缝隙连接蛋白43 在心血管疾病中的研究进展

王光宇 祝俊英 张庆勇

近年来，心血管疾病已经成为影响人类身体健康的重要因素之一。包括先天性心脏病、高血压、动脉粥样硬化、心肌梗死及心力衰竭等都能导致心肌收缩不良、心室重构及各种心律失常。由Cx43 组成的GJs 在心室组织中大量表达，其具有低电阻、高转导的特点，使得心脏成为一个功能性合胞体同步收缩［1］。然而这些疾病都能导致Cx43 含量、分布及磷酸化状态发生改变，进而影响GJs 的开关，心肌细胞间的电活动就无法正常有序进行，从而诱发各种心律失常。

一、Cx43 与先天性心脏病

GJs 在维持正常心肌细胞生长、发育和分化过程中具有至关重要的作用。一些研究表明心脏发育不良与Cx43 基因突变相关［1］。前期的研究发现在Cx43 基因敲出的动物模型中，心脏改变和法洛四联症患者具有一定的相似性［2］。Yu 等［3］研究发现用ENU 诱导Cx43 基因突变可以引起心脏圆锥动脉干畸形和冠状动脉瘤。一项临床研究表明Cx43 基因点突变与左心室发育不全综合征及内脏心房异位综合征相关［4，5］。2010 年，在一项针对中国儿童研究中发现，绝大多数先心病患儿都有Cx43 羧基末端基因突变［6］。然而Salameh 等［1］的研究表明虽然Cx43 在心脏发育过程中必不可少，但是Cx43 基因的点突变并不是导致法洛四联症的主要原因，这和Sawaya 等［7］研究一致。Huang 等［8］的研究表明，不论从临床上还是基因敲除小鼠模型中，Cx43 基因点突变都不是引起先心病的主要原因，特别是对那些流出道异常的先心病。综合上述实验结果，Cx43 基因突变与一部分先心病有关，同时这些研究结论的不一致性或许和实验动物物种、动物模型、实验条件及实验技术等不同相关。

二、Cx43 与高血压

心血管疾病包括高血压增加了恶性心律失常风险［9］。心律失常的发生又与GJs 重构密切相关，然而一切变化归根结底是由于Cx43 发生改变。Benova等［9］研究发现在自发性高血压大鼠(SHR)模型中，Cx43 mRNA 水平显著增多，但是Cx43 总量和磷酸化水平却是降低的，表明SHR 引起Cx43 降解增多，代偿性引起Cx43 mRNA 水平增多。免疫荧光发现SHR中Cx43 排列紊乱，心肌细胞侧面荧光强度增加，而且定量图像分析提示SHR Cx43 阳性信号强度显著减少。而Haefliger 等［10］实验结果表明在高血压模型中Cx43 mRNA 含量没有明显变化。这可能是由于高血压动物模型不同。Alonso 等［11］用结扎1 支肾动脉的方法和用N-硝基-L -精氨酸诱导高血压的方法，高血压动物模型大动脉厚度增加，平滑肌细胞上Cx45 和Cx37 含量增加，内皮细胞上Cx43 含量增加。但是只有在肾素依赖型高血压动物模型中，平滑肌细胞上Cx43 含量增加，但是Ser368 磷酸化水平没有变化。进一步研究发现肾素依赖型高血压导致AngⅡ激活ERK1/2，进而引起NF -κB 激活。NF -κB 又与Cx43 基因启动子结合，导致Cx43 合成增加。当ERK 活性恢复到基础水平时，Cx43 的变化却并没有因此而终止，表明还有其他机制参与Cx43 的表达调控，这和Zhao 等［12］研究结果一致，而且用AngⅡ受体拮抗剂缬沙坦可以抑制GJs 的重构，推测很可能是通过NF -κB 途径发挥作用。但Dlugosova 等［13］研究却得出截然不同的结果，他们发现在临界高血压大鼠(BHR)和自发性高血压大鼠(SHR)中，Cx43 表达量在BHR 阶段就已经降低，SHR 阶段更明显。一项更为引人注目的研究发现，结扎一支肾动脉的方法和用去氧皮质酮盐混合剂方法诱导产生的高血压动物模型中大动脉Cx43 的含量增加了2 倍，磷酸化水平也相应的增加。而用N-硝基-L-精氨酸诱导高血压的方法中颈动脉Cx43 含量减少了50%［10］。这些实验结果的不一致表明在不同的高血压模型中调控Cx43 的途径是不相同的，而且也支持Cx43 表达具有空间异质性这一观点。

三、Cx43 与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一个多步骤病变过程，包括氧化型低密度脂蛋白和低密度脂蛋白在血管壁的沉积、炎症瀑布效应，其晚期结局就是纤维斑块破裂和血栓形成［14］。动脉粥样硬化病理表现为动脉内皮损伤、平滑肌细胞增殖和泡沫巨噬细胞形成等［15］。这一系列的病理变化需要细胞间信息交流才能有效完成。Wei 等［16］发现高脂饮食组Cx43 的表达量增加，同时Cx43 荧光信号强度增加，而且有研究者发现动脉粥样硬化过程中不仅Cx43 表达量增加，Cx43 Ser279/282 磷酸化水平也增加［17］。前期研究提示动脉粥样硬化早期阶段动脉内膜Cx43 mRNA 和蛋白总量就有所增加，透射电子显微镜提示增殖的平滑肌细胞间GJ结构增大，用缬沙坦治疗可以减少Cx43 mRNA 和蛋白水平，提示在动脉粥样硬化条件下RAS 系统参与Cx43的 调 节［18］。高 脂 饮 食 饲 养Cx43+/-LDLR-/-和Cx43+/+LDLR-/-小鼠，前者大动脉粥样硬化斑块大约减少了50%，而且前者斑块体积减小、泡沫细胞数量减少及平滑肌细胞和胶原纤维增加，这提示抑制Cx43 的表达有助于减慢动脉粥样硬化病程发展［19］。

四、Cx43 与心肌梗死

最近研究发现，心肌梗死后易于发生心律失常［20］。心肌梗死后发生的室性心动过速(VT)是导致患者猝死的常见原因，瘢痕边界形成的折返途径是形成VT 的解剖学基础［20］。Cody 等发现心肌梗死后瘢痕边界的Cx43 含量显著降低，而且Cx43 从心肌闰盘处向细胞侧面分布。进一步研究发现，心肌梗死后Cx43 的磷酸化水平降低，这和前期研究结果一致。Cody 等用c -Src 抑制剂提高了Cx43 的含量和磷酸化水平，降低VT 易感性，但并没有改善Cx43 侧面化分布。Ester 等研究发现心肌梗死后瘢痕边界Cx43 Ser368 磷酸化水平增加，蛋白激酶C(PKC)活性显著提高，闰盘处Cx43 与ZO -1 分离。Fabien 等研究发现MI 后，磷酸化的Src 与ZO-1 作用增强，与此同时ZO-1 与Cx43 的作用减弱，从而诱发Cx43 从闰盘处向侧面分布。Ester 等使用缝隙连接偶联剂增加了瘢痕边界Cx43 含量，但未能反转转导速度(CV)的降低、Cx43 的侧面化和Ser368 磷酸化，表明还有其他机制参与心肌梗死后Cx43 的调控。

早期研究认为心律失常的发生与离子通道异常相关，但Cody 等［21］的研究表明，各组间的动作电位时程并没有显著性改变，而且CV 的改变不能用Na+通道改变来解释。Greener 等［20］用转基因技术提高梗死边界Cx43 的含量，最终发现转基因组梗死边界Cx43 含量是对照组的2 倍，CV 提高，只有40%的转基因动物易于诱发VT，而对照组100%易于诱发VT。据此Greener 等［20］推测提高梗死边界Cx43 的含量可以减少VT 易感性，而且未来心肌梗死后发生VT 患者Cx43 的转基因治疗是一种有效的措施。然后Macia 等［22］研究并不赞同这一点。Lee 等［23］研究发现使用ATP 敏感度K+阻滞剂可降低心肌梗死后Cx43的减少，而且降低了心律失常的易感性。进一步研究发现ATP 敏感度K+阻滞剂是通过PKCε 途径发挥作用。有研究表明一些抗心律失常的药物或者缝隙连接通道偶联剂保持GJs 处于开放状态可以增加梗死面积，但是Greener 等［20］的研究表明通过转基因技术提高Cx43 含量，GJs 可以根据内环境变化作出恰当反映，在缺血阶段可以适当关闭GJs，降低心肌梗死面积。

五、Cx43 与心房颤动

心房颤动是心律失常中最常见的一种。前期的研究发现，心房颤动患者心肌细胞中Cx43 侧面化明显，细胞极分布显著减少，同时横向转导速度增加。最近Susanne 等的研究也支持这一观点，他们发现在心房颤动患者中，Cx43 侧面分布提高，特别是对那些心房颤动伴肥胖患者。Kato 等发现心房颤动患者不仅Cx43 侧面化分布增加，而且Cx43 的总量也发生改变。Igarashi 等用猪诱导心房颤动模型，使用腺病毒转染Cx43 技术发现，对照组Cx43 含量和磷酸化水平均降低，转染组Cx43 含量、分布及磷酸化状态恢复正常，而且减少了心房颤动发生率。另外，他们研究发现转基因技术不仅恢复Cx 功能而且改善心房颤动相关的转导异常，是未来治疗心房颤动患者的有效措施。综上所述，发生心房颤动时，Cx43 数量减少，分布呈现侧面化及磷酸化水平降低。这些变化都影响GJs 的功能状态，进而影响心脏的收缩和转导功能，但是心房颤动引起Cx43 改变的具体机制还需要进一步的研究探索。

六、Cx43 与心力衰竭

绝大部分心血管疾病发展到晚期阶段进展为心力衰竭(HF)，HF 临床表现为心肌泵血功能障碍和各种心律失常。有研究发现GJs 的异质性重构导致心室肌非合胞体性收缩，Cx 蛋白的破坏可以引起恶性室性心动过速，这是引起HF 患者主要的死亡原因。减少GJ 重构可改善细胞间偶联，有助于心肌同步收缩和心功能恢复。有研究认为，HF 条件下氧化应激效应增加，而氧化应激可以抑制细胞间通信降低Cx43 的表达，Liu 等使用抗氧化剂改善心力衰竭动物Cx43 的表达，减少GJs 重构和抗心律失常效应。Wang 等研究发现，HF 动物QT 间期及QTc 间期显著性延长，Cx43 总量减少及侧面化分布增加，在电子显微镜下观察发现GJ 结构变的模糊不清。Ai 等同样发现HF 组织中Cx43 含量减少，而Cx43 非磷酸化含量却是增加的，进一步研究发现过表达Cx43 可以改善细胞间通信，但是过表达的Cx43 分布在整个细胞膜表面，而不像正常情况下聚集在心肌细胞闰盘处。最近Ai 等发现HF 组织中PAK1 总量和PAK1 磷酸化含量增加，进一步研究发现过表达PAK1 增加PP2A 活性，从而导致Cx43 去磷酸化增加，减少细胞间通信，但是Cx43 蛋白总量没有变化，使用PP2A 抑制剂冈田酸可以抑制这一效应。Hesketh 等研究发现HF 心肌细胞中，Cx43 内吞作用增加，而且内吞的Cx43 与自噬体结合在一起，同时发现侧面分布的Cx43 与线粒体或者其他细胞结构联系在一起。

综上所述，Cx43 在心血管疾病发生、发展中具有至关重要作用，大多数疾病都能导致Cx43 降解、侧面化分布及去磷酸化水平增加;但是在动脉粥样硬化阶段Cx43 含量及磷酸化水平却是增加的。维持Cx43 含量、分布及磷酸化状态稳定，可以减缓疾病的发展，延长患者生命，改善患者生活质量。但是在这些病理条件下引起Cx43 变化的具体机制还不清楚，有待于进一步研究。同时目前针对于Cx43的药物种类屈指可数，而且主要用于科研工作，这就需要加大对Cx43 临床药物的开发力度。一方面，目前针对Cx43 在心血管疾病中的作用认识还不够，大部分实验结论建立在表观现象上，未能深入研究具体信号传递机制;另一方面，现在的研究绝大部分建立在实验动物模型基础上，人体的调节机制还是和动物有所区别，不能一味地将动物实验结论套用在人体上，这就需要以后的研究重点侧向人体。总之，对Cx43 在心血管疾病中的作用还需要以后更深入地研究。

1 Salameh A，Haunschild J，Brauchle P，et al. On the role of the gap junction protein Cx43 (GJA1)in human cardiac malformations with fallot-pathology. A study on paediatric cardiac specimen［J］.PLoS One，2014，9(4):e95344

2 Reaume AG，De Sousa PA，Kulkarni S，et al. Cardiac malformation in neonatal mice lacking connexin43［J］. Science，1995，267(5205):1831 -1834

3 Yu Q，Shen Y，Chatterjee B，et al. ENU induced mutations causing congenital cardiovascular anomalies［J］. Development，2004，131(24):6211 -6223

4 Dasgupta C，Martinez A M，Zuppan C W，et al. Identification of connexin43 (alpha1)gap junction gene mutations in patients with hypoplastic left heart syndrome by denaturing gradient gel electrophoresis(DGGE)［J］. Mutat Res，2001，479(1 -2):173 -186

5 Britz-Cunningham SH，Shah MM，Zuppan CW，et al. Mutations of the connexin43 gap - junction gene in patients with heart malformations and defects of laterality［J］. N Engl J Med，1995，332(20):1323 -1329

6 Wang B，Wen Q，Xie X，et al. Mutation analysis of Connexon43 gene in Chinese patients with congenital heart defects［J］. Int J Cardiol，2010，145(3):487 -489

7 Sawaya F，Souki R，Arabi M，et al. Absence of GJA1 gene mutations in four patients with anomalous left coronary artery from the pulmonary artery (ALCAPA)［J］. J Med Liban，2011，59(3):149 -153

8 Huang GY，Xie LJ，Linask KL，et al. Evaluating the role of connexin43 in congenital heart disease:screening for mutations in patients with outflow tract anomalies and the analysis of knock-in mouse models［J］. J Cardiovasc Dis Res，2011，2(4):206 -212

9 Benova T，Viczenczova C，Radosinska J，et al. Melatonin attenuates hypertension-related proarrhythmic myocardial maladaptation of connexin-43 and propensity of the heart to lethal arrhythmias［J］. Can J Physiol Pharmacol，2013，91(8):633 -639

10 Haefliger JA，Meda P. Chronic hypertension alters the expression of Cx43 in cardiovascular muscle cells［J］. Braz J Med Biol Res，2000，33(4):431 -438

11 Alonso F，Krattinger N，Mazzolai L，et al. An angiotensin II - and NF-kappaB-dependent mechanism increases connexin 43 in murine arteries targeted by renin - dependent hypertension［J］. Cardiovasc Res，2010，87(1):166 -176

12 Zhao LL，Chen HJ，Chen JZ，et al. Losartan reduced connexin43 expression in left ventricular myocardium of spontaneously hypertensive rats［J］. J Zhejiang Univ Sci B，2008，9(6):448 -454

13 Dlugosova K，Mitasikova M，Bernatova I，et al. Reduced connexin-43 expression in the aorta of prehypertensive rats［J］. Physiol Res，2008，57(Suppl 2):S23 -29

14 Lewis DR，Kamisoglu K，York AW，et al. Polymer-based therapeutics:nanoassemblies and nanoparticles for management of atherosclerosis［J］. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol，2011，3(4):400 -420

15 Morel S. Multiple roles of connexins in atherosclerosis-and restenosis-Induced vascular remodelling［J］. J Vasc Res，2014，51(2):149-161

16 Wei JM，Wang X，Gong H，et al. Ginkgo suppresses atherosclerosis through downregulating the expression of connexin 43 in rabbits［J］.Arch Med Sci，2013，9(2):340 -346

17 Johnstone S，Isakson B，Locke D. Biological and biophysical properties of vascular connexin channels［J］. Int Rev Cell Mol Biol，2009，278:69 -118

18 Ruan LM，Cai W，Chen JZ，et al. Effects of Losartan on expression of connexins at the early stage of atherosclerosis in rabbits［J］. Int J Med Sci，2010，7(2):82 -89

19 Kwak BR，Veillard N，Pelli G，et al. Reduced connexin43 expression inhibits atherosclerotic lesion formation in low - density lipoprotein receptor-deficient mice［J］. Circulation，2003，107(7):1033-1039

20 Greener ID，Sasano T，Wan X，et al. Connexin43 gene transfer reduces ventricular tachycardia susceptibility after myocardial infarction［J］. J Am Coll Cardiol，2012，60(12):1103 -1110

21 Rutledge CA，Ng FS，Sulkin MS，et al. c-Src kinase inhibition reduces arrhythmia inducibility and connexin43 dysregulation after myocardial infarction［J］. J Am Coll Cardiol，2014，63(9):928 -934

22 Macia E，Dolmatova E，Cabo C，et al. Characterization of gap junction remodeling in epicardial border zone of healing canine infarcts and electrophysiological effects of partial reversal by rotigaptide［J］. Circ Arrhythm Electrophysiol，2011，4(3):344 -351

23 Lee TM，Lin CC，Lien HY，et al. K ATP channel agonists preserve connexin43 protein in infarcted rats by a protein kinase C-dependent pathway［J］. J Cell Mol Med，2012，16(4):776 -788