Yotiao蛋白在心律失常中的生物學(xué)功能研究進(jìn)展

肖 瀅，曹 偉，王群山

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院心內(nèi)科，上海 200092)

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Yotiao蛋白是由A型激酶錨定蛋白(A-kinase anchor proteins，AKAP)9基因編碼的AKAP家族成員[1]。AKAP9基因位于染色體7q21～22，其編碼的心臟組織Yotiao蛋白是調(diào)控緩慢激活延遲整流鉀通道(slowly activating delayed rectifier potassium channel，IKs通道)磷酸化激活的重要分子，主要由KCNQ1亞基和KCNE1亞基構(gòu)成[2-3]。Yotiao蛋白通過(guò)招募蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)、磷脂酶1、腺苷酸環(huán)化酶、磷酸二酯酶4D3等細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中重要的底物磷酸化關(guān)鍵酶，特異性形成胞內(nèi)大分子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合體，協(xié)調(diào)配合共同調(diào)控IKs通道的KCNQ1/KCNE1亞基磷酸化水平。Yotiao結(jié)合并調(diào)控心肌細(xì)胞中IKs通道的磷酸化狀態(tài)和門(mén)控特性，對(duì)維持心肌細(xì)胞的正常電生理特性至關(guān)重要。

臨床上，約90%的猝死與心律失常有關(guān)[4-5]。臨床及基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)，越來(lái)越多的心律失常與基因突變有關(guān)，多為心臟離子通道基因異常。心律失?？砂l(fā)生于任何年齡段患者，伴有或不伴器質(zhì)性心臟疾病，部分心律失?；颊咭虺霈F(xiàn)惡性心律失常的風(fēng)險(xiǎn)較高而備受關(guān)注，因此，尋找心律失常的潛在治療靶點(diǎn)尤為重要。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究顯示，AKAP家族可能是潛在的心律失常治療靶點(diǎn)[6-8]?，F(xiàn)對(duì)Yotiao蛋白在心律失常中的生物學(xué)功能研究進(jìn)展予以綜述。

1 Yotiao蛋白的編碼基因及生物學(xué)功能

1.1Yotiao蛋白的編碼基因及分布 Yotiao蛋白由AKAP9基因編碼，是AKAP9最短的剪接變異體。編碼的AKAP9基因位于染色體7q21～22，全長(zhǎng)169.81 Kb，最初在研究與突觸后促離子型谷氨酸受體(N-甲基-D-天冬氨酸受體)NR1相關(guān)作用的酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)中被發(fā)現(xiàn)，與神經(jīng)發(fā)育、突觸可塑性調(diào)節(jié)密切相關(guān)[1,9]。AKAP9基因的選擇性剪接可產(chǎn)生多種同形異構(gòu)體，廣泛分布在中心體和高爾基體之間，可與多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的信號(hào)蛋白發(fā)揮相互作用，保證細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的精確性，主要包括CG-NAP、AKAP350、AKAP450、Yotiao等[3,10-12]。Yotiao蛋白是AKAP家族中長(zhǎng)度最短的異構(gòu)體，但是功能最活躍的蛋白之一。

1.2Yotiao蛋白的生物學(xué)功能 Yotiao蛋白的編碼基因AKAP9可選擇性剪接產(chǎn)生多種異構(gòu)體，主要分布于中心體、高爾基體等部位，并與多種信號(hào)蛋白(PKA、絲氨酸/蘇氨酸激酶蛋白激酶N、蛋白磷酸酶1、蛋白磷酸酶2a、蛋白激酶C和磷酸二酯酶4D3等)相互作用[2,13-15]。AKAP家族是一組結(jié)構(gòu)多樣、功能復(fù)雜的蛋白[8,16-17]。Yotiao蛋白可表現(xiàn)出多種生物學(xué)功能，如調(diào)控神經(jīng)認(rèn)知功能，參與胚胎生長(zhǎng)發(fā)育、細(xì)胞分裂增殖和細(xì)胞周期調(diào)控等多種生物學(xué)功能過(guò)程；Yotiao蛋白可直接結(jié)合到心臟組織KCNQ1的C端亮氨酸拉鏈基序上，可與PKA調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，將PKA全酶限制在胞內(nèi)的離散位置，從而發(fā)揮細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)效應(yīng)。Yotiao蛋白直接與IKs通道結(jié)合，其磷酸化有助于PKA和腺苷酸環(huán)化酶等對(duì)心臟鉀通道的調(diào)節(jié)，從而特異性地調(diào)節(jié)細(xì)胞底物磷酸化過(guò)程中的各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，其作用類(lèi)似于“腳手架”蛋白[18-20]。在心肌細(xì)胞中，Yotiao與KCNQ1-KCNE1結(jié)合可調(diào)控IKs通道的磷酸化狀態(tài)和門(mén)控特性，Yotiao與KCNQ1的結(jié)合對(duì)IKs通道功能磷酸化及門(mén)控特性的調(diào)控至關(guān)重要[21-22]。

2 Yotiao蛋白與IKs通道

正常心臟的生理活動(dòng)受交感和副交感神經(jīng)系統(tǒng)的自主調(diào)節(jié)。運(yùn)動(dòng)或情緒激動(dòng)刺激交感神經(jīng)，心肌收縮力加強(qiáng)，心率增快，心肌傳導(dǎo)速度及心室自律性增強(qiáng)，保證了心臟正常的傳導(dǎo)節(jié)律和充足的血液灌注。正常心室肌細(xì)胞的動(dòng)作電位主要分為0相、1相、2相、3相和4相。IKs通道屬于Kv7.1通道，與心臟復(fù)極過(guò)程緊密相關(guān)。當(dāng)機(jī)體交感神經(jīng)興奮時(shí)，β腎上腺素能受體激活，細(xì)胞內(nèi)環(huán)腺苷酸水平升高，促使PKA的2個(gè)調(diào)節(jié)亞基與2個(gè)催化亞基解聚，暴露出催化亞基的活性位點(diǎn)，被激活的催化亞基可進(jìn)一步調(diào)控下游底物磷酸化。PKA磷酸化調(diào)節(jié)IKs通道的KCNQ1亞基N端，影響通道功能及心肌細(xì)胞的復(fù)極過(guò)程。

IKs通道由4個(gè)同源KCNQ1編碼形成的孔道蛋白(α亞基)和2個(gè)KCNE1編碼蛋白(β亞基，也稱(chēng)mink亞基)組成，并以AKAP依賴途徑接受交感神經(jīng)的調(diào)控，Yotiao蛋白為該通道的調(diào)節(jié)亞基，調(diào)控心肌細(xì)胞的正常生理過(guò)程。通過(guò)磷酸化KCNQ1羧基端，使心肌細(xì)胞IKs電流增大，動(dòng)作電位復(fù)極加快，激活曲線向負(fù)向偏移。Marx等[21]研究證實(shí)，PKA通過(guò)Yotiao磷酸化IKs通道的KCNQ1亞基增大電流幅度；當(dāng)KCNQ1基因突變破壞了其與Yotiao的相互作用時(shí)，通道對(duì)環(huán)腺苷酸介導(dǎo)的反應(yīng)性降低。Chen等[2]研究發(fā)現(xiàn)，Yotiao可被磷酸化，Yotiao蛋白N端S43位的氨基酸被丙氨酸取代可顯著降低IKs對(duì)體內(nèi)高環(huán)腺苷酸的反應(yīng)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Yotiao招募腺苷酸環(huán)化酶，并通過(guò)將磷酸二酯酶4D3、磷脂酶1結(jié)合到IKs通道的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域亞基上，協(xié)同調(diào)節(jié)離子通道的磷酸化水平和門(mén)控特性[13-14]。

隨后，Kinoshita等[23]的研究顯示，IKs通道發(fā)揮作用可能并不完全需要依靠Yotiao蛋白的作用；進(jìn)一步的研究表明，KCNQ1 A590區(qū)域附近的基因突變能破壞IKs的電流功能，在可引起HEK-293細(xì)胞通道的電流密度降低，導(dǎo)致電流-電壓曲線向右偏移。Kurokawa等[24]對(duì)共表達(dá)AKAP9-yotiao體系的研究發(fā)現(xiàn)，Yotiao蛋白與KCNQ1、環(huán)腺苷酸依賴性蛋白激酶調(diào)節(jié)亞單位2型、磷脂酶1相互結(jié)合共同作用，可將PKA傳遞到通道附近，并磷酸化KCNQ1 N端S27位蘇氨酸亞基。由此可見(jiàn)，Yotiao蛋白維持IKs通道與PKA、腺苷酸環(huán)化酶等蛋白激酶大分子復(fù)合體生物學(xué)效應(yīng)的協(xié)同發(fā)揮，對(duì)維持正常的心臟節(jié)律起重要作用。

3 Yotiao蛋白與心律失常、心臟離子通道病

心律失常的發(fā)病不受年齡限制，并可嚴(yán)重影響患者的身體健康和生活質(zhì)量。心臟離子通道病多以猝死或心搏驟停為首要臨床表現(xiàn)，其發(fā)生機(jī)制尚不清楚。對(duì)人類(lèi)心臟離子通道基因突變與心律失常關(guān)系的研究可為心律失常帶來(lái)新的治療靶點(diǎn)[25]。心臟離子通道病是指由于某種疾病或藥物引起心臟某種或多種離子通道的數(shù)目、功能甚至結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致心肌細(xì)胞電生理活動(dòng)改變，由編碼心臟特定基因異常所致的離子通道功能失調(diào)導(dǎo)致的一組臨床疾病。心臟離子通道病按病因可分為遺傳性和獲得性兩種，遺傳性心臟離子通道病主要包括長(zhǎng)QT綜合征(long QT syndrome，LQTS)、短QT綜合征、Brugada綜合征、兒茶酚胺敏感型多形性室性心動(dòng)過(guò)速和家族性心房顫動(dòng)等。對(duì)心臟離子通道病的深入了解和認(rèn)識(shí)，有利于制定適宜的臨床決策。

美國(guó)心律學(xué)會(huì)/歐洲心律學(xué)會(huì)/亞太心律學(xué)會(huì)協(xié)會(huì)共同發(fā)布了《遺傳性原發(fā)心律失常綜合征患者的診斷治療專(zhuān)家共識(shí)指南》[26]。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家已將基因檢測(cè)作為遺傳性心律失常的輔助診斷方法，評(píng)估不同類(lèi)型遺傳性心律失常的基因檢測(cè)結(jié)果，有助于選擇疾病的診斷、預(yù)防和治療方式，為其治療和預(yù)后提供重要參考。明確AKAP9基因在心律失常和心臟離子通道病中的潛在作用機(jī)制將有利于更好地指導(dǎo)臨床實(shí)踐。

3.1Yotiao蛋白、IKs通道與心房顫動(dòng) 心房顫動(dòng)是臨床最常見(jiàn)的持續(xù)性心律失常，以快速、無(wú)序心房電活動(dòng)為特征。心房顫動(dòng)的致病機(jī)制主要包括心房電重構(gòu)、結(jié)構(gòu)重構(gòu)和炎癥、氧化應(yīng)激和遺傳因素等[27-28]。心房電重構(gòu)是發(fā)生心房顫動(dòng)的重要病理學(xué)基礎(chǔ)，主要包括心房有效不應(yīng)期和動(dòng)作電位時(shí)限縮短。心房顫動(dòng)致病機(jī)制復(fù)雜，迫切需要找到新的有效的防治方法。

心房顫動(dòng)發(fā)病時(shí)影響心房電重構(gòu)的因素很多。心肌細(xì)胞內(nèi)的鈣超載和鉀電流異常對(duì)心房顫動(dòng)的發(fā)生和維持起重要作用，離子流活動(dòng)很大程度上影響了心房顫動(dòng)的發(fā)生與轉(zhuǎn)歸。心肌細(xì)胞的鈣轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)主要包括 L型鈣通道、Na+/Ca2+交換體、肌質(zhì)網(wǎng)鈣泵、Ryanodine受體及其活性調(diào)節(jié)蛋白等，其中Na+/Ca2+交換體和肌質(zhì)網(wǎng)鈣泵是細(xì)胞內(nèi)鈣的主要清除機(jī)制。心肌細(xì)胞鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)主要包括IKs和超快速激活延遲整流鉀電流，其中IKs通道是心肌細(xì)胞動(dòng)作電位3期重要的外向鉀電流，其功能異常直接影響動(dòng)作電位時(shí)程和有效不應(yīng)期。心房顫動(dòng)發(fā)生時(shí)，存在內(nèi)向離子流減小和外向離子流增大，IKs通道的電流密度減小。心臟組織IKs通道KCNQ1亞基的C端很長(zhǎng)，Yotiao蛋白通過(guò)N端29～46位亞基和C端1 574～1 643位亞基與KCNQ1的C端亮氨酸拉鏈基序相連，對(duì)維持IKs通道與PKA、腺苷酸環(huán)化酶等蛋白激酶大分子復(fù)合體的生物學(xué)協(xié)同效應(yīng)以及正常的心臟節(jié)律起重要作用。靶向針對(duì)Yotiao-KCNQ1-KCNE1的結(jié)合位點(diǎn)可能成為潛在的心房顫動(dòng)治療靶點(diǎn)。

3.2Yotiao蛋白與LQTS LQTS是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的心臟離子通道病。Curran等[29]確定了LQTS的基因及其分子機(jī)制，引起了人們對(duì)離子通道病的關(guān)注。LQTS是指以心電圖上QT間期延長(zhǎng)伴有T波和(或)U波形態(tài)異常，以臨床上反復(fù)發(fā)生尖端扭轉(zhuǎn)性室性心動(dòng)過(guò)速、暈厥和猝死為特征的綜合征，分為遺傳性和獲得性兩類(lèi)。已發(fā)現(xiàn)的遺傳性LQTS可分為15型，分為常染色體顯性遺傳(Romano-Ward綜合征)和常染色體隱性遺傳(Jervell and Lange-Nielsen綜合征)，約10%的LQTS患者至少攜帶兩種與疾病相關(guān)的突變[30]。基因突變引起離子通道功能障礙，使復(fù)極過(guò)程外相電流減小或內(nèi)向電流增大，導(dǎo)致復(fù)極時(shí)限延長(zhǎng)，體表心電圖表現(xiàn)為QT間期的改變。已有研究證實(shí)，染色體7q21～22位點(diǎn)AKAP9編碼基因突變可使其介導(dǎo)的IKs通道磷酸化缺失，從而引起11型LQTS。對(duì)兩個(gè)大樣本LQTS群體的序列分析研究證實(shí)，AKAP9(S1570L)位點(diǎn)突變與LQTS家族有關(guān)，提供了Yotiao突變與LQTS發(fā)生的直接證據(jù)[31]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，AKAP9位點(diǎn)突變使Yotiao 蛋白的表達(dá)減少，導(dǎo)致cAMP與Yotiao蛋白的結(jié)合障礙，從而減弱了IKs通道磷酸化作用[14]。當(dāng)運(yùn)動(dòng)、情緒激動(dòng)等導(dǎo)致交感神經(jīng)興奮時(shí)，IKs興奮幅度降低，復(fù)機(jī)儲(chǔ)備減少，導(dǎo)致IKs電流減少，動(dòng)作電位時(shí)程相對(duì)延長(zhǎng)，促使11型LQTS的發(fā)生發(fā)展。

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，全基因組關(guān)聯(lián)研究拓寬了人們對(duì)心律失常分子機(jī)制的認(rèn)知。通過(guò)對(duì)LQT1型患者AKAP9編碼基因的單核苷酸多態(tài)性研究發(fā)現(xiàn)，AKAP9 rs2961024 GG純合基因型與校正的QTc間期增加有關(guān)，并與心臟事件的增多以及疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)，AKAP9基因很可能是遺傳性1型LQTS的基因修飾因子[32]。尋找改善AKAP9失活功能的靶向治療措施，也許可為L(zhǎng)QTS患者系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估帶來(lái)裨益。新一代測(cè)序技術(shù)有助于揭示LQTS家系中突變的AKAP9 p.(Arg1609Lys)基因功能，AKAP9與KCNQ1 C端存在2個(gè)結(jié)合序列(即殘基1574～1643)，突變的AKAP9 p.(Arg1609Lys)位于該基序內(nèi)，破壞了AKAP9與KCNQ1功能的正常結(jié)合，從而干擾了IKs通道功能，可能部分解釋了該基因突變引起LQTS的致病機(jī)制，但對(duì)于罕見(jiàn)的錯(cuò)義變異致病作用仍需進(jìn)一步的研究[33]。針對(duì)LQTS的基因特異性治療仍處于探索階段。

3.3Yotiao與Brugada 綜合征 Brugada綜合征由西班牙的Brugada兄弟首先報(bào)道并命名[34]。Brugada綜合征是由多發(fā)性室性心動(dòng)過(guò)速、心室顫動(dòng)引起反復(fù)暈厥或猝死的離子通道病。Brugada綜合征是一組由離子通道編碼基因異常，伴有明顯遺傳異質(zhì)性和家族遺傳傾向的常染色顯性遺傳病，其心電圖表現(xiàn)以右胸導(dǎo)聯(lián)(V1～V3導(dǎo)聯(lián))ST段下斜型或馬鞍型抬高為特點(diǎn)，夜間、靜息時(shí)和飽餐后更為顯著。Brugada綜合征最早被認(rèn)為是年輕東南亞男性猝死的常見(jiàn)原因之一，約60%的患者有家族史[35]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，Brugada綜合征占猝死人群的4%，占無(wú)結(jié)構(gòu)性心臟病猝死患者的20%[36]。Brugada綜合征存在無(wú)癥狀基因攜帶者、反復(fù)暈厥者及猝死者，臨床疾病譜較寬，診斷和治療較困難，對(duì)Brugada綜合征病因的探索仍在繼續(xù)。

對(duì)45例確診Brugada綜合征患者的下一代測(cè)序發(fā)現(xiàn)，6例存在Yotiao位點(diǎn)突變[37]。Brugada綜合征患者AKAP9基因編碼的Yotiao蛋白，通過(guò)與IKs的N端和C端結(jié)合，并與PKA、蛋白激酶C形成大分子復(fù)合物，調(diào)節(jié)PKA-cAMP途徑，參與心肌細(xì)胞中L型鈣通道和鉀通道的磷酸化?；蛲蛔兏蓴_該復(fù)合物的形成使心肌IKs通道無(wú)法對(duì)應(yīng)激條件做出調(diào)節(jié)反應(yīng)，導(dǎo)致惡性心律失常的發(fā)生甚至猝死，但疾病的基因型和表型不一定相互對(duì)應(yīng)，此研究發(fā)現(xiàn)的基因突變也不與心臟病理特征相符合[38]。Yotiao蛋白在Brugada綜合征中的作用，尚有待大規(guī)模臨床研究數(shù)據(jù)的證實(shí)。

4 小 結(jié)

Yotiao蛋白是維持細(xì)胞電學(xué)活動(dòng)穩(wěn)定的必要條件。Yotiao蛋白與不同蛋白酶結(jié)合形成大分子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物，并可能作為一種“腳手架”蛋白參與胞內(nèi)多種信號(hào)通路的傳導(dǎo)，在心律失常以及心臟離子通道病中發(fā)揮重要生物學(xué)作用。對(duì)Yotiao蛋白的深入認(rèn)識(shí)，將有助于加深對(duì)疾病的診療和認(rèn)知。目前，心律失常中Yotiao蛋白的分子機(jī)制和作用方式還需進(jìn)一步研究，將有助于尋找干預(yù)心律失常的治療靶點(diǎn)，彌補(bǔ)現(xiàn)有抗心律失常藥物的不足，從而使更多的臨床患者獲益。