錨蛋白G對(duì)心臟鈉通道影響的研究進(jìn)展

劉劍，顏素娟

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院，南昌330006)

在心肌細(xì)胞中離子通道和運(yùn)載體的調(diào)節(jié)活動(dòng)對(duì)正常的興奮收縮偶聯(lián)和心臟收縮節(jié)律來說非常重要。過去研究表明，具有調(diào)節(jié)離子通道的生物物理學(xué)特性的人類基因變異與致命性心律失常有著緊密的聯(lián)系。錨蛋白是一類鏈接蛋白，在心血管系統(tǒng)中，錨蛋白是離子通道和運(yùn)載體信號(hào)復(fù)合物的重要組成部分；在興奮性細(xì)胞中，錨蛋白對(duì)鈉離子通道(Nav)和運(yùn)載體的正確表達(dá)及膜上的定位起關(guān)鍵作用。最近研究表明，對(duì)Nav定位有影響的錨蛋白G為基礎(chǔ)的途徑基因變異與Brugada綜合征的致命性心律失常有關(guān)。在發(fā)生心肌梗死犬的心臟梗死邊界區(qū)的心肌細(xì)胞中，錨蛋白G參與鈉電流(INa)的重構(gòu)。這些研究都表明這些重要的分子事件在可興奮細(xì)胞中參與了細(xì)胞膜域的構(gòu)成。甚至，把心臟“通道疾病”引起的心律失常歸因于適宜的通道靶向性和定位的缺陷。而離子通道的靶向性和定位與錨蛋白G又有不可分割的關(guān)系?，F(xiàn)將錨蛋白G對(duì)心臟鈉通道影響的研究進(jìn)展綜述如下。

1 錨蛋白生物學(xué)特性

錨蛋白是一種胞內(nèi)蛋白，其能構(gòu)成、轉(zhuǎn)運(yùn)和定位膜蛋白復(fù)合物到肌動(dòng)蛋白或血影蛋白細(xì)胞骨架上,從而，在具有明顯功能特征的膜里形成微結(jié)構(gòu)域。在錨蛋白家族中，常見的蛋白主要有：錨蛋白R(shí)、錨蛋白B、錨蛋白G。典型的錨蛋白及其不同的剪接變異體主要由三種互為獨(dú)立的基因(ANK1，ANK2和ANK3)編碼。ANK1位于人染色體8p11上，主要編碼錨蛋白R(shí)。ANK1主要在紅細(xì)胞和一些肌肉與神經(jīng)元上表達(dá)[1]。ANK2位于人染色體4q25-27上，主要編碼錨蛋白B。ANK2主要在大腦、心臟、胸腺上表達(dá)[2]。ANK3位于人染色體10q21上，主要編碼錨蛋白G。ANK3主要在大腦、腎臟、骨骼肌和心臟上表達(dá)[3]。典型的錨蛋白有四種結(jié)構(gòu)域組成。它們分別是膜結(jié)合域(MBD)、血影蛋白結(jié)合域(SBD)、死亡域(DD)和C-末端(CTD)。錨蛋白MBD是由24個(gè)ANK基因的重復(fù)序列構(gòu)成，并形成連續(xù)的螺旋樣結(jié)構(gòu)。MBD并不直接與細(xì)胞膜結(jié)合，而是通過與多種膜蛋白結(jié)合。這些膜蛋白通常有：離子通道，運(yùn)載體及細(xì)胞黏附分子。MBD的功能是由ANK重復(fù)序列進(jìn)行調(diào)控。重復(fù)序列形成許多反向平行的α-螺旋結(jié)構(gòu)，并通過β-轉(zhuǎn)角環(huán)尖的垂直排列與這些α-螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生聯(lián)系[4]。這些被暴露的環(huán)尖對(duì)錨蛋白與膜蛋白間的相互作用具有特異性。如 1， 4，5-三磷酸肌醇受體與編碼220 kD錨蛋白-B的ANK重復(fù)序列22-24的β-轉(zhuǎn)角環(huán)尖的相互作用[5]。同時(shí)MBD能與不同的膜蛋白進(jìn)行結(jié)合，并形成多種膜蛋白復(fù)合物。又如錨蛋白-R膜結(jié)合域?qū)1細(xì)胞黏附分子神經(jīng)束蛋白有2個(gè)結(jié)合位點(diǎn)[6]，這些結(jié)合位點(diǎn)能調(diào)控錨蛋白R(shí)與陰離子交換劑的二聚物相互作用[6]。錨蛋白SBD是一個(gè)大小為62 kD的結(jié)構(gòu)區(qū)域，也是錨蛋白的結(jié)構(gòu)中心。具有對(duì)錨蛋白和以血影蛋白或肌動(dòng)蛋白為基礎(chǔ)的細(xì)胞骨架的調(diào)節(jié)功能。研究表明，錨蛋白和β-血影蛋白間的相關(guān)性可能與錨蛋白對(duì)血影蛋白/肌動(dòng)蛋白的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的維持作用有關(guān)。如在小腦神經(jīng)元里隨著錨蛋白G的表達(dá)受到破壞，β4-血影蛋白含量發(fā)生減少[7]。錨蛋白DD是一個(gè)含有90個(gè)氨基酸構(gòu)成的結(jié)構(gòu)區(qū)域，具體的功能尚不清楚。但被認(rèn)為DD可能促進(jìn)同型蛋白與異型蛋白間聯(lián)系作用。在腎小管里錨蛋白G的死亡域與促凋亡分子Fas有相互作用關(guān)系[8]。錨蛋白CTD在不同的錨蛋白基因產(chǎn)物中的含量是有差別的，并且CTD對(duì)錨蛋白基因產(chǎn)物的調(diào)控具有十分重要的意義。如缺乏161殘?bào)w錨蛋白-R的剪接變異體對(duì)血影蛋白及陰離子交換劑的親和力要比其全長度的高[9]。

2 錨蛋白G依賴性細(xì)胞途徑

在神經(jīng)細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞、心肌細(xì)胞的電活動(dòng)中都需要Nav。在心臟Nav1.5是最主要的Nav。Nav1.5依賴性活動(dòng)具有調(diào)節(jié)心臟動(dòng)作電位快速去極化過程。Nav1.5的活動(dòng)需要精確地定位于特定的心肌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)上。而錨蛋白G MBD與Nav1.5 DⅡ～DⅢ環(huán)的直接相互作用是Nav1.5表達(dá)和定位于心肌細(xì)胞膜表面上的基礎(chǔ)。對(duì)于心肌細(xì)胞和其他可興奮性細(xì)胞來說，錨蛋白G依賴性Nav1.5靶向定位是興奮產(chǎn)生過程中必不可少的一步。錨蛋白肽通過與心臟動(dòng)作電位相關(guān)的靶向性關(guān)鍵性離子通道或運(yùn)載體來規(guī)律地調(diào)控心臟活動(dòng)。錨蛋白G直接與Nav1.5靶向于膜表面來調(diào)節(jié)內(nèi)流的INa有關(guān)，并與動(dòng)作電位開始和心肌細(xì)胞的去極化有關(guān)。此外，Prosenjit等使用慢性腸道炎癥的兔子模型研究發(fā)現(xiàn)，在慢性腸道炎癥過程中，Na-K ATP酶的定位發(fā)生改變后就會(huì)引起錨蛋白G的下調(diào)。而錨蛋白G的下調(diào)將導(dǎo)致Na-K ATP酶活性下調(diào)[10]。在心肌細(xì)胞中錨蛋白G是Nav1.5生理學(xué)意義上的結(jié)合“伙伴”。研究表明，錨蛋白G減少的心肌細(xì)胞表現(xiàn)出Nav1.5的表達(dá)減少，膜上定位異常以及Nav電流密度減少[11]。通常把這種結(jié)構(gòu)上的需求定義為錨蛋白G對(duì)Nav1.5的相互作用。同時(shí)Nav1.5細(xì)胞膜上的定位異常是由于Nav1.5-錨蛋白G間相互作用的消失。錨蛋白G對(duì)心臟的去極化及可興奮性組織上Nav活動(dòng)起著關(guān)鍵性作用。

3 錨蛋白G對(duì)心肌細(xì)胞興奮性的調(diào)節(jié)

通過對(duì)各種離子通道和運(yùn)載體的聚集，錨蛋白G對(duì)神經(jīng)元和心肌細(xì)胞的膜興奮性進(jìn)行支配。而最新研究顯示，錨蛋白G通過胱氨酸的棕櫚酰化將自身定位于細(xì)胞質(zhì)膜上特定區(qū)域。錨蛋白G的膜錨定是通過棕櫚?；雍系街|(zhì)膜上并形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)合界面，而無棕櫚酰化的錨蛋白G更傾向于待在膜附近，但沒有形成一個(gè)獨(dú)立的結(jié)合面。在近膜區(qū)錨蛋白G通過胱氨酸的棕櫚?；蠼邮苤|(zhì)的調(diào)控，此過程一旦發(fā)生，錨蛋白G就形成了一個(gè)嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上可以形成膜激發(fā)平臺(tái)[12]。 Nav對(duì)心臟的動(dòng)作電位快速上升期和心臟的傳導(dǎo)功能有十分重要的意義。Nav1.5在心肌潤盤上的表達(dá)能促進(jìn)動(dòng)作電位的產(chǎn)生。Scn5a是編碼Nav1.5主要基因，當(dāng)Scn5a變異和(或)Nav功能障礙都會(huì)引起一系列心血管系統(tǒng)疾病。包括：竇房結(jié)功能障礙、房顫、室性心律失常和心功能衰竭。錨蛋白G是一種銜接蛋白，與Nav1.5有著密切聯(lián)系。類似于神經(jīng)元上的Nav，在Nav DⅡ～DⅢ細(xì)胞內(nèi)環(huán)中Nav1.5具有保護(hù)錨蛋白結(jié)合基序作用。而這種基序?qū)av1.5的靶向性和定位到潤盤上起到非常重要的作用。減少細(xì)胞中錨蛋白G含量將減少Nav1.5在心肌細(xì)胞膜上的表達(dá)，并且單個(gè)心肌細(xì)胞總的INa密度也將減少50%～60%[13]。同樣，Nav1.5膜上的表達(dá)和總的INa密度減少主要是錨蛋白結(jié)合域上的錯(cuò)義變異，這種錯(cuò)義變異廢除了錨蛋白G/Nav1.5相互作用[14]。錨蛋白G能促使Nav1.5定位于心肌細(xì)胞潤盤上。一般認(rèn)定的錨蛋白G鏈接基序的缺失，將導(dǎo)致Nav1.5與錨蛋白G發(fā)生失聯(lián)。錨蛋白G的功能缺陷將導(dǎo)致Nav表達(dá)、定位、功能等的障礙。同時(shí)，錨蛋白G在心臟里也是一種多功能的調(diào)節(jié)蛋白。它具有誘導(dǎo)βⅣ血影蛋白和鈣/鈣調(diào)素依賴蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)到心肌細(xì)胞潤盤上。以及促使CaMKⅡ調(diào)控Nav1.5的磷酸化。在錨蛋白G基因敲除老鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)老鼠出現(xiàn)明顯的房室傳導(dǎo)功能受損，主要表現(xiàn)為其心電圖上的P-R間期延長；房內(nèi)傳導(dǎo)功能也表現(xiàn)出下降，主要表現(xiàn)為心電圖上P波持續(xù)時(shí)間延長[15]。此外，心電圖上還有QRS波的增寬[15]。同時(shí)，錨蛋白G基因敲除的老鼠也出現(xiàn)明顯的心臟功能改變的表現(xiàn)，包括：射血分?jǐn)?shù)下降，心臟收縮期末和舒張期末的心腔直徑增大，心腔的前后壁增厚。βⅣ血影蛋白是一種具有結(jié)合錨蛋白G的肌動(dòng)蛋白相關(guān)肽。并且在神經(jīng)系統(tǒng)中，對(duì)錨蛋白G的正常定位βⅣ血影蛋白起著非常重要的作用。以βⅣ血影蛋白/錨蛋白為基礎(chǔ)的復(fù)合物對(duì)Nav1.5和細(xì)胞興奮性調(diào)節(jié)起著決定性作用。特別是βⅣ血影蛋白能與錨蛋白G、Nav1.5及CaMKⅡ在心肌細(xì)胞潤盤區(qū)域表達(dá)。而CaMKⅡ能調(diào)節(jié)Nav1.5的活動(dòng)。同時(shí)，βⅣ血影蛋白具有保護(hù)C末端的氨基酸序列，這一特性在Cav1.2的β2a亞單位里類似于CaMKⅡ結(jié)合基序和CaMKⅡ自我調(diào)節(jié)域。βⅣ血影蛋白直接通過C末端基序結(jié)合CaMKⅡ，并能與錨蛋白G、Nav1.5及CaMKⅡ在體內(nèi)構(gòu)成一系列復(fù)合物。Nav1.5的血影蛋白基本調(diào)節(jié)主要通過位于DⅠ-DⅡ連接區(qū)域的CaMKⅡ直接磷酸化通道。

在心臟錨蛋白G可能通過胱氨酸的棕櫚?；蠼邮苤|(zhì)的調(diào)控，形成了一個(gè)嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，促使信號(hào)蛋白到潤盤上，并對(duì)Nav1.5起調(diào)控作用。錨蛋白G通過βⅣ血影蛋白的誘導(dǎo)作用將CaMKⅡδ定位于心肌細(xì)胞潤盤上，并隨著CaMKⅡδ磷酸化Nav1.5來調(diào)控心肌細(xì)胞的興奮性。錨蛋白G相關(guān)的通路與心臟的電生理、信號(hào)通路以及結(jié)構(gòu)有關(guān)，無論是否有心臟病變。Nav1.5的錨蛋白結(jié)合基序發(fā)生變異，與心肌細(xì)胞INa消失，Nav定位異常及人類的Brugada綜合征和竇房結(jié)功能障礙均有關(guān)。同時(shí)錨蛋白G基因微小的變異可能引起竇房結(jié)病變、心律失常，甚至是結(jié)構(gòu)性心臟病。這些病變與心肌細(xì)胞潤盤的基本結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)。

4 以錨蛋白G為基礎(chǔ)的Nav1.5通道靶向途徑與Brugada綜合征

Brugada綜合征是一種常染色體遺傳病。這種具有潛在致命性心律失常的病變?cè)谛碾妶D上主要以胸前區(qū)導(dǎo)聯(lián)(V1、V2、V3)ST段抬高伴右束支傳導(dǎo)阻滯和T波倒置為特點(diǎn)。在受此病影響的個(gè)體中，由于發(fā)生室顫常在夜間死亡。30%Brugada綜合征患者是由于SCN5A基因變異引起。SCN5A的變異引起Nav1.5的生物物理學(xué)方面特性缺陷，進(jìn)而擾亂了Na離子的內(nèi)流。在2002年，Brugada綜合征研究奠基者Priori和她的團(tuán)隊(duì)證實(shí)了G3157A SCN5A的變異。隨后分析揭露Nav1.5 E1053K變異是位于Nav1.5 DⅡ-DⅢ的錨蛋白結(jié)合基序上。在成年大老鼠心肌細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究中，Nav1.5 E1053K表現(xiàn)為潤盤和橫小管的靶向異常。因此，人類的Brugada綜合征與影響正常Nav1.5膜靶向性的SCN5A的變異有關(guān)。而錨蛋白G在Nav1.5通道的生物物理學(xué)特性上可能扮演著一種無法預(yù)料的輔助性角色。特別是在比較分析HEK293細(xì)胞時(shí)，缺失錨蛋白鏈的Nav1.5 E1053K對(duì)通道的活化、快速失活及緩慢恢復(fù)較野生型的通道展現(xiàn)出一種負(fù)性作用。因此，錨蛋白G對(duì)于Nav定位到心肌細(xì)胞上的細(xì)胞機(jī)制起著關(guān)鍵性作用。SCN5A的變異破壞了錨蛋白G與Nav1.5的相互作用，從而導(dǎo)致Nav1.5在心肌細(xì)胞上的定位出現(xiàn)異常。

5 錨蛋白G參與心梗后Nav的重構(gòu)

在心肌梗死犬心臟的邊緣區(qū)域中，心臟Nav重構(gòu)對(duì)折返型心律失常的產(chǎn)生提供一個(gè)關(guān)鍵因素。而Nav1.5聚集現(xiàn)象和功能與錨蛋白G、縫隙鏈接蛋白和機(jī)械鏈接蛋白有密切聯(lián)系。心肌梗死后Nav1.5和錨蛋白G重構(gòu)發(fā)生較心肌梗死后縫隙鏈接蛋白和機(jī)械鏈接蛋白重構(gòu)要晚。在心肌梗死后浦肯野纖維細(xì)胞中縫隙鏈接蛋白和機(jī)械鏈接蛋白的重構(gòu)發(fā)生在冠狀動(dòng)脈閉塞48 h后Nav結(jié)構(gòu)和功能消失時(shí)?？p隙鏈接蛋白和機(jī)械鏈接蛋白重構(gòu)出現(xiàn)較早可能有利于維持Nav1.5的亞單位位置和功能。

心臟組織結(jié)構(gòu)中，脈沖波的形成依靠心肌細(xì)胞的興奮性和心肌細(xì)胞間電流的傳導(dǎo)。單個(gè)心肌細(xì)胞的興奮主要由Nav1.5所決定。分離心梗5 d后犬的心外膜區(qū)的心肌細(xì)胞表明，Nav功能的改變?cè)谛呐K傳導(dǎo)功能減慢中起著重要的作用，并也是心梗后發(fā)生心律失常的基礎(chǔ)。而Nav1.5不僅與錨蛋白G有關(guān)，而且與錨蛋白G靶向于潤盤上有密切關(guān)系。研究表明，在心梗區(qū)的心肌細(xì)胞有明顯的Nav1.5蛋白結(jié)構(gòu)重構(gòu)現(xiàn)象。當(dāng)Nav1.5和INa均減少時(shí)，錨蛋白G蛋白表達(dá)增加和移置到心肌梗死后殘存的有活性心肌細(xì)胞膜下區(qū)域。同時(shí)，在心肌梗死5 d后犬的梗死區(qū)心肌細(xì)胞INa的改變中發(fā)現(xiàn)，錨蛋白G明顯與心肌細(xì)胞的電重構(gòu)有密切關(guān)系。實(shí)際上，在Nav功能和結(jié)構(gòu)消失時(shí)，錨蛋白G表達(dá)是增加的。心臟Nav有明顯的儲(chǔ)備功能，其功能最佳的時(shí)候需通過錨蛋白G的定位和錨定。在缺血重構(gòu)的急性期，錨蛋白G的含量通過鈣的活動(dòng)及鈣依賴性鈣蛋白酶的作用快速地減少。因此，在心肌梗死48 h后，錨蛋白G含量的升高并穩(wěn)定地調(diào)節(jié)Nav1.5蛋白募集到肌纖維膜上。

錨蛋白G涉及到Nav1.5在心肌細(xì)胞膜上特異性定位的機(jī)制，但是這種蛋白途徑的輔助性角色所起的作用機(jī)制仍然不明確。有學(xué)者認(rèn)為Nav的病變主要與Nav在心肌細(xì)胞上的定位異常有關(guān)。通常遺傳性心律失常綜合征的病因很少被考慮為與心臟的離子通道和相關(guān)亞單位的生物物理學(xué)特征影響有關(guān)。在過去幾十年對(duì)錨蛋白的研究認(rèn)為，作為一種膜鏈接蛋白的錨蛋白在特異性心律失常綜合征的病因中起著關(guān)鍵性作用。從而使人們對(duì)疾病的病因?qū)W方面的研究由分子結(jié)構(gòu)逐步發(fā)展到細(xì)胞的組成方向。錨蛋白G調(diào)控Nav1.5定位心肌潤盤及促進(jìn)膜表面的表達(dá)呈現(xiàn)出對(duì)心律的未來治療方法-基因靶向治療或目的蛋白合成治療法。通過調(diào)控錨蛋白的活動(dòng)治療心律失常和心衰。

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