肌漿網(wǎng)鈣離子泵與心血管疾病的研究進(jìn)展

于雪婧、鄒彤、金軍華綜述，楊杰孚審校

肌漿網(wǎng)鈣離子泵與心血管疾病的研究進(jìn)展

于雪婧、鄒彤、金軍華綜述，楊杰孚審校

心血管疾病是威脅人類健康和生存的最重要病因之一。心血管疾病屬于慢性進(jìn)展性疾病，治愈率極低，目前全球罹患心血管疾病的人數(shù)為2.9億。眾所周知，離子通道在維持心臟電生理活動中發(fā)揮著重要作用。鈣離子通道則是最重要的離子通道之一，它參與心肌細(xì)胞的電傳導(dǎo)以及調(diào)控心肌細(xì)胞收縮和舒張過程。在心力衰竭、心律失常等心臟疾病中，鈣離子依然發(fā)揮著重要作用。肌漿網(wǎng)鈣離子泵（SERCA）亞型SERCA2a可以促進(jìn)鈣離子重新攝取至肌漿網(wǎng)中，SERCA2a功能紊亂可導(dǎo)致鈣離子穩(wěn)態(tài)受損，誘發(fā)缺血性心臟病、肥厚性心肌病、舒張性心肌病以及心力衰竭等心臟疾病的發(fā)生和惡化。因此SERCA2a在維持心臟正常功能和心臟疾病中發(fā)揮著重要作用。

綜述；鈣通道；肌漿網(wǎng)轉(zhuǎn)運ATP酶類；心血管疾病

心血管疾病是威脅全球人類健康和生存的主要病因之一。根據(jù)《中國心血管病報告2013概要》的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，目前我國罹患心血管疾病的總?cè)藬?shù)為2.9億，其中高血壓患者共2.7億，心力衰竭患者450萬，心肌梗死患者250萬[1]。心血管疾病具有高致殘率和高致死率的特點。因此，有效控制心血管疾病可以增加人類的壽命并提高生存質(zhì)量。肌漿網(wǎng)鈣離子泵（Sarcoplasmic reticulum calcium-transporting ATPases，SERCA）在心血管疾病的發(fā)生及進(jìn)展中發(fā)揮重要作用，本文旨在介紹肌漿網(wǎng)鈣離子泵的亞型SERCA2a，希望為心血管疾病的基礎(chǔ)研究提供一些新的方向和思路。

1 SERCA的分類及功能

SERCA是一類分布廣泛且發(fā)揮重要作用的肌漿網(wǎng)鈣離子泵。正常條件下，心肌細(xì)胞的收縮性主要受細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的影響，此過程需要多種離子通道、轉(zhuǎn)運體和離子泵協(xié)同參與進(jìn)行調(diào)控[2]。心肌細(xì)胞興奮前，首先通過L型鈣離子通道使細(xì)胞外少量的鈣離子內(nèi)流，內(nèi)流的鈣離子誘導(dǎo)肌漿網(wǎng)內(nèi)鈣離子通過雷諾定受體2（Ryanodine receptor 2，RyR2）釋放至胞漿中，此過程稱之為鈣離子誘導(dǎo)的鈣釋放。此時，胞漿中鈣離子濃度迅速增加，促進(jìn)心肌細(xì)胞的收縮偶聯(lián)，導(dǎo)致心肌細(xì)胞收縮。心肌細(xì)胞舒張時，鈣離子通過SERCA2a重攝取至肌漿網(wǎng)中[3]。RyR2和SERCA2a功能的異常均可導(dǎo)致心肌細(xì)胞收縮舒張功能的紊亂。

肌漿網(wǎng)鈣離子泵SERCA蛋白主要有三種異構(gòu)體，分別為SERCA1，2，3。SERCA1有兩個亞型，SERCA1a和SERCA1b[4]。SERCA1a主要分布在成人快反應(yīng)骨骼肌，SERCA1b主要分布在胎兒快反應(yīng)骨骼肌。SERCA2分布最為廣泛，它具有三個亞型，它們分別是SERCA2a, SERCA2b和SERCA2c。SERCA2a主要分布在慢反應(yīng)骨骼肌和心肌細(xì)胞；SERCA2b分布較為廣泛；SERCA2c主要分布于上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞以及心肌細(xì)胞。由于SERCA2a主要分布在心肌細(xì)胞，因此它在心力衰竭的過程中發(fā)揮著重要作用[2]。

SERCA2a是一種靠近心肌細(xì)胞T管且參與肌漿網(wǎng)重攝取鈣離子的重要鈣離子泵。SERCA2a蛋白主要由ATP2A2基因編碼，具有四個氨基酸尾巴，其C末端位于細(xì)胞漿中。它具有兩個區(qū)域，一個是位于胞漿內(nèi)對鈣離子具有高度親和性的區(qū)域E1，一個是位于肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)部且對鈣離子親和力較低的區(qū)域E2。當(dāng)心肌細(xì)胞舒張時，鈣離子從肌鈣蛋白中釋放，與E1結(jié)合形成鈣離子-E1-復(fù)合體，整個過程需要消耗能量。此復(fù)合體經(jīng)過磷酸化后生成具有高能鍵的磷酸化復(fù)合物。構(gòu)象改變導(dǎo)致其轉(zhuǎn)變?yōu)锳DP不敏感性的磷酸化中間產(chǎn)物，它具有促進(jìn)鈣離子向肌漿網(wǎng)內(nèi)部運動的作用。隨著復(fù)合物對鈣離子親和力的下降，鈣離子在肌漿網(wǎng)中被釋放。一旦鈣離子進(jìn)入肌漿網(wǎng)，E2發(fā)生構(gòu)象改變轉(zhuǎn)化為E1，繼續(xù)攝取胞漿內(nèi)的鈣離子[5]。

2 SERCA2a與相關(guān)的心臟疾病

胞漿內(nèi)鈣離子濃度對心肌細(xì)胞的功能具有重要作用。任何導(dǎo)致鈣離子穩(wěn)態(tài)變化的原因，包括肌漿網(wǎng)鈣離子重攝入減少、鈣離子通道異常、肌漿網(wǎng)中鈣離子的滲漏或SERCA2a表達(dá)的顯著降低，都會導(dǎo)致多種心臟疾病，包括缺血性心臟病、肥厚性心肌病、舒張性心肌病以及心力衰竭[6]。雖然SERCA2a表達(dá)及功能的改變不是引起心臟疾病的首要因素，但它可以加速受損心肌功能的惡化。有研究發(fā)現(xiàn)，在缺血性的心肌組織[6]、肥厚性心肌病[7]、擴(kuò)張型心肌病[8]中SERCA2a的表達(dá)明顯降低。

3 SERCA2a與心力衰竭的研究進(jìn)展

心力衰竭是全世界人類死亡的主要病因之一，它已發(fā)展為21世紀(jì)最重要的心血管病癥。目前心力衰竭的具體機(jī)制尚不清楚，主要可能與心肌細(xì)胞在復(fù)極化過程中不能及時地通過鈣離子通道移除胞漿內(nèi)的鈣離子有關(guān)[9]。在人類和動物心力衰竭模型中最典型的特征就是異常的鈣離子重攝取引起心肌細(xì)胞收縮功能的下降。參與鈣離子移除過程的方式主要有鈉鈣交換體、鈣離子泵、鈣錳離子泵等[10,11]，其中SERCA2a最為重要。正常的心肌細(xì)胞收縮時，鈣離子通過鈣離子誘導(dǎo)的鈣釋放，經(jīng)過RyR2泵將鈣離子由肌質(zhì)網(wǎng)泵入胞漿；心肌細(xì)胞舒張時，鈣離子通過SERCA2a的重攝取回到肌漿網(wǎng)中。RyR2和SERCA2a功能異?？蓪?dǎo)致心肌細(xì)胞收縮舒張功能的障礙。RyR2的氧化[12]、磷酸化[13]、亞硝基化[14]、突變體[15]均可導(dǎo)致心肌細(xì)胞肌質(zhì)網(wǎng)中鈣離子向胞漿滲漏，引起心肌細(xì)胞去極，誘發(fā)致命性的心律失常和心力衰竭[13]。相比野生型RyR2的小鼠，RyR2-P2328S純合子突變體小鼠更易出現(xiàn)頻繁的房性心律失常[15]。另一項研究表明，RyR2常見突變體G1886S可以增加裝有埋藏式心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器（Implantable cardioverter defibrillator，ICD）心力衰竭患者室性心動過速及心室顫動的易感性[16]。因此，阻斷鈣離子從RyR2的滲漏被認(rèn)作是治療心力衰竭的重要方法之一。

引起心力衰竭的另一重要機(jī)制是SERCA2a表達(dá)水平的顯著下調(diào)[17]。SERCA2a表達(dá)降低可導(dǎo)致心力衰竭且加速心力衰竭的進(jìn)程[18]。目前，恢復(fù)SERCA2a蛋白的表達(dá)被認(rèn)為是治療心力衰竭最具潛力的方法。許多研究發(fā)現(xiàn)，心力衰竭患者心肌細(xì)胞的肌漿網(wǎng)鈣離子重攝取明顯減弱[9]，調(diào)控這一個過程的鈣離子泵SERCA2a在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平也明顯下調(diào)[19]。SERCA2a敲除小鼠已證實SERCA2a在肌漿網(wǎng)鈣離子重攝取過程中發(fā)揮重要作用。SERCA2a雜合子小鼠其SERCA2a蛋白表達(dá)量下降35%，并表現(xiàn)出心肌細(xì)胞功能的受損[20]。從SERCA2a雜合子小鼠中分離心肌細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，其肌漿網(wǎng)中鈣離子濃度顯著降低，并且心肌細(xì)胞的收縮功能明顯降低[21]。在壓力負(fù)荷下，SERCA2a雜合子小鼠表現(xiàn)出心力衰竭的加速進(jìn)展，且心力衰竭的發(fā)病率和死亡率顯著升高，這主要是由于心肌細(xì)胞收縮和舒張功能的降低所導(dǎo)致的。近年來研究顯示，通過慢病毒載體在心力衰竭動物體內(nèi)過表達(dá)SERCA2a蛋白，可促進(jìn)心力衰竭動物左心室功能的恢復(fù)[22]。從大鼠心力衰竭模型中分離的心肌細(xì)胞，通過腺病毒過表達(dá)SERCA2a蛋白，可以減少異常的心肌細(xì)胞收縮，促進(jìn)心肌細(xì)胞的功能，減少心肌細(xì)胞異常電活動的發(fā)生[23]。由腺病毒介導(dǎo)的SERCA2a表達(dá)，可在體外和體內(nèi)實驗中緩解晚期心力衰竭的患者和小鼠心室肌細(xì)胞肌漿網(wǎng)中鈣離子的重攝取，并可恢復(fù)部分心室肌細(xì)胞的收縮[24]。

另有研究證明，在容量負(fù)荷誘導(dǎo)的豬心力衰竭模型中，用載有SERCA2a基因的腺病毒轉(zhuǎn)染2個月后，其心臟收縮功能的相關(guān)參數(shù)和左心室重構(gòu)都得到了部分逆轉(zhuǎn)[25]?，F(xiàn)有研究證明，由腺病毒轉(zhuǎn)染的SERCA2a在治療心力衰竭的一期和二期臨床試驗中安全有效，實驗正在進(jìn)行三期的臨床研究[2]。在納入心力衰竭患者的實驗中，通過腺病毒轉(zhuǎn)染SERCA2a基因可以逆轉(zhuǎn)許多與心臟收縮功能相關(guān)的參數(shù)，只有2例入選患者未有明顯好轉(zhuǎn)，原因是這兩例患者血清中存在抗腺病毒的抗體；其余39例入選的心力衰竭患者在二期臨床試驗中效果良好且未出現(xiàn)任何不良反應(yīng)。這個實驗將在后續(xù)的三期試驗中納入400例心力衰竭患者進(jìn)行SERCA2a基因治療效果的驗證[26]。由此可見，SERCA2a功能異常在心力衰竭中發(fā)揮重要作用，增強(qiáng)SERCA2a的表達(dá)是治療心力衰竭最具有前景的方法之一。

4 影響SERCA2a表達(dá)及功能的藥物

4.1增加SERCA2a表達(dá)的藥物

目前已有研究發(fā)現(xiàn)，血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑依那普利（Enalapril）以及血管緊張素II受體拮抗劑氯沙坦（Lorsatan）可以抑制大鼠充血性心力衰竭模型中SERCA2a的下調(diào)以及左心室功能的下降[27]。坎地沙坦（Candesartan），另一種血管緊張素II受體阻滯劑，可以逆轉(zhuǎn)柔紅霉素誘導(dǎo)的大鼠心肌病模型中SERCA2a的下調(diào)，這說明SERCA2a在柔紅霉素誘導(dǎo)的心肌毒性過程中發(fā)揮保護(hù)作用[28]?？ňS地洛（Carvedilol）是一種β腎上腺素能受體阻斷劑和α受體拮抗劑，可以緩解過氧化氫誘導(dǎo)的SERCA2a在基因和蛋白水平的降低，并可促進(jìn)SERCA2a基因的上調(diào)[29]。白藜蘆醇是一種天然的抗氧化物，屬于多酚類化合物，主要從葡萄、桑葚及花生種提取，可用于治療心血管疾病。研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可以通過活化沉默信號調(diào)節(jié)體1（SIR1）促進(jìn)小鼠糖尿病模型中SERCA2a的表達(dá)[30]。

4.2抑制SERCA2a表達(dá)的藥物

研究發(fā)現(xiàn)，免疫抑制藥物環(huán)孢霉素A可以阻斷大鼠心肌細(xì)胞鈣調(diào)磷酸酶-NFAT信號通路，從而降低SERCA2a的表達(dá)[31]。持續(xù)性給予β腎上腺素能受體激動劑福莫特羅可以誘導(dǎo)大鼠心肌細(xì)胞SERCA2a表達(dá)的顯著下調(diào)[32]。過量的糖皮質(zhì)激素亦可以導(dǎo)致SERCA2a表達(dá)減少引起心室功能異常[33]。

綜上所述，SERCA2a在心血管疾病中扮演著重要角色。盡管目前對于SERCA2a研究并不透徹，但它對于心血管疾病的治療具有很大的潛力。目前許多藥物及非編碼RNA都可參與SERCA2a表達(dá)的調(diào)控。因此，在不久的將來，SERCA2a可能會成為治療心血管疾病的重要靶點。

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2016-05-21)

（編輯： 漆利萍）

藥品臨床試驗關(guān)鍵技術(shù)及平臺的研究（bj-2004-732）

100730 北京市，北京大學(xué)第五臨床醫(yī)學(xué)院（于雪婧、楊杰孚）；北京醫(yī)院 心內(nèi)科（鄒彤）； 北京醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)研究所細(xì)胞室（金軍華）

于雪婧 博士研究生 研究方向為心房顫動與非編碼RNA Email：yuxuejing0927@163.com 通訊作者：楊杰孚 Email： yangjiefu2011@126.com

R54

A

1000-3614（2016）12-1232-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2016.12.019