微管蛋白在心脏疾病中的作用及机制的研究进展

韦晓娴

【摘要】心血管疾病仍然是全球发病率和死亡率的主要原因。微管在心脏病发病机制中的作用越来越明确，但目前针对微管的认识仍相对缺乏。我们综述了微管、微管相关蛋白和翻译后修饰的结构和动力学，以及在心脏疾病中的病理生理作用。

【關键词】微管蛋白;心脏疾病;机制;研究进展

微管是涉及广泛细胞过程的细胞骨架，能够调控多种生物学功能。微管蛋白不仅在维持细胞形态上，还在癌症，神经系统疾病和心血管疾病中发挥关键作用。

1.微管蛋白的结构

在哺乳动物细胞中，微管蛋白由α-tubulin和β-tubulin异质二聚体组成。它们是外径约为25纳米的空心圆柱体。多个tubulin二聚体形成原丝（PFs）。典型的微管蛋白有13个PFs。哺乳动物细胞和组织中，一些微管蛋白可由15或16个PFs组成，PF的数量与细胞内运输和微管排列。微管具有正极和负极两个结构极性。负极通常位于微管组织中心（MTOCs），而正极更为活跃，为微管蛋白的组装和解聚提供了位点。随着细胞内和细胞外环境的变化，微管结构是高度动态的，微管的组装和解聚迅速交替。新微管的形成是一个高度协调的生理过程，通常由几个部分完成。在特殊类型的细胞中，由于没有中心体和类似物，微管中心依赖于部分质膜，因此被称为非中心体 MTOC（ncMTOC）。γ-微管蛋白环复合物（γ-TuRC），由γ-微管蛋白、γ-微管蛋白环复合蛋白（GCP家族）、MOZART1和MOZART2组成，呈环状结构出现在微管的负端，稳定负端的微管蛋白二聚体结尾。

2.微管蛋白的作用

与其他骨架蛋白一样，微管有维持细胞形状、细胞分裂和细胞器运输的功能。在多种细胞中，微管的间期阵列与 MTOC有关。如成纤维细胞中，MTOC 位于细胞核周围，位于细胞中间，则微管呈放射状排列。神经元作为一种极其特殊的细胞，具有两种截然不同的微管组织。在轴突中，微管正端向外延伸，与许多细胞一致，而在树突中，微管正端和负端以纵横交错的方式排列。微管的力学主要来自两个层面。其中之一是被动过程。心脏微管沿着肌丝行走并与肌丝、线粒体、中间丝耦合。当肌丝收缩时，微管被压缩成正弦状。微管上的压力是心肌细胞在收缩过程中的阻力。事实上，心肌微管会增加病理条件下的舒张僵硬度。微管马达通过有针对性的方式运输细胞器、囊泡、mRNA 和蛋白质。MAPs 和 PTMs 也是调节微管运输的重要方式。

3.微管蛋白在心脏疾病中的研究进展

在心肌细胞受到机械压力的刺激后，微管的密度随着心室壁厚度的增加而平行增加。据报道，促进微管解聚的微管靶向剂可缓解心脏肥大。与心脏肥大程度同步的微管密度相比，微管 PTM 的变化早于微管密度。心肌细胞中蛋白质合成增加也是心脏肥大的特征之一。随后的研究发现秋水仙碱将翻译活动限制在细胞核周围。去酪氨酸化微管更容易与中间细丝结合。心肌细胞中的微管排列混乱，去酪氨酸化的微管不会增加心肌细胞收缩功能障碍。在肿瘤学领域，许多化疗药物与心脏不良事件有关。尤其是微管抑制剂。尽管使用微管抑制剂会出现心律失常、心肌缺血等副作用，但它们的相关性仍不清楚。在基础科学研究中，微管参与心房组织中的KV1.5通道。KV1.5 是调节心房颤动的关键钾通道。除离子通道外，微管还调节间隙连接通道。一些研究也关注微管在心肌缺血/再灌注损伤中的作用。

4.结语

微管蛋白作为细胞支架蛋白，不仅在维持细胞形态上发挥重要功能，还能够调节多种生物分子，在心血管系统中发挥重要作用。临床上针对微管蛋白的药物如秋水仙碱，紫杉醇等药物能够调节微管动态变化，将来可为治疗心血管疾病提供一种思路和方法。

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