Junctophilin 2功能異常與心臟疾病的研究進(jìn)展

何容芳綜述，李妙齡校審

（西南醫(yī)科大學(xué)：1心血管醫(yī)學(xué)研究所；2附屬醫(yī)院感染科，四川瀘州 646000）

1 Junctophilin 2的基本結(jié)構(gòu)

JPH2蛋白由696個(gè)氨基酸殘基組成,其基因編碼在20q13.12的5個(gè)編碼區(qū)，JPH2蛋白從N端到C端包括motif region（MORN）功能區(qū)域、連接區(qū)域、α-螺旋結(jié)構(gòu)域、變異區(qū)域以及跨膜區(qū)域。在其N(xiāo)端,是8個(gè)高度保守的親脂“膜錨定、識(shí)別和連結(jié)”的MORN結(jié)構(gòu)域[3-4]，MORN結(jié)構(gòu)域?qū)α字哂懈哂H和力可將JPH2錨定在質(zhì)膜上，前6個(gè)MORN結(jié)構(gòu)域可通過(guò)連接區(qū)域與最后兩個(gè)域分開(kāi)，并分隔為功能I、II區(qū)。連結(jié)區(qū)域是胞質(zhì)蛋白的結(jié)合區(qū)，可以調(diào)節(jié)JPH2與胞膜或者SR膜的結(jié)合力[2]。α-螺旋結(jié)構(gòu)域跨越了大部分的連接空間，α-螺旋結(jié)構(gòu)域的二級(jí)結(jié)構(gòu)由多個(gè)α螺旋組成，約100個(gè)氨基酸，α螺旋可以將心肌的質(zhì)膜同肌漿網(wǎng)之間連接起來(lái)，并使L型鈣離子通道（L-type Ca2+channels,LTCCs）和位于SR上的蘭尼堿受體（ryanodine receptor，RyR）之間保持一個(gè)較近的間距，從而在心肌細(xì)胞收縮舒張過(guò)程中保持耦聯(lián)結(jié)構(gòu)的機(jī)械彈性。變異區(qū)域在不同種屬和各亞型間保守度很低,可能不存在特定功能。最后，JPH2的C末端跨膜結(jié)構(gòu)域可嵌入到SR中[3]。

2 Junctophilin 2在心臟上的功能

2.1 Junctophilin 2參與維持心肌正常的興奮-收縮功能。

心肌細(xì)胞收縮的原理和骨骼肌細(xì)胞相似，在受到刺激時(shí)都是先在膜上產(chǎn)生興奮，然后再通過(guò)興奮-收縮耦聯(lián)，引起肌絲相互滑行，造成整個(gè)細(xì)胞的收縮。心肌細(xì)胞的收縮也具有鈣離子依賴(lài)性，即需要進(jìn)入心肌細(xì)胞的鈣離子來(lái)觸發(fā)肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)鈣離子的釋放才能完成。在心肌細(xì)胞中，鈣信號(hào)的傳導(dǎo)主要依靠JMCs使鈣離子從細(xì)胞膜上的L型鈣離子通道向胞內(nèi)的SR上傳導(dǎo)[5-6]，而JPH2是具有JMCs特性的蛋白分子，可通過(guò)作用于心肌細(xì)胞質(zhì)膜和內(nèi)（?。┵|(zhì)網(wǎng)膜，使兩者之間達(dá)到一定的距離，以維持鈣離子穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)心肌細(xì)胞鈣促鈣釋放過(guò)程（calcium-induced calcium release,CICR），而鈣離子釋放入胞質(zhì)后，鈣離子可與肌絲上的鈣結(jié)合蛋白相結(jié)合，觸發(fā)心肌收縮[7]，最終完成心肌細(xì)胞的興奮-收縮耦聯(lián)。因此，JPH2對(duì)維持心肌正常的興奮-收縮功能起著至關(guān)重要的作用。

2.2 Junctophilin 2參與心肌細(xì)胞的發(fā)育成熟

有研究者[8]根據(jù)小鼠胚胎干細(xì)胞（embryo-ncstemcell,ES）體外分化成心肌細(xì)胞以模擬體內(nèi)心肌發(fā)育,并在分化過(guò)程中評(píng)價(jià)JPH2蛋白表達(dá)的功能特征，明確了JPH2是中胚層發(fā)育及心肌細(xì)胞分化的關(guān)鍵因素，且在ES細(xì)胞體外分化為心肌細(xì)胞過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)JPH2的蛋白表達(dá)呈發(fā)育依賴(lài)性上升。同時(shí)，也有研究表明JPH2在T小管的發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。T小管（T-Tubule）是心肌細(xì)胞膜在肌小節(jié)Z線處向肌漿網(wǎng)內(nèi)凹陷形成的管狀結(jié)構(gòu)。胞內(nèi)的SR與T小管系統(tǒng)緊密耦聯(lián)，可縮短細(xì)胞膜上L型鈣通道與位于SR上的蘭尼堿受體（ryanodine receptor，RyR）在空間上的距離，使細(xì)胞能更快的接受來(lái)自細(xì)胞外及細(xì)胞膜傳遞的信息。有研究者[9]利用RNAi技術(shù)來(lái)干擾JPH2的基因表達(dá)，干擾后心肌細(xì)胞出現(xiàn)了T小管結(jié)構(gòu)的破壞。也有研究[10]發(fā)現(xiàn)心肌JPH2低表達(dá)的小鼠出生后T小管出現(xiàn)成熟障礙，而JPH2過(guò)表達(dá)的小鼠卻在出生8 d時(shí)出現(xiàn)了T小管的提前發(fā)育成熟。因此，JPH2在心肌細(xì)胞及其T小管的發(fā)育成熟上也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

3 Junctophilin 2與心臟疾病

3.1 Junctophilin 2與心肌肥大

2004年Minamisawa S等[11]研究者用心室特異性過(guò)表達(dá)H-ras癌基因來(lái)模擬肥厚性心肌病，發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)基因小鼠模型中心臟JPH2蛋白的表達(dá)是下調(diào)的，且定位于Cav-3表達(dá)比較豐富的區(qū)域。2007年，Landstrom AP等[12]將JPH2作為人類(lèi)肥厚型心肌病（HCM）發(fā)病機(jī)制的新任候選基因，并在分子和功能水平上證明了JPH2缺失可破壞鈣信號(hào)傳導(dǎo)而成為HCM新的致病機(jī)制。研究者將388名無(wú)關(guān)聯(lián)的HCM患者的DNA進(jìn)行JPH2的綜合分析，包括剪接位點(diǎn)的突變分析，發(fā)現(xiàn)了3個(gè)新的HCM易感性突變點(diǎn)：S101R，Y141H和S165F，它們都定位于JPH2關(guān)鍵的功能區(qū)。隨后，日本研究者[13]報(bào)道了兩個(gè)遺傳變異體，他們?cè)?95名肥厚型心肌?。℉CM）的患者心臟中，新發(fā)現(xiàn)了JPH2有兩個(gè)雜合的非同義核苷酸轉(zhuǎn)換（G505S和R436C）。盡管他們的結(jié)果并沒(méi)有表明G505S突變可導(dǎo)致JPH2明顯的結(jié)構(gòu)異常，但G505S突變可使JPH2產(chǎn)生輕微的構(gòu)象變化，減弱興奮-收縮耦聯(lián)的效率，并進(jìn)一步誘發(fā)代償性肥大以及心肌細(xì)胞代謝的改變。2011年,也有研究[14]表明在心肌肥大病人心臟組織中JPH2表達(dá)是下調(diào)的，并通過(guò)小干擾RNA探針部分沉默心肌細(xì)胞中JPH2 mRNA的表達(dá)，結(jié)果顯示敲低JPH2后的心肌細(xì)胞可出現(xiàn)肥大，其已知的肥大標(biāo)志物也明顯增加。同時(shí)敲低JPH2 mRNA表達(dá)后也可抑制最大Ca2+瞬變幅度，改變Ca2+動(dòng)態(tài)平衡，最終導(dǎo)致興奮-收縮耦合的降低。最近也有研究者[15]在JPH2中發(fā)現(xiàn)了一種新型的HCM相關(guān)突變位點(diǎn)A405S，他們用轉(zhuǎn)基因小鼠模型確定了這一新的JPH2突變點(diǎn)與HCM之間的因果關(guān)系。同時(shí)，有一篇關(guān)于羊心臟T小管早期發(fā)育的研究[16]中報(bào)道，在心肌細(xì)胞肥大時(shí)，伴隨著JPH2在細(xì)胞內(nèi)定位的增加，JPH2也逐漸增加了與RyR的耦聯(lián)。

如上所述，JPH2與心肌肥厚密切相關(guān)，但其具體機(jī)制尚不清楚，有報(bào)道顯示[17-19]病理性心肌肥厚確實(shí)與Ca2+依賴(lài)性信號(hào)通路密切相關(guān)。研究表明多種調(diào)控Ca2+的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)域都參與了啟動(dòng)肥大信號(hào)的傳導(dǎo)。JPH2的基因突變或缺失可能會(huì)通過(guò)破壞肌漿網(wǎng)，并引起RyR2功能受損而致SR Ca2+泄漏，而Ca2+泄漏可激活鈣調(diào)磷酸酶/NFAT肥大信號(hào)傳導(dǎo)通路，其中Ca2+敏感性磷酸酶即鈣調(diào)磷酸酶可以激活NFAT的核易位和肥厚基因的轉(zhuǎn)錄。而RyR2的進(jìn)一步受損也可能導(dǎo)致鈣調(diào)蛋白依賴(lài)激酶II（CaMKII）的磷酸化，并解離肌細(xì)胞增強(qiáng)因子-2（MEF2）、組蛋白去乙?；?（HDAC4）的鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性，最終啟動(dòng)心肌肥大信號(hào)通路[20-21]。為進(jìn)一步明確JPH2分子缺陷與肥厚性心肌改變之間的聯(lián)系，未來(lái)仍需要大規(guī)模的基因檢測(cè)或構(gòu)建表達(dá)JPH2突變的轉(zhuǎn)基因模型，以更清楚的闡明心肌肥厚的相關(guān)機(jī)制。

3.2 Junctophilin 2與心力衰竭

心力衰竭是指由于心臟的收縮功能和（或）舒張功能發(fā)生障礙而引起的一系列病理癥候群。Ca2+經(jīng)L型鈣通道內(nèi)流導(dǎo)致的鈣觸鈣釋放（CICR）過(guò)程在心肌興奮-收縮耦聯(lián)中發(fā)揮著重要作用。CICR的機(jī)制是由LTCCs、RyR2以及兩者之間的耦聯(lián)關(guān)系共同決定的，而JPH2正是決定它們耦聯(lián)關(guān)系的關(guān)鍵蛋白之一。有研究者[22]在心衰的疾病模型中發(fā)現(xiàn)，心衰導(dǎo)致JPH2表達(dá)下調(diào)，T小管重塑，并使T小管-肌漿網(wǎng)耦聯(lián)密度減少，最終導(dǎo)致胞內(nèi)鈣超載。Ralph J等[23]為了闡明JPH2在心臟中的作用，使用RNA干擾敲低心臟JPH2的表達(dá)，結(jié)果顯示JPH2敲低后可導(dǎo)致耦聯(lián)膜復(fù)合物數(shù)量減少而影響興奮-收縮耦聯(lián)，引起心臟收縮力受損、心力衰竭和死亡率的增加。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)JPH2的缺失會(huì)對(duì)細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)調(diào)控產(chǎn)生影響。Wu H D等[24]通過(guò)主動(dòng)脈縮窄手術(shù)建立心力衰竭大鼠模型，并通過(guò)透射電鏡圖像來(lái)分析心衰時(shí)心肌細(xì)胞SR耦合TT的體積密度和表面積，發(fā)現(xiàn)TT-SR耦合在Z線區(qū)域被移位或丟失，其體積密度和表面積都有所下降，且通過(guò)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)和JPH2敲低實(shí)驗(yàn)證明了SR耦合TT結(jié)合尺寸的減小可導(dǎo)致Ca2+釋放激活的延遲。也有研究[25]表明miR-24可通過(guò)結(jié)合JPH2 mRNA的3′非翻譯區(qū)內(nèi)的兩個(gè)位點(diǎn)中至少一個(gè)來(lái)調(diào)節(jié)JPH2的表達(dá)，miR-24的過(guò)度表達(dá)可導(dǎo)致TT-SR超微結(jié)構(gòu)的重構(gòu)和興奮-收縮耦聯(lián)的缺陷。由于一個(gè)微小RNA通常有多個(gè)目標(biāo)，該研究使用了TargetScan軟件，在人類(lèi)、大鼠和小鼠基因中進(jìn)行了miR-24靶標(biāo)的全基因組掃描，并且鑒定出除JPH2之外的興奮-收縮耦聯(lián)成分。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，miR-24過(guò)表達(dá)并未改變LTCC，RyR和SR上Ca2+泵等的表達(dá)，因此miR-24誘導(dǎo)的興奮-收縮耦聯(lián)缺陷不能歸因于除JPH2以外的興奮-收縮耦聯(lián)蛋白。相反，如果敲除JPH2就會(huì)完全再現(xiàn)miR-24異常表達(dá)所引起的興奮-收縮耦聯(lián)效應(yīng)。近期一項(xiàng)[26]研究確定了一種新的細(xì)胞骨架運(yùn)輸機(jī)制，發(fā)現(xiàn)微管致密化會(huì)導(dǎo)致心臟疾病中T小管的重塑和興奮-收縮耦聯(lián)功能障礙。在夾閉小鼠主動(dòng)脈建立的心衰模型中，使用秋水仙堿（一種微管解聚劑）可顯著改善T小管的重塑和心臟功能障礙。且在其心臟組織切片中，免疫熒光顯示JPH2的分布是顯著紊亂的，而注射秋水仙堿后又可顯著保持JPH2的分布。也有研究者[27]發(fā)現(xiàn)心衰時(shí)JPH2有多個(gè)位點(diǎn)可被鈣調(diào)蛋白酶切，從而導(dǎo)致JPH2的功能失調(diào)，該研究揭示了鈣蛋白酶介導(dǎo)的蛋白水解有助于JPH2的翻譯后下調(diào)，初步探討了心衰時(shí)JPH2下調(diào)的具體機(jī)制。盡管近年有研究者[28-30]也同樣驗(yàn)證了心衰時(shí)心肌組織JPH2的表達(dá)是下調(diào)的，且認(rèn)為JPH2可通過(guò)與RyR之間的耦聯(lián)調(diào)節(jié)Ca2+通道的開(kāi)放概率并影響Ca2+火花特性。但最新研究[31]在心衰患者的心臟組織中發(fā)現(xiàn)JPH2與RyR共定位的比例并沒(méi)有顯著改變，而JPH2密度的增加和T小管與RyR簇比例的增加呈較強(qiáng)的相關(guān)性。因此，仍需要進(jìn)一步加深對(duì)JPH2在心力衰竭中作用及其機(jī)制的研究，為心力衰竭的藥物靶向治療提供新的視點(diǎn)。

3.3 Junctophilin 2與心房顫動(dòng)

心房顫動(dòng)(atrial fibrillation，AF)是最常見(jiàn)的持續(xù)性心律失常，其發(fā)生率隨著年齡的增長(zhǎng)而不斷增加，75歲以上人群可達(dá)10%。房顫的患病率還與冠心病、高血壓病和心力衰竭等疾病有密切聯(lián)系。以往有研究[32]表明肌質(zhì)網(wǎng)（SR）Ca2+泄漏可導(dǎo)致蘭尼堿受體（RyR2）上蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）過(guò)度磷酸化而引起房顫的發(fā)生或維持。而JPH2可通過(guò)直接或間接作用調(diào)控RYR2的功能，對(duì)正常的心肌鈣信號(hào)傳導(dǎo)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，因此推測(cè)JPH2對(duì)房顫的發(fā)生或維持也可產(chǎn)生調(diào)控作用。Beavers D[33]等在篩查203例肥厚型心肌病患者時(shí)，發(fā)現(xiàn)了2例青少年伴有陣發(fā)性房顫（pAF），且在患者心臟中發(fā)現(xiàn)了新的JPH2錯(cuò)義突變（E169K）。他們將突變型JPH2的轉(zhuǎn)基因小鼠與特異性JPH2敲低的小鼠雜交，使小鼠體內(nèi)有兩個(gè)JPH2基因突變位點(diǎn)，由此模擬了有這些突變雜合子的患者的特性。且發(fā)現(xiàn)JPH2突變體E169K的假敲（E169K-PKI）小鼠與WT-PKI小鼠相比表現(xiàn)出了更高的AF發(fā)生率，在其肌漿網(wǎng)（SR）上異常Ca2+釋放事件的發(fā)生率也明顯增加，并將這一現(xiàn)象歸因于突變E169K減弱了JPH2與RyR2的結(jié)合，進(jìn)而導(dǎo)致了JPH2介導(dǎo)的RyR2穩(wěn)定性的喪失。另外，表達(dá)與房性心律失常無(wú)關(guān)的A399S-PKI小鼠與WT-PKI小鼠相比，其AF誘發(fā)率沒(méi)有顯著差異。因此JPH2的突變或功能喪失可通過(guò)影響RyR2的功能而促進(jìn)SR上Ca2+的泄漏，最終引起房顫等心律失常。近期也有研究者驗(yàn)證了[34]二尖瓣病變合并持續(xù)性房顫患者JPH2的表達(dá)水平。他們將34例接受二尖瓣手術(shù)治療的患者，根據(jù)術(shù)前心律分為竇性心律組和房顫組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)房顫組左心房組織JPH2蛋白表達(dá)水平明顯下降，且調(diào)控其表達(dá)的miRNA-24水平明顯升高。同時(shí)，本研究組[35]從21例竇性心律（SR）的體外循環(huán)手術(shù)患者和30例慢性房顫（AF）患者心臟中取得右心房組織，并檢測(cè)其心房肌組織中JPH2蛋白的分布和表達(dá)。結(jié)果顯示與SR患者相比，慢性AF患者心房肌JPH2表達(dá)也明顯下調(diào)，這同樣支持JPH2表達(dá)異常與AF密切相關(guān)。由于本研究暫未涉及到JPH2表達(dá)異常時(shí)房顫心肌胞內(nèi)鈣濃度的變化，因此未來(lái)可采用一種心肌胞內(nèi)游離鈣濃度測(cè)定方法[36]來(lái)檢測(cè)房顫時(shí)JPH2對(duì)心肌胞內(nèi)鈣濃度的影響，以進(jìn)一步探討心房JPH2蛋白表達(dá)水平異常對(duì)房顫發(fā)生和維持的分子機(jī)制，為探索心房顫動(dòng)等心律失常的潛在治療靶點(diǎn)提供新的理論依據(jù)。

3.4 Junctophilin 2與其它心臟疾病

有研究者[37]在室性早搏誘發(fā)型心肌?。≒VC-CM）的犬模型中，發(fā)現(xiàn)了T小管的錯(cuò)位及JPH2、BIN-1和Cav1.2的下調(diào)，并認(rèn)為JPH2不僅是一種“二聯(lián)體”，它還可以調(diào)節(jié)離子通道功能。解決JPH2，BIN-1和Cav1.2這三者之間的等級(jí)關(guān)系對(duì)于治療和防止PVC-CM的進(jìn)展是必要的。Schobesberger S等[38]通過(guò)結(jié)扎SD大鼠的左前降支建立心肌梗塞模型，在心肌梗塞（MI）4周后發(fā)現(xiàn)JPH2的表達(dá)和T小管密度也是顯著降低的。同樣有報(bào)道[39]顯示在心肌梗塞后，T小管簇可在梗塞周?chē)鷧^(qū)域丟失，呈現(xiàn)高度無(wú)序的分支結(jié)構(gòu)，該研究強(qiáng)調(diào)將JPH2作為靶點(diǎn)治療有利于保持T小管簇的方向，并減慢心肌梗塞后收縮乏力的進(jìn)展。另外也有關(guān)于JPH2與肺動(dòng)脈高壓（PAH）導(dǎo)致右心室功能障礙的研究[40]，結(jié)果顯示野百合堿誘導(dǎo)PAH致右心室功能障礙時(shí)，JPH2和T小管明顯減少。而使用秋水仙堿后能夠增加PAH時(shí)JPH2的表達(dá),并改善T小管的結(jié)構(gòu)及右心室功能。這為秋水仙堿改善右心室功能障礙的治療方案提供了參考。由于JPH2表達(dá)下調(diào)是心衰時(shí)的共同特征，因此有研究者[41]嘗試使用基因治療來(lái)改善心臟功能，結(jié)果顯示用腺病毒9型（AAV9）介導(dǎo)JPH2過(guò)表達(dá)后可以阻止小鼠心力衰竭的發(fā)展。該研究開(kāi)啟了基因治療改善心臟超微結(jié)構(gòu)重塑的新途徑。近期也有研究首次[42]證明了JPH2與SK2（small-conductance calcium-activated potassium channel SK,Kca2）之間的相互作用關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)沉默JPH2可抑制SK2通道電流和顯著降低心肌細(xì)胞的鈣瞬變，本研究為預(yù)防和治療SK通道異常所引起的心臟疾病提供了新的治療靶點(diǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

JPH2是心肌細(xì)胞耦聯(lián)復(fù)合體（JMCs）微環(huán)境的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。它為心臟T小管發(fā)育提供了結(jié)構(gòu)條件，是T小管和SR之間的耦合點(diǎn)，并且對(duì)局部離子通道和細(xì)胞內(nèi)Ca2+信號(hào)傳導(dǎo)具有調(diào)節(jié)功能。JPH2表達(dá)水平在心肌肥厚、心力衰竭、心房顫動(dòng)等多種心臟疾病中都有異常，而其功能的保留可能會(huì)阻止這些疾病的發(fā)生或進(jìn)展，將JPH2作為治療靶點(diǎn)可為預(yù)防或逆轉(zhuǎn)不良的心臟超微結(jié)構(gòu)重塑提供新的途徑。由于JPH2在人類(lèi)心臟疾病中的作用及機(jī)制并不完全清楚，因此，未來(lái)需要進(jìn)一步的研究去更全面地描述心臟JPH2在健康和疾病狀態(tài)時(shí)的關(guān)鍵作用。