Yotiao蛋白在心律失常中的生物学功能研究进展

肖 滢，曹 伟，王群山

(上海交通大学医学院附属新华医院心内科，上海 200092)

pathy

Yotiao蛋白是由A型激酶锚定蛋白(A-kinase anchor proteins，AKAP)9基因编码的AKAP家族成员[1]。AKAP9基因位于染色体7q21～22，其编码的心脏组织Yotiao蛋白是调控缓慢激活延迟整流钾通道(slowly activating delayed rectifier potassium channel，IKs通道)磷酸化激活的重要分子，主要由KCNQ1亚基和KCNE1亚基构成[2-3]。Yotiao蛋白通过招募蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)、磷脂酶1、腺苷酸环化酶、磷酸二酯酶4D3等细胞信号转导通路中重要的底物磷酸化关键酶，特异性形成胞内大分子信号转导复合体，协调配合共同调控IKs通道的KCNQ1/KCNE1亚基磷酸化水平。Yotiao结合并调控心肌细胞中IKs通道的磷酸化状态和门控特性，对维持心肌细胞的正常电生理特性至关重要。

临床上，约90%的猝死与心律失常有关[4-5]。临床及基础研究发现，越来越多的心律失常与基因突变有关，多为心脏离子通道基因异常。心律失常可发生于任何年龄段患者，伴有或不伴器质性心脏疾病，部分心律失常患者因出现恶性心律失常的风险较高而备受关注，因此，寻找心律失常的潜在治疗靶点尤为重要。近年来，越来越多的研究显示，AKAP家族可能是潜在的心律失常治疗靶点[6-8]。现对Yotiao蛋白在心律失常中的生物学功能研究进展予以综述。

1 Yotiao蛋白的编码基因及生物学功能

1.1Yotiao蛋白的编码基因及分布 Yotiao蛋白由AKAP9基因编码，是AKAP9最短的剪接变异体。编码的AKAP9基因位于染色体7q21～22，全长169.81 Kb，最初在研究与突触后促离子型谷氨酸受体(N-甲基-D-天冬氨酸受体)NR1相关作用的酵母双杂交实验中被发现，与神经发育、突触可塑性调节密切相关[1,9]。AKAP9基因的选择性剪接可产生多种同形异构体，广泛分布在中心体和高尔基体之间，可与多个信号转导通路的信号蛋白发挥相互作用，保证细胞信号传导的精确性，主要包括CG-NAP、AKAP350、AKAP450、Yotiao等[3,10-12]。Yotiao蛋白是AKAP家族中长度最短的异构体，但是功能最活跃的蛋白之一。

1.2Yotiao蛋白的生物学功能 Yotiao蛋白的编码基因AKAP9可选择性剪接产生多种异构体，主要分布于中心体、高尔基体等部位，并与多种信号蛋白(PKA、丝氨酸/苏氨酸激酶蛋白激酶N、蛋白磷酸酶1、蛋白磷酸酶2a、蛋白激酶C和磷酸二酯酶4D3等)相互作用[2,13-15]。AKAP家族是一组结构多样、功能复杂的蛋白[8,16-17]。Yotiao蛋白可表现出多种生物学功能，如调控神经认知功能，参与胚胎生长发育、细胞分裂增殖和细胞周期调控等多种生物学功能过程；Yotiao蛋白可直接结合到心脏组织KCNQ1的C端亮氨酸拉链基序上，可与PKA调节亚基结合，将PKA全酶限制在胞内的离散位置，从而发挥细胞信号传导效应。Yotiao蛋白直接与IKs通道结合，其磷酸化有助于PKA和腺苷酸环化酶等对心脏钾通道的调节，从而特异性地调节细胞底物磷酸化过程中的各种信号转导通路，其作用类似于“脚手架”蛋白[18-20]。在心肌细胞中，Yotiao与KCNQ1-KCNE1结合可调控IKs通道的磷酸化状态和门控特性，Yotiao与KCNQ1的结合对IKs通道功能磷酸化及门控特性的调控至关重要[21-22]。

2 Yotiao蛋白与IKs通道

正常心脏的生理活动受交感和副交感神经系统的自主调节。运动或情绪激动刺激交感神经，心肌收缩力加强，心率增快，心肌传导速度及心室自律性增强，保证了心脏正常的传导节律和充足的血液灌注。正常心室肌细胞的动作电位主要分为0相、1相、2相、3相和4相。IKs通道属于Kv7.1通道，与心脏复极过程紧密相关。当机体交感神经兴奋时，β肾上腺素能受体激活，细胞内环腺苷酸水平升高，促使PKA的2个调节亚基与2个催化亚基解聚，暴露出催化亚基的活性位点，被激活的催化亚基可进一步调控下游底物磷酸化。PKA磷酸化调节IKs通道的KCNQ1亚基N端，影响通道功能及心肌细胞的复极过程。

IKs通道由4个同源KCNQ1编码形成的孔道蛋白(α亚基)和2个KCNE1编码蛋白(β亚基，也称mink亚基)组成，并以AKAP依赖途径接受交感神经的调控，Yotiao蛋白为该通道的调节亚基，调控心肌细胞的正常生理过程。通过磷酸化KCNQ1羧基端，使心肌细胞IKs电流增大，动作电位复极加快，激活曲线向负向偏移。Marx等[21]研究证实，PKA通过Yotiao磷酸化IKs通道的KCNQ1亚基增大电流幅度；当KCNQ1基因突变破坏了其与Yotiao的相互作用时，通道对环腺苷酸介导的反应性降低。Chen等[2]研究发现，Yotiao可被磷酸化，Yotiao蛋白N端S43位的氨基酸被丙氨酸取代可显著降低IKs对体内高环腺苷酸的反应。进一步的实验发现，Yotiao招募腺苷酸环化酶，并通过将磷酸二酯酶4D3、磷脂酶1结合到IKs通道的胞内结构域亚基上，协同调节离子通道的磷酸化水平和门控特性[13-14]。

随后，Kinoshita等[23]的研究显示，IKs通道发挥作用可能并不完全需要依靠Yotiao蛋白的作用；进一步的研究表明，KCNQ1 A590区域附近的基因突变能破坏IKs的电流功能，在可引起HEK-293细胞通道的电流密度降低，导致电流-电压曲线向右偏移。Kurokawa等[24]对共表达AKAP9-yotiao体系的研究发现，Yotiao蛋白与KCNQ1、环腺苷酸依赖性蛋白激酶调节亚单位2型、磷脂酶1相互结合共同作用，可将PKA传递到通道附近，并磷酸化KCNQ1 N端S27位苏氨酸亚基。由此可见，Yotiao蛋白维持IKs通道与PKA、腺苷酸环化酶等蛋白激酶大分子复合体生物学效应的协同发挥，对维持正常的心脏节律起重要作用。

3 Yotiao蛋白与心律失常、心脏离子通道病

心律失常的发病不受年龄限制，并可严重影响患者的身体健康和生活质量。心脏离子通道病多以猝死或心搏骤停为首要临床表现，其发生机制尚不清楚。对人类心脏离子通道基因突变与心律失常关系的研究可为心律失常带来新的治疗靶点[25]。心脏离子通道病是指由于某种疾病或药物引起心脏某种或多种离子通道的数目、功能甚至结构变化，导致心肌细胞电生理活动改变，由编码心脏特定基因异常所致的离子通道功能失调导致的一组临床疾病。心脏离子通道病按病因可分为遗传性和获得性两种，遗传性心脏离子通道病主要包括长QT综合征(long QT syndrome，LQTS)、短QT综合征、Brugada综合征、儿茶酚胺敏感型多形性室性心动过速和家族性心房颤动等。对心脏离子通道病的深入了解和认识，有利于制定适宜的临床决策。

美国心律学会/欧洲心律学会/亚太心律学会协会共同发布了《遗传性原发心律失常综合征患者的诊断治疗专家共识指南》[26]。目前，发达国家已将基因检测作为遗传性心律失常的辅助诊断方法，评估不同类型遗传性心律失常的基因检测结果，有助于选择疾病的诊断、预防和治疗方式，为其治疗和预后提供重要参考。明确AKAP9基因在心律失常和心脏离子通道病中的潜在作用机制将有利于更好地指导临床实践。

3.1Yotiao蛋白、IKs通道与心房颤动 心房颤动是临床最常见的持续性心律失常，以快速、无序心房电活动为特征。心房颤动的致病机制主要包括心房电重构、结构重构和炎症、氧化应激和遗传因素等[27-28]。心房电重构是发生心房颤动的重要病理学基础，主要包括心房有效不应期和动作电位时限缩短。心房颤动致病机制复杂，迫切需要找到新的有效的防治方法。

心房颤动发病时影响心房电重构的因素很多。心肌细胞内的钙超载和钾电流异常对心房颤动的发生和维持起重要作用，离子流活动很大程度上影响了心房颤动的发生与转归。心肌细胞的钙转运系统主要包括 L型钙通道、Na+/Ca2+交换体、肌质网钙泵、Ryanodine受体及其活性调节蛋白等，其中Na+/Ca2+交换体和肌质网钙泵是细胞内钙的主要清除机制。心肌细胞钾离子转运主要包括IKs和超快速激活延迟整流钾电流，其中IKs通道是心肌细胞动作电位3期重要的外向钾电流，其功能异常直接影响动作电位时程和有效不应期。心房颤动发生时，存在内向离子流减小和外向离子流增大，IKs通道的电流密度减小。心脏组织IKs通道KCNQ1亚基的C端很长，Yotiao蛋白通过N端29～46位亚基和C端1 574～1 643位亚基与KCNQ1的C端亮氨酸拉链基序相连，对维持IKs通道与PKA、腺苷酸环化酶等蛋白激酶大分子复合体的生物学协同效应以及正常的心脏节律起重要作用。靶向针对Yotiao-KCNQ1-KCNE1的结合位点可能成为潜在的心房颤动治疗靶点。

3.2Yotiao蛋白与LQTS LQTS是首个被发现的心脏离子通道病。Curran等[29]确定了LQTS的基因及其分子机制，引起了人们对离子通道病的关注。LQTS是指以心电图上QT间期延长伴有T波和(或)U波形态异常，以临床上反复发生尖端扭转性室性心动过速、晕厥和猝死为特征的综合征，分为遗传性和获得性两类。已发现的遗传性LQTS可分为15型，分为常染色体显性遗传(Romano-Ward综合征)和常染色体隐性遗传(Jervell and Lange-Nielsen综合征)，约10%的LQTS患者至少携带两种与疾病相关的突变[30]。基因突变引起离子通道功能障碍，使复极过程外相电流减小或内向电流增大，导致复极时限延长，体表心电图表现为QT间期的改变。已有研究证实，染色体7q21～22位点AKAP9编码基因突变可使其介导的IKs通道磷酸化缺失，从而引起11型LQTS。对两个大样本LQTS群体的序列分析研究证实，AKAP9(S1570L)位点突变与LQTS家族有关，提供了Yotiao突变与LQTS发生的直接证据[31]。进一步的研究发现，AKAP9位点突变使Yotiao 蛋白的表达减少，导致cAMP与Yotiao蛋白的结合障碍，从而减弱了IKs通道磷酸化作用[14]。当运动、情绪激动等导致交感神经兴奋时，IKs兴奋幅度降低，复机储备减少，导致IKs电流减少，动作电位时程相对延长，促使11型LQTS的发生发展。

随着科学技术的迅猛发展，全基因组关联研究拓宽了人们对心律失常分子机制的认知。通过对LQT1型患者AKAP9编码基因的单核苷酸多态性研究发现，AKAP9 rs2961024 GG纯合基因型与校正的QTc间期增加有关，并与心脏事件的增多以及疾病的严重程度相关，AKAP9基因很可能是遗传性1型LQTS的基因修饰因子[32]。寻找改善AKAP9失活功能的靶向治疗措施，也许可为LQTS患者系统的风险评估带来裨益。新一代测序技术有助于揭示LQTS家系中突变的AKAP9 p.(Arg1609Lys)基因功能，AKAP9与KCNQ1 C端存在2个结合序列(即残基1574～1643)，突变的AKAP9 p.(Arg1609Lys)位于该基序内，破坏了AKAP9与KCNQ1功能的正常结合，从而干扰了IKs通道功能，可能部分解释了该基因突变引起LQTS的致病机制，但对于罕见的错义变异致病作用仍需进一步的研究[33]。针对LQTS的基因特异性治疗仍处于探索阶段。

3.3Yotiao与Brugada 综合征 Brugada综合征由西班牙的Brugada兄弟首先报道并命名[34]。Brugada综合征是由多发性室性心动过速、心室颤动引起反复晕厥或猝死的离子通道病。Brugada综合征是一组由离子通道编码基因异常，伴有明显遗传异质性和家族遗传倾向的常染色显性遗传病，其心电图表现以右胸导联(V1～V3导联)ST段下斜型或马鞍型抬高为特点，夜间、静息时和饱餐后更为显著。Brugada综合征最早被认为是年轻东南亚男性猝死的常见原因之一，约60%的患者有家族史[35]。据统计，Brugada综合征占猝死人群的4%，占无结构性心脏病猝死患者的20%[36]。Brugada综合征存在无症状基因携带者、反复晕厥者及猝死者，临床疾病谱较宽，诊断和治疗较困难，对Brugada综合征病因的探索仍在继续。

对45例确诊Brugada综合征患者的下一代测序发现，6例存在Yotiao位点突变[37]。Brugada综合征患者AKAP9基因编码的Yotiao蛋白，通过与IKs的N端和C端结合，并与PKA、蛋白激酶C形成大分子复合物，调节PKA-cAMP途径，参与心肌细胞中L型钙通道和钾通道的磷酸化。基因突变干扰该复合物的形成使心肌IKs通道无法对应激条件做出调节反应，导致恶性心律失常的发生甚至猝死，但疾病的基因型和表型不一定相互对应，此研究发现的基因突变也不与心脏病理特征相符合[38]。Yotiao蛋白在Brugada综合征中的作用，尚有待大规模临床研究数据的证实。

4 小 结

Yotiao蛋白是维持细胞电学活动稳定的必要条件。Yotiao蛋白与不同蛋白酶结合形成大分子信号转导复合物，并可能作为一种“脚手架”蛋白参与胞内多种信号通路的传导，在心律失常以及心脏离子通道病中发挥重要生物学作用。对Yotiao蛋白的深入认识，将有助于加深对疾病的诊疗和认知。目前，心律失常中Yotiao蛋白的分子机制和作用方式还需进一步研究，将有助于寻找干预心律失常的治疗靶点，弥补现有抗心律失常药物的不足，从而使更多的临床患者获益。