肌浆网钙离子泵与心血管疾病的研究进展

于雪婧、邹彤、金军华综述，杨杰孚审校

肌浆网钙离子泵与心血管疾病的研究进展

于雪婧、邹彤、金军华综述，杨杰孚审校

心血管疾病是威胁人类健康和生存的最重要病因之一。心血管疾病属于慢性进展性疾病，治愈率极低，目前全球罹患心血管疾病的人数为2.9亿。众所周知，离子通道在维持心脏电生理活动中发挥着重要作用。钙离子通道则是最重要的离子通道之一，它参与心肌细胞的电传导以及调控心肌细胞收缩和舒张过程。在心力衰竭、心律失常等心脏疾病中，钙离子依然发挥着重要作用。肌浆网钙离子泵（SERCA）亚型SERCA2a可以促进钙离子重新摄取至肌浆网中，SERCA2a功能紊乱可导致钙离子稳态受损，诱发缺血性心脏病、肥厚性心肌病、舒张性心肌病以及心力衰竭等心脏疾病的发生和恶化。因此SERCA2a在维持心脏正常功能和心脏疾病中发挥着重要作用。

综述；钙通道；肌浆网转运ATP酶类；心血管疾病

心血管疾病是威胁全球人类健康和生存的主要病因之一。根据《中国心血管病报告2013概要》的调查数据显示，目前我国罹患心血管疾病的总人数为2.9亿，其中高血压患者共2.7亿，心力衰竭患者450万，心肌梗死患者250万[1]。心血管疾病具有高致残率和高致死率的特点。因此，有效控制心血管疾病可以增加人类的寿命并提高生存质量。肌浆网钙离子泵（Sarcoplasmic reticulum calcium-transporting ATPases，SERCA）在心血管疾病的发生及进展中发挥重要作用，本文旨在介绍肌浆网钙离子泵的亚型SERCA2a，希望为心血管疾病的基础研究提供一些新的方向和思路。

1 SERCA的分类及功能

SERCA是一类分布广泛且发挥重要作用的肌浆网钙离子泵。正常条件下，心肌细胞的收缩性主要受细胞内钙离子浓度的影响，此过程需要多种离子通道、转运体和离子泵协同参与进行调控[2]。心肌细胞兴奋前，首先通过L型钙离子通道使细胞外少量的钙离子内流，内流的钙离子诱导肌浆网内钙离子通过雷诺定受体2（Ryanodine receptor 2，RyR2）释放至胞浆中，此过程称之为钙离子诱导的钙释放。此时，胞浆中钙离子浓度迅速增加，促进心肌细胞的收缩偶联，导致心肌细胞收缩。心肌细胞舒张时，钙离子通过SERCA2a重摄取至肌浆网中[3]。RyR2和SERCA2a功能的异常均可导致心肌细胞收缩舒张功能的紊乱。

肌浆网钙离子泵SERCA蛋白主要有三种异构体，分别为SERCA1，2，3。SERCA1有两个亚型，SERCA1a和SERCA1b[4]。SERCA1a主要分布在成人快反应骨骼肌，SERCA1b主要分布在胎儿快反应骨骼肌。SERCA2分布最为广泛，它具有三个亚型，它们分别是SERCA2a, SERCA2b和SERCA2c。SERCA2a主要分布在慢反应骨骼肌和心肌细胞；SERCA2b分布较为广泛；SERCA2c主要分布于上皮细胞、内皮细胞以及心肌细胞。由于SERCA2a主要分布在心肌细胞，因此它在心力衰竭的过程中发挥着重要作用[2]。

SERCA2a是一种靠近心肌细胞T管且参与肌浆网重摄取钙离子的重要钙离子泵。SERCA2a蛋白主要由ATP2A2基因编码，具有四个氨基酸尾巴，其C末端位于细胞浆中。它具有两个区域，一个是位于胞浆内对钙离子具有高度亲和性的区域E1，一个是位于肌质网内部且对钙离子亲和力较低的区域E2。当心肌细胞舒张时，钙离子从肌钙蛋白中释放，与E1结合形成钙离子-E1-复合体，整个过程需要消耗能量。此复合体经过磷酸化后生成具有高能键的磷酸化复合物。构象改变导致其转变为ADP不敏感性的磷酸化中间产物，它具有促进钙离子向肌浆网内部运动的作用。随着复合物对钙离子亲和力的下降，钙离子在肌浆网中被释放。一旦钙离子进入肌浆网，E2发生构象改变转化为E1，继续摄取胞浆内的钙离子[5]。

2 SERCA2a与相关的心脏疾病

胞浆内钙离子浓度对心肌细胞的功能具有重要作用。任何导致钙离子稳态变化的原因，包括肌浆网钙离子重摄入减少、钙离子通道异常、肌浆网中钙离子的渗漏或SERCA2a表达的显著降低，都会导致多种心脏疾病，包括缺血性心脏病、肥厚性心肌病、舒张性心肌病以及心力衰竭[6]。虽然SERCA2a表达及功能的改变不是引起心脏疾病的首要因素，但它可以加速受损心肌功能的恶化。有研究发现，在缺血性的心肌组织[6]、肥厚性心肌病[7]、扩张型心肌病[8]中SERCA2a的表达明显降低。

3 SERCA2a与心力衰竭的研究进展

心力衰竭是全世界人类死亡的主要病因之一，它已发展为21世纪最重要的心血管病症。目前心力衰竭的具体机制尚不清楚，主要可能与心肌细胞在复极化过程中不能及时地通过钙离子通道移除胞浆内的钙离子有关[9]。在人类和动物心力衰竭模型中最典型的特征就是异常的钙离子重摄取引起心肌细胞收缩功能的下降。参与钙离子移除过程的方式主要有钠钙交换体、钙离子泵、钙锰离子泵等[10,11]，其中SERCA2a最为重要。正常的心肌细胞收缩时，钙离子通过钙离子诱导的钙释放，经过RyR2泵将钙离子由肌质网泵入胞浆；心肌细胞舒张时，钙离子通过SERCA2a的重摄取回到肌浆网中。RyR2和SERCA2a功能异常可导致心肌细胞收缩舒张功能的障碍。RyR2的氧化[12]、磷酸化[13]、亚硝基化[14]、突变体[15]均可导致心肌细胞肌质网中钙离子向胞浆渗漏，引起心肌细胞去极，诱发致命性的心律失常和心力衰竭[13]。相比野生型RyR2的小鼠，RyR2-P2328S纯合子突变体小鼠更易出现频繁的房性心律失常[15]。另一项研究表明，RyR2常见突变体G1886S可以增加装有埋藏式心律转复除颤器（Implantable cardioverter defibrillator，ICD）心力衰竭患者室性心动过速及心室颤动的易感性[16]。因此，阻断钙离子从RyR2的渗漏被认作是治疗心力衰竭的重要方法之一。

引起心力衰竭的另一重要机制是SERCA2a表达水平的显著下调[17]。SERCA2a表达降低可导致心力衰竭且加速心力衰竭的进程[18]。目前，恢复SERCA2a蛋白的表达被认为是治疗心力衰竭最具潜力的方法。许多研究发现，心力衰竭患者心肌细胞的肌浆网钙离子重摄取明显减弱[9]，调控这一个过程的钙离子泵SERCA2a在转录和翻译水平也明显下调[19]。SERCA2a敲除小鼠已证实SERCA2a在肌浆网钙离子重摄取过程中发挥重要作用。SERCA2a杂合子小鼠其SERCA2a蛋白表达量下降35%，并表现出心肌细胞功能的受损[20]。从SERCA2a杂合子小鼠中分离心肌细胞后发现，其肌浆网中钙离子浓度显著降低，并且心肌细胞的收缩功能明显降低[21]。在压力负荷下，SERCA2a杂合子小鼠表现出心力衰竭的加速进展，且心力衰竭的发病率和死亡率显著升高，这主要是由于心肌细胞收缩和舒张功能的降低所导致的。近年来研究显示，通过慢病毒载体在心力衰竭动物体内过表达SERCA2a蛋白，可促进心力衰竭动物左心室功能的恢复[22]。从大鼠心力衰竭模型中分离的心肌细胞，通过腺病毒过表达SERCA2a蛋白，可以减少异常的心肌细胞收缩，促进心肌细胞的功能，减少心肌细胞异常电活动的发生[23]。由腺病毒介导的SERCA2a表达，可在体外和体内实验中缓解晚期心力衰竭的患者和小鼠心室肌细胞肌浆网中钙离子的重摄取，并可恢复部分心室肌细胞的收缩[24]。

另有研究证明，在容量负荷诱导的猪心力衰竭模型中，用载有SERCA2a基因的腺病毒转染2个月后，其心脏收缩功能的相关参数和左心室重构都得到了部分逆转[25]。现有研究证明，由腺病毒转染的SERCA2a在治疗心力衰竭的一期和二期临床试验中安全有效，实验正在进行三期的临床研究[2]。在纳入心力衰竭患者的实验中，通过腺病毒转染SERCA2a基因可以逆转许多与心脏收缩功能相关的参数，只有2例入选患者未有明显好转，原因是这两例患者血清中存在抗腺病毒的抗体；其余39例入选的心力衰竭患者在二期临床试验中效果良好且未出现任何不良反应。这个实验将在后续的三期试验中纳入400例心力衰竭患者进行SERCA2a基因治疗效果的验证[26]。由此可见，SERCA2a功能异常在心力衰竭中发挥重要作用，增强SERCA2a的表达是治疗心力衰竭最具有前景的方法之一。

4 影响SERCA2a表达及功能的药物

4.1增加SERCA2a表达的药物

目前已有研究发现，血管紧张素转换酶抑制剂依那普利（Enalapril）以及血管紧张素II受体拮抗剂氯沙坦（Lorsatan）可以抑制大鼠充血性心力衰竭模型中SERCA2a的下调以及左心室功能的下降[27]。坎地沙坦（Candesartan），另一种血管紧张素II受体阻滞剂，可以逆转柔红霉素诱导的大鼠心肌病模型中SERCA2a的下调，这说明SERCA2a在柔红霉素诱导的心肌毒性过程中发挥保护作用[28]。卡维地洛（Carvedilol）是一种β肾上腺素能受体阻断剂和α受体拮抗剂，可以缓解过氧化氢诱导的SERCA2a在基因和蛋白水平的降低，并可促进SERCA2a基因的上调[29]。白藜芦醇是一种天然的抗氧化物，属于多酚类化合物，主要从葡萄、桑葚及花生种提取，可用于治疗心血管疾病。研究发现，白藜芦醇可以通过活化沉默信号调节体1（SIR1）促进小鼠糖尿病模型中SERCA2a的表达[30]。

4.2抑制SERCA2a表达的药物

研究发现，免疫抑制药物环孢霉素A可以阻断大鼠心肌细胞钙调磷酸酶-NFAT信号通路，从而降低SERCA2a的表达[31]。持续性给予β肾上腺素能受体激动剂福莫特罗可以诱导大鼠心肌细胞SERCA2a表达的显著下调[32]。过量的糖皮质激素亦可以导致SERCA2a表达减少引起心室功能异常[33]。

综上所述，SERCA2a在心血管疾病中扮演着重要角色。尽管目前对于SERCA2a研究并不透彻，但它对于心血管疾病的治疗具有很大的潜力。目前许多药物及非编码RNA都可参与SERCA2a表达的调控。因此，在不久的将来，SERCA2a可能会成为治疗心血管疾病的重要靶点。

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2016-05-21)

（编辑： 漆利萍）

药品临床试验关键技术及平台的研究（bj-2004-732）

100730 北京市，北京大学第五临床医学院（于雪婧、杨杰孚）；北京医院 心内科（邹彤）； 北京医院老年医学研究所细胞室（金军华）

于雪婧 博士研究生 研究方向为心房颤动与非编码RNA Email：yuxuejing0927@163.com 通讯作者：杨杰孚 Email： yangjiefu2011@126.com

R54

A

1000-3614（2016）12-1232-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2016.12.019