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

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，證明肌小節(jié)10個基因中任何一個突變均為HCM的致病病因[2]。研究表明，肌小節(jié)的基因突變存在兩個致病表型，一個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)，另一個是突變產(chǎn)生的蛋白獲得一個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義突變和小的基因截短，不可能由于轉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重鏈的點突變不會編碼一個提前終止信號。雖然一些肌小節(jié)基因(如Troponin T、肌球蛋白結合蛋白C)存在基因的讀碼框插入和刪除突變(能夠改變轉錄剪接信號)，但轉錄后可產(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重鏈的錯義突變常出現(xiàn)在4個區(qū)域，即頭部與Actin接觸位點的殘基上、包繞其ATP結合囊的殘基上、可活動性支點區(qū)的殘基上、與輕鏈的結合位點處殘基上[5]。一個發(fā)生在Myosin頭部-Actin結合環(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)的結構和二者的相互 作用，直接的基因表現(xiàn)型是Myosin的ATP酶活性升高、細肌絲滑動加速、收縮力增強。雖然這一改變會提高功率，但突變蛋白作為一個異質(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，心肌細胞會提前死亡。因為心肌細胞不能復制，不斷增殖的成纖維細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胞增殖的分子通路而導致心肌肥大[6]。但目前對其機制知之甚少。一些研究表明，Ca2+在此增殖的信號轉導中扮演關鍵角色。各種原因引起的細胞內(nèi)Ca2+濃度升高均可激活鈣依賴性磷酸酶A(Calcineurin),進而引起活化性T細胞-核轉錄因子(NF-AT3)去磷酸化和核轉位[7]，NF-AT3在核內(nèi)通過刺激多種生長因子而促細胞生長。FATKIN等[8]研究結果顯示，Arg403Gln突變可阻止肌小節(jié)內(nèi)的Ca2+在心肌細胞舒張期返回到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，導致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的Ca2+在再循環(huán)中被耗竭。這一亞細胞內(nèi)的Ca2+調(diào)節(jié)不良的直接結果是干擾了Actin-Myosin的相互作用，間接結果是刺激了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)Ca2+結合蛋白(Calsequestrin、Calpactin蛋白，主要功能是緩沖內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+濃度)的高表達。Calsequestrin、Calpactin蛋白是最具前途的介導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作用。視松蛋白(Telethonin)、親聯(lián)蛋白(Junctophilin)、α-肌動蛋白與γ-肌絲蛋白結合蛋白(Myozenin)、包含錨蛋白重復域蛋白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]研究結果證實，這些基因突變可瓦解胞內(nèi)鈣處理信號和機械感受信號(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)能量轉換和鈣處理信號的失衡，可活化AMPK、JAK-STAT激酶通路而刺激細胞過度生長，導致肌細胞肥大、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張、心肌收縮功能下降、心肌細胞死亡[11]。已有研究結果顯示，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、肌細胞核膜的組裝過程。4個方面相互聯(lián)系共同促成DCM的發(fā)生。

2.1 產(chǎn)力障礙

CHANDRA等[14]研究結果表明，引發(fā)DCM的肌小節(jié)基因突變主要導致收縮力降低。一個Myosin重鏈的錯義突變Ser532Pro干擾了Myosin與Actin的結合,另一個Myosin重鏈的錯義突變Phe764Leu (位于Myosin活動性支點結構域中心)干擾了力從Myosin頭部向粗肌絲的傳遞和定向，兩個突變均可降低收縮力。Troponin T蛋白上存在5個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復合體對依賴于Ca2+激活的Actin-Myosin ATP酶的活動起調(diào)節(jié)作用，Actin與Myosin解離、再結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)的收縮力下降而導致DCM[15]。更多的研究結果表明，引發(fā)HCM的Myosin錯義突變(超過50個)和Troponin T錯義突變，不會出現(xiàn)在Myosin殘基532-764位點(此區(qū)域是DCM的突變位點)或者Troponin T殘基的210位點及210兩翼賴氨酸殘基上[16]，這表明HCM和DCM的發(fā)生是某個肌小節(jié)基因順序突變的結果，它們享有一個共同的心肌重建通路，輕微的突變導致肌細胞過度生長引起HCM，嚴重的突變(較HCM更多位點和種類的突變)導致細胞過度生長不能代償而致死亡引起DCM。一些臨床研究結果支持這一結論，即擴張的心肌也存在心肌肥大，惡化的HCM心肌擴張和收縮力下降[17]。異質(zhì)性的Myosin突變可引起HCM，同源性的Myosin突變(兩個異質(zhì)性的雜合子雜交)可引起DCM。然而，HO等[18]研究結果顯示，不考慮患病個體的血緣遠近，同一位點的突變既能引起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。關于影響HCM和DCM的基因突變需要進一步研究。

2.2 力的傳遞障礙

存在于肌細胞漿膜下的由抗肌萎縮蛋白(Dystrophin)和Sarcoglycan蛋白組成的低聚復合體主導了力從肌小節(jié)到細胞骨架的傳遞。編碼此復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，復合體的突變[19](如Dystrophin啟動子序列的突變或δ-Sarcoglycan基因刪除)會產(chǎn)生進行性的心肌營養(yǎng)不良和功能失調(diào)(導致擴張)，此為DCM的主要病因。CORAL-VAZQUEZ等[20]研究結果表明，腺病毒和腸病毒感染引起的心肌炎可導致活動性DCM，致病機制是由于病毒內(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]研究結果顯示，突變的Dystrophin-δ-Sarcoglycan復合體可破壞冠狀動脈平滑肌細胞骨架的完整性，而導致冠狀動脈樹的變形，由此降低了冠狀動脈血流量而致缺血性心肌病的發(fā)生。另外，一些特異性表達于肌細胞胞質(zhì)內(nèi)的蛋白突變也是DCM的致病原因，如Actin相關性細胞骨架蛋白[22](LIM)和中間絲蛋白[23]Desmin的突變可以導致肌細胞變性或死亡而引發(fā)DCM，主要機制可能是異質(zhì)蛋白突變提高了肌細胞收縮時對機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胞骨架蛋白的相互作用(與力的傳遞有關),另一方面影響與Myosin的相互作用(與產(chǎn)力有關)，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]研究結果表明，Titin基因截短性突變是DCM最常見的病因，同時也是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、羧基末端被截斷的表達蛋白，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的基因突變外，編碼核纖層蛋白A/C(LaminA/C)的基因突變也導致DCM[24]。Lamin是一個位于核膜內(nèi)表面的中間絲蛋白，其功能為維護核膜的完整性、確保細胞抵抗外界機械應力。細胞有絲分裂時，核膜去組裝，Lamin變成細胞質(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義突變引發(fā)脂肪代謝障礙[26]，此兩種疾病可直接導致合并心肌傳導系統(tǒng)障礙(如房室傳導阻滯)的DCM，原因是Lamin的錯義突變改變了其與肌小節(jié)內(nèi)的中間絲蛋白、Actin相關性細胞骨架蛋白、肌纖維膜蛋白等正常蛋白質(zhì)的相互作用，而后3個蛋白與DCM的發(fā)病直接相關；另外，Lamin基因突變破壞了肌細胞核膜的完整性，同時降低了細胞收縮時胞核的抗外界機械壓的能力，直接的結果是細胞提前死亡，導致DCM，核膜破裂后釋出纖維脂肪組織，后者進入心傳導系統(tǒng)細胞而引起心肌傳導障礙[24]。目前還沒有研究結果證實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都將在此點上交匯而交互重建心臟。

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