肌漿網鈣離子泵與心血管疾病的研究進展

于雪婧、鄒彤、金軍華綜述，楊杰孚審校

肌漿網鈣離子泵與心血管疾病的研究進展

于雪婧、鄒彤、金軍華綜述，楊杰孚審校

心血管疾病是威脅人類健康和生存的最重要病因之一。心血管疾病屬于慢性進展性疾病，治愈率極低，目前全球罹患心血管疾病的人數為2.9億。眾所周知，離子通道在維持心臟電生理活動中發揮著重要作用。鈣離子通道則是最重要的離子通道之一，它參與心肌細胞的電傳導以及調控心肌細胞收縮和舒張過程。在心力衰竭、心律失常等心臟疾病中，鈣離子依然發揮著重要作用。肌漿網鈣離子泵（SERCA）亞型SERCA2a可以促進鈣離子重新攝取至肌漿網中，SERCA2a功能紊亂可導致鈣離子穩態受損，誘發缺血性心臟病、肥厚性心肌病、舒張性心肌病以及心力衰竭等心臟疾病的發生和惡化。因此SERCA2a在維持心臟正常功能和心臟疾病中發揮著重要作用。

綜述；鈣通道；肌漿網轉運ATP酶類；心血管疾病

心血管疾病是威脅全球人類健康和生存的主要病因之一。根據《中國心血管病報告2013概要》的調查數據顯示，目前我國罹患心血管疾病的總人數為2.9億，其中高血壓患者共2.7億，心力衰竭患者450萬，心肌梗死患者250萬[1]。心血管疾病具有高致殘率和高致死率的特點。因此，有效控制心血管疾病可以增加人類的壽命并提高生存質量。肌漿網鈣離子泵（Sarcoplasmic reticulum calcium-transporting ATPases，SERCA）在心血管疾病的發生及進展中發揮重要作用，本文旨在介紹肌漿網鈣離子泵的亞型SERCA2a，希望為心血管疾病的基礎研究提供一些新的方向和思路。

1 SERCA的分類及功能

SERCA是一類分布廣泛且發揮重要作用的肌漿網鈣離子泵。正常條件下，心肌細胞的收縮性主要受細胞內鈣離子濃度的影響，此過程需要多種離子通道、轉運體和離子泵協同參與進行調控[2]。心肌細胞興奮前，首先通過L型鈣離子通道使細胞外少量的鈣離子內流，內流的鈣離子誘導肌漿網內鈣離子通過雷諾定受體2（Ryanodine receptor 2，RyR2）釋放至胞漿中，此過程稱之為鈣離子誘導的鈣釋放。此時，胞漿中鈣離子濃度迅速增加，促進心肌細胞的收縮偶聯，導致心肌細胞收縮。心肌細胞舒張時，鈣離子通過SERCA2a重攝取至肌漿網中[3]。RyR2和SERCA2a功能的異常均可導致心肌細胞收縮舒張功能的紊亂。

肌漿網鈣離子泵SERCA蛋白主要有三種異構體，分別為SERCA1，2，3。SERCA1有兩個亞型，SERCA1a和SERCA1b[4]。SERCA1a主要分布在成人快反應骨骼肌，SERCA1b主要分布在胎兒快反應骨骼肌。SERCA2分布最為廣泛，它具有三個亞型，它們分別是SERCA2a, SERCA2b和SERCA2c。SERCA2a主要分布在慢反應骨骼肌和心肌細胞；SERCA2b分布較為廣泛；SERCA2c主要分布于上皮細胞、內皮細胞以及心肌細胞。由于SERCA2a主要分布在心肌細胞，因此它在心力衰竭的過程中發揮著重要作用[2]。

SERCA2a是一種靠近心肌細胞T管且參與肌漿網重攝取鈣離子的重要鈣離子泵。SERCA2a蛋白主要由ATP2A2基因編碼，具有四個氨基酸尾巴，其C末端位于細胞漿中。它具有兩個區域，一個是位于胞漿內對鈣離子具有高度親和性的區域E1，一個是位于肌質網內部且對鈣離子親和力較低的區域E2。當心肌細胞舒張時，鈣離子從肌鈣蛋白中釋放，與E1結合形成鈣離子-E1-復合體，整個過程需要消耗能量。此復合體經過磷酸化后生成具有高能鍵的磷酸化復合物。構象改變導致其轉變為ADP不敏感性的磷酸化中間產物，它具有促進鈣離子向肌漿網內部運動的作用。隨著復合物對鈣離子親和力的下降，鈣離子在肌漿網中被釋放。一旦鈣離子進入肌漿網，E2發生構象改變轉化為E1，繼續攝取胞漿內的鈣離子[5]。

2 SERCA2a與相關的心臟疾病

胞漿內鈣離子濃度對心肌細胞的功能具有重要作用。任何導致鈣離子穩態變化的原因，包括肌漿網鈣離子重攝入減少、鈣離子通道異常、肌漿網中鈣離子的滲漏或SERCA2a表達的顯著降低，都會導致多種心臟疾病，包括缺血性心臟病、肥厚性心肌病、舒張性心肌病以及心力衰竭[6]。雖然SERCA2a表達及功能的改變不是引起心臟疾病的首要因素，但它可以加速受損心肌功能的惡化。有研究發現，在缺血性的心肌組織[6]、肥厚性心肌病[7]、擴張型心肌病[8]中SERCA2a的表達明顯降低。

3 SERCA2a與心力衰竭的研究進展

心力衰竭是全世界人類死亡的主要病因之一，它已發展為21世紀最重要的心血管病癥。目前心力衰竭的具體機制尚不清楚，主要可能與心肌細胞在復極化過程中不能及時地通過鈣離子通道移除胞漿內的鈣離子有關[9]。在人類和動物心力衰竭模型中最典型的特征就是異常的鈣離子重攝取引起心肌細胞收縮功能的下降。參與鈣離子移除過程的方式主要有鈉鈣交換體、鈣離子泵、鈣錳離子泵等[10,11]，其中SERCA2a最為重要。正常的心肌細胞收縮時，鈣離子通過鈣離子誘導的鈣釋放，經過RyR2泵將鈣離子由肌質網泵入胞漿；心肌細胞舒張時，鈣離子通過SERCA2a的重攝取回到肌漿網中。RyR2和SERCA2a功能異常可導致心肌細胞收縮舒張功能的障礙。RyR2的氧化[12]、磷酸化[13]、亞硝基化[14]、突變體[15]均可導致心肌細胞肌質網中鈣離子向胞漿滲漏，引起心肌細胞去極，誘發致命性的心律失常和心力衰竭[13]。相比野生型RyR2的小鼠，RyR2-P2328S純合子突變體小鼠更易出現頻繁的房性心律失常[15]。另一項研究表明，RyR2常見突變體G1886S可以增加裝有埋藏式心律轉復除顫器（Implantable cardioverter defibrillator，ICD）心力衰竭患者室性心動過速及心室顫動的易感性[16]。因此，阻斷鈣離子從RyR2的滲漏被認作是治療心力衰竭的重要方法之一。

引起心力衰竭的另一重要機制是SERCA2a表達水平的顯著下調[17]。SERCA2a表達降低可導致心力衰竭且加速心力衰竭的進程[18]。目前，恢復SERCA2a蛋白的表達被認為是治療心力衰竭最具潛力的方法。許多研究發現，心力衰竭患者心肌細胞的肌漿網鈣離子重攝取明顯減弱[9]，調控這一個過程的鈣離子泵SERCA2a在轉錄和翻譯水平也明顯下調[19]。SERCA2a敲除小鼠已證實SERCA2a在肌漿網鈣離子重攝取過程中發揮重要作用。SERCA2a雜合子小鼠其SERCA2a蛋白表達量下降35%，并表現出心肌細胞功能的受損[20]。從SERCA2a雜合子小鼠中分離心肌細胞后發現，其肌漿網中鈣離子濃度顯著降低，并且心肌細胞的收縮功能明顯降低[21]。在壓力負荷下，SERCA2a雜合子小鼠表現出心力衰竭的加速進展，且心力衰竭的發病率和死亡率顯著升高，這主要是由于心肌細胞收縮和舒張功能的降低所導致的。近年來研究顯示，通過慢病毒載體在心力衰竭動物體內過表達SERCA2a蛋白，可促進心力衰竭動物左心室功能的恢復[22]。從大鼠心力衰竭模型中分離的心肌細胞，通過腺病毒過表達SERCA2a蛋白，可以減少異常的心肌細胞收縮，促進心肌細胞的功能，減少心肌細胞異常電活動的發生[23]。由腺病毒介導的SERCA2a表達，可在體外和體內實驗中緩解晚期心力衰竭的患者和小鼠心室肌細胞肌漿網中鈣離子的重攝取，并可恢復部分心室肌細胞的收縮[24]。

另有研究證明，在容量負荷誘導的豬心力衰竭模型中，用載有SERCA2a基因的腺病毒轉染2個月后，其心臟收縮功能的相關參數和左心室重構都得到了部分逆轉[25]。現有研究證明，由腺病毒轉染的SERCA2a在治療心力衰竭的一期和二期臨床試驗中安全有效，實驗正在進行三期的臨床研究[2]。在納入心力衰竭患者的實驗中，通過腺病毒轉染SERCA2a基因可以逆轉許多與心臟收縮功能相關的參數，只有2例入選患者未有明顯好轉，原因是這兩例患者血清中存在抗腺病毒的抗體；其余39例入選的心力衰竭患者在二期臨床試驗中效果良好且未出現任何不良反應。這個實驗將在后續的三期試驗中納入400例心力衰竭患者進行SERCA2a基因治療效果的驗證[26]。由此可見，SERCA2a功能異常在心力衰竭中發揮重要作用，增強SERCA2a的表達是治療心力衰竭最具有前景的方法之一。

4 影響SERCA2a表達及功能的藥物

4.1增加SERCA2a表達的藥物

目前已有研究發現，血管緊張素轉換酶抑制劑依那普利（Enalapril）以及血管緊張素II受體拮抗劑氯沙坦（Lorsatan）可以抑制大鼠充血性心力衰竭模型中SERCA2a的下調以及左心室功能的下降[27]。坎地沙坦（Candesartan），另一種血管緊張素II受體阻滯劑，可以逆轉柔紅霉素誘導的大鼠心肌病模型中SERCA2a的下調，這說明SERCA2a在柔紅霉素誘導的心肌毒性過程中發揮保護作用[28]。卡維地洛（Carvedilol）是一種β腎上腺素能受體阻斷劑和α受體拮抗劑，可以緩解過氧化氫誘導的SERCA2a在基因和蛋白水平的降低，并可促進SERCA2a基因的上調[29]。白藜蘆醇是一種天然的抗氧化物，屬于多酚類化合物，主要從葡萄、桑葚及花生種提取，可用于治療心血管疾病。研究發現，白藜蘆醇可以通過活化沉默信號調節體1（SIR1）促進小鼠糖尿病模型中SERCA2a的表達[30]。

4.2抑制SERCA2a表達的藥物

研究發現，免疫抑制藥物環孢霉素A可以阻斷大鼠心肌細胞鈣調磷酸酶-NFAT信號通路，從而降低SERCA2a的表達[31]。持續性給予β腎上腺素能受體激動劑福莫特羅可以誘導大鼠心肌細胞SERCA2a表達的顯著下調[32]。過量的糖皮質激素亦可以導致SERCA2a表達減少引起心室功能異常[33]。

綜上所述，SERCA2a在心血管疾病中扮演著重要角色。盡管目前對于SERCA2a研究并不透徹，但它對于心血管疾病的治療具有很大的潛力。目前許多藥物及非編碼RNA都可參與SERCA2a表達的調控。因此，在不久的將來，SERCA2a可能會成為治療心血管疾病的重要靶點。

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2016-05-21)

（編輯： 漆利萍）

藥品臨床試驗關鍵技術及平臺的研究（bj-2004-732）

100730 北京市，北京大學第五臨床醫學院（于雪婧、楊杰孚）；北京醫院 心內科（鄒彤）； 北京醫院老年醫學研究所細胞室（金軍華）

于雪婧 博士研究生 研究方向為心房顫動與非編碼RNA Email：yuxuejing0927@163.com 通訊作者：楊杰孚 Email： yangjiefu2011@126.com

R54

A

1000-3614（2016）12-1232-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2016.12.019