锚蛋白B在心血管系统中作用的研究进展

李子进　综述　李景东　审校

( 1.华中科技大学同济医学院，湖北　武汉430022；　2.华中科技大学同济医学院附属协和医院心内科，湖北　武汉　430022)



锚蛋白B在心血管系统中作用的研究进展

李子进1综述李景东1,2审校

( 1.华中科技大学同济医学院，湖北武汉430022；2.华中科技大学同济医学院附属协和医院心内科，湖北武汉430022)

锚蛋白家族是重要的整合蛋白，参与心血管系统中离子通道、跨膜蛋白在细胞膜上的固定及适当表达和功能维持。锚蛋白通路的缺陷可以导致离子通道和跨膜复合物的功能异常并引发致死性心律失常，如锚蛋白B综合征。近来研究还发现锚蛋白B的水平在心肌梗死后及窦房结病变中有显著变化，提示锚蛋白B与人类心血管疾病密切相关。对锚蛋白的研究为了解人类心血管疾病提供了新的分子机制。现就近年来锚蛋白B在心血管系统的研究进展做扼要概括。

锚蛋白；离子通道； 跨膜蛋白； 心律失常； 心血管疾病

锚蛋白家族是重要的整合蛋白,广泛分布于各种组织。早期研究发现锚蛋白是红细胞膜的主要骨架结构，参与维持红细胞的正常形态；抑制锚蛋白会减少红细胞膜上的血影蛋白，诱发溶血[1]。近年来研究还发现锚蛋白在离子通道和跨膜蛋白的锚定及表达上也起着重要作用。在遗传性心律失常、心肌梗死后获得性心律失常、窦房结病变等患者中均发现锚蛋白B水平的显著降低，而抑制锚蛋白B通路传导可诱发兴奋-收缩耦联异常和严重心律失常[2]。因此，研究锚蛋白有望为治疗心血管疾病提供新的思路和途径。现就近年来锚蛋白B在心血管系统中的研究进展做扼要概括。

1　锚蛋白的生物学特点

1.1锚蛋白的编码基因

锚蛋白家族含三类成员：第一类为锚蛋白R(restricted)，限制性表达在红细胞、肌肉和神经元，其编码基因ANK1位于染色体8P11，大小为210 kD(≈2.1×105)；第二类为锚蛋白B(broadly)，广泛地表达在各种组织，其编码基因ANK2位于染色体4q25-27，大小为220 kD(≈2.2×105)；第三类为锚蛋白G(giant和general)，为大分子且广泛性表达在各种组织，其编码基因ANK3位于染色体10q21，大小为190 kD(≈1.9×105)。这三种锚蛋白统称为经典锚蛋白；此外，由于基因的选择性剪切会产生一些变异锚蛋白，这些锚蛋白与经典锚蛋白的功能与分布均有不同[3]，如ANK2选择性剪切后可以产生440 kD(≈4.4×105)和220 kD(≈2.2×105)的两种变异锚蛋白B, 440 kD(≈4.4×105) 锚蛋白B特异性表达在新生儿脑部的无髓鞘轴突中，而220 kD(≈2.2×105) 锚蛋白B特异性表达于成人脑部的胞体、树突及神经胶质细胞中。

1.2锚蛋白的结构区域和功能

锚蛋白含四个区域，即膜结合域(membrane binding domain,MBD)、血影蛋白结合域(spectrin binding domain,SBD)、死亡域(death domain,DD)和C末端(C-terminal domain,CTD)，后两者共同形成调节结合域。

1.2.1锚蛋白MBD的作用

锚蛋白MBD包含24个重复序列单元，可与细胞膜上的离子通道、转运体和细胞黏附分子等蛋白分子结合，如电压门控性Na+通道(Nav1.3)、Ik(ATP)通道(Kir6.1和Kir6.2)、Na+/K+-ATP酶(Na+/K+-ATPase)、Na+/Ca2+交换器(NCX)、肌质网钙释放通道1，4，5-三磷酸肌醇受体(IP3R)以及CD44、钙黏蛋白等。MBD可以同时与多个相同或不同的膜蛋白分子结合，以形成大分子共价复合体的形式调节多个分子间的功能作用，如心肌细胞中锚蛋白B的 MBD可以同时结合Na+/K+-ATPase、NCX及IP3R，以形成膜蛋白复合体协调它们共同作用[4-5]。

1.2.2锚蛋白SBD的作用

SBD位于锚蛋白的中心区域，与β血影蛋白(β-spectrin)结合并促使β-spectrin与细胞骨架上的肌动蛋白(actin cytoskeleton)结合。锚蛋白或血影蛋白或肌动蛋白骨架的结构有利于维持和稳定红细胞的正常形态，在敲除锚蛋白基因的动物中，红细胞的血影蛋白含量会显著降低，而血影蛋白或肌动蛋白骨架的结构异常导致红细胞变形，引发溶血性贫血。除红细胞外，研究还发现锚蛋白或血影蛋白的协调表达在维持神经细胞及上皮细胞的形态及功能上也有重要作用[2]。此外，SBD还可以通过与下游的信号蛋白如蛋白磷酸酯酶2A(protein phosphatase 2A,PP2A)的调节亚基B56α结合参与细胞信号通路传导[6]。

1.2.3锚蛋白DD与CTD的作用

锚蛋白DD和CTD两者共同形成调节结合域。调节结合域功能多样，可以与多种蛋白如Hdj1、Fas、obscurin等结合调节细胞功能[5]；此外，3种锚蛋白的编码序列和结构域高度相似，而CTD部分却存在显著差异，大量实验表明CTD可能与锚蛋白的特异性表达有关，例如心肌细胞中锚蛋白B的CTD部分替换为锚蛋白R的CTD后，重组的锚蛋白B蛋白失去活性表达；最后研究发现锚蛋白B的CTD是ANK2突变的好发区，这种突变患者表现为病态窦房结综合征、多形室性心律失常，甚至猝死[7]。

2　锚蛋白B在心血管中的调节作用

2.1 锚蛋白B与遗传性心律失常

锚蛋白B综合征(ankyrin-B syndrome)是编码锚蛋白B的基因ANK2突变所引发的一组临床症状，包括窦房结病变、心房颤动、多形室性心律失常、晕厥甚至猝死等[8]。根据临床表现的严重程度，ANK2突变可以分为三类：第一类多无症状或轻度症状，主要突变位点为G1406C、 R1450W和 L1503V；第二类有较重的室性心律失常，主要突变位点在T1404I、T1552N和 V1777M；第三类常伴有极重的临床变现，其中最典型的是长QT间期综合征4型(LQT4)。LQT4常见于家族遗传性心脏病患者，其临床表现包括窦性心动过缓、心房颤动、QT间期延长、室性心动过速等[9]。LQT4的突变位点在E1425G，即ANK2外显子4274的无意突变而致锚蛋白-B SBD的1425位的谷氨酸突变为甘氨酸(E1425G改变)。 此氨基酸序列的改变导致心肌细胞的横管与肌质网交界处(transverse-tubule/sarcoplasmic reticulum)锚蛋白B的水平选择性降低，与锚蛋白相结合的Na+/K+-ATPase、NCX、IP3R及INa离子通道表达异常，心肌细胞Na+/K+-ATPase的表达下调使细胞内Na+的质量浓度增高，抑制前向型NCX，Ca2+向细胞外排出减少，细胞浆内Ca2+超载[10-11]。而在儿茶酚胺诱导或兴奋状态下，复极过程中Ca2+向胞浆内释放增多并引起短暂的内向电流，导致后除极化，触发心律失常。因此，LQT4致心律失常的机制与心肌细胞肌质网Ca2+超载及儿茶酚胺诱导的后除极化有关[12]。当然，ANK2无义突变导致心律失常的分子机制还需要进一步研究。

2.2锚蛋白B与心房颤动的产生

心房颤动是最常见的心律失常之一，其发病涉及多种分子机制。近来研究发现有ANK2无意突变的患者表现为早发心房颤动。而在动物实验中，锚蛋白B基因缺陷小鼠的心房肌细胞表现出类似于心房颤动患者的短促动作电位[13]。锚蛋白B缺陷致心房颤动的机制是：锚蛋白B减少，导致心房肌细胞上Ca2+通道的固定及表达异常，Cav1.3表达下调，活化的L型Ca2+电流降低，心房肌细胞动作电位缩短，后者易在复极4相触发晚期后除极(DAD)，触发激动既能通过折返环路诱发折返，又能维持心房颤动[14-15]。可见，锚蛋白B与心房颤动发作之间有着密切联系。

2.3锚蛋白B与心肌梗死后室性心律失常

心肌梗死后心律失常是心肌梗死患者死亡原因之一，而心肌梗死边缘区域电生理重构形成的折返通路是导致心律失常的基础。实验表明心肌梗死后锚蛋白B水平显著降低，与锚蛋白B相关的膜蛋白IP3R、NCX1、Na+/K+-ATPase、PP2A出现异常表达，心肌梗死边缘的离子通道重分布促进心电生理重构[16]。因此，促进锚蛋白B正常表达对梗死后心脏电生理重构有保护作用。

2.4锚蛋白B在窦房结功能中的作用

窦房结病变(sinus node dysfunction，SND)也称病态窦房结综合征(sick sinus syndrome,SSS)，是一种严重的致死性心血管疾病，常引起心动过缓、窦性停搏和晕厥。SND多见于老年人,其发病随年龄的增长而增加，年龄65岁以上的患者多发。尽管SND的危害极大，对SND的病理学机制仍未完全研究透彻，既往研究表明SND与窦房结的纤维化重构有关。近来研究发现锚蛋白B对离子通道的影响在SND的发病中起着重要作用，SND患者窦房结细胞中锚蛋白B的含量明显减少。窦房结正常起搏需要L型Ca2+电流(ICa-L)，SND患者窦房结中锚蛋白B减少，一方面导致NCX、Na+/K+-ATPase、IP3R表达下调， Cav1.3(ICa-L的亚单位)定位和表达失常，使窦房结细胞Ca2+释放速度变得缓慢而不规则，ICa- L显著降低，最终导致窦性心律减慢；另一方面导致Na+/K+-ATPase的异常，细胞基质的Na+质量浓度升高，进一步抑制NCX1的活性，促使Ca2+转运和细胞的兴奋障碍[17]。最终，NCX1、Cav1.3等蛋白分子定位和表达异常导致心电紊乱，并促进SND的发生。因此，锚蛋白B的异常可能与SND的发病机制有关。此外，临床发现与锚蛋白B相关的SND以青年患者多见，而不是老年患者，具体原因尚需进一步探索。

2.5锚蛋白B在抗心肌损伤中的作用

近年来，研究发现锚蛋白B在心力衰竭等急性或慢性心肌损伤疾病中起调节作用。缺血预适应是目前最有效抵抗心肌缺血损伤的方式，研究表明Na+/K+-ATPase、Kir6.2(KATP的关键成分)作为锚蛋白B的下游信号在调节缺血预适应中发挥重要作用[18]。锚蛋白B促使肌动蛋白解聚，使KATP对ATP的敏感度降低，抑制作用减弱，进而激活KATP保护心肌细胞[19]。此外，锚蛋白B通过Ca2+稳态的调节影响心肌细胞氧化激活作用，保护心肌细胞[20]。可见，在常见心血管疾病中，锚蛋白B有保护心肌细胞的作用。

2.6锚蛋白B与心力衰竭

心力衰竭是心血管系统中的常见疾病。锚蛋白B可以调节钙依赖性蛋白激酶来激活心肌细胞内的活性氧和细胞内钙，进而导致心肌细胞损伤，加重心力衰竭。近来研究发现锚蛋白重复序列域1(ankyrin repeat domain 1 ,Ankrd1)在心力衰竭的小鼠中表达上调并激活P53蛋白使其磷酸化，促使心肌程序性细胞死亡[21]。此外，Ankrd1可以形成肌原纤维信号复合物，引起心肌肥厚[22-23]。这些因素均可以诱导和加重心力衰竭，可见锚蛋白B与心力衰竭有着密切联系。

2.7锚蛋白B对PP2A的调节作用

PP2A是一种多功能的丝苏氨酸磷酸酶，是细胞信号通路中的重要成分，它可与心脏β2肾上腺素受体(β2-adrenergic)、CaMKⅡ等结合，参与调节ICa-L、RyR和IP3R、Na+/K+-ATPase等。此外，PP2A在心脏兴奋收缩方面起着重要作用， PP2A活性急剧增高会使心肌兴奋收缩作用减弱[24]。心力衰竭患者的PP2A活性常有增高，长期PP2A过表达可引起扩张型心肌病[25]。研究表明锚蛋白B可以与心室肌细胞PPP2A调节亚基B56α的第13位氨基酸区域特异性结合，将PP2A锚定在乳鼠心肌细胞的M线或成年小鼠心肌细胞的M线和Z线上。锚蛋白B的异常使B56α表达下调，进而影响PP2A对心肌信号的调节。此外，锚蛋白B基因敲除小鼠心肌中B56α的抑制阻碍了CaMKⅡ介导的局部信号通路，并导致RyR2高度磷酸化和心肌电生理紊乱[26]。可见锚蛋白B与PP2A在心肌信号传导上有密切联系，可影响心肌的兴奋收缩。

3　总结

数10年来对心肌兴奋性及信号传导的研究主要停留在相关离子通道和跨膜蛋白层面，离子通道和跨膜蛋白本身的病变是心律失常的主要因素。而对锚蛋白的研究将心血管疾病的致病机制引入到整合蛋白的全新领域。锚蛋白在心肌细胞中不仅起结构支持作用，对各种膜蛋白的调节、细胞的稳定及兴奋也有重要作用。心肌锚蛋白B的异常导致离子通道和跨膜蛋白的固定和功能及表达异常，进而引起严重的心律失常如“锚蛋白B 综合征”；窦房结中锚蛋白B在维持细胞内Ca2+稳态方面起重要作用，并与SND有着紧密联系。此外，近年来锚蛋白B在常见心脏病方面也有所突破；锚蛋白B对心肌梗死后电重构的调节及缺血心肌的保护方面进一步拓宽了锚蛋白B在心血管系统中的功能，锚蛋白B有望是未来心血管疾病治疗的重要靶点。尽管目前对锚蛋白做出了大量研究，但我们对其性质的了解仍只是冰山一角，对锚蛋白还有许多方面仍值得继续探索。

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Research Progress of Ankyrin-B in Cardiovascular System

LI Zijin1,LI Jingdong1,2

(1.HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430022,Hubei,China; 2.DepartmentofCardiology,UnionHospital,TongjiMedicalCollege,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430022,Hubei,China)

Ankyrins are a family of “adaptor” proteins, and play critical roles in the proper expression and membrane localization of ion channels and as transporters in the cardiovascular system.Dysfunction in ankyrin-based pathways has been linked with abnormal ion channel and transporter membrane organization and fatal human arrhythmias, including ankyrin-B syndrome. Additionally ankyrin-B levels have been shown to be significantly affected following myocardial infarction and sinus node dysfunction(SND).These findings suggest that ankyrin dysfunction has been associated with human cardiovascular disease phenotypes. Advances in ankyrin research will generate new insights into the molecular biological mechanisms to understand human cardiovascular disorders. In this review, we will briefly introduce recent ankyrin-B research advance in the cardiovascular system.

Ankyrin;Ion channels;Transporters;Arrhythmias;Cardiovascular disorders

2016-01-03 修回日期：2016-03-21

国家自然科学基金(81370306)

李子进(1991—)，住院医师，在读硕士，主要从事心肌保护的研究。Email：2413481895@qq.com

李景东，教授，主任医师，主要从事心脏电生理和心肌保护的研究。Email：jingdong-li@hust.edu.cn

R54

A【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2016.04.004