N型钙黏蛋白与心血管疾病

2021-11-30李宁史永锋张雨薇刁鸿英

国际心血管病杂志 2021年4期

李宁史永锋张雨薇刁鸿英

N型钙黏蛋白是一种Ca2+依赖的单通道跨膜糖蛋白,由5个特征性胞外结构域(EC重复序列)、1个跨膜区和1个胞质结构域组成[1]，主要存在于闰盘横向区域的黏附膜，呈拉链式分布，可增加细胞间的联系,并提供足够的膜连接面积[2]。N型钙黏蛋白胞质区与α连环蛋白相连，结合β或γ连环蛋白构成复合体，与肌动蛋白细胞骨架连接，对维持心肌结构的稳定至关重要[3]，并可介导相邻心肌细胞间的力传导。当结合N型钙黏蛋白时，心肌细胞机械传导反应(灵敏度和黏附基质刚度)增强[4]。研究发现，α连环蛋白位于心肌细胞中内应力最高的区域，心肌细胞间收缩力程度可调节其与N型钙黏蛋白的结合[5]。

1 N型钙黏蛋白在心脏发育中的作用

N型钙黏蛋白对心肌细胞的骨架成熟和心脏组织结构完善十分重要。N型钙黏蛋白与心脏前中胚层的分类、左右不对称的建立、心脏环状形态形成及心肌壁的小梁化有关[6]。Piven等[7]发现，在N型钙黏蛋白突变的胚胎中，心肌细胞壁的结构完整性被破坏，导致心脏畸形和胚胎发育迟缓。

Vreeker等[8]收集了18份从孕龄15周到出生后11年的非心源性死亡个体的心肌标本，通过免疫组织化学标记追踪发现，黏附连接蛋白(N型钙黏蛋白和ZO-1)和桥粒蛋白的时空定位变化相同，在胚胎15周时，N型钙黏蛋白在胚胎心肌细胞外侧弥漫性分布，随着胚胎发育成熟逐渐向心肌细胞末端移动，约在出生后1年完全定位在闰盘中。

Mu等[9]发现，在大鼠胚胎第18 d时，心肌组织中的N型钙黏蛋白呈点状散在分布于细胞表面和细胞质中，发育成熟过程中逐渐集中在心肌细胞的端对端闰盘，出生后第40 d定位于心肌细胞末端的闰盘，并形成拉链状结构，维持细胞间的黏附。假设老鼠的平均寿命为3年，人类的平均寿命为80年，则推测在人类心脏组织中N型钙黏蛋白定位完成在3岁左右。

Cherian等[2]研究发现，在斑马鱼心脏小梁形成过程中，N型钙黏蛋白分子首先均匀分布在胚胎心肌细胞的侧面，随后聚集成点状模式。当小梁开始形成时，N型钙黏蛋白出现在致密层心肌细胞基底侧，这种再定位可能是由Erb-b2受体酪氨酸激酶2(Erbb2)导致的。N型钙黏蛋白沿着细胞膜从侧面向基底侧移动，是小梁细胞和致密层心肌细胞之间细胞-细胞连接形成的机制。此外，心脏收缩的机械力可介导N型钙黏蛋白在斑马鱼心肌细胞中聚集，可能有助于心脏发育过程中肌动蛋白细胞骨架重组，导致心肌细胞肥大和增生。

2 N型钙黏蛋白致心血管疾病

2.1 N型钙黏蛋白致冠状动脉粥样硬化性心脏病

Lyon等[10]研究发现，可溶性N型钙黏蛋白可与成纤维细胞生长因子受体(FGFR)结合，激活磷酸肌醇-3-激酶和丝/苏氨酸蛋白激酶(PI3K-AKT)信号通路，减少小鼠动脉粥样硬化斑块中血管平滑肌细胞的凋亡，显著提高斑块稳定性。进一步研究发现，FGFR的结合位点位于可溶性N型钙黏蛋白的胞外结构域(EC4)上，截取较小的可溶性N型钙黏蛋白片段(EC4-Fc)可能具有更大的治疗潜力[11]。此外，可溶性N型钙黏蛋白与FGFR的相互作用也可抑制血管平滑肌细胞的增殖，在离体器官培养模型中，可溶性N型钙黏蛋白可显著减缓内膜增厚(约85%)，增加离体模型的内皮细胞覆盖率,而未影响内皮细胞增殖或迁移[12]。

另有研究证明，显性负性N型钙黏蛋白(dn-N型钙黏蛋白)过表达可促使血管平滑肌细胞凋亡，减少内膜增厚[13-14]。Hulin-Curtis等[14]提出，术中用dn-N型钙黏蛋白基因选择性杀死Wnt/β连环蛋白/T细胞因子激活的血管平滑肌细胞有可能降低冠状动脉旁路移植术后再狭窄的发生。

2.2 N型钙黏蛋白致心肌病

研究发现，去整合素和金属蛋白酶10(ADAM-10)对心肌细胞中N型钙黏蛋白的加工水解发挥重要作用。目前已在成纤维细胞和神经细胞中发现ADAM10通过水解N型钙黏蛋白胞外区域的N-末端R714-I715位点，破坏N型钙黏蛋白分子的完整性，进一步影响N型钙黏蛋白/连环蛋白复合物的形成[15]。Li等[16]建立扩张型心肌病大鼠模型，用单链可变片段抗体(ScFv)干扰ADAM10对N型钙黏蛋白的水解，发现心肌细胞表面N型钙黏蛋白增加，N型钙黏蛋白/连环蛋白复合物的形成增多，进而增强心肌细胞的黏附力，改善心室重构。

在小鼠心脏中敲除N型钙黏蛋白基因可导致心肌细胞闰盘结构(包括黏附连接和桥粒)破坏和肌纤维扭曲，使肌张力丧失，导致心脏功能受损和扩张型心肌病发生。同时还提高连接蛋白43和连接蛋白40减少，可导致传导障碍、心律失常和猝死[17-18]。

心律失常性心肌病是一种遗传性心肌病，是导致年轻人发生恶性心律失常和猝死的重要原因。有研究在致心律失常性心肌病基因组中发现2个CDH2突变基因(p.D407N和p.Q229P)[19-20]。

3 N型钙黏蛋白促进心肌修复和再生

目前，以干细胞为基础的心脏治疗是诱导受损或坏死心肌修复和再生最有前途的治疗方法之一。但干细胞疗法植入细胞存活率低，功能整合不良。研究发现，N型钙黏蛋白在体外可促进牙髓间充质干细胞与受损心肌细胞间的黏附[21]。

Takehara等[22]研究发现，N型钙黏蛋白可通过稳定成纤维细胞生长因子受体1维持小鼠外胚层干细胞的功能，并可调节多能干细胞中细胞外调节蛋白激酶(ERK)和AKT磷酸化。Lee等[23]指出，在人脐带间充质干细胞修复的大鼠梗死心肌中，N型钙黏蛋白基因是唯一高表达的细胞表面基因，可通过激活ERK信号通路提高血管内皮生长因子的表达，促进血管再生。

此外，Lou等[1]通过建立小鼠心肌梗死模型发现，N型钙黏蛋白过表达可提高人诱导多能干细胞源性心肌细胞(hiPSC-CMs)在体内的存活率和植入潜力。CDH2诱导的人多能干细胞源性心肌细胞(CDH2-hiPSC-CMs)通过激活AKT信号通路而在缺血心肌中存活。同样，CDH2-hiPSC-CMs能够通过激活ERK信号通路，促进梗死周围区域血管新生。CDH2-hiPSC-CMs能够很好地整合到受损心肌中，主要是由于N型钙黏蛋白介导的跨膜通道上调，发展成机电合胞体。

研究发现，N型钙黏蛋白在脂肪组织源性间充质干细胞(ADSC)上表达。作为CTRP9(C1q-肿瘤坏死因子相关蛋白-9)的受体，阻断N型钙黏蛋白可消除CTRP9增强的ADSC心脏保护作用[24]。同样，通过实验将N型钙黏蛋白过表达的ADSC注射入梗死心肌中，发现植入ADSC在心肌中的滞留数量增加，时间延长。N型钙黏蛋白对ADSC的作用是通过增加N型钙黏蛋白/β连环蛋白复合物的表达介导的，可诱导下游分子基质金属蛋白酶10、基质金属蛋白酶13和肝细胞生长因子表达上调，进而增强ADSC促进血管生成和心肌细胞增殖的能力[25]。