縫隙連接蛋白43 在心血管疾病中的研究進展

王光宇 ?？∮?張慶勇

近年來，心血管疾病已經(jīng)成為影響人類身體健康的重要因素之一。包括先天性心臟病、高血壓、動脈粥樣硬化、心肌梗死及心力衰竭等都能導(dǎo)致心肌收縮不良、心室重構(gòu)及各種心律失常。由Cx43 組成的GJs 在心室組織中大量表達，其具有低電阻、高轉(zhuǎn)導(dǎo)的特點，使得心臟成為一個功能性合胞體同步收縮［1］。然而這些疾病都能導(dǎo)致Cx43 含量、分布及磷酸化狀態(tài)發(fā)生改變，進而影響GJs 的開關(guān)，心肌細胞間的電活動就無法正常有序進行，從而誘發(fā)各種心律失常。

一、Cx43 與先天性心臟病

GJs 在維持正常心肌細胞生長、發(fā)育和分化過程中具有至關(guān)重要的作用。一些研究表明心臟發(fā)育不良與Cx43 基因突變相關(guān)［1］。前期的研究發(fā)現(xiàn)在Cx43 基因敲出的動物模型中，心臟改變和法洛四聯(lián)癥患者具有一定的相似性［2］。Yu 等［3］研究發(fā)現(xiàn)用ENU 誘導(dǎo)Cx43 基因突變可以引起心臟圓錐動脈干畸形和冠狀動脈瘤。一項臨床研究表明Cx43 基因點突變與左心室發(fā)育不全綜合征及內(nèi)臟心房異位綜合征相關(guān)［4，5］。2010 年，在一項針對中國兒童研究中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)先心病患兒都有Cx43 羧基末端基因突變［6］。然而Salameh 等［1］的研究表明雖然Cx43 在心臟發(fā)育過程中必不可少，但是Cx43 基因的點突變并不是導(dǎo)致法洛四聯(lián)癥的主要原因，這和Sawaya 等［7］研究一致。Huang 等［8］的研究表明，不論從臨床上還是基因敲除小鼠模型中，Cx43 基因點突變都不是引起先心病的主要原因，特別是對那些流出道異常的先心病。綜合上述實驗結(jié)果，Cx43 基因突變與一部分先心病有關(guān)，同時這些研究結(jié)論的不一致性或許和實驗動物物種、動物模型、實驗條件及實驗技術(shù)等不同相關(guān)。

二、Cx43 與高血壓

心血管疾病包括高血壓增加了惡性心律失常風(fēng)險［9］。心律失常的發(fā)生又與GJs 重構(gòu)密切相關(guān)，然而一切變化歸根結(jié)底是由于Cx43 發(fā)生改變。Benova等［9］研究發(fā)現(xiàn)在自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)模型中，Cx43 mRNA 水平顯著增多，但是Cx43 總量和磷酸化水平卻是降低的，表明SHR 引起Cx43 降解增多，代償性引起Cx43 mRNA 水平增多。免疫熒光發(fā)現(xiàn)SHR中Cx43 排列紊亂，心肌細胞側(cè)面熒光強度增加，而且定量圖像分析提示SHR Cx43 陽性信號強度顯著減少。而Haefliger 等［10］實驗結(jié)果表明在高血壓模型中Cx43 mRNA 含量沒有明顯變化。這可能是由于高血壓動物模型不同。Alonso 等［11］用結(jié)扎1 支腎動脈的方法和用N-硝基-L -精氨酸誘導(dǎo)高血壓的方法，高血壓動物模型大動脈厚度增加，平滑肌細胞上Cx45 和Cx37 含量增加，內(nèi)皮細胞上Cx43 含量增加。但是只有在腎素依賴型高血壓動物模型中，平滑肌細胞上Cx43 含量增加，但是Ser368 磷酸化水平?jīng)]有變化。進一步研究發(fā)現(xiàn)腎素依賴型高血壓導(dǎo)致AngⅡ激活ERK1/2，進而引起NF -κB 激活。NF -κB 又與Cx43 基因啟動子結(jié)合，導(dǎo)致Cx43 合成增加。當(dāng)ERK 活性恢復(fù)到基礎(chǔ)水平時，Cx43 的變化卻并沒有因此而終止，表明還有其他機制參與Cx43 的表達調(diào)控，這和Zhao 等［12］研究結(jié)果一致，而且用AngⅡ受體拮抗劑纈沙坦可以抑制GJs 的重構(gòu)，推測很可能是通過NF -κB 途徑發(fā)揮作用。但Dlugosova 等［13］研究卻得出截然不同的結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)在臨界高血壓大鼠(BHR)和自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)中，Cx43 表達量在BHR 階段就已經(jīng)降低，SHR 階段更明顯。一項更為引人注目的研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)扎一支腎動脈的方法和用去氧皮質(zhì)酮鹽混合劑方法誘導(dǎo)產(chǎn)生的高血壓動物模型中大動脈Cx43 的含量增加了2 倍，磷酸化水平也相應(yīng)的增加。而用N-硝基-L-精氨酸誘導(dǎo)高血壓的方法中頸動脈Cx43 含量減少了50%［10］。這些實驗結(jié)果的不一致表明在不同的高血壓模型中調(diào)控Cx43 的途徑是不相同的，而且也支持Cx43 表達具有空間異質(zhì)性這一觀點。

三、Cx43 與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是一個多步驟病變過程，包括氧化型低密度脂蛋白和低密度脂蛋白在血管壁的沉積、炎癥瀑布效應(yīng)，其晚期結(jié)局就是纖維斑塊破裂和血栓形成［14］。動脈粥樣硬化病理表現(xiàn)為動脈內(nèi)皮損傷、平滑肌細胞增殖和泡沫巨噬細胞形成等［15］。這一系列的病理變化需要細胞間信息交流才能有效完成。Wei 等［16］發(fā)現(xiàn)高脂飲食組Cx43 的表達量增加，同時Cx43 熒光信號強度增加，而且有研究者發(fā)現(xiàn)動脈粥樣硬化過程中不僅Cx43 表達量增加，Cx43 Ser279/282 磷酸化水平也增加［17］。前期研究提示動脈粥樣硬化早期階段動脈內(nèi)膜Cx43 mRNA 和蛋白總量就有所增加，透射電子顯微鏡提示增殖的平滑肌細胞間GJ結(jié)構(gòu)增大，用纈沙坦治療可以減少Cx43 mRNA 和蛋白水平，提示在動脈粥樣硬化條件下RAS 系統(tǒng)參與Cx43的 調(diào) 節(jié)［18］。高 脂 飲 食 飼 養(yǎng)Cx43+/-LDLR-/-和Cx43+/+LDLR-/-小鼠，前者大動脈粥樣硬化斑塊大約減少了50%，而且前者斑塊體積減小、泡沫細胞數(shù)量減少及平滑肌細胞和膠原纖維增加，這提示抑制Cx43 的表達有助于減慢動脈粥樣硬化病程發(fā)展［19］。

四、Cx43 與心肌梗死

最近研究發(fā)現(xiàn)，心肌梗死后易于發(fā)生心律失常［20］。心肌梗死后發(fā)生的室性心動過速(VT)是導(dǎo)致患者猝死的常見原因，瘢痕邊界形成的折返途徑是形成VT 的解剖學(xué)基礎(chǔ)［20］。Cody 等發(fā)現(xiàn)心肌梗死后瘢痕邊界的Cx43 含量顯著降低，而且Cx43 從心肌閏盤處向細胞側(cè)面分布。進一步研究發(fā)現(xiàn)，心肌梗死后Cx43 的磷酸化水平降低，這和前期研究結(jié)果一致。Cody 等用c -Src 抑制劑提高了Cx43 的含量和磷酸化水平，降低VT 易感性，但并沒有改善Cx43 側(cè)面化分布。Ester 等研究發(fā)現(xiàn)心肌梗死后瘢痕邊界Cx43 Ser368 磷酸化水平增加，蛋白激酶C(PKC)活性顯著提高，閏盤處Cx43 與ZO -1 分離。Fabien 等研究發(fā)現(xiàn)MI 后，磷酸化的Src 與ZO-1 作用增強，與此同時ZO-1 與Cx43 的作用減弱，從而誘發(fā)Cx43 從閏盤處向側(cè)面分布。Ester 等使用縫隙連接偶聯(lián)劑增加了瘢痕邊界Cx43 含量，但未能反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)速度(CV)的降低、Cx43 的側(cè)面化和Ser368 磷酸化，表明還有其他機制參與心肌梗死后Cx43 的調(diào)控。

早期研究認為心律失常的發(fā)生與離子通道異常相關(guān)，但Cody 等［21］的研究表明，各組間的動作電位時程并沒有顯著性改變，而且CV 的改變不能用Na+通道改變來解釋。Greener 等［20］用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高梗死邊界Cx43 的含量，最終發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因組梗死邊界Cx43 含量是對照組的2 倍，CV 提高，只有40%的轉(zhuǎn)基因動物易于誘發(fā)VT，而對照組100%易于誘發(fā)VT。據(jù)此Greener 等［20］推測提高梗死邊界Cx43 的含量可以減少VT 易感性，而且未來心肌梗死后發(fā)生VT 患者Cx43 的轉(zhuǎn)基因治療是一種有效的措施。然后Macia 等［22］研究并不贊同這一點。Lee 等［23］研究發(fā)現(xiàn)使用ATP 敏感度K+阻滯劑可降低心肌梗死后Cx43的減少，而且降低了心律失常的易感性。進一步研究發(fā)現(xiàn)ATP 敏感度K+阻滯劑是通過PKCε 途徑發(fā)揮作用。有研究表明一些抗心律失常的藥物或者縫隙連接通道偶聯(lián)劑保持GJs 處于開放狀態(tài)可以增加梗死面積，但是Greener 等［20］的研究表明通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高Cx43 含量，GJs 可以根據(jù)內(nèi)環(huán)境變化作出恰當(dāng)反映，在缺血階段可以適當(dāng)關(guān)閉GJs，降低心肌梗死面積。

五、Cx43 與心房顫動

心房顫動是心律失常中最常見的一種。前期的研究發(fā)現(xiàn)，心房顫動患者心肌細胞中Cx43 側(cè)面化明顯，細胞極分布顯著減少，同時橫向轉(zhuǎn)導(dǎo)速度增加。最近Susanne 等的研究也支持這一觀點，他們發(fā)現(xiàn)在心房顫動患者中，Cx43 側(cè)面分布提高，特別是對那些心房顫動伴肥胖患者。Kato 等發(fā)現(xiàn)心房顫動患者不僅Cx43 側(cè)面化分布增加，而且Cx43 的總量也發(fā)生改變。Igarashi 等用豬誘導(dǎo)心房顫動模型，使用腺病毒轉(zhuǎn)染Cx43 技術(shù)發(fā)現(xiàn)，對照組Cx43 含量和磷酸化水平均降低，轉(zhuǎn)染組Cx43 含量、分布及磷酸化狀態(tài)恢復(fù)正常，而且減少了心房顫動發(fā)生率。另外，他們研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因技術(shù)不僅恢復(fù)Cx 功能而且改善心房顫動相關(guān)的轉(zhuǎn)導(dǎo)異常，是未來治療心房顫動患者的有效措施。綜上所述，發(fā)生心房顫動時，Cx43 數(shù)量減少，分布呈現(xiàn)側(cè)面化及磷酸化水平降低。這些變化都影響GJs 的功能狀態(tài)，進而影響心臟的收縮和轉(zhuǎn)導(dǎo)功能，但是心房顫動引起Cx43 改變的具體機制還需要進一步的研究探索。

六、Cx43 與心力衰竭

絕大部分心血管疾病發(fā)展到晚期階段進展為心力衰竭(HF)，HF 臨床表現(xiàn)為心肌泵血功能障礙和各種心律失常。有研究發(fā)現(xiàn)GJs 的異質(zhì)性重構(gòu)導(dǎo)致心室肌非合胞體性收縮，Cx 蛋白的破壞可以引起惡性室性心動過速，這是引起HF 患者主要的死亡原因。減少GJ 重構(gòu)可改善細胞間偶聯(lián)，有助于心肌同步收縮和心功能恢復(fù)。有研究認為，HF 條件下氧化應(yīng)激效應(yīng)增加，而氧化應(yīng)激可以抑制細胞間通信降低Cx43 的表達，Liu 等使用抗氧化劑改善心力衰竭動物Cx43 的表達，減少GJs 重構(gòu)和抗心律失常效應(yīng)。Wang 等研究發(fā)現(xiàn)，HF 動物QT 間期及QTc 間期顯著性延長，Cx43 總量減少及側(cè)面化分布增加，在電子顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)GJ 結(jié)構(gòu)變的模糊不清。Ai 等同樣發(fā)現(xiàn)HF 組織中Cx43 含量減少，而Cx43 非磷酸化含量卻是增加的，進一步研究發(fā)現(xiàn)過表達Cx43 可以改善細胞間通信，但是過表達的Cx43 分布在整個細胞膜表面，而不像正常情況下聚集在心肌細胞閏盤處。最近Ai 等發(fā)現(xiàn)HF 組織中PAK1 總量和PAK1 磷酸化含量增加，進一步研究發(fā)現(xiàn)過表達PAK1 增加PP2A 活性，從而導(dǎo)致Cx43 去磷酸化增加，減少細胞間通信，但是Cx43 蛋白總量沒有變化，使用PP2A 抑制劑岡田酸可以抑制這一效應(yīng)。Hesketh 等研究發(fā)現(xiàn)HF 心肌細胞中，Cx43 內(nèi)吞作用增加，而且內(nèi)吞的Cx43 與自噬體結(jié)合在一起，同時發(fā)現(xiàn)側(cè)面分布的Cx43 與線粒體或者其他細胞結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起。

綜上所述，Cx43 在心血管疾病發(fā)生、發(fā)展中具有至關(guān)重要作用，大多數(shù)疾病都能導(dǎo)致Cx43 降解、側(cè)面化分布及去磷酸化水平增加;但是在動脈粥樣硬化階段Cx43 含量及磷酸化水平卻是增加的。維持Cx43 含量、分布及磷酸化狀態(tài)穩(wěn)定，可以減緩疾病的發(fā)展，延長患者生命，改善患者生活質(zhì)量。但是在這些病理條件下引起Cx43 變化的具體機制還不清楚，有待于進一步研究。同時目前針對于Cx43的藥物種類屈指可數(shù)，而且主要用于科研工作，這就需要加大對Cx43 臨床藥物的開發(fā)力度。一方面，目前針對Cx43 在心血管疾病中的作用認識還不夠，大部分實驗結(jié)論建立在表觀現(xiàn)象上，未能深入研究具體信號傳遞機制;另一方面，現(xiàn)在的研究絕大部分建立在實驗動物模型基礎(chǔ)上，人體的調(diào)節(jié)機制還是和動物有所區(qū)別，不能一味地將動物實驗結(jié)論套用在人體上，這就需要以后的研究重點側(cè)向人體。總之，對Cx43 在心血管疾病中的作用還需要以后更深入地研究。

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