心脏型肌球蛋白结合蛋白-C与心血管疾病的研究进展

2018-01-22寇晓庆常鹏孙润民车千秋梁宇博陈刚王琼英余静综述白锋审校

中国循环杂志 2018年11期

寇晓庆、常鹏、孙润民、车千秋、梁宇博、陈刚、王琼英、余静综述，白锋审校

过去的10年中，人们对心血管疾病的发生、发展机制进行了不断的探索。心脏型肌球蛋白结合蛋白-C（cMyBP-C）不仅是心肌纤维的重要成分，也是调节心脏功能的重要物质。研究发现，cMyBP-C与多种心血管疾病的发生相关，如肥厚型心肌病（HCM）、急性冠状动脉综合征（ACS）、先天性心脏病等。了解cMyBP-C在心血管疾病发生、发展中的作用，有助于我们更好地了解各类心血管疾病的发病机制，为其治疗提供新的思路。

1 心脏型肌球蛋白结合蛋白-C

1.1 基因及结构

肌节是由粗、细肌丝组成的肌肉收缩基本功能单位，肌球蛋白结合蛋白（MyBP）是粗肌丝的重要组成部分，包括MyBP-X、MyBP-C以及MyBP-H。MyBP-X主要存在于骨骼肌中，MyBP-H与MyBP-C具有类似的肌球蛋白结合位点，大量存在于心肌浦肯野细胞中[1]。MyBP-C分为C2快骨骼肌型、C1慢骨骼肌型及C3心肌型。C3心肌型，又称cMyBP-C，特异表达于哺乳动物心肌细胞，而C1型及C2型存在于骨骼肌中，在整个心脏的发育过程中都不表达[2]。

cMyBP-C基因位于11p11.2，基因长21kb,包括35个外显子，mRNA长4586 bp，可编码1274个氨基酸[3]。MyBP-C是分子量约140.8 kDa的心肌纤维结构及调节蛋白，特异表达于心脏，通过与细肌动蛋白丝及粗肌球蛋白丝的有序交互作用，对粗肌丝的正确装配和稳定，调节肌动蛋白横桥形成及肌纤维的收缩起重要作用[4，5]。MyBP-C有11个功能区（C0～C10），其中3个FN3基序，8个 IgC基序。cMyBP-C的N-末端含有一个由101个氨基酸残基组成的Ig样结构域，为心肌细胞所特有，具有高度特异性。C1～C2结构域内含有cMyBP-C的四个高度磷酸化的心脏特异性丝氨酸残基（Ser275-Ser284-Ser304-Ser311），而且cMyBP-C的C5结构域是由28个氨基酸残基组成，具有大量的脯氨酸[5,6]。

1.2 心脏型肌球蛋白结合蛋白-C磷酸化的意义

cMyBP-C正常状态下以高度磷酸化形式存在人血清中。目前发现17个cMyBP-C磷酸化位点，活性最高的位点主要有四个[5]，即：Ser273-Ser282-Ser302-Ser307，主要集中在C0-C1之间的基序中，又称为“M-domain”。cMyBP-C磷酸化调节其功能，潜在分子机制可能是磷酸化改变cMyBP-C N-末端结构域与细肌丝的相互作用并激活细肌丝[4]。研究已确定cMyBP-C磷酸化的生理意义，通过cMyBP-C磷酸化的不同程度及时程，其与肌动蛋白、肌球蛋白之间的相互作用来调节心肌功能。cMyBP-C磷酸化后还可增加粗细肌丝之间的距离，防止其去磷酸化被水解，减低心肌缺血-再灌注损伤。所以cMyBP-C磷酸化不仅具有保护心肌细胞的功能，还在调节心肌收缩舒张功能上起重要作用。

研究已表明，cMyBP-C磷酸化对心脏功能的重要性，但每一个cMyBP-C磷酸化残基的作用还不清楚，研究表明蛋白激酶A靶向选择cMyBP-C四个M结构域残基（Ser273、Ser282、Ser302、Ser307），单个cMyBP-C残基也可以被非蛋白激酶A靶向选择，如已证明Ser302磷酸化通过增强β-肾上腺素能应激期间的收缩反应来调节心脏收缩储备，而β-肾上腺素也能刺激增加cMyBP-C和心肌肌钙蛋白I（cTnI）的磷酸化来加速体内收缩与舒张的发展[7]。

1.3 心脏型肌球蛋白结合蛋白-C是蛋白酶介导的蛋白水解底物

在缺血再灌注早期，钙离子水平升高激活了钙离子依赖的蛋白酶，在心肌损伤的过程中，蛋白酶降解细胞内的蛋白质包括收缩蛋白。缺血后心脏功能障碍与钙离子依赖的肌动蛋白和cTnI的降解相关。相关研究已确定cMyBP-C可作为钙蛋白酶的蛋白水解底物[8]，并且去磷酸化使cMyBP-C容易水解，从而释放C0C1f。质谱分析表明，蛋白酶切割位点位于小鼠M带的272-TSLAGAGRR-280，该裂解片段可在心脏组织检测到[8]。这表明在大鼠心肌梗死模型及心肌梗死患者中，C0C1f产生并释放到血循环。

1.4 C0C1f结构域

急性心肌梗死（AMI）后cMyBP-C降解的致病性可能是通过破坏正常蛋白功能、通过C0C1f在肌节内直接致病性或两者共同引起的。C0C1f致病性可在腺病毒感染的新生大鼠心室肌细胞中检测到。研究发现该片段含有可能参与调节肌动蛋白和肌球蛋白丝相互作用的乙酰化位点。此外，C0C1f的表达显著升高半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3活性以及乳酸脱氢酶的释放，乳酸脱氢酶是增加细胞损伤的指标，从而证明该片段对心肌细胞的毒性[9]。C0C1f降低细胞活力，通过抑制肌动蛋白功能显著减少肌节收缩长度及速度，在体内建立C0C1f片段可引起心脏功能障碍和心力衰竭[10]。因此，描述cMyBP-C降解和C0C1f释放对肌节的毒性作用，提供了AMI患者收缩功能障碍的发生机制。C0C1f在心脏组织内是致病性的，同时在AMI后释放到循环中也可能引发自身免疫反应，促使心肌炎和进行性心脏功能障碍的发展[11]。

2 心脏型肌球蛋白结合蛋白-C与心肌病

HCM是健康年轻人群中最常见心原性猝死的原因，临床上以左心室壁不对称肥厚为特征，其发病机制仍不清楚，多认为是常染色体显性遗传病，肌节基因突变是HCM最常见的原因，β-肌球蛋白重链基因（MYH7）和cMyBP-C3是最常见的[12]。

cMyBP-C3是HCM的主要致病基因。cMyBP-C3突变的HCM 患者心肌肥厚出现晚、症状轻，不利于临床诊断，由此可能延误病情[13]。cMyBP-C3突变多为缺失、插入、重复突变，易改变或全部丢失最末端的C8～C10结构域，产生“截短蛋白”，这些异常蛋白丧失了重要的功能区如磷酸化位点、肌球蛋白重链和（或）肌联蛋白结合位点，影响MyBP-C与肌球蛋白重链和肌联蛋白的结合，使生成的蛋白质结构和功能发生缺陷，或者表达的蛋白质迅速降解，从而造成肌小节结构和功能损害，进而影响肌丝的舒缩运动，最终导致HCM。

3 心脏型肌球蛋白结合蛋白-C与冠心病

急性冠状动脉综合征（ACS）诊断主要依赖心电图，心电图对ST段抬高型心肌梗死（STEMI）的诊断意义较大，但敏感性差，对许多ACS患者，尤其对于非ST段抬高型心肌梗死（NSTEMI）患者，心电图是不能确诊的，诊断必须依靠循环标志物。cTnI和心肌肌钙蛋白T（cTnT）是诊断AMI的金标准，可从受损心肌释放到血循环中，但缺乏特异性。cTnI及cTnT在AMI后前6小时是不可检测的，且其在血液中的半衰期长，使得它们不利于诊断再梗塞，尤其是在事件发生或复发AMI后28天内发生的AMI[14]。由于AMI早期诊断对改善预后至关重要，迫切需要在0～6小时立即明确AMI及其严重程度。

目前，cMyBP-C已用于早期诊断AMI的潜在生物标志物。Kuster等[15]的研究显示，在结扎了左前降支分支的AMI猪模型中，血清cMyBP-C在心肌梗死后3小时从基线明显升高，心肌梗死后6小时达顶峰，且可在左前降支结扎后30分钟检测到。Kaier等[16]研究340例AMI患者血清cMyBP-C水平发现，cMyBP-C在AMI的诊断中有与hs-cTnT和hs-cTnI相当的诊断能力。Govindan等[17]研究发现，AMI患者中，cMyBP-C水平等于或高于cTnI和cTnT，其中cMyBP-C水平在cTnI之前下降。因此cMyBP-C可作为生物标志物早期诊断ACS。

cMyBP-C在心脏损伤后的降解和释放会刺激炎症反应及自身抗体（AAb）产生，ACS患者，尤其是STEMI患者，血清cMyBP-C-AAb显著升高。cMyBP-C-AAb的存在直接与心脏功能障碍有关，提示cMyBP-C-AAb是ACS患者潜在的心功能恶化和预后不良的指标[18]。Tong等[19]研究发现，基础cMyBP-C水平反映了多种心血管疾病的易感性。再加上其高灵敏度，cMyBP-C具有作为筛查严重心血管疾病的生物标志物的潜力。

4 心脏型肌球蛋白结合蛋白-C与心力衰竭

近年研究提示cMyBP-C基因突变的人群进展性心力衰竭发生率增加，即cMyBP-C可能在心力衰竭的发生、发展中起重要作用。

4.1 心脏型肌球蛋白结合蛋白-C与收缩性心功能不全

研究者在一个敲除cMyBP-C基因（cMyBP-C-/-）小鼠模型中发现该小鼠的左心室射血分数（LVEF）减低。该研究选取野生型小鼠和cMyBP-C-/-小鼠的蜕膜心室肌，分别检测了其在牵张激活反应中的作用，发现与野生型小鼠心肌相比，cMyBP-C-/-小鼠加速了心肌组织牵张激活反应，导致收缩射血分数减少，机制可能是cMyBP-C导致心肌不成熟的牵张激活反应引起的。因为在正常心肌组织中存在cMyBP-C与肌球蛋白特异性结合，可抑制横桥与肌动蛋白相互作用的速率及范围，维持心肌牵张激活反应的发生。而cMyBP-C对横桥与肌动蛋白抑制移除，增加了横桥与肌动蛋白结合的速率，提高了牵张后延迟性力回复的速率，肌肉力量不能回复到之前的水平，导致收缩功能障碍[20]。

cMyBP-C在心肌受损释放C0C1f片段。该片段对心肌具有致病性。研究发现在正常肌节中出现COC1f片段会干扰粗细肌丝的相互作用，影响cMyBP-C调节心肌收缩作用，而引起心肌收缩功能不全。Witayavanitkul等[21]研究发现，终末期心力衰竭患者及终末期心力衰竭犬类较正常人群及犬类，cMyBP-C磷酸化水平明显降低。这表明cMyBP-C磷酸化水平与心力衰竭的发生相关。

4.2 心脏型肌球蛋白结合蛋白-C与舒张性心功能不全

大量研究提示，cMyBP-C表达缺失和磷酸化功能障碍可能与心力衰竭舒张功能不全发生、发展相关。cMyBP-C可通过其磷酸化或去磷酸化调节横桥循环的速率，维持心肌正常舒张功能。cMyBP-C表达缺失或磷酸化水平降低都会导致心肌舒张功能不全。且相对应的动物模型也表现出与心力衰竭舒张功能不全相似的临床症状。相关临床研究显示，心力衰竭舒张功能不全患者cMyBP-C磷酸化水平显著降低，也进一步证实了cMyBP-C在舒张功能不全发生、发展中的作用。

5 心脏型肌球蛋白结合蛋白-C与高血压

左心室肥厚（LVH）是高血压常见的靶器官损害，其可导致严重的心力衰竭和恶性心律失常发生。虽然LVH与HCM都表现为左心室壁肥厚，但HCM主要为左心室壁不对称性增厚，而LVH主要为对称性左心室壁增厚，LVH的发生受基因、环境等多种因素影响。近年的研究表明cMyBP-C基因突变导致LVH，可能与突变位点影响磷酸化位点及影响收缩蛋白之间的相互作用相关[22]。

6 心脏型肌球蛋白结合蛋白-C与先天性心脏病

先天性心脏病（先心病）是最普遍的出生缺陷，其病因复杂，环境因素和遗传因素起着重要作用。有关环境因素的研究表明，叶酸缺乏与先心病有关，补充叶酸可有效降低胎儿先心病的发病率。同型半胱氨酸（Hcy）是甲硫氨酸循环的中间代谢产物，受叶酸代谢的影响。此外，Hcy能够抑制心脏神经嵴细胞形成、形态和分化，诱导大鼠心室肌细胞凋亡，并抑制早期胚胎心脏功能的血流动力学参数[23]。

cMyBP-C在先心病中的作用仍知之甚少。Western blotting和MRM方法显示cMyBP-C在先心病患者胎儿中的表达显著降低。此外，cMyBP-C通过免疫沉淀和免疫荧光与KLHL3相互作用，且cMyBP-C的降解是由KLHL3介导的泛素化引起的。另外，Hcy治疗引起cMyBP-C的降低和KLHL3表达增加，蛋白酶体抑制剂MG132逆转了Hcy诱导的cMyBP-C表达的降低，证实了Hcy降低的cMyBP-C促进了心肌细胞的凋亡。这些结果表明Hcy通过KLHL3介导的泛素-蛋白酶体途径降低了cMyBP-C的表达，从而影响心脏发育，最终导致先心病的发生[24]。