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(石家莊市中醫(yī)院功能科，河北 石家莊 050051)

肥厚型心肌病(HCM)與擴(kuò)張型心肌病(DCM)的發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，近百年來人類對它們的研究進(jìn)展緩慢，原因是由于致病基因突變具有高度異質(zhì)性，因此缺乏一個(gè)合適的人類疾病的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型。近20年隨著分子遺傳學(xué)的快速發(fā)展，人們逐步從DNA水平上研究其致病機(jī)制。本文通過比較兩者分子機(jī)制的異同性來闡述這些最新進(jìn)展。

1 HCM

1.1 肌小節(jié)基因突變

HCM主要病理特征為室間隔不對稱增厚、肌纖維排列紊亂、心肌纖維化[1]。遺傳連鎖分析已經(jīng)將HCM的致病位點(diǎn)定義在人染色體14q11-12、2q31、19q13、1q32、15q14和22、11p11、3q21、12q23-p21，而編碼心肌肌小節(jié)內(nèi)介導(dǎo)肌肉收縮的Myosin蛋白β重鏈、基本Myosin蛋白輕鏈、調(diào)節(jié)Myosin蛋白輕鏈、肌球蛋白結(jié)合蛋白C、Titin、Actin、α-Tropomyosin、TroponinⅠ、Troponin T、Troponin C等蛋白的基因正好在這些位點(diǎn)，證明肌小節(jié)10個(gè)基因中任何一個(gè)突變均為HCM的致病病因[2]。研究表明，肌小節(jié)的基因突變存在兩個(gè)致病表型，一個(gè)是突變致顯性基因失活而引發(fā)功能蛋白數(shù)量減少(單倍體不足，失功能突變)，另一個(gè)是突變產(chǎn)生的蛋白獲得一個(gè)新的功能或干擾其他蛋白正常功能(獲得功能突變)。絕大多數(shù)肌小節(jié)蛋白的基因突變是錯(cuò)義突變和小的基因截短，不可能由于轉(zhuǎn)錄和翻譯過程的不穩(wěn)定而產(chǎn)生單倍體不足。MORITA等[3]研究證明，超過半數(shù)Myosin蛋白β重鏈的點(diǎn)突變不會編碼一個(gè)提前終止信號。雖然一些肌小節(jié)基因(如Troponin T、肌球蛋白結(jié)合蛋白C)存在基因的讀碼框插入和刪除突變(能夠改變轉(zhuǎn)錄剪接信號)，但轉(zhuǎn)錄后可產(chǎn)生穩(wěn)定的突變蛋白并整合入心肌肌絲內(nèi)[4]，不會引起功能蛋白數(shù)量的減少。上述結(jié)果證明致病基因突變是獲得性功能突變，即突變蛋白產(chǎn)生了一種新的功能，如Myosin蛋白β重鏈的錯(cuò)義突變常出現(xiàn)在4個(gè)區(qū)域，即頭部與Actin接觸位點(diǎn)的殘基上、包繞其ATP結(jié)合囊的殘基上、可活動(dòng)性支點(diǎn)區(qū)的殘基上、與輕鏈的結(jié)合位點(diǎn)處殘基上[5]。一個(gè)發(fā)生在Myosin頭部-Actin結(jié)合環(huán)基底部的氨基酸替換(由精氨酸變成谷氨酰胺，Arg403Gln)會改變環(huán)的結(jié)構(gòu)和二者的相互 作用，直接的基因表現(xiàn)型是Myosin的ATP酶活性升高、細(xì)肌絲滑動(dòng)加速、收縮力增強(qiáng)。雖然這一改變會提高功率，但突變蛋白作為一個(gè)異質(zhì)性蛋白與野生蛋白共存于肌小節(jié)內(nèi)，會對原Myosin蛋白頭部間的正常機(jī)械性協(xié)調(diào)起解偶聯(lián)作用，加之ATP酶活性升高會大量消耗ATP，一旦耗能超過供給，心肌細(xì)胞會提前死亡。因?yàn)樾募〖?xì)胞不能復(fù)制，不斷增殖的成纖維細(xì)胞會積聚在心肌組織而致心肌纖維化。

1.2 Ca2+信號在心肌肥大中的主導(dǎo)作用

肌小節(jié)蛋白的基因突變能夠改變正常肌肉收縮的分子過程，這一改變將刺激促心肌細(xì)胞增殖的分子通路而導(dǎo)致心肌肥大[6]。但目前對其機(jī)制知之甚少。一些研究表明，Ca2+在此增殖的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中扮演關(guān)鍵角色。各種原因引起的細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高均可激活鈣依賴性磷酸酶A(Calcineurin),進(jìn)而引起活化性T細(xì)胞-核轉(zhuǎn)錄因子(NF-AT3)去磷酸化和核轉(zhuǎn)位[7]，NF-AT3在核內(nèi)通過刺激多種生長因子而促細(xì)胞生長。FATKIN等[8]研究結(jié)果顯示，Arg403Gln突變可阻止肌小節(jié)內(nèi)的Ca2+在心肌細(xì)胞舒張期返回到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的Ca2+在再循環(huán)中被耗竭。這一亞細(xì)胞內(nèi)的Ca2+調(diào)節(jié)不良的直接結(jié)果是干擾了Actin-Myosin的相互作用，間接結(jié)果是刺激了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)Ca2+結(jié)合蛋白(Calsequestrin、Calpactin蛋白，主要功能是緩沖內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+濃度)的高表達(dá)。Calsequestrin、Calpactin蛋白是最具前途的介導(dǎo)心肌肥大的候選因子[9]，畸變的肌小節(jié)收縮信號通路可能在心肌肥大過程中起主導(dǎo)作用。視松蛋白(Telethonin)、親聯(lián)蛋白(Junctophilin)、α-肌動(dòng)蛋白與γ-肌絲蛋白結(jié)合蛋白(Myozenin)、包含錨蛋白重復(fù)域蛋白1(ANKRD1)、腺苷酸活化蛋白激酶亞基γ2(PRKAG2)均為不直接參與收縮的肌小節(jié)輔助蛋白，WATKINS等[10]研究結(jié)果證實(shí)，這些基因突變可瓦解胞內(nèi)鈣處理信號和機(jī)械感受信號(肌小節(jié)收縮的下游信號)，伴隨其他原因(如肌小節(jié)基因突變)所致的胞內(nèi)能量轉(zhuǎn)換和鈣處理信號的失衡，可活化AMPK、JAK-STAT激酶通路而刺激細(xì)胞過度生長，導(dǎo)致肌細(xì)胞肥大、形態(tài)失常、排列紊亂和心肌纖維化，引發(fā)HCM。

2 DCM

DCM主要病理特征為左心室擴(kuò)張、心肌收縮功能下降、心肌細(xì)胞死亡[11]。已有研究結(jié)果顯示，編碼心肌肌小節(jié)內(nèi)的Actin、TroponinⅠ、Titin、Myosin輕鏈等蛋白的基因突變也是DCM的致病原因[12]，不同的是DCM突變區(qū)域和種類具有多樣性和嚴(yán)重性[13]。其遺傳性致病基因主要集中在肌小節(jié)內(nèi)的產(chǎn)力過程、力從肌小節(jié)傳遞到細(xì)胞骨架和胞外基質(zhì)、肌小節(jié)內(nèi)各蛋白質(zhì)的相互作用、肌細(xì)胞核膜的組裝過程。4個(gè)方面相互聯(lián)系共同促成DCM的發(fā)生。

2.1 產(chǎn)力障礙

CHANDRA等[14]研究結(jié)果表明，引發(fā)DCM的肌小節(jié)基因突變主要導(dǎo)致收縮力降低。一個(gè)Myosin重鏈的錯(cuò)義突變Ser532Pro干擾了Myosin與Actin的結(jié)合,另一個(gè)Myosin重鏈的錯(cuò)義突變Phe764Leu (位于Myosin活動(dòng)性支點(diǎn)結(jié)構(gòu)域中心)干擾了力從Myosin頭部向粗肌絲的傳遞和定向，兩個(gè)突變均可降低收縮力。Troponin T蛋白上存在5個(gè)高度保守的賴氨酸密碼子，其中Lys210的刪除突變減弱了Ca2+與Troponin C的相互作用。由于Troponin復(fù)合體對依賴于Ca2+激活的Actin-Myosin ATP酶的活動(dòng)起調(diào)節(jié)作用，Actin與Myosin解離、再結(jié)合過程中所需能量因Troponin T的突變而供給減少，最終肌小節(jié)的收縮力下降而導(dǎo)致DCM[15]。更多的研究結(jié)果表明，引發(fā)HCM的Myosin錯(cuò)義突變(超過50個(gè))和Troponin T錯(cuò)義突變，不會出現(xiàn)在Myosin殘基532-764位點(diǎn)(此區(qū)域是DCM的突變位點(diǎn))或者Troponin T殘基的210位點(diǎn)及210兩翼賴氨酸殘基上[16]，這表明HCM和DCM的發(fā)生是某個(gè)肌小節(jié)基因順序突變的結(jié)果，它們享有一個(gè)共同的心肌重建通路，輕微的突變導(dǎo)致肌細(xì)胞過度生長引起HCM，嚴(yán)重的突變(較HCM更多位點(diǎn)和種類的突變)導(dǎo)致細(xì)胞過度生長不能代償而致死亡引起DCM。一些臨床研究結(jié)果支持這一結(jié)論，即擴(kuò)張的心肌也存在心肌肥大，惡化的HCM心肌擴(kuò)張和收縮力下降[17]。異質(zhì)性的Myosin突變可引起HCM，同源性的Myosin突變(兩個(gè)異質(zhì)性的雜合子雜交)可引起DCM。然而，HO等[18]研究結(jié)果顯示，不考慮患病個(gè)體的血緣遠(yuǎn)近，同一位點(diǎn)的突變既能引起HCM,也能引起DCM；一些擁有同源性的Myosin突變的稀少人群僅有心肌肥厚而無擴(kuò)張，即使Myosin重鏈突變劑量超過原來的兩倍，表明HCM和DCM可能有不同的心肌重建通路，不同的遺傳基因參與其中，或者同一通路有不同的修飾基因。關(guān)于影響HCM和DCM的基因突變需要進(jìn)一步研究。

2.2 力的傳遞障礙

存在于肌細(xì)胞漿膜下的由抗肌萎縮蛋白(Dystrophin)和Sarcoglycan蛋白組成的低聚復(fù)合體主導(dǎo)了力從肌小節(jié)到細(xì)胞骨架的傳遞。編碼此復(fù)合體的基因突變所致的力的無效傳遞會觸發(fā)心肌重建的信號通路，以此來代償性地升高其下降的收縮功能。更重要的是，復(fù)合體的突變[19](如Dystrophin啟動(dòng)子序列的突變或δ-Sarcoglycan基因刪除)會產(chǎn)生進(jìn)行性的心肌營養(yǎng)不良和功能失調(diào)(導(dǎo)致擴(kuò)張)，此為DCM的主要病因。CORAL-VAZQUEZ等[20]研究結(jié)果表明，腺病毒和腸病毒感染引起的心肌炎可導(dǎo)致活動(dòng)性DCM，致病機(jī)制是由于病毒內(nèi)的蛋白酶2A會特異性地劈開Dystrophin蛋白，被水解的蛋白功能失效，產(chǎn)生與遺傳性DCM相似的病理特征。除此以外，WATKINS[21]研究結(jié)果顯示，突變的Dystrophin-δ-Sarcoglycan復(fù)合體可破壞冠狀動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞骨架的完整性，而導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈樹的變形，由此降低了冠狀動(dòng)脈血流量而致缺血性心肌病的發(fā)生。另外，一些特異性表達(dá)于肌細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)的蛋白突變也是DCM的致病原因，如Actin相關(guān)性細(xì)胞骨架蛋白[22](LIM)和中間絲蛋白[23]Desmin的突變可以導(dǎo)致肌細(xì)胞變性或死亡而引發(fā)DCM，主要機(jī)制可能是異質(zhì)蛋白突變提高了肌細(xì)胞收縮時(shí)對機(jī)械壓力的敏感性并觸發(fā)了心肌再建的分子通路。Actin的突變可產(chǎn)生雙重功能，一方面可影響它與細(xì)胞骨架蛋白的相互作用(與力的傳遞有關(guān)),另一方面影響與Myosin的相互作用(與產(chǎn)力有關(guān))，前者可引起DCM，后者引起HCM，二者不能互相替代，提示DCM發(fā)生主要為與力的傳遞有關(guān)的基因突變所致。

2.3 肌小節(jié)內(nèi)各蛋白質(zhì)的相互作用

HERMAN等[12]研究結(jié)果表明，Titin基因截短性突變是DCM最常見的病因，同時(shí)也是HCM的病因，但后者突變的種類和數(shù)量較前者少。Titin基因截短性突變(獲得性隱形突變)產(chǎn)生短的、羧基末端被截?cái)嗟谋磉_(dá)蛋白，整合到肌小節(jié)內(nèi)并錨定于Z線區(qū)而與Z盤因子(主要是Telethonin)相互作用，但由于其太短不能通過肌間蛋白(Myomesin)錨定于肌小節(jié)中部而與M線區(qū)脫節(jié)。正常的Titin蛋白的M線部分及Myomesin可通過與肌小節(jié)的多種蛋白相互作用而調(diào)節(jié)肌小節(jié)收縮力的產(chǎn)生，失去這種相互作用將導(dǎo)致調(diào)節(jié)崩潰而致產(chǎn)力障礙。另外，截短的蛋白可不斷被細(xì)胞內(nèi)RNA和蛋白質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)降解而致Titin數(shù)量減少，這會妨礙肌小節(jié)的組裝形成，于是心肌收縮力進(jìn)一步下降，心肌重建通路被激活而致DCM。

2.4 核膜組裝障礙

除了產(chǎn)力和傳遞力過程相關(guān)的基因突變外，編碼核纖層蛋白A/C(LaminA/C)的基因突變也導(dǎo)致DCM[24]。Lamin是一個(gè)位于核膜內(nèi)表面的中間絲蛋白，其功能為維護(hù)核膜的完整性、確保細(xì)胞抵抗外界機(jī)械應(yīng)力。細(xì)胞有絲分裂時(shí)，核膜去組裝，Lamin變成細(xì)胞質(zhì)蛋白；而有絲分裂后，Lamin參與核膜的再組裝。MUCHIR等[25]研究結(jié)果表明，出現(xiàn)在LaminA/C蛋白單體中心螺旋桿區(qū)的無義或錯(cuò)義突變引發(fā)埃-德型肌營養(yǎng)不良，出現(xiàn)在單體羧基末端的無義或錯(cuò)義突變引發(fā)脂肪代謝障礙[26]，此兩種疾病可直接導(dǎo)致合并心肌傳導(dǎo)系統(tǒng)障礙(如房室傳導(dǎo)阻滯)的DCM，原因是Lamin的錯(cuò)義突變改變了其與肌小節(jié)內(nèi)的中間絲蛋白、Actin相關(guān)性細(xì)胞骨架蛋白、肌纖維膜蛋白等正常蛋白質(zhì)的相互作用，而后3個(gè)蛋白與DCM的發(fā)病直接相關(guān)；另外，Lamin基因突變破壞了肌細(xì)胞核膜的完整性，同時(shí)降低了細(xì)胞收縮時(shí)胞核的抗外界機(jī)械壓的能力，直接的結(jié)果是細(xì)胞提前死亡，導(dǎo)致DCM，核膜破裂后釋出纖維脂肪組織，后者進(jìn)入心傳導(dǎo)系統(tǒng)細(xì)胞而引起心肌傳導(dǎo)障礙[24]。目前還沒有研究結(jié)果證實(shí)Lamin突變能引起HCM。

綜上所述，無論是DCM還是HCM，無論突變位置和種類是否具有多樣性，最終的發(fā)病過程是突變將觸發(fā)心肌重建的分子通路[27]，Ca2+調(diào)節(jié)失常可能處在關(guān)鍵的樞紐地位，不同的分子通路或同一通路不同的下游信號傳導(dǎo)都將在此點(diǎn)上交匯而交互重建心臟。

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