索去尋找心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 是如何調(diào)節(jié)心肌舒張功能，隨著對(duì)心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化位點(diǎn)認(rèn)識(shí)的更深入，人們用質(zhì)譜分析法證明PKA 能使心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化，在人體中磷酸化位點(diǎn)為S275、S284 和S304，老鼠對(duì)應(yīng)為S273、S282 和S302。研究者接著心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C (-/-，Ex3-10)模型上分別表達(dá)S273A、S282A、S302A 和S273D、S282D、S302D、生成磷酸化不足的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C(t3SA)和模擬磷酸化的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C(t3SD)兩種老鼠模型，并用PKA 與其結(jié)合反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)(心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C)(t3SA)磷酸化不足的動(dòng)物模型的心臟與野生型對(duì)照組表現(xiàn)出相同的射血分?jǐn)?shù)，Ea 降低，E/Ea 比值升高。而且心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C (t3SA)老鼠模型還表現(xiàn)和射血分?jǐn)?shù)保留心力衰竭患者一樣的主動(dòng)行走距離的減少、肺水腫、腦鈉肽的升高。相反，通過(guò)模擬心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化表達(dá)的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C(t3SD)老鼠模型則心臟舒張功能增強(qiáng)，心臟舒張速率Ea 增快［18-22］。之后又有研究者在不同老鼠模型背景下通過(guò)表達(dá)不同基因位點(diǎn)突變，造出不同心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化不足的動(dòng)物模型［23］，進(jìn)一步證實(shí)了心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化水平的降低會(huì)導(dǎo)致顯著的舒張功能不全。

綜上所述，研究人員通過(guò)基因敲除、插入、轉(zhuǎn)基因等技術(shù)造出不同老鼠模型，阻斷或抑制心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 激活后啟動(dòng)的一系列連鎖反應(yīng)，并用彩色多普勒和組織多普勒超聲量化心肌的舒張功能，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 缺失或磷酸化不足都可引起心臟舒張功能不全。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，所造動(dòng)物模型的多普勒超聲證據(jù)與射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭具有相同的特征，并且在臨床表現(xiàn)上也與射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭相似［17］。這些成果為研究心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 與射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭的關(guān)系奠定了理論基礎(chǔ)。

2.2 心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 與終末期心力衰竭

大量研究均發(fā)現(xiàn)心力衰竭患者的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化水平顯著降低，推測(cè)心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 可能在心力衰竭的發(fā)生發(fā)展中有重要作用。2008年，Jacques 等［24］采用肥厚型心肌病患者進(jìn)行室間隔切除術(shù)后的標(biāo)本，與正常心肌組織以及心力衰竭患者進(jìn)行對(duì)照，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)心力衰竭患者的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化水平低于正常對(duì)照組［心力衰竭組是正常對(duì)照組的(45±3)%，P ＜0.000 1］，且無(wú)論心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 基因是否突變，磷酸化水平無(wú)明顯差異。同期，也有研究人員在人和大型哺乳動(dòng)物身上驗(yàn)證了以上的發(fā)現(xiàn)，他們對(duì)心臟移植的終末期心力衰竭患者、步行距離減少的終末期心力衰竭的犬類、正常人心肌對(duì)照組、正常犬類對(duì)照組，分別用免疫印跡法測(cè)量其心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C及心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化的水平。發(fā)現(xiàn)，各組之間心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 水平無(wú)明顯差異［(1.1 ±0.20)vs (1.0 ±0.20)vs (1.1 ±0.10)vs(1.0 ±0.10)］，但與正常對(duì)照組比較，心力衰竭患者心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化的水平較正常人心肌對(duì)照降低＞50%［(0.45 ±0.10)vs(1.0 ±0.30)，P ＜0.05］，心力衰竭的犬類則降低＞40%［(0.57 ±0.10)vs(1.0 ±0.10)，P ＜0.01］［25］。但以上研究多是針對(duì)單一Ser280 位點(diǎn)由PKA 介導(dǎo)的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化水平的研究，之后隨著對(duì)心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化位點(diǎn)的認(rèn)識(shí)深入，2013年Kooij 等［26］用離子交換色譜法、聚丙烯酰胺凝膠法和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)不同磷酸化位點(diǎn)所激活的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化水平進(jìn)行研究，進(jìn)一步證實(shí)了心力衰竭患者的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化水平降低。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)相對(duì)于正常對(duì)照組，心力衰竭患者這3 個(gè)(S284、S286、T290)主要的磷酸化位點(diǎn)激活的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化水平降低有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且針對(duì)Ser284 磷酸化位點(diǎn)的水平值降低最明顯(45.01%，P＜0.05)。

2.3 心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 與射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭

如上所述，心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 是維持心肌正常舒張功能的調(diào)節(jié)蛋白，磷酸化水平的降低會(huì)引起心肌舒張功能不全，提示心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 在心臟舒張功能不全的發(fā)生發(fā)展具有可能未被充分認(rèn)識(shí)的介導(dǎo)作用。心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化不足的動(dòng)物模型表現(xiàn)出的不良病理作用，導(dǎo)致與射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭類似的臨床表現(xiàn)。同時(shí)大量文獻(xiàn)報(bào)道顯示，終末期心力衰竭患者的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化水平顯著降低，而D stage 終末期心力衰竭患者多并存收縮和舒張功能損害，舒張功能不全又是射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭患者的共同特征。除此，還有研究在舒張型心力衰竭患者中發(fā)現(xiàn)心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 的1 個(gè)單核苷酸多態(tài)性［27］。有鑒于此，我們不難提出一個(gè)假設(shè)，心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 作為心肌纖維組成結(jié)構(gòu)，通過(guò)其磷酸化或去磷酸化調(diào)節(jié)心肌舒張功能，是否可能參與射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭的發(fā)生發(fā)展?綜合看來(lái)，這些發(fā)現(xiàn)都提示我們有可能通過(guò)探索研究心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 與射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭的關(guān)系，來(lái)對(duì)射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭的診治提供新思路

3 結(jié)語(yǔ)和未來(lái)研究領(lǐng)域

隨著對(duì)心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)在心肌收縮舒張功能的病理生理過(guò)程中均有心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 參與，最新理論認(rèn)為心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化通過(guò)對(duì)橫橋循環(huán)調(diào)節(jié)來(lái)維持心肌的正常舒張功能，若心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 表達(dá)缺失或磷酸化不足都會(huì)導(dǎo)致心肌舒張功能不全。另一方面，近年來(lái)研究證實(shí)了終末期心力衰竭患者心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 水平顯著降低。因此它不僅是心肌舒張功能不全連續(xù)發(fā)展的調(diào)節(jié)者，還可能與射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭的發(fā)生發(fā)展有重要關(guān)系。

最后，建議以后更多的研究去探索心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 和射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭的關(guān)系，可以包括去測(cè)定在射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭和射血分?jǐn)?shù)降低的心力衰竭中，還有射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭急性失代償和慢性穩(wěn)定期的心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化水平?？紤]到在患者中及早篩查出舒張功能不全的患者非常重要，進(jìn)一步探索心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化水平在射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭高風(fēng)險(xiǎn)人群(高齡、女性、高血壓、心房顫動(dòng))未來(lái)心力衰竭發(fā)展中的評(píng)估作用。心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 可能是病因因子還可能是生物標(biāo)志物，能否可以單獨(dú)或聯(lián)合其他生物標(biāo)志物來(lái)診斷射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭，能否用于預(yù)后及危險(xiǎn)度分層，除此之外，還有各種藥物治療對(duì)心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 磷酸化水平的影響的數(shù)據(jù)也還缺少。是否能分出一個(gè)射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭的亞型，以心臟型肌球蛋白結(jié)合蛋白C 的磷酸化為治療靶點(diǎn)，來(lái)得到更好的治療效果等。隨著通過(guò)對(duì)射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭病因及病理生理機(jī)制的研究探索，將來(lái)總會(huì)有有效的治療手段來(lái)阻止這一疾病的進(jìn)程。

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