心脏钠通道β2亚基转运和功能分析

王志华，张秀峰，柳金金

（1.内蒙古自治区妇幼保健院 药剂科，内蒙古 呼和浩特；2.湖北医药学院 第三临床学院，湖北 十堰）

0 引言

心脏电压门控性钠通道负责心脏动作电位0相去极化，对于维持心脏的正常生理功能至关重要。电压门控钠通道由α功能性亚基和β辅助亚基以及调节蛋白组成。心脏主要表达的是Nav1.5通道，Nav1.5通道的α亚基由SCN5A基因编码，SCN5A突变经常会导致多种遗传性心律失常疾病。除α功能性亚基外，β调节亚基异常也能够导致心律失常。心脏主要表达的是β1亚基，但是近几年越来越多的研究者关注于对β2亚基的研究，并且发现β2亚基与室颤、房颤、Brugada综合征等心律失常的发生有关。

1 心脏电压门控性钠通道

心脏最主要的钠通道是Nav1.5通道，由一个成孔的α功能性亚基和一个或两个β辅助亚基以及调节蛋白组成。Nav1.5通道的异常改变会导致一些心脏离子通道疾病，主要是由位于染色体3p21的SCN5A突变导致。心脏钠通道决定动作电位（AP）的0相去极化，影响心肌细胞AP的产生和传播，因此，它对心脏的兴奋性有重要作用。

Nav1.5通道位于心肌细胞质膜上，它的定位和功能由辅助亚基和其他相关蛋白调控。钠通道生物物理特性的变化可能会导致通道的“功能获得”或“功能丧失”。Nav1.5的正确表达和翻译对维持心脏正常功能至关重要，通道转录调控的缺陷，会影响SCN5A的表达或翻译后修饰，引发潜在的致命性心律失常。Nav1.5通道精确的定位对于AP的产生至关重要，它在膜上定位的缺陷，或不正确、不充分的锚定可能会影响通道的功能。要了解Nav1.5通道在心脏功能中的作用以及通道异常可能导致的疾病，对通道转运和定位的研究至关重要，特别是研究其调节亚基和相关调控蛋白的作用。

2 心脏钠通道的β亚基

心脏Nav1.5通道的β亚基家族包括五种不同的β亚基（β1-β4和β1B），由SCN1B-SCN4B编码，β1B是β1的剪接变体。β亚基有一个共同的膜拓扑结构，包括采用免疫球蛋白折叠的胞外N端，跨膜结构域和胞内C端结构域，但β1B缺少跨膜结构域。β1和β3亚基与Nav1.5通道的α亚基非共价结合，而β2和β4亚基通过二硫键共价连接。钠通道实际上可能以较高阶的复合物起作用，并且还可以与许多其他信号途径中涉及的其他蛋白形成复合物[2]。β亚基在调节Nav1.5通道的动力学、门控特性、细胞表面表达和电压依赖性方面起重要作用。另外β亚基通过细胞外区域或跨膜结构域（TMD）与Nav1.5通道相互作用，在确保通道的α亚基有效转运到质膜上也具有重要作用。本文主要关注β2亚基对Nav1.5转运的影响。Nav1.5通道的转运可以从以下角度分析：Nav1.5如何靶向定位在细胞表面结构域，如何将Nav1.5保留在肌膜的某些区域中。我们重点讨论与Nav1.5通道相关的β亚基，主要是β2亚基。

目前对钠通道β亚基功能的看法是：它们决定通道复合物的正确细胞表面定位，控制通道门控特性和动力学，调节α亚基的基因表达。β亚基的蛋白结构域与α亚基相互作用，以及β亚基翻译后修饰对通道维持正常的生理功能具有重要作用。β亚基的糖基化，尤其是唾液酸化对于通道的调节很重要，唾液酸化的β1亚基可以改变Nav1.2和Nav1.5通道的门控特性，但是β2亚基的唾液酸化只能影响Nav1.5的门控特性，而Nav1.2不受影响。这说明β2亚基对Nav1.5通道门控特性的调节具有特异性。

3 心脏钠通道β2亚基的结构

β2亚基是具有细胞外免疫球蛋白（Ig）样环的I型跨膜蛋白，细胞外环具有三个潜在的N-糖基化位点，即Asn-42，Asn-66和Asn-74。另外，短的细胞内C末端结构域具有两个可能的磷酸化位点，即Ser-192和Thr-204。β2亚基与Nav1.5通道以及其他通道调节分子之间相互作用，影响Nav1.5通道的正确定位，与通道正常生理功能的维持有关。

4 心脏钠通道β2亚基的转运及其对通道的调节作用

Nav1.5通道的β2亚基对于控制通道的定位有重要意义，第一个与BrS相关的SCN2B基因突变，使细胞表面的Nav1.5降低，β2 D211G突变（Asp被Gly取代）导致钠电流降低约40%。与其保持一致的研究结果是，在小鼠心室肌细胞，SCN2B突变，α亚基的表面水平下降40%，导致钠电流下降。在Madin-Darby犬肾（MDCK）细胞中外源表达的β2亚基以极化的方式位于质膜区。在MDCK细胞和心肌细胞衍生的HL-1细胞中，Nav1.5在表面的定位都会通过β2亚基增强，但不会通过D211G突变亚基增强[1]。ID处由Nav1.5通道和磷酸化的β1组成的通道复合物，与N-钙黏着蛋白和Cx43密切相关，而T小管中的通道由通道其他亚型组成，与锚蛋白B相关。理解决定这些物质相互作用的机制至关重要，因为钠通道在肌膜亚区域的不同位置会影响AP传导速度和心脏冲动传播。

β2亚基是如何转运到细胞表面的机制目前还未知，如果β2亚基分布在特定的肌膜区域，通过对其特定区域的研究，将有助于确定Nav1.5通道在心肌细胞表面的精确位置。最近发现，β2亚基的N-糖基化是其有效转运和定位于质膜所必需的，值得关注的结果是，非糖基化的β2亚基不会促进Nav1.5通道的表面定位。

5 心脏钠通道β2亚基的功能及相关心律失常

在犬的心室未检测到β2和β4亚基（与β1和β3不同），这意味着这些亚基对于BrS的区域表现可能没有作用。β2亚基是细胞间粘附和迁移所必需的，因为β2亚基具有细胞粘附分子（CAM）的功能，细胞外结构域可通过同系和异系相互作用连接，从而起到细胞粘附的作用。这种对细胞粘附的作用可能独立于它们对通道α亚基的作用。由于SCN2B基因敲除小鼠表现出不受控制的纤维化，因此研究者提出，β2亚基细胞内结构域可能有调节基因抑制心房纤维化。

同时，β亚基作为信号分子参与细胞粘附，迁移和神经突生长。在心脏功能方面，最近的研究结果显示，β1亚基通过介导细胞粘附，促进AP沿着心室肌细胞的传播。这项工作表明，β1亚基促进了相邻细胞之间的离子交换。因此，可以推测β2亚基可能在心肌细胞中也具有相似但未发现的粘附和信号传导功能，研究这些潜在功能可能有助于更好地了解β2亚基对心脏钠通道的作用。

在心脏方面，β2在调节心肌细胞钠通道的定位和功能方面有重要作用。为了揭示β2是如何影响细胞表面Nav1.5的定位，分析β2亚基对极化MDCK细胞中Nav1.5通道的定位和功能的影响，数据表明，如果N-糖基化被取消，β2亚基靶向细胞表面定位会受到影响，从而导致β2亚基在ER中的保留。三重非糖基化β2突变体的一小部分，仍然可以绕过高尔基体而到达细胞表面，并正确定位，但是，它不会促进Nav1.5通道的表面定位，此突变体的共表达会导致Nav1.5通道的表面水平降低。然而，单个N-糖基化足以使β2亚基到达细胞表面并确保有效的Nav1.5通道定位，此现象值得进一步研究。

Nav1.5与β亚基之间存在间接联系，可能与调节α亚基的定位有关。研究证实，直接的α/β相互作用基本上是通过细胞外二硫键的结合在Cys-55处发生的，但其相互作用可能较不稳定。先前的研究揭示了β2亚基与α亚基的确切接触点，并指出β2亚基在钠通道β亚基中的特殊性，但这种特殊的机制有待阐明。总之，我们至少部分认为：β2亚基对α亚基的作用，特别是对Nav1.5通道的作用可以间接发生。

β2亚基突变使钠通道在细胞膜定位出现障碍，钠电流减小，Nav1.5表达降低，导致通道功能改变，进而能够引发BrS。另外，在SCN2B缺失小鼠的心脏，观察到心室肌细胞钠电流减小，右心室流出道区域的传导减慢，表明SCN2B基因缺失会导致室性和房性心律失常，这与人类患者中报告的SCN2B突变一致。

6 结语

心脏电压门控性钠通道决定AP的产生和传播，对于维持心肌细胞的正常生理功能至关重要。钠通道正常功能的发挥是由通道相关亚基及调节蛋白组成的通道复合物共同决定的，任何成分的异常变化都会有导致心律失常的风险，因此，研究其导致心律失常的可能机制对于人类健康至关重要。β2亚基在调节心肌细胞钠通道的定位和功能方面有重要作用，对于β2亚基的研究有助于更好地理解钠通道如何正确定位，从而有助于人们更好地了解心律失常的发展及发生机制。对于β2亚基功能的研究结果也有利于我们对患者进行风险分层，从而预测心律失常的发生和危险性，避免致命性心律失常事件的发生。