喬斌超，賈永平，陳小平

(1.山西醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院,山西 太原 030001;2.山西醫(yī)科大學第一醫(yī)院心內(nèi)科,山西 太原 030001;3.山西醫(yī)科大學附屬太原中心醫(yī)院心內(nèi)科,山西 太原 030009)

心血管疾病嚴重危害人民生命健康,據(jù)《中國心血管健康與疾病報告2021》概述顯示,2019年我國農(nóng)村、城市心血管疾病分別占死因的46.74%和44.26%,每5例死亡病例中就有2例死于心血管疾病[1]。心肌肌球蛋白結(jié)合蛋白-C(cardiac myosin-binding protein-C,cMyBP-C)是心肌粗肌絲的重要組成部分,可以通過磷酸化或去磷酸化調(diào)節(jié)心肌收縮、舒張功能。研究發(fā)現(xiàn),cMyBP-C與急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)、心肌病、心力衰竭(heart failure,HF)、主動脈瓣狹窄(aortic stenosis,AS)、高血壓心肌肥厚、心肌炎等心血管疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[2],但具體作用機制尚未完全闡明。本文就cMyBP-C在心血管疾病中的作用研究進展予以綜述,以期為心血管疾病的診斷、治療及預后評估提供參考。

1 cMyBP-C概述

1.1 cMyBP-C基因及結(jié)構(gòu)

肌球蛋白結(jié)合蛋白-C(myosin-binding protein-C,MyBP-C)是一種多結(jié)構(gòu)域蛋白,位于肌節(jié)C區(qū)內(nèi),根據(jù)其在染色體上的不同定位,分為3種不同的亞型,包括C1慢骨骼肌型(s)、C2快骨骼肌型(f)和C3心肌型(c),分別由3個獨立的基因編碼:12q23.3上的MYBPC1、19q33.3上的MYBPC2、11p11.2上的MYBPC3;C3型即cMyBP-C,僅存在于心肌中,區(qū)別于C1和C2 骨骼肌型[3-4]。

cMyBP-C最早發(fā)現(xiàn)于1973年,是由1 274個氨基酸殘基組成的相對分子質(zhì)量為140 000的結(jié)構(gòu)蛋白[5]。cMyBP-C共有11個由免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)樣和纖維連接蛋白結(jié)構(gòu)域組成的功能區(qū)(C0～C10);cMyBP-C與肌球蛋白絲骨架垂直連接,在肌節(jié)A帶的2/3處形成7～9條橫紋,每條橫紋間隔43 nm[6-7]。其中,C0處含有1個額外的Ig樣結(jié)構(gòu)域,C0～C1結(jié)構(gòu)域內(nèi)含有1個富含脯氨酸-丙氨酸的區(qū)域,類似于肌動蛋白結(jié)合蛋白,C1～C2結(jié)構(gòu)域之間含有磷酸化位點,C5結(jié)構(gòu)域中包含28個氨基酸[8]。

1.2 cMyBP-C磷酸化

正常生理條件下,cMyBP-C在人體內(nèi)是高度磷酸化的,其作為心肌細胞特有的粗肌絲結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)蛋白,可以通過磷酸化或去磷酸化調(diào)節(jié)心肌功能?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的cMyBP-C磷酸化位點共有17個,其中在C1～C2結(jié)構(gòu)域之間含有1個M基序,包含4個高度磷酸化的絲氨酸殘基,分別為Ser273、Ser282、Ser302及Ser307[9]。其中,Ser302是主要的cMyBP-C磷酸化殘基。研究顯示,在表達非磷酸化cMyBP-C的Ser302轉(zhuǎn)基因小鼠模型中,Ser302殘基磷酸化通過增強β腎上腺素能應激期間的收縮反應來調(diào)節(jié)心臟收縮儲備,以滿足在β腎上腺素能刺激過程中更高的循環(huán)需求,這個過程是提高心室內(nèi)壓力和心肌收縮力所必需的[10]。cMyBP-C的Ser282殘基磷酸化在超松弛調(diào)節(jié)中起主要作用,通過將肌球蛋白頭部從抑制狀態(tài)釋放,促進肌球蛋白與肌動蛋白相互作用,從而增強心肌收縮功能[11]。研究發(fā)現(xiàn),在心肌缺血/再灌注期間,cMyBP-C去磷酸化容易被蛋白酶水解而產(chǎn)生截短蛋白片段,該片段可促進cMyBP-C與肌球蛋白頭部結(jié)合,限制肌球蛋白空間流動性,減弱肌球蛋白與肌動蛋白相互作用,抑制心肌功能,從而加重心肌缺血/再灌注損傷;相反,cMyBP-C磷酸化可以防止cMyBP-C被水解,維持心肌正常功能,減輕心肌缺血/再灌注損傷[12-13]。KUMAR等[14]研究發(fā)現(xiàn),cMyBP-C去磷酸化可減弱肌動蛋白與肌球蛋白相互作用,導致心肌收縮力降低、鈣循環(huán)異常;而cMyBP-C磷酸化可促進肌動蛋白與肌球蛋白相互作用,加速橫橋循環(huán)速率,使心肌收縮功能得到改善,促使鈣循環(huán)恢復正常。綜上所述,cMyBP-C磷酸化有調(diào)節(jié)心肌功能和保護心肌細胞的作用。

1.3 cMyBP-C磷酸化相關(guān)蛋白激酶

cMyBP-C可以被一系列信號通路相關(guān)的蛋白激酶磷酸化,包括蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)、蛋白激酶C、蛋白激酶D以及Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶。PKA是作用于cMyBP-C的主要激酶,在cMyBP-C的 M基序中有3個絲氨酸殘基(Ser-273、Ser-282和Ser-302)被PKA磷酸化,且通過磷酸化增強心肌對β腎上腺素能刺激的反應[15]。其他非PKA激酶也可以磷酸化cMyBP-C M基序中的絲氨酸殘基,例如蛋白激酶C磷酸化Ser273和Ser302,蛋白激酶D磷酸化Ser302,Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶磷酸化Ser307,表明cMyBP-C磷酸化相關(guān)蛋白激酶對M基序絲氨酸殘基具有不同的特異性和調(diào)節(jié)作用[16]。

2 cMyBP-C在心血管疾病中的作用

2.1 cMyBP-C與AMI

AMI是指冠狀動脈粥樣硬化斑塊破裂出血繼發(fā)血栓形成,引起冠狀動脈血管完全閉塞,導致相應心肌急性缺血缺氧壞死。心肌肌鈣蛋白(cardiac troponin,cTn)被認定為診斷AMI的“金標準”,在HF、心肌炎、肺栓塞等疾病中也會非特異性升高;但是,cTn在血液中的半衰期較長,不利于AMI的早期診斷及再梗死判斷[17]。因此,尋找特異性更高、出現(xiàn)時間更早的心肌壞死標志物,對臨床AMI的早期診斷、治療及預后判斷具有重要意義。

GOVINDAN等[18]研究發(fā)現(xiàn),AMI患者血漿中cMyBP-C水平顯著升高,當cMyBP-C最佳臨界值為68.1 μg·L-1,其診斷AMI的敏感度為66.2%、特異度為100.0%;因此,認為cMyBP-C具有出現(xiàn)早、心肌特異性強、敏感性高、易被檢測等優(yōu)勢,是一種新的、有前景的心肌梗死生物標志物。KAIER等[19]納入了340例AMI患者,通過測定胸痛<3 h的早期就診患者血清中cMyBP-C與cTn水平發(fā)現(xiàn),cMyBP-C診斷AMI的敏感度較高敏cTnT稍高,與高敏cTnI相似;而cMyBP-C診斷AMI的特異度顯著高于高敏cTnT和高敏cTnI。隨后的研究還發(fā)現(xiàn),cMyBP-C對出現(xiàn)癥狀2 h后的AMI的診斷敏感度和陰性預測值均達到100%,且對AMI的診斷效能優(yōu)于高敏cTnT[20];這提示,在出現(xiàn)癥狀后、早期就診的AMI患者中,cMyBP-C有更好的鑒別診斷效能,有助于AMI患者的早期診斷。KUSTER等[21]檢測AMI豬模型血漿中cMyBP-C水平發(fā)現(xiàn),與cTn相比,cMyBP-C在心臟損傷后早期就被釋放,其在左前降支結(jié)扎30 min 后即可被檢測到,3 h后開始從基線升高,在 6 h達到峰值。朱吉剛[22]研究發(fā)現(xiàn),與健康對照者相比,AMI患者血清中cMyBP-C水平顯著升高,且在AMI發(fā)病4 h內(nèi)血清cMyBP-C水平即開始升高。以上研究結(jié)果均表明,在發(fā)生AMI時,cMyBP-C釋放早、上升快,且敏感度、特異度高,有望成為早期診斷AMI新的生物標志物。

2.2 cMyBP-C與肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy,HCM)

HCM是一種遺傳性心肌病,以左心室肥厚、心肌細胞紊亂及心肌纖維化為特點。目前,已發(fā)現(xiàn)有26個致病基因和1 500多個突變位點與HCM有關(guān),其中以cMyBP-C基因及β-肌球蛋白重鏈基因突變最常見,合計約占家族性HCM患者的50%[23]。多數(shù)cMyBP-C基因突變是截短突變,包括雜合移碼、無意義或剪接位點突變,可產(chǎn)生過早終止密碼子,大多數(shù)cMyBP-C基因突變可導致RNA降解和cMyBP-C蛋白表達降低,進而引起不同程度的心肌收縮功能障礙,最終導致HCM的發(fā)生[24]。

TOEPFER等[25]研究發(fā)現(xiàn),人類和小鼠MYBPC3突變破壞了正常的肌球蛋白構(gòu)象,導致心肌收縮、舒張功能障礙,出現(xiàn)心室肥厚、心肌細胞紊亂和心肌纖維化等HCM特點;這表明cMyBP-C單倍體功能不全是HCM的基本病理機制。PRONDZYNSKI等[26]使用基因轉(zhuǎn)移技術(shù),將全長MYBPC3 cDNA導入由MYBPC3基因突變導致HCM患者的多能干細胞衍生心肌細胞中,結(jié)果表明,通過提高cMyBP-C水平可部分糾正cMyBP-C單倍體功能不全并抑制心肌細胞肥大;這表明,MYBPC3基因突變可降低HCM患者心肌細胞中cMyBP-C水平, cMyBP-C在防止心肌肥大和功能障礙方面可發(fā)揮一定作用。

HCM也是年輕人心源性猝死的主要原因之一,其分子機制尚不清楚,有研究發(fā)現(xiàn),動作電位延長是肥大的心臟容易發(fā)生心源性猝死的一個共同特征[27]。TOIB等[28]通過敲除cMyBP-C基因來誘導HCM小鼠,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與對照小鼠相比,cMyBP-C基因敲除小鼠出現(xiàn)心室肌細胞肥大、組織纖維化和收縮功能障礙,遙測心電圖記錄顯示,cMyBP-C基因敲除小鼠表現(xiàn)出QT間期延長和明顯的室性心律失常;進一步的全細胞電流和電壓鉗實驗顯示,cMyBP-C基因敲除小鼠心室肌細胞復極化K+電流明顯減少,動作電位顯著延長,這說明,cMyBP-C基因缺失可增加HCM小鼠心律失常易感性和心源性猝死風險。

2.3 cMyBP-C與限制型心肌病(restrictive cardiomyopathy,RCM)

RCM是一種以限制性左心室病理生理學表現(xiàn)為特點,包括心內(nèi)膜纖維化、心室壁僵硬度增加、舒張功能障礙和充盈受限,且病因和組織學特征最廣泛的心肌病[29]。RCM具有遺傳異質(zhì)性,主要表現(xiàn)為常染色體顯性遺傳,來自肌節(jié)蛋白的MYBPC3基因突變是RCM的病因之一[30]。WU等[31]研究認為,在HCM患者中,MYBPC3基因突變與疾病晚發(fā)性相關(guān),且臨床預后良好,而在RCM患者中,MYBPC3基因突變可導致嚴重的心室舒張功能障礙;通過高通量DNA測序發(fā)現(xiàn),MYBPC3基因突變與家族性和散發(fā)性RCM有關(guān)。PARK等[32]通過基因測序發(fā)現(xiàn),不同個體中相同的MYBPC3基因突變會導致一個家庭呈現(xiàn)不同的心肌病,如特發(fā)性RCM和HCM;這表明,MYBPC3基因突變與RCM和HCM均有關(guān),提示RCM與HCM存在臨床和遺傳重疊。

2.4 cMyBP-C與擴張型心肌病(dilated cardiomyopathy,DCM)

DCM是一種以左心室或雙心室擴張伴收縮功能障礙為特點的心肌病。DCM具有基因突變或家族遺傳背景,主要是常染色體顯性遺傳。到目前為止,已在大約40個導致DCM的基因中發(fā)現(xiàn)了致病變異,其中cMyBP-C基因突變就與DCM有關(guān)[33]。有研究發(fā)現(xiàn),攜帶cMyBP-C等位基因突變的純合子小鼠出生時左心室擴張和收縮功能降低,表現(xiàn)為進行性DCM,具有明顯的心肌細胞肥大、肌原纖維紊亂和營養(yǎng)不良性鈣化等組織病理學改變,表明MYBPC3基因突變與DCM的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[34]。LYNCH等[35]比較純合型cMyBP-C基因突變小鼠與野生型小鼠發(fā)現(xiàn),MYBPC3基因突變的小鼠出現(xiàn)左心室內(nèi)徑增大、心肌纖維化及心臟擴張等DCM特征,且促炎性巨噬細胞顯著增多,這可能是MYBPC3基因突變導致的炎癥引起cMyBP-C蛋白結(jié)構(gòu)、功能改變,最終導致DCM的發(fā)生。

2.5 cMyBP-C與HF

HF是所有心血管疾病的終末期表現(xiàn),其早期診斷對于患者治療方案的選擇和預后評估具有重要意義[36]。目前,氨基末端B型利鈉肽前體是HF早期識別、診斷及預后判斷的最主要生物標志物[37]。近年來發(fā)現(xiàn), cMyBP-C可能也參與HF的發(fā)生發(fā)展過程。

HOU等[38]研究發(fā)現(xiàn),HF大鼠體內(nèi)的cMyBP-C磷酸化水平降低,通過使用cMyBP-C肽增加cMyBP-C磷酸化水平,可以改善HF時的心肌收縮力。已有研究證實,cMyBP-C是心肌舒張的關(guān)鍵介質(zhì),其可以通過磷酸化或去磷酸化調(diào)節(jié)橫橋循環(huán)速率,維持心肌正常舒張功能;cMyBP-C表達缺失或磷酸化水平降低都可以引起心肌舒張功能障礙[39]。ROSAS等[40]研究發(fā)現(xiàn),非磷酸化cMyBP-C小鼠出現(xiàn)活動耐力下降、心臟肥大、肺水腫和B型利鈉肽水平升高等HF癥狀;超聲心動圖和壓力/容量測量表現(xiàn)為心臟舒張功能障礙的射血分數(shù)保留性HF。另有研究發(fā)現(xiàn),非磷酸化cMyBP-C使β腎上腺素能介導的心臟收縮舒張儲備受損,導致心臟收縮射血和舒張充盈失衡;通過提高cMyBP-C磷酸化水平增強β腎上腺素能刺激,可以增強心臟功能、改善心臟血流動力學[41]。以上研究表明,cMyBP-C是調(diào)節(jié)心臟收縮舒張功能的重要物質(zhì),cMyBP-C磷酸化降低與HF發(fā)生有關(guān),cMyBP-C磷酸化狀態(tài)的調(diào)節(jié)可能成為一種改善HF時心臟功能的治療方法。

2.6 cMyBP-C與AS

AS是一種常見的心臟瓣膜病,可引起呼吸困難、心絞痛、暈厥等癥狀,甚至導致HF、猝死等嚴重并發(fā)癥。臨床上早期、精確識別AS,對及早干預及延緩該病進展至關(guān)重要。

ANAND等[42]研究發(fā)現(xiàn),即使在調(diào)整了cTn水平后,血清中cMyBP-C水平也與AS較差的預后有關(guān);該研究還發(fā)現(xiàn),在接受瓣膜置換的AS患者中,cMyBP-C水平與心肌細胞壞死有關(guān),而心肌細胞壞死又是晚期AS從心肌肥厚進展為心肌纖維化的主要特征,表明cMyBP-C的釋放是AS引起心肌肥厚的直接后果;這提示,cMyBP-C可能成為AS后心肌損傷、肥厚及纖維化的新的生物學標志物。COPELAND等[43]選取因AS而接受瓣膜置換手術(shù)以減輕壓力負荷過重患者的心肌活檢樣本(壓力超負荷患者的左心室流出道壓力梯度為30～100 mm Hg,1 mm Hg=0.133 kPa),測定壓力超負荷的心肌中的cMyBP-C磷酸化水平,結(jié)果顯示,壓力負荷過重心肌樣本的cMyBP-C磷酸化水平降低,表明cMyBP-C磷酸化水平減少與AS后壓力超負荷有關(guān)。目前,關(guān)于cMyBP-C在其他心臟瓣膜病中的作用研究報道較少,需要進一步深入探討。

2.7 cMyBP-C與高血壓心肌肥厚

高血壓是心腦血管疾病的重要危險因素,左心室心肌肥厚是高血壓常見的靶器官損害,其可以導致嚴重HF和惡性心律失常的發(fā)生。高血壓心肌肥厚主要表現(xiàn)為左心室心肌對稱性肥厚,其形成與神經(jīng)體液、血流動力學、基因及環(huán)境等多種因素有關(guān)[44]。由于高血壓左心室心肌肥厚與HCM引起的左心室肥厚均有基因突變參與[45],因此cMyBP-C基因突變可能參與高血壓心肌肥厚的過程。有研究顯示,神經(jīng)元一氧化氮合酶介導cMyBP-C磷酸化的主要作用是調(diào)節(jié)Ca2+敏感性,通過抑制一氧化氮合酶對肌絲Ca2+進行脫敏處理后,高血壓小鼠左心室心肌細胞中MYBPC3基因突變可導致cMyBP-C磷酸化改變,影響肌球蛋白與肌動蛋白結(jié)合,從而引起心肌肥厚[46];這表明,cMyBP-C基因突變引起的高血壓左心室心肌肥厚可能與突變位點影響cMyBP-C磷酸化及收縮蛋白之間相互作用有關(guān)。

2.8 cMyBP-C與心肌炎

心肌炎是一種以心肌細胞破壞、間質(zhì)炎癥細胞浸潤和纖維化為特征的炎癥性疾病,其臨床表現(xiàn)多樣,可從無癥狀到嚴重HF、難治性心律失常和心源性休克。研究發(fā)現(xiàn),cMyBP-C可能與心肌炎的發(fā)生有關(guān)。在心肌損傷時cMyBP-C可作為鈣蛋白酶的水解底物,通過去磷酸化被降解,并釋放出N末端的C0C1f片段進入血液循環(huán),刺激機體炎癥反應及自身抗體產(chǎn)生,導致心肌炎和進行性心臟功能障礙發(fā)生[47]。有研究證實,cMyBP-C降解產(chǎn)物C0C1f片段在心臟組織內(nèi)具有致病性[48]。GOVINDAN等[49]通過使用全長cMyBP-C和C0C1f片段對新生大鼠心肌細胞進行腺病毒感染發(fā)現(xiàn),C0C1f片段含有參與調(diào)節(jié)肌球蛋白與肌動蛋白相互作用的乙?；稽c;另外C0C1f的表達明顯增加乳酸脫氫酶的釋放,而乳酸脫氫酶是細胞損傷加重的指標,提示該片段可能對心肌細胞有毒性作用。LIPPS等[50]使用小鼠骨髓衍生巨噬細胞和人類單核細胞研究C0C1f對巨噬細胞/單核細胞的活化作用發(fā)現(xiàn),C0C1f可促使巨噬細胞中Toll樣受體2、Toll樣受體4及糖基化終產(chǎn)物特異性受體依賴的核因子-κB信號通路激活,而核因子-κB信號通路是促炎信號級聯(lián)的核心環(huán)節(jié),其通過誘導炎癥細胞因子上調(diào)來引發(fā)心肌炎癥。因此,cMyBP-C降解和C0C1f片段釋放可能是心肌發(fā)生炎癥的關(guān)鍵因素,通過抑制cMyBP-C降解或調(diào)控C0C1f信號轉(zhuǎn)導通路,進而調(diào)節(jié)炎癥反應,可能為改善心肌炎提供潛在治療策略。

3 結(jié)論

cMyBP-C作為心臟特有的粗肌絲結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)蛋白,參與多種心血管疾病的病理生理過程。目前已有研究表明,cMyBP-C在AMI、心肌病、HF、AS、高血壓心肌肥厚、心肌炎等心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用,未來通過對cMyBP-C的進一步研究,有望為心血管疾病的診斷、治療及預后評估提供新的策略,從而提高心血管疾病患者的生存率。