MiRP1在心血管相關疾病中的研究進展*

丁文文，周 靜 綜述，楊 夢，夏 鴻 審校

(荊楚理工學院基礎醫(yī)學教研室,湖北荊門 448000)

MiRP1是新近發(fā)現(xiàn)的電壓門控鉀通道的β亞單位家族中的一員，其基因編碼產物為只含有1個跨膜結構的MinK相關蛋白,含123個氨基酸,MiRP1通過調控心臟離子通道電流密度及門控特性等引發(fā)心血管疾病。本文通過綜述其在不同心血管疾病中的研究進展及其機制,旨在更加全面和系統(tǒng)地闡述MiRP1作為1個電壓門控鉀通道的β亞單位在心血管疾病中發(fā)生、發(fā)展中扮演的角色。這對新藥物靶點的開發(fā)有著極其重要的科學指導意義和臨床價值。

1MiRP家族概述

MiRP家族蛋白在不同的臟器廣泛分布，如心臟、腦、骨骼肌、腎臟等部位。距今已發(fā)現(xiàn)5個編碼產物MinK、MiRP1-4,該類產物在結構和功能上相似，作為輔助性β亞基與多種電壓依賴性鉀通道的α亞單位形成特定的完整的鉀通道，影響α亞單位的離子通透性、電壓門控特性等，實現(xiàn)對α亞單位的調節(jié)，保持心電的穩(wěn)定性。大量的研究結果證實，MiRP家族基因結構和功能的異常，可以誘發(fā)各種心律失常。其中MiRP1又稱KCNE2，研究發(fā)現(xiàn)它與延遲整流鉀通道電流快速成分(IKr)、延遲整流鉀通道電流緩慢成分(IKs)、鉀通道一過性外向電流(Ito)的亞基hERG、KCNQ1、Kv4.2、Kv4.3、HCN和Kv1.5等結合并調節(jié)其功能[1-4]。早在2006年，有學者通過膜片鉗技術研究了MiRP1對人類心肌細胞瞬間外向鉀電流Ito的主要α亞基Kv4.3功能的調節(jié)，結果顯示，MiRP1改變了Kv4.3的門控特性，它減小Kv4.3電流密度，減慢通道激活與衰減，并加速Kv4.3電流從失活中恢復，說明MiRP1對心臟Ito通道功能有重要的調節(jié)作用。MiRP1的結構和功能受損可導致嚴重的電解質紊亂，使心電活動異常，引起各種心血管疾病，最為常見的是心律失常，心肌梗死，心臟性猝死，以及心肌肥大。

2MiRP1與心律失常

眾所周知,心肌細胞不同部位的動作電位的波形不同,其實質在于心肌不同部位的離子通道蛋白表達水平存在差別。大量的結果證實,心肌細胞膜離子通道蛋白門控特性或者電流密度的細小變化就可以顯著改變動作電位(AP)和細胞興奮的周期性變化，機體極易出現(xiàn)心電紊亂，心律失常[5]。產生心律失常的機制尚未完全弄清楚,目前,普遍的觀點認為心肌細胞電壓依賴性離子通道的異常變化是心律失常最主要的原因。

很早,科學家就證實了人類MiRP1基因的變異能引起先天性長QT綜合征(LQTs)[6]。它的缺失能夠引起QTc延長，主要的機制在于失去了對α亞基Kv4.2及Kv1.5通道的調控功能[4]。近年來，已有文獻報道，在MiRP1基因位點上的突變T8A、Q9E、M54T、I57T、V65M、A116V等同樣能誘發(fā)6型遺傳性長QT間歇綜合征(LQT6),臨床癥狀為心室動作電位時程延長(APD)，心律失常發(fā)病率增高，證實MiRP1參與心律失常的發(fā)生。如MiRP1本身的突變體T8A、Q9E、M54T均能使hERG通道激活減慢。T8A加速通道的失活，并且使其從失活中恢復，T8A和Q9E使得有較大的電流峰值。有研究報道了A116V加快通道的失活,可以對抗心律失常。除此之外，體外的研究實驗表明，過表達MiRP1病毒能與KCNQl相互作用,降低IKs電流密度。由此，可知MiRP1本身的變異或者表達量的異常，可以改變其他離子通道的正常功能，繼而影響心肌電穩(wěn)定性，誘發(fā)心律失常。

以往的研究，MiRP1參與心律失常發(fā)生的絕大多數(shù)機制都在于改變其他通道的電流密度及門控動力學特征。近年來，ZHANG等[7]揭示了MiRP1減慢hERG電流幅度的新機制，MiRP1蛋白的S98磷酸化致使hERG蛋白的退化，使細胞表面的hERG蛋白減少。該研究結果證明MiRP1不僅能夠調控通道電流及門控特性，同時也能夠維持其他蛋白表達水平的穩(wěn)定性。MiRP1對hERG通道的調節(jié)功能如此，那么對其他通道是否類似的作用，需要更深層次的研究。

3MiRP1與心肌梗死

心肌梗死是發(fā)病率和病死率最高的心血管疾病之一，心肌梗死后可導致各種心律失常，也是發(fā)生心源性猝死最主要的誘因。目前科學工作者普遍贊同，心肌梗死后電流的電生理特性發(fā)生了改變，影響動作電位的時程和節(jié)律，從而引起心電紊亂，心律失常。國外學者早有報道，在心肌梗死后，Iks、Ito、IKslow1 3種鉀通道的電流密度出現(xiàn)下降，這意味著編碼這3種鉀通道基因的mRNA及蛋白水平下調。李秀娟等[8]研究了大型動物豬心肌梗死后MiRP1基因的表達,結果提示梗死區(qū)與梗死邊緣區(qū)和非梗死區(qū)相比較MiRP1的mRNA基因水平均是下降的。作者認為MiRP1基因mRNA 表達水平的下調,使Ikr在整體行為，以及對細胞外K+和抗心律失常藥物的敏感性和通道的失活速率等方面發(fā)生改變，明顯改變了通道特性，增加了發(fā)生心律失常的概率。最近，通過單核苷酸多態(tài)性(SNP)分析人類MiRP1基因研究結果也同樣顯示，發(fā)現(xiàn)MiRP1兩個基因位點rs10757274和rs9982601是心肌梗死的危險因素，這為MiRP1參與心肌梗死的發(fā)生提供了確切的證據(jù)[9-10]。LEE等[11]評估了MiRP1基因的缺失對心電的影響，結果顯示MiRP1的缺失使QTc延長，室性早搏，引起心臟性猝死[11]。HU等[12]發(fā)現(xiàn)，與MiRP1過表達小鼠相比較，MiRP1敲除后小鼠的心肌梗死面積明顯下降。同時，在某種程度上，MiRP1敲除后小鼠心臟功能增強。同時作者指出，MiRP1的保護作用可能是通過糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)的磷酸化參與調控。這是首次驗證了MiRP1是通過GSK-3β蛋白參與保護心肌而非蛋白激酶B(AKT)和細胞外信號調節(jié)激酶(ERK)。值得一提的是，早期研究表明，MiRP1的缺失，導致心律失常的發(fā)生與HU等[12]研究MiRP1的敲除參與保護心肌結論相反，這種差異的原因在于MiRP1的缺失引起了心肌的重構，使得側枝循環(huán)的建立，缺血的情況得到改善，在某種程度上，利大于弊。

4MiRP1與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化(AS)是心血管病中極為常見的病種之一，也是其他心腦缺血性疾病中共有的基礎病理過程，如冠心病、腦血管病和血栓栓塞性疾病等[13]。距今為止，AS的發(fā)生、發(fā)展機制尚未完全詮釋，經(jīng)過科學家多年的研究和認知，已經(jīng)形成多種學說，主要包括脂質代謝紊亂學說，潴留反應學說，以及最新的炎性反應學說等等。在這些學說當中，脂質與AS的相關性一直是研究的熱點。并涉及多種危險因素，AS的危險因素包括高脂血癥、高血壓、糖尿病、高尿酸血癥、肥胖及腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)激活等[14]。有證據(jù)表明，MiRP1缺失的小鼠發(fā)生脂質堆積，致使氧化應激的產生及血管內皮功能受損，加速斑塊的沉積，同時脂質的堆積導致血清中的血管緊張素Ⅱ增加，通過潴留反應學說也增加了斑塊的沉積[15]。這些結果提示MiRP1的缺失，AS的危險因素增加。SABATER-LLEAL等[16]通過SNP分析MiRP1基因，MiRP1基因位點rs9978142與AS存在相關性，MiRP1敲除后的小鼠斑塊沉積面積上升，而這加速了AS的發(fā)生，揭示了離子通道的異常與AS的發(fā)生存在相關性。LEE等[11]結果顯示敲除MiRP1基因的雌性小鼠的存活率在5.5～6.0個月明顯下降。而雌性小鼠和雄性小鼠斑塊面積沉積分別增加了10.2倍和2.5倍。這是首次證實離子通道的異?？梢灾苯訉е翧S的發(fā)生,為MiRP1參與AS的發(fā)生提供了直接的證據(jù)。但MiRP1究竟是通過何種細胞分子機制參與AS的發(fā)生至今未有報道。

5MiRP1與心肌肥大

研究發(fā)現(xiàn)，心肌肥大的發(fā)生機制涉及細胞內多種信號轉導通路復雜的調控[17]。在眾多信號通路中互有交叉的部分，如果能針對其進行干預，就能顯著提高心肌肥大的治療效果，在眾多信號通路中，心肌的鈣穩(wěn)態(tài)具有舉足輕重的地位[18-19]，現(xiàn)已證明它是許多病理性肥大的共同環(huán)節(jié)。在心肌收縮期,胞外鈣離子經(jīng)由L型鈣通道進入胞內,引起肌質網(wǎng)(SR)釋放大量的鈣,觸發(fā)肌細胞的收縮。2004年有學者在梗死心肌肥大模型上，檢測到MiRP1蛋白表達降低。WU等[20]首次報道了MiRP1基因敲除小鼠發(fā)生心肌肥大、纖維化和收縮力減弱等一系列的癥狀，雖然目前的觀點認為這些病理改變主要與甲狀腺功能低下有關，但給予甲狀腺素治療只能部分恢復心臟功能，提示心臟MiRP1缺失本身也可能引起心肌肥大等病理改變。2013年有學者初次在大鼠心肌細胞上研究了MiRP1對L型鈣通道的調控調節(jié)，結果顯示過表達MiRP1病毒，L型鈣通道電流密度下降，胞外鈣離子濃度內流減少，而低表達MiRP1，L型鈣通道的電流峰值是增加的。研究MiRP1可能對鈣電流激活和失活有所影響，MiRP1過表達使電壓依賴性鈣通道激活發(fā)生了右移，而低表達則發(fā)生了左移等[21-22]。這些結果提示，通常所認為的鉀通道的β亞基除了對鉀通道具有調控作用，對L型鈣通道也具有調控作用。既然MiRP1參與調控L型鈣通道，那么其是否參與心肌肥大的發(fā)生。LIU等[23]在腎上腺素(PE)誘導的心肌肥大模型上及主動脈縮窄收窄誘導的壓力增高引起的心肌肥大模型上均發(fā)現(xiàn)MiRP1表達顯著降低，當降低乳鼠心肌MiRP1基因表達時,發(fā)現(xiàn)心肌肥大標志物心鈉素(ANP)和心肌肌球蛋白重鏈(β-MHC)蛋白水平增加,為MiRP1降低參與心肌肥大的發(fā)生提供了實驗依據(jù),MiRP1究竟是通過何種信號通路參與心肌肥大的發(fā)生呢？該課題組進一步研究發(fā)現(xiàn)，當敲低乳鼠心肌MiRP1基因時，胞內鈣離子濃度顯著增加,增加的鈣離子與下游的鈣調蛋白結合,從而使鈣調神經(jīng)磷酸酶(Calcineurin)活性增高,活化下游的T細胞核因子(NFAT)，并轉移入核,加速了肥大基因的轉錄。當使用Calcineurin特異性地抑制劑環(huán)孢素(CsA),則明顯抑制了MiRP1低表達引起的Calcineurin-NFAT 信號通路激活。最后，該課題組在乳鼠心肌過表達MiRP1病毒，可以逆轉PE誘導的心肌肥大。這些研究結果提示，MiRP1是心肌肥大發(fā)生的新機制,這對新藥物靶點的開發(fā)有著極其重要的臨床價值。但同時也要注意存在一些未解的難題，比如MiRP1是否僅僅通過單一的信號通路參與心肌肥大，開發(fā)作用于Calcineurin-NFAT信號通路治療心肌肥大的藥物是否有效及有哪些不良反應等。

6 展 望

近些年，MiRP1引起心血管疾病發(fā)病機制取得突破進展,并且擴展至其他領域。最近的研究提示，MiRP1表達異常及缺失可能參與多種基礎疾病如糖尿病、高脂血癥、貧血、心肌缺血、房室傳導阻滯等，并可能通過多系統(tǒng)途徑與心臟性猝死的發(fā)生。MiRP1究竟是通過何種信號通路誘發(fā)尚不可知。眾所周知,腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是細胞內能量開關,當各種刺激干擾了胞內的能量平衡就會激活AMPK。同時研究表明AMPK是機體保持葡萄糖平衡所必需的，故而它也是研究糖尿病及其他代謝相關疾病的核心。那么MiRP1可否通過AMPK信號通路參與調控糖尿病及其他一些缺血性疾病(貧血、營養(yǎng)缺乏、冠心病等),總而言之，MiRP1基因可能會是相關疾病診治的一個新的切入點。