心臟型肌球蛋白結合蛋白-C與心血管疾病的研究進展

寇曉慶、常鵬、孫潤民、車千秋、梁宇博、陳剛、王瓊英、余靜綜述，白鋒審校

過去的10年中，人們對心血管疾病的發生、發展機制進行了不斷的探索。心臟型肌球蛋白結合蛋白-C（cMyBP-C）不僅是心肌纖維的重要成分，也是調節心臟功能的重要物質。研究發現，cMyBP-C與多種心血管疾病的發生相關，如肥厚型心肌病（HCM）、急性冠狀動脈綜合征（ACS）、先天性心臟病等。了解cMyBP-C在心血管疾病發生、發展中的作用，有助于我們更好地了解各類心血管疾病的發病機制，為其治療提供新的思路。

1 心臟型肌球蛋白結合蛋白-C

1.1 基因及結構

肌節是由粗、細肌絲組成的肌肉收縮基本功能單位，肌球蛋白結合蛋白（MyBP）是粗肌絲的重要組成部分，包括MyBP-X、MyBP-C以及MyBP-H。MyBP-X主要存在于骨骼肌中，MyBP-H與MyBP-C具有類似的肌球蛋白結合位點，大量存在于心肌浦肯野細胞中[1]。MyBP-C分為C2快骨骼肌型、C1慢骨骼肌型及C3心肌型。C3心肌型，又稱cMyBP-C，特異表達于哺乳動物心肌細胞，而C1型及C2型存在于骨骼肌中，在整個心臟的發育過程中都不表達[2]。

cMyBP-C基因位于11p11.2，基因長21kb,包括35個外顯子，mRNA長4586 bp，可編碼1274個氨基酸[3]。MyBP-C是分子量約140.8 kDa的心肌纖維結構及調節蛋白，特異表達于心臟，通過與細肌動蛋白絲及粗肌球蛋白絲的有序交互作用，對粗肌絲的正確裝配和穩定，調節肌動蛋白橫橋形成及肌纖維的收縮起重要作用[4，5]。MyBP-C有11個功能區（C0～C10），其中3個FN3基序，8個 IgC基序。cMyBP-C的N-末端含有一個由101個氨基酸殘基組成的Ig樣結構域，為心肌細胞所特有，具有高度特異性。C1～C2結構域內含有cMyBP-C的四個高度磷酸化的心臟特異性絲氨酸殘基（Ser275-Ser284-Ser304-Ser311），而且cMyBP-C的C5結構域是由28個氨基酸殘基組成，具有大量的脯氨酸[5,6]。

1.2 心臟型肌球蛋白結合蛋白-C磷酸化的意義

cMyBP-C正常狀態下以高度磷酸化形式存在人血清中。目前發現17個cMyBP-C磷酸化位點，活性最高的位點主要有四個[5]，即：Ser273-Ser282-Ser302-Ser307，主要集中在C0-C1之間的基序中，又稱為“M-domain”。cMyBP-C磷酸化調節其功能，潛在分子機制可能是磷酸化改變cMyBP-C N-末端結構域與細肌絲的相互作用并激活細肌絲[4]。研究已確定cMyBP-C磷酸化的生理意義，通過cMyBP-C磷酸化的不同程度及時程，其與肌動蛋白、肌球蛋白之間的相互作用來調節心肌功能。cMyBP-C磷酸化后還可增加粗細肌絲之間的距離，防止其去磷酸化被水解，減低心肌缺血-再灌注損傷。所以cMyBP-C磷酸化不僅具有保護心肌細胞的功能，還在調節心肌收縮舒張功能上起重要作用。

研究已表明，cMyBP-C磷酸化對心臟功能的重要性，但每一個cMyBP-C磷酸化殘基的作用還不清楚，研究表明蛋白激酶A靶向選擇cMyBP-C四個M結構域殘基（Ser273、Ser282、Ser302、Ser307），單個cMyBP-C殘基也可以被非蛋白激酶A靶向選擇，如已證明Ser302磷酸化通過增強β-腎上腺素能應激期間的收縮反應來調節心臟收縮儲備，而β-腎上腺素也能刺激增加cMyBP-C和心肌肌鈣蛋白I（cTnI）的磷酸化來加速體內收縮與舒張的發展[7]。

1.3 心臟型肌球蛋白結合蛋白-C是蛋白酶介導的蛋白水解底物

在缺血再灌注早期，鈣離子水平升高激活了鈣離子依賴的蛋白酶，在心肌損傷的過程中，蛋白酶降解細胞內的蛋白質包括收縮蛋白。缺血后心臟功能障礙與鈣離子依賴的肌動蛋白和cTnI的降解相關。相關研究已確定cMyBP-C可作為鈣蛋白酶的蛋白水解底物[8]，并且去磷酸化使cMyBP-C容易水解，從而釋放C0C1f。質譜分析表明，蛋白酶切割位點位于小鼠M帶的272-TSLAGAGRR-280，該裂解片段可在心臟組織檢測到[8]。這表明在大鼠心肌梗死模型及心肌梗死患者中，C0C1f產生并釋放到血循環。

1.4 C0C1f結構域

急性心肌梗死（AMI）后cMyBP-C降解的致病性可能是通過破壞正常蛋白功能、通過C0C1f在肌節內直接致病性或兩者共同引起的。C0C1f致病性可在腺病毒感染的新生大鼠心室肌細胞中檢測到。研究發現該片段含有可能參與調節肌動蛋白和肌球蛋白絲相互作用的乙酰化位點。此外，C0C1f的表達顯著升高半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3活性以及乳酸脫氫酶的釋放，乳酸脫氫酶是增加細胞損傷的指標，從而證明該片段對心肌細胞的毒性[9]。C0C1f降低細胞活力，通過抑制肌動蛋白功能顯著減少肌節收縮長度及速度，在體內建立C0C1f片段可引起心臟功能障礙和心力衰竭[10]。因此，描述cMyBP-C降解和C0C1f釋放對肌節的毒性作用，提供了AMI患者收縮功能障礙的發生機制。C0C1f在心臟組織內是致病性的，同時在AMI后釋放到循環中也可能引發自身免疫反應，促使心肌炎和進行性心臟功能障礙的發展[11]。

2 心臟型肌球蛋白結合蛋白-C與心肌病

HCM是健康年輕人群中最常見心原性猝死的原因，臨床上以左心室壁不對稱肥厚為特征，其發病機制仍不清楚，多認為是常染色體顯性遺傳病，肌節基因突變是HCM最常見的原因，β-肌球蛋白重鏈基因（MYH7）和cMyBP-C3是最常見的[12]。

cMyBP-C3是HCM的主要致病基因。cMyBP-C3突變的HCM 患者心肌肥厚出現晚、癥狀輕，不利于臨床診斷，由此可能延誤病情[13]。cMyBP-C3突變多為缺失、插入、重復突變，易改變或全部丟失最末端的C8～C10結構域，產生“截短蛋白”，這些異常蛋白喪失了重要的功能區如磷酸化位點、肌球蛋白重鏈和（或）肌聯蛋白結合位點，影響MyBP-C與肌球蛋白重鏈和肌聯蛋白的結合，使生成的蛋白質結構和功能發生缺陷，或者表達的蛋白質迅速降解，從而造成肌小節結構和功能損害，進而影響肌絲的舒縮運動，最終導致HCM。

3 心臟型肌球蛋白結合蛋白-C與冠心病

急性冠狀動脈綜合征（ACS）診斷主要依賴心電圖，心電圖對ST段抬高型心肌梗死（STEMI）的診斷意義較大，但敏感性差，對許多ACS患者，尤其對于非ST段抬高型心肌梗死（NSTEMI）患者，心電圖是不能確診的，診斷必須依靠循環標志物。cTnI和心肌肌鈣蛋白T（cTnT）是診斷AMI的金標準，可從受損心肌釋放到血循環中，但缺乏特異性。cTnI及cTnT在AMI后前6小時是不可檢測的，且其在血液中的半衰期長，使得它們不利于診斷再梗塞，尤其是在事件發生或復發AMI后28天內發生的AMI[14]。由于AMI早期診斷對改善預后至關重要，迫切需要在0～6小時立即明確AMI及其嚴重程度。

目前，cMyBP-C已用于早期診斷AMI的潛在生物標志物。Kuster等[15]的研究顯示，在結扎了左前降支分支的AMI豬模型中，血清cMyBP-C在心肌梗死后3小時從基線明顯升高，心肌梗死后6小時達頂峰，且可在左前降支結扎后30分鐘檢測到。Kaier等[16]研究340例AMI患者血清cMyBP-C水平發現，cMyBP-C在AMI的診斷中有與hs-cTnT和hs-cTnI相當的診斷能力。Govindan等[17]研究發現，AMI患者中，cMyBP-C水平等于或高于cTnI和cTnT，其中cMyBP-C水平在cTnI之前下降。因此cMyBP-C可作為生物標志物早期診斷ACS。

cMyBP-C在心臟損傷后的降解和釋放會刺激炎癥反應及自身抗體（AAb）產生，ACS患者，尤其是STEMI患者，血清cMyBP-C-AAb顯著升高。cMyBP-C-AAb的存在直接與心臟功能障礙有關，提示cMyBP-C-AAb是ACS患者潛在的心功能惡化和預后不良的指標[18]。Tong等[19]研究發現，基礎cMyBP-C水平反映了多種心血管疾病的易感性。再加上其高靈敏度，cMyBP-C具有作為篩查嚴重心血管疾病的生物標志物的潛力。

4 心臟型肌球蛋白結合蛋白-C與心力衰竭

近年研究提示cMyBP-C基因突變的人群進展性心力衰竭發生率增加，即cMyBP-C可能在心力衰竭的發生、發展中起重要作用。

4.1 心臟型肌球蛋白結合蛋白-C與收縮性心功能不全

研究者在一個敲除cMyBP-C基因（cMyBP-C-/-）小鼠模型中發現該小鼠的左心室射血分數（LVEF）減低。該研究選取野生型小鼠和cMyBP-C-/-小鼠的蛻膜心室肌，分別檢測了其在牽張激活反應中的作用，發現與野生型小鼠心肌相比，cMyBP-C-/-小鼠加速了心肌組織牽張激活反應，導致收縮射血分數減少，機制可能是cMyBP-C導致心肌不成熟的牽張激活反應引起的。因為在正常心肌組織中存在cMyBP-C與肌球蛋白特異性結合，可抑制橫橋與肌動蛋白相互作用的速率及范圍，維持心肌牽張激活反應的發生。而cMyBP-C對橫橋與肌動蛋白抑制移除，增加了橫橋與肌動蛋白結合的速率，提高了牽張后延遲性力回復的速率，肌肉力量不能回復到之前的水平，導致收縮功能障礙[20]。

cMyBP-C在心肌受損釋放C0C1f片段。該片段對心肌具有致病性。研究發現在正常肌節中出現COC1f片段會干擾粗細肌絲的相互作用，影響cMyBP-C調節心肌收縮作用，而引起心肌收縮功能不全。Witayavanitkul等[21]研究發現，終末期心力衰竭患者及終末期心力衰竭犬類較正常人群及犬類，cMyBP-C磷酸化水平明顯降低。這表明cMyBP-C磷酸化水平與心力衰竭的發生相關。

4.2 心臟型肌球蛋白結合蛋白-C與舒張性心功能不全

大量研究提示，cMyBP-C表達缺失和磷酸化功能障礙可能與心力衰竭舒張功能不全發生、發展相關。cMyBP-C可通過其磷酸化或去磷酸化調節橫橋循環的速率，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會導致心肌舒張功能不全。且相對應的動物模型也表現出與心力衰竭舒張功能不全相似的臨床癥狀。相關臨床研究顯示，心力衰竭舒張功能不全患者cMyBP-C磷酸化水平顯著降低，也進一步證實了cMyBP-C在舒張功能不全發生、發展中的作用。

5 心臟型肌球蛋白結合蛋白-C與高血壓

左心室肥厚（LVH）是高血壓常見的靶器官損害，其可導致嚴重的心力衰竭和惡性心律失常發生。雖然LVH與HCM都表現為左心室壁肥厚，但HCM主要為左心室壁不對稱性增厚，而LVH主要為對稱性左心室壁增厚，LVH的發生受基因、環境等多種因素影響。近年的研究表明cMyBP-C基因突變導致LVH，可能與突變位點影響磷酸化位點及影響收縮蛋白之間的相互作用相關[22]。

6 心臟型肌球蛋白結合蛋白-C與先天性心臟病

先天性心臟病（先心病）是最普遍的出生缺陷，其病因復雜，環境因素和遺傳因素起著重要作用 。有關環境因素的研究表明，葉酸缺乏與先心病有關，補充葉酸可有效降低胎兒先心病的發病率。同型半胱氨酸（Hcy）是甲硫氨酸循環的中間代謝產物，受葉酸代謝的影響。此外，Hcy能夠抑制心臟神經嵴細胞形成、形態和分化，誘導大鼠心室肌細胞凋亡，并抑制早期胚胎心臟功能的血流動力學參數[23]。

cMyBP-C在先心病中的作用仍知之甚少。Western blotting和MRM方法顯示cMyBP-C在先心病患者胎兒中的表達顯著降低。此外，cMyBP-C通過免疫沉淀和免疫熒光與KLHL3相互作用，且cMyBP-C的降解是由KLHL3介導的泛素化引起的。 另外，Hcy治療引起cMyBP-C的降低和KLHL3表達增加，蛋白酶體抑制劑MG132逆轉了Hcy誘導的cMyBP-C表達的降低，證實了Hcy降低的cMyBP-C促進了心肌細胞的凋亡。這些結果表明Hcy通過KLHL3介導的泛素-蛋白酶體途徑降低了cMyBP-C的表達，從而影響心臟發育，最終導致先心病的發生[24]。

7 總結與展望

cMyBP-C參與心肌細胞多種病理生理過程，在HCM、冠心病、心力衰竭、高血壓左心室肥厚、先心病的發生、發展中起著重要作用。探索研究cMyBP-C與心血管疾病發生發展的關系，為心血管疾病的發病機制、診斷方法有更深入的理解，從而發現新的具有針對性的治療方案。