缝隙连接/连接蛋白重构在心脏疾病发病中的作用研究进展

王学惠，刘善庭

(1新乡医学院第一附属医院，河南新乡453100；2郑州大学临床医学系)



缝隙连接/连接蛋白重构在心脏疾病发病中的作用研究进展

王学惠1，刘善庭2

(1新乡医学院第一附属医院，河南新乡453100；2郑州大学临床医学系)

缝隙链接(GJ)是心肌细胞之间连接的主要方式，主要存在于闰盘处。连接蛋白43(Cx43)是构成心室GJ的主要结构蛋白。GJ/Cx43重构包括GJ结构受损、数量减少、分布改变及Cx43表达改变。GJ重构是心脏重构的重要组成部分，是心肌梗死、心力衰竭等多种心脏疾病的共同分子特征，与胚胎心脏发育、心律失常、心衰恶化、猝死等密切相关。GJ有望成为心力衰竭治疗的新靶点。

缝隙链接；连接蛋白；心脏重构；心脏疾病；心力衰竭；心律失常

缝隙连接(GJ)是心肌细胞之间连接的主要方式，主要存在于闰盘处。GJ在相邻的两个细胞间形成一个低电阻通道，在细胞间耦联起重要作用，并为细胞间电传导和化学传导提供物质基础。GJ由相

邻细胞膜上两个连接子对接组成，其中每个连接子由6个亚单位-连接蛋白(Cx)六聚体围绕一个中央水性孔道构成[1]。哺乳动物心肌组织中的Cx家族成员主要有三种，分别为Cx40、Cx43和Cx45[1～3]。成年人心室工作心肌细胞的GJ主要包含Cx43，呈簇状颗粒位于细胞两端的闰盘处[2]。闰盘由桥粒、黏附膜和GJ组成[4]。桥粒、黏附膜位于心肌细胞的垂直面，而大部分GJ与细胞纵向平行，一些体积较大的GJ环绕于闰盘周围[1]。GJ的这种分布特征，使冲动沿细胞的纵轴传播，形成正常心肌细胞的各向异性的传播模式[2]。GJ形成的细胞间电传导通路具有传导速度快、低电阻和延搁时间短特点，保证心脏整体活动的协调性和同步性[3]。近年来研究表明，心律失常的发生不仅与心肌细胞兴奋性异常有关，还与细胞间电耦联障碍有密切联系[4,5]。大部分心血管疾病发展到晚期阶段进展为心力衰竭(后简称心衰)。心衰时不但发生心肌组织的重构，GJ也发生了明显的改变。GJ/Cx43重构包括GJ结构受损、数量减少、分布改变及Cx43表达改变。GJ重构是心脏重构的重要组成部分，与心衰时心律失常的发生及心功能的恶化密切相关。现就GJ/Cx43重构在心脏疾病发病中的作用研究进展做一综述。

1 GJ/Cx43重构在缺血性心肌病、心肌肥厚、心衰发病中的作用

构成心室肌的缝隙连接蛋白主要为Cx43。多项研究发现在缺血性心肌病、心肌肥厚及心衰的发病过程中伴随着GJ/Cx43的重构。正常情况下，心室肌细胞间端-端相邻部位GJ/Cx43明显多于侧-侧相邻的部位。GJ/Cx43重构主要表现为在疾病状态下GJ出现连续性中断、内在化、侧缘化等，Cx43在基因转录水平及蛋白水平表达量均下降，Cx43磷酸化水平降低。

研究表明，心肌梗死后GJ/Cx43发生重构现象。Matsuahita等[6]利用急性缺血大鼠模型研究发现，结扎左冠状动脉前降支6～12 h后，梗死区Cx43表达显著减少，分布紊乱无序，梗死边缘区Cx43表达下降，分布紊乱；24～48 h 后，边缘区Cx43表达急剧下降(不足对照组的5%)；Cx43表达水平在8～15 d 后恢复至正常，60 d后又逐渐下降。Kaprielian等[7]对缺血性心肌病患者的冬眠心肌进行心肌活检发现，GJ数目较正常组减少了23%，Cx43表达量则下调了32.6%，提示GJ/Cx43改变使冲动传导异常与冬眠心肌电-机械功能受损密切相关。Beardslee等[8]利用Langendorff装置研究大鼠缺血/再灌注心脏模型，发现正常情况下心肌中Cx43都是磷酸化状态的。进行缺血处理时，Cx43出现脱磷酸化，随缺血时间延长，脱磷酸化的Cx43比例增加。再灌注时，磷酸化Cx43的表达升高，随之心肌细胞功能逐渐恢复。由此得出，缺血导致的解偶联与Cx43的脱磷酸化作用、GJ内非磷酸化Cx43的累积以及Cx43从GJ到胞内转移均相关。

心肌肥厚是左室重构的重要特征，在左室由代偿性肥大向失代偿性肥大转变过程中，GJ/Cx43有一定变化。Kostin等[9]指出在主动脉狭窄患者，Cx43在代偿期表达上调是心脏对负荷增加的应激反应，而在失代偿期表达下调及分布异质性改变是适应性不良，这在心衰及室性心律失常的发生中起到重要作用。Formigli等[10]研究容量超负荷心衰猪模型，也得出相似的结论。Hesketh等[11]从细胞水平及亚细胞水平研究GJ的形态、结构及分布，研究对象为犬心衰模型，电镜下观察发现心室肌GJ出现结构受损、分布不规则、边缘化及内在化；Cx43表达下调，分布紊乱，在细胞侧膜及胞质内表达增多，与电镜结果相符，得出心衰时GJ的内在化及降解是GJ重构的表现形式之一。Dupont等[12]也证实原发病为扩张性心肌病的晚期心衰患者，左心室心肌中Cx43 mRNA及蛋白表达均下调。我们近期研究容量超负荷心衰大鼠左室心肌GJ/Cx43重构，用透射电镜观察GJ的超微结构显示心衰时GJ结构受损，部分结构溶解消失，连续性中断，电子密度降低；Cx43的分布模式发生了明显改变，不再集中于细胞两端的闰盘处，而是散在分布于细胞的侧面和胞质内；Cx43表达总量明显下降[13]。

上述研究表明，在心脏重构过程中，GJ出现空间结构、分布及数量的改变，Cx43表达、分布与GJ一致，GJ/Cx43重构伴随着心脏疾病的发生发展，是多种心血管疾病的典型特征。

2 GJ/Cx43重构在室性心律失常发病中的作用

Cx43表达异常与室性心律失常的发生密切相关，心室肌Cx43严重缺乏能导致心律失常甚至猝死。Vaidya等[14]研究了Cx43纯合子基因敲除(Cx43-/-)小鼠心室肌的电生理特性，发现在交配后17.5 d时，心室肌电传导速度明显减慢，证明Cx43与心脏胚胎发育中电传导功能有关，且其对新生小鼠正常心律的维持起着至关重要的作用。Lerner等[15]制作Cx43杂合子基因敲除(Cx43+/-)小鼠急性缺血模型，心室肌Cx43的表达量为Cx43+/+小鼠的50%，发现与Cx43+/+小鼠相比，Cx43+/-小鼠更易发生室性心律失常，而且持续时间更久。QTc是心室除极到复极的电位变化时程，是评估心室收缩同步化的重要指标。心力衰竭时延长的QTc是其特征性改变，能增加心律失常的易感性。近来研究表明，延长的QTc与心衰时恶性心律失常的发生密切相关，并与左室收缩功能下降的指标呈负相关[16]。Kirchhoff等[17]报道，Cx43+/-小鼠，表现为心肌细胞传导异常及心电图出现QTc延长。我们的研究结果也显示心衰大鼠的QTc较对照组明显延长，伴随着Cx43表达下调及分布模式异常及心功能下降。

Cx43表达异质性的改变易引起折返性心律失常的发生。心肌梗死后易于发生心律失常，尤其是室性恶性心律失常，室性心动过速是导致患者发生梗死后猝死的主要原因，梗死边缘区形成的折返环路是室性心动过速的结构基础，而GJ重构是折返环形成的解剖学基础。正常Cx43主要表达于细胞端-端连接处，在侧-侧连接处表达很少，这有助于保证冲动沿细胞纵轴传导且传导速度快于横轴；而Cx43表达的再分布表现为端-端连接处表达大量丢失，侧-侧连接处表达增加，会使冲动出现“Zig-Zig”传导，易于形成折返[4]。Cabo等[18]制作了心肌梗死犬模型，发现在心肌梗死边缘区Cx43表达明显下调，同时在该区检测到折返环，并应用计算机模拟研究发现，Cx43呈异质性分布，使梗死边缘区折返环稳定，易于发生室性心动过速。

心衰时Cx43表达异常与心衰时心律失常高易发性密切相关。心脏负荷增加时，机体产生一系列代偿机制，心肌肥厚、交感神经及肾素-血管紧张素系统(RAAS)系统兴奋，但各种代偿最终产生负面影响，加重心脏重构，导致心衰发生。有研究发现GJ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心动过速，这是引起心衰患者死亡的主要原因。Akar等[19]研究起搏诱发的犬心衰模型，结果显示模型组心室肌细胞的传导速度减慢，心脏易于发生多形性室速。Cx43出现由闰盘到细胞边缘处的再分布，Cx43磷酸化程度明显下调，得出Cx43表达异常是心衰时心律失常发生的病理生理基础。Boulaksil等[20]在对小鼠和心衰患者的研究中也得出相似结论：在伴或不伴有室性心动过速(简称室速)的心衰患者中，Cx43表达量无明显差异，但Cx43表达异质性增强。

3 GJ/Cx43重构在心肌收缩力及心功能下降发生中的作用

由Cx43组成的GJ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。GJ/Cx43重构使心脏失去合胞体式同步收缩，泵血功能下降。Cx43表达异常与心功能下降亦明显相关。Gutstein等[21]观察了Cx43-/-嵌合子小鼠心脏的电生理特性，结果显示心脏GJ/Cx43非均质性表达导致区域性心肌传导减慢，易于发生室速，同时伴有心肌收缩功能下降。心衰时GJ重构和Cx43表达异常导致心肌细胞间电耦联障碍，进一步引起心室肌非同步收缩及收缩功能下降、心功能恶化。

Kimura等[22]培养新生大鼠心室肌细胞，发现阻断GJ能引起细胞中Ca2+电流变化的非同步，同时导致细胞非同步收缩。心脏收缩不同步时，滞后的心肌收缩时室壁张力增加，引起室壁不断扩张，导致心力衰竭。Akar等[19]报道，在心衰发展过程中，GJ/Cx43重构引起心室肌电传导速度减慢，导致左室舒张末压降低，提示心衰时GJ重构可使心功能恶化。肌浆网转运Ca2+功能下降是心衰发生的重要环节，而Chu等[23]研究发现，单纯增加肌浆网钙泵表达可加强Ca2+转运功能，却不能阻止动物模型发生心衰，主要原因是心衰时Cx43表达下调、Cx43脱磷酸化和重新分布导致心肌细胞间GJ失耦联。

目前，临床上抗心律失常治疗主要应用抗心律失常药，但抗心律失常药大多都有严重不良反应，主要为致心律失常作用。因此，临床上迫切需要新的抗心律失常药物出现。抑制GJ/Cx43重构，能恢复心肌细胞间电耦联，改善冲动在细胞间传导，使心脏电活动趋于同步，减少心律失常发生，进一步使收缩同步，改善心功能。Iravania等[24]研究表明，抑制RAAS能上调Cx43表达，缩短QRS及QTc，改善心肌电重构，同时降低室性心律失常发生的易感性，减少猝死发生。Liu等[25]在兔心衰模型的研究中发现，抑制氧化应激导致的Cx43下调能改善电重构，缩短QRS，减少心律失常发生。Sovari等[26]也得出类似结论。Xie等[27]报道，心衰患者心功能改善与QT/QTc缩短有关，逆转GJ/Cx43重构可缩短QT/QTc、恢复心脏机械收缩同步性从而改善心功能。Greener等[28]栓塞猪前降支制备心肌梗死模型，用转基因技术提高梗死边缘区Cx43的表达，发现转基因组心肌细胞传导速度明显提高，只有40%易于诱发室性心动过速，而对照组100%易于诱发室性心动过速。由此得出上调梗死边界Cx43表达量可以降低室性心动过速易感性。

1880年Aonuma等从牛心房中分离出一种肽类物质可明显改善心肌细胞簇的节律性，因而将其命名为抗心律失常肽(AAP)。AAP抗心律失常的机理为改善细胞间的耦联，加快动作电位在细胞间的传导，使心肌细胞间的电活动趋向一致化。Muller等[29]研究表明，AAP10可增加离体豚鼠心肌细胞间GJ电传导性，加强细胞间的耦联。Jennifer等[30]发现AAP10主要通过PKC通路经Cx43改善细胞间代谢耦联，而对Cx40的作用很小。由于AAP只改善细胞间传导，对心肌细胞膜离子通道及细胞本身电生理特性没有影响，所以不会产生致心律失常作用，亦不会使原有的心律失常恶化。因此，以GJ为靶点的抗心律失常药的研究应用，将为心律失常的防治提供新的方向。

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河南省基础与前沿技术研究计划项目(142300410191)。

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.39.036

R54

A

1002-266X(2016)39-0106-04

2016-07-06)