縫隙連接蛋白43 在心血管疾病中的研究進展

王光宇 祝俊英 張慶勇

近年來，心血管疾病已經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致心肌收縮不良、心室重構及各種心律失常。由Cx43 組成的GJs 在心室組織中大量表達，其具有低電阻、高轉導的特點，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致Cx43 含量、分布及磷酸化狀態發生改變，進而影響GJs 的開關，心肌細胞間的電活動就無法正常有序進行，從而誘發各種心律失常。

一、Cx43 與先天性心臟病

GJs 在維持正常心肌細胞生長、發育和分化過程中具有至關重要的作用。一些研究表明心臟發育不良與Cx43 基因突變相關［1］。前期的研究發現在Cx43 基因敲出的動物模型中，心臟改變和法洛四聯癥患者具有一定的相似性［2］。Yu 等［3］研究發現用ENU 誘導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育不全綜合征及內臟心房異位綜合征相關［4，5］。2010 年，在一項針對中國兒童研究中發現，絕大多數先心病患兒都有Cx43 羧基末端基因突變［6］。然而Salameh 等［1］的研究表明雖然Cx43 在心臟發育過程中必不可少，但是Cx43 基因的點突變并不是導致法洛四聯癥的主要原因，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。綜合上述實驗結果，Cx43 基因突變與一部分先心病有關，同時這些研究結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等不同相關。

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險［9］。心律失常的發生又與GJs 重構密切相關，然而一切變化歸根結底是由于Cx43 發生改變。Benova等［9］研究發現在自發性高血壓大鼠(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。免疫熒光發現SHR中Cx43 排列紊亂，心肌細胞側面熒光強度增加，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］用結扎1 支腎動脈的方法和用N-硝基-L -精氨酸誘導高血壓的方法，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 磷酸化水平沒有變化。進一步研究發現腎素依賴型高血壓導致AngⅡ激活ERK1/2，進而引起NF -κB 激活。NF -κB 又與Cx43 基因啟動子結合，導致Cx43 合成增加。當ERK 活性恢復到基礎水平時，Cx43 的變化卻并沒有因此而終止，表明還有其他機制參與Cx43 的表達調控，這和Zhao 等［12］研究結果一致，而且用AngⅡ受體拮抗劑纈沙坦可以抑制GJs 的重構，推測很可能是通過NF -κB 途徑發揮作用。但Dlugosova 等［13］研究卻得出截然不同的結果，他們發現在臨界高血壓大鼠(BHR)和自發性高血壓大鼠(SHR)中，Cx43 表達量在BHR 階段就已經降低，SHR 階段更明顯。一項更為引人注目的研究發現，結扎一支腎動脈的方法和用去氧皮質酮鹽混合劑方法誘導產生的高血壓動物模型中大動脈Cx43 的含量增加了2 倍，磷酸化水平也相應的增加。而用N-硝基-L-精氨酸誘導高血壓的方法中頸動脈Cx43 含量減少了50%［10］。這些實驗結果的不一致表明在不同的高血壓模型中調控Cx43 的途徑是不相同的，而且也支持Cx43 表達具有空間異質性這一觀點。

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，其晚期結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為動脈內皮損傷、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］發現高脂飲食組Cx43 的表達量增加，同時Cx43 熒光信號強度增加，而且有研究者發現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結構增大，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 系統參與Cx43的 調 節［18］。高 脂 飲 食 飼 養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展［19］。

四、Cx43 與心肌梗死

最近研究發現，心肌梗死后易于發生心律失常［20］。心肌梗死后發生的室性心動過速(VT)是導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 的解剖學基礎［20］。Cody 等發現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面分布。進一步研究發現，心肌梗死后Cx43 的磷酸化水平降低，這和前期研究結果一致。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 側面化分布。Ester 等研究發現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 等研究發現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Cx43 從閏盤處向側面分布。Ester 等使用縫隙連接偶聯劑增加了瘢痕邊界Cx43 含量，但未能反轉轉導速度(CV)的降低、Cx43 的側面化和Ser368 磷酸化，表明還有其他機制參與心肌梗死后Cx43 的調控。

早期研究認為心律失常的發生與離子通道異常相關，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］用轉基因技術提高梗死邊界Cx43 的含量，最終發現轉基因組梗死邊界Cx43 含量是對照組的2 倍，CV 提高，只有40%的轉基因動物易于誘發VT，而對照組100%易于誘發VT。據此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生VT 患者Cx43 的轉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］研究發現使用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。進一步研究發現ATP 敏感度K+阻滯劑是通過PKCε 途徑發揮作用。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劑保持GJs 處于開放狀態可以增加梗死面積，但是Greener 等［20］的研究表明通過轉基因技術提高Cx43 含量，GJs 可以根據內環境變化作出恰當反映，在缺血階段可以適當關閉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。前期的研究發現，心房顫動患者心肌細胞中Cx43 側面化明顯，細胞極分布顯著減少，同時橫向轉導速度增加。最近Susanne 等的研究也支持這一觀點，他們發現在心房顫動患者中，Cx43 側面分布提高，特別是對那些心房顫動伴肥胖患者。Kato 等發現心房顫動患者不僅Cx43 側面化分布增加，而且Cx43 的總量也發生改變。Igarashi 等用豬誘導心房顫動模型，使用腺病毒轉染Cx43 技術發現，對照組Cx43 含量和磷酸化水平均降低，轉染組Cx43 含量、分布及磷酸化狀態恢復正常，而且減少了心房顫動發生率。另外，他們研究發現轉基因技術不僅恢復Cx 功能而且改善心房顫動相關的轉導異常，是未來治療心房顫動患者的有效措施。綜上所述，發生心房顫動時，Cx43 數量減少，分布呈現側面化及磷酸化水平降低。這些變化都影響GJs 的功能狀態，進而影響心臟的收縮和轉導功能，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展到晚期階段進展為心力衰竭(HF)，HF 臨床表現為心肌泵血功能障礙和各種心律失常。有研究發現GJs 的異質性重構導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 重構可改善細胞間偶聯，有助于心肌同步收縮和心功能恢復。有研究認為，HF 條件下氧化應激效應增加，而氧化應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 重構和抗心律失常效應。Wang 等研究發現，HF 動物QT 間期及QTc 間期顯著性延長，Cx43 總量減少及側面化分布增加，在電子顯微鏡下觀察發現GJ 結構變的模糊不清。Ai 等同樣發現HF 組織中Cx43 含量減少，而Cx43 非磷酸化含量卻是增加的，進一步研究發現過表達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 等發現HF 組織中PAK1 總量和PAK1 磷酸化含量增加，進一步研究發現過表達PAK1 增加PP2A 活性，從而導致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。Hesketh 等研究發現HF 心肌細胞中，Cx43 內吞作用增加，而且內吞的Cx43 與自噬體結合在一起，同時發現側面分布的Cx43 與線粒體或者其他細胞結構聯系在一起。

綜上所述，Cx43 在心血管疾病發生、發展中具有至關重要作用，大多數疾病都能導致Cx43 降解、側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、分布及磷酸化狀態穩定，可以減緩疾病的發展，延長患者生命，改善患者生活質量。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，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，大部分實驗結論建立在表觀現象上，未能深入研究具體信號傳遞機制;另一方面，現在的研究絕大部分建立在實驗動物模型基礎上，人體的調節機制還是和動物有所區別，不能一味地將動物實驗結論套用在人體上，這就需要以后的研究重點側向人體。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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