心臟型肌球蛋白結合蛋白與射血分數保留的心力衰竭

張晨 綜述 常靜 審校

(重慶醫科大學附屬第一醫院心內科，重慶 400016)

1 心臟型肌球蛋白結合蛋白C 的生物學特性

1.1 心臟型肌球蛋白結合蛋白C 基因、亞型及結構

心臟型肌球蛋白結合蛋白C 基因特異性表達于所有哺乳動物的心肌細胞。人的心臟型肌球蛋白結合蛋白C 基因約21 kb，包括35 個外顯子，位于人類11 號染色體短臂11 區2 帶(11p11.2)，可編碼1 274個氨基酸。因此，心臟型肌球蛋白結合蛋白C 是個大分子蛋白，140～150 kD(≈1.4×104～1.5×104)。心臟型肌球蛋白結合蛋白C (C 3 心肌型)是人肌球蛋白結合蛋白C 家族成員，這個家族還包括肌球蛋白結合蛋白C1 慢骨骼肌型和C2 快骨骼肌型。該蛋白有11個功能區(C0～C10)，其中8 個IgC2 基序，3 個纖連蛋白3(FN3)基序。心臟型肌球蛋白結合蛋白C 通過其功能區與肌小節各組成部分相互作用，與其他兩種骨骼肌型異構體不同的是:(1)心臟型肌球蛋白結合蛋白C 的N-末端(C0)包含一個Lg 樣結構域，此為心肌細胞所特有，有高度特異性;(2)C1～C2 的四個磷酸化位點;(3)C5 結構域有一個由28 個氨基酸殘基組成的環結構。目前準確的心臟型肌球蛋白結合蛋白C的空間結構還不是很清楚，獲得較多認可的有環狀三聚體模型和桿狀模型［1-4］。

1.2 心臟型肌球蛋白結合蛋白C 在心肌的作用

1.2.1 心臟型肌球蛋白結合蛋白C 與心肌組成

肌小節是肌肉收縮的基本功能單位，由粗肌絲和細肌絲組成，心臟型肌球蛋白結合蛋白C 是心肌肌纖維粗肌絲的主要組成部分。它橫向排列在肌小節A帶形成7～9 個橫紋，每條橫紋間隔43 nm［1］。早期研究通過分離粗肌絲或轉基因技術證明了心臟型肌球蛋白結合蛋白C 對肌球蛋白的裝配和穩定有積極作用。它可以通過(C1～C2)牢固結合在粗肌絲肌球蛋白重鏈(橫橋)上，對粗肌絲進行正確裝配和穩定，還通過(C8～C10)與肌聯蛋白結合，來確保心肌纖維結構的完整性和穩定性［2-3］。

1.2.2 心臟型肌球蛋白結合蛋白C 調節心肌的收縮舒張

粗肌絲肌球蛋白和細肌絲肌動蛋白的有序交互作用，來完成肌纖維的收縮作用。心臟型肌球蛋白結合蛋白C 作為心肌粗肌絲的組成部分，心臟型肌球蛋白結合蛋白C 氨基末端(C0～C2)的肌球蛋白結合位點與肌球蛋白S2 結構域相連，通過Ca2+/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶的磷酸化/去磷酸化作用調節S1 的活化狀態，參與調節肌肉收縮。但又通過不同機制抑制肌球蛋白-肌動蛋白的結合，心臟型肌球蛋白結合蛋白C 結合在肌球蛋白頭部，使其頭部更靠近桿部，在物理空間上限制了橫橋與肌動蛋白相互作用的速率和范圍。近期的實驗及臨床研究顯示心臟型肌球蛋白結合蛋白C 更是心臟舒張功能關鍵的調節者。其中心臟型肌球蛋白結合蛋白C 的磷酸化調節心肌橫橋分離率和結合率的改變是其核心機制［5-8］。除了磷酸化，心臟型肌球蛋白結合蛋白C 的谷胱甘肽化也可以增加肌纖維的鈣敏感性來調節心肌舒張功能。當低Ca2+水平可抑制肌球蛋白與肌動蛋白的相互作用，從而使肌小節在整個舒張期的長度縮短，舒張功能減弱［9］。

1.2.3 心臟型肌球蛋白結合蛋白C 的磷酸化

心臟型肌球蛋白結合蛋白C 在人體血清中以高度磷酸化狀態存在。在膽堿能反應中，蛋白磷酸酶2A(PP2A)可將心臟型肌球蛋白結合蛋白C 去磷酸化，從而促使其降解。目前為止，我們將近發現17 個心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化位點，活性最豐富的主要有四個(Ser275-Ser284-Ser304-Ser311)，對應老鼠相應的 序 列 為(Ser281-Ser290-Ser310-Ser315)［1，10］。已被證明并常應用于臨床研究的心臟型肌球蛋白結合蛋白C 蛋白激酶包括有環磷酸腺苷依賴蛋白激酶(PKA)、Ca2+或鈣調蛋白的蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)、蛋白激酶Cε(PKCε)、蛋白激酶D［11］。心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化有心肌保護功能，并在調節心肌收縮舒張功能上發揮重要作用。其主要機制:(1)心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化可以增加粗肌絲之間的距離，防止心臟型肌球蛋白結合蛋白C 蛋白水解，減低心肌缺血-再灌注損害。(2)心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化可阻斷其與肌球蛋白S2 的結合，降低與肌動蛋白的親和力，使肌球蛋白頭部向肌動蛋白靠近，從而增強肌球蛋白-肌動蛋白的交互作用，促進心肌的收縮;當心肌受到β 腎上腺素刺激后，磷酸化后的心臟型肌球蛋白結合蛋白C 可以促進心臟做出適應性反應，增加心排血量，保護正常心肌功能。但心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化使橫橋與肌動蛋白的分離速度增加，又不影響肌動蛋白相對橫橋的滑動速度，從而使心肌收縮力減小。病理情況下，心肌收縮長期失代償可導致心肌肥厚和間質纖維化的產生。(3)隨著研究的逐步深入，人們漸漸認識到，心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化對心肌正常舒張功能的調節作用占有重要地位。這方面大量臨床研究和動物模型都證明，心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化可以調節心臟的舒張功能，且遠遠大于對心肌收縮功能的影響［10-14］。其中具體分子機制還不是很清楚，但心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化對維持心肌正常舒張功能起決定性作用是確定無疑的。

心臟型肌球蛋白結合蛋白C 在心臟生理和病理條件下都起著重要的作用，它不僅參與正常心肌肌纖維結構的組裝，還參與細胞內信息傳遞，通過磷酸化來調節橫橋循環參與肌肉的收縮和舒張，特別對正常心肌舒張功能有重要作用。因此心臟型肌球蛋白結合蛋白C 既為結構蛋白，又是調節蛋白。

2 心臟型肌球蛋白結合蛋白C 與射血分數保留的心力衰竭關系的探討和研究

2.1 心臟型肌球蛋白結合蛋白C 與舒張功能不全

早期心臟型肌球蛋白結合蛋白C 為大家所熟識，是作為肥厚型心肌病致病基因中最為常見的一種，人們發現早期心臟型肌球蛋白結合蛋白C 的突變能導致舒張功能不全。之后多例研究報道，肥厚型心肌病患者在出現心肌肥厚之前就因攜帶心臟型肌球蛋白結合蛋白C 的突變而表現出心臟舒張功能不全［15-16］，則說明心臟型肌球蛋白結合蛋白C 的突變能獨立引起舒張功能不全，而心臟型肌球蛋白結合蛋白C 在調節心肌舒張功能的作用，也開始受到人們的關注。

Harris 等將心臟型肌球蛋白結合蛋白C 外顯子3～10切斷，導致其mRNA 異常，首列造出完全沒有心臟型肌球蛋白結合蛋白C 表達的老鼠模型心臟型肌球蛋白結合蛋白C (-/-，Ex3-10)，并用組織多普勒(TDI)測量發現其舒張早期E 峰值最大運動速度(Em)低于正常值，E(二尖瓣環舒張早期心肌速度)/Em 均高于正常值，與射血分數保留心力衰竭患者左心室舒張功能不全的影像學證據類似［17-18］。之后又有其他研究人員作用于外顯子1～2 造出心臟型肌球蛋白結合蛋白C 零表達的老鼠模型心臟型肌球蛋白結合蛋白C (-/-，Ex1-2)，或將心臟型肌球蛋白結合蛋白C 突變基因的純合子和雜合子敲入老鼠模型當中，均表現出心肌的舒張功能不全［19-20］。

于是研究人員努力探索去尋找心臟型肌球蛋白結合蛋白C 是如何調節心肌舒張功能，隨著對心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化位點認識的更深入，人們用質譜分析法證明PKA 能使心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化，在人體中磷酸化位點為S275、S284 和S304，老鼠對應為S273、S282 和S302。研究者接著心臟型肌球蛋白結合蛋白C (-/-，Ex3-10)模型上分別表達S273A、S282A、S302A 和S273D、S282D、S302D、生成磷酸化不足的心臟型肌球蛋白結合蛋白C(t3SA)和模擬磷酸化的心臟型肌球蛋白結合蛋白C(t3SD)兩種老鼠模型，并用PKA 與其結合反應，實驗發現(心臟型肌球蛋白結合蛋白C)(t3SA)磷酸化不足的動物模型的心臟與野生型對照組表現出相同的射血分數，Ea 降低，E/Ea 比值升高。而且心臟型肌球蛋白結合蛋白C (t3SA)老鼠模型還表現和射血分數保留心力衰竭患者一樣的主動行走距離的減少、肺水腫、腦鈉肽的升高。相反，通過模擬心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化表達的心臟型肌球蛋白結合蛋白C(t3SD)老鼠模型則心臟舒張功能增強，心臟舒張速率Ea 增快［18-22］。之后又有研究者在不同老鼠模型背景下通過表達不同基因位點突變，造出不同心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化不足的動物模型［23］，進一步證實了心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化水平的降低會導致顯著的舒張功能不全。

綜上所述，研究人員通過基因敲除、插入、轉基因等技術造出不同老鼠模型，阻斷或抑制心臟型肌球蛋白結合蛋白C 激活后啟動的一系列連鎖反應，并用彩色多普勒和組織多普勒超聲量化心肌的舒張功能，實驗發現心臟型肌球蛋白結合蛋白C 缺失或磷酸化不足都可引起心臟舒張功能不全。實驗還發現，所造動物模型的多普勒超聲證據與射血分數保留的心力衰竭具有相同的特征，并且在臨床表現上也與射血分數保留的心力衰竭相似［17］。這些成果為研究心臟型肌球蛋白結合蛋白C 與射血分數保留的心力衰竭的關系奠定了理論基礎。

2.2 心臟型肌球蛋白結合蛋白C 與終末期心力衰竭

大量研究均發現心力衰竭患者的心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化水平顯著降低，推測心臟型肌球蛋白結合蛋白C 可能在心力衰竭的發生發展中有重要作用。2008年，Jacques 等［24］采用肥厚型心肌病患者進行室間隔切除術后的標本，與正常心肌組織以及心力衰竭患者進行對照，實驗發現心力衰竭患者的心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化水平低于正常對照組［心力衰竭組是正常對照組的(45±3)%，P ＜0.000 1］，且無論心臟型肌球蛋白結合蛋白C 基因是否突變，磷酸化水平無明顯差異。同期，也有研究人員在人和大型哺乳動物身上驗證了以上的發現，他們對心臟移植的終末期心力衰竭患者、步行距離減少的終末期心力衰竭的犬類、正常人心肌對照組、正常犬類對照組，分別用免疫印跡法測量其心臟型肌球蛋白結合蛋白C及心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化的水平。發現，各組之間心臟型肌球蛋白結合蛋白C 水平無明顯差異［(1.1 ±0.20)vs (1.0 ±0.20)vs (1.1 ±0.10)vs(1.0 ±0.10)］，但與正常對照組比較，心力衰竭患者心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化的水平較正常人心肌對照降低＞50%［(0.45 ±0.10)vs(1.0 ±0.30)，P ＜0.05］，心力衰竭的犬類則降低＞40%［(0.57 ±0.10)vs(1.0 ±0.10)，P ＜0.01］［25］。但以上研究多是針對單一Ser280 位點由PKA 介導的心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化水平的研究，之后隨著對心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化位點的認識深入，2013年Kooij 等［26］用離子交換色譜法、聚丙烯酰胺凝膠法和液相色譜-質譜聯用技術對不同磷酸化位點所激活的心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化水平進行研究，進一步證實了心力衰竭患者的心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化水平降低。實驗發現相對于正常對照組，心力衰竭患者這3 個(S284、S286、T290)主要的磷酸化位點激活的心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化水平降低有統計學意義，且針對Ser284 磷酸化位點的水平值降低最明顯(45.01%，P＜0.05)。

2.3 心臟型肌球蛋白結合蛋白C 與射血分數保留的心力衰竭

如上所述，心臟型肌球蛋白結合蛋白C 是維持心肌正常舒張功能的調節蛋白，磷酸化水平的降低會引起心肌舒張功能不全，提示心臟型肌球蛋白結合蛋白C 在心臟舒張功能不全的發生發展具有可能未被充分認識的介導作用。心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化不足的動物模型表現出的不良病理作用，導致與射血分數保留的心力衰竭類似的臨床表現。同時大量文獻報道顯示，終末期心力衰竭患者的心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化水平顯著降低，而D stage 終末期心力衰竭患者多并存收縮和舒張功能損害，舒張功能不全又是射血分數保留的心力衰竭患者的共同特征。除此，還有研究在舒張型心力衰竭患者中發現心臟型肌球蛋白結合蛋白C 的1 個單核苷酸多態性［27］。有鑒于此，我們不難提出一個假設，心臟型肌球蛋白結合蛋白C 作為心肌纖維組成結構，通過其磷酸化或去磷酸化調節心肌舒張功能，是否可能參與射血分數保留的心力衰竭的發生發展?綜合看來，這些發現都提示我們有可能通過探索研究心臟型肌球蛋白結合蛋白C 與射血分數保留的心力衰竭的關系，來對射血分數保留的心力衰竭的診治提供新思路

3 結語和未來研究領域

隨著對心臟型肌球蛋白結合蛋白C 研究的不斷深入，發現在心肌收縮舒張功能的病理生理過程中均有心臟型肌球蛋白結合蛋白C 參與，最新理論認為心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化通過對橫橋循環調節來維持心肌的正常舒張功能，若心臟型肌球蛋白結合蛋白C 表達缺失或磷酸化不足都會導致心肌舒張功能不全。另一方面，近年來研究證實了終末期心力衰竭患者心臟型肌球蛋白結合蛋白C 水平顯著降低。因此它不僅是心肌舒張功能不全連續發展的調節者，還可能與射血分數保留的心力衰竭的發生發展有重要關系。

最后，建議以后更多的研究去探索心臟型肌球蛋白結合蛋白C 和射血分數保留的心力衰竭的關系，可以包括去測定在射血分數保留的心力衰竭和射血分數降低的心力衰竭中，還有射血分數保留的心力衰竭急性失代償和慢性穩定期的心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化水平?？紤]到在患者中及早篩查出舒張功能不全的患者非常重要，進一步探索心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化水平在射血分數保留的心力衰竭高風險人群(高齡、女性、高血壓、心房顫動)未來心力衰竭發展中的評估作用。心臟型肌球蛋白結合蛋白C 可能是病因因子還可能是生物標志物，能否可以單獨或聯合其他生物標志物來診斷射血分數保留的心力衰竭，能否用于預后及危險度分層，除此之外，還有各種藥物治療對心臟型肌球蛋白結合蛋白C 磷酸化水平的影響的數據也還缺少。是否能分出一個射血分數保留的心力衰竭的亞型，以心臟型肌球蛋白結合蛋白C 的磷酸化為治療靶點，來得到更好的治療效果等。隨著通過對射血分數保留的心力衰竭病因及病理生理機制的研究探索，將來總會有有效的治療手段來阻止這一疾病的進程。

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