A型核纖層蛋白基因突變致擴張型心肌病的研究進展

莫賓海 綜述 李浪 審校

(廣西醫科大學第一附屬醫院心內科，廣西 南寧 530021)

擴張型心肌病(DCM)的主要特征表現為心腔擴大、室壁變薄、收縮功能障礙，且常伴嚴重的心律失常[1]，后期往往進展至難治性心力衰竭，目前尚無有效的治療手段，只能依靠心臟移植，發病率為5～10/10萬[2]。DCM的病因和發病機制至今不明，報道至少40%～50%的DCM與遺傳因素有關，現已發現30個基因與DCM的發病有關[3]。A型核纖層蛋白基因(LMNA)是DCM的重要致病基因之一，占突變基因的6%～8%。LMNA突變導致的DCM(LMNA-DCM)常伴心臟傳導異常且預后差[4]。

1 LMNA及其編碼的蛋白

LMNA位于1q21.2-q21.3，基因組序列全長56.7 kb，編碼區域2.4 kb，包含12個外顯子。LMNA編碼的蛋白為A型核纖層蛋白(LaminA/C)，包括LaminA和LaminC。在LMNA轉錄過程中，第10個外顯子發生選擇性剪切，產生2種不同的mRNA分別編碼LaminA和LaminC兩個異構體[5]。LaminA由664個氨基酸組成，LaminC由572個氨基酸組成。LaminA和LaminC在其外顯子1-9編碼的前566個氨基酸相同，之后為6個不同的C末端氨基酸。核纖層蛋白包含由360個氨基酸殘基組成的螺旋“桿”功能區、N端“頭”部和C端球型“尾”部。LaminA/C的結構不同主要表現為C端球型“尾”部長短不同[6]。LaminA/C主要分布在核膜內側組成核纖層，是組成細胞核纖層的重要成分，起維持核膜正常形態的作用。LaminA/C將內層核膜蛋白連接為一體，定位核孔復合體、結合核膜蛋白。LaminA/C在細胞的DNA修復/復制、RNA轉錄、信號傳導、細胞骨架的穩定中起著重要作用[7-9]。

2 LMNA-DCM的特點

現已知LMNA-DCM占基因突變DCM的6%～8%，其預后差[10]，患血栓栓塞風險高[11]。LMNA突變患者在20～30歲時就出現心臟癥狀，通常開始時出現輕度心律失常，然后逐漸惡化[12]。超過90%的患者發生心律失常，約一半的患者需要起搏器或植入型心律轉復除顫器治療，充血性心力衰竭達30%，猝死率達30%[13]。此外，幾乎一半的患者在達到明顯心力衰竭階段之前突然死亡[3]。并且，在LMNA突變攜帶者中，年齡越大，外顯率越高。由于嚴重的心律失常和終末期心力衰竭的患病率較高，男性LMNA突變攜帶者預后較差[14]。心房顫動、非持續性室性心動過速和QRS時限>120 ms是預測DCM患者死亡的三大指標[15]。延長的PR間期是LMNA-DCM室性心律失常的最佳預測因子[16]。

3 LMNA-DCM的致病機制

已報道不同的基因突變通過不同的細胞途徑誘導DCM[17]。人們對LMNA-DCM的機制研究日益深入。

3.1 肌動力異常

le Dour等[7]通過LMNA(H222P/H222P)小鼠發現，小鼠心臟中的WNT/β-catenin信號轉導減少與心臟收縮力和心室內傳導異常有關。另有研究在LMNA突變患者心臟中的絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號增強，通過用細胞外調節蛋白激酶(ERK)1/2激活抑制劑治療LMNA(H222P/H222P)/ERK1-/-小鼠，發現在20周齡時，與LMNA(H222P/H222P/)ERK1+/+小鼠相比左心室直徑較小，左室短軸縮短率增加[18]。表明同工酶ERK1和ERK2可能是LMNA-DCM的發病機制之一。

3.2 自噬異常

Choi等[19]報道雙重特異性磷酸酶4(Dusp4)在LMNA(H222P/H222P)小鼠的心臟中高表達，在具有Dusp4選擇性過度表達的轉基因小鼠心臟顯示出與LMNA-DCM相似的心臟功能障礙。在細胞實驗中，Dusp4的過度表達正調節蛋白激酶B-雷帕霉素靶蛋白信號傳導，導致自噬受損。說明Dusp4在LMNA-DCM中起致病作用。2013年Choi等[20]再次報道自噬受損可能是LMNA-DCM的發病機制。

3.3 胞核異常

Ho等[21]在LMNA-/-和LMNA(N195K/N195K)小鼠發現核易位和下游巨核細胞白血病1轉錄因子信號傳導的受損，在小鼠細胞中發現，因肌動蛋白動力學改變，出現巨核細胞白血病1轉錄因子在胞核和細胞質之間穿梭異常，還有核膜蛋白emerin的異常表達，并在細胞內錯誤定位，這都可能與LMNA-DCM的機制有關。芬蘭人West等[22]在LMNA突變表達細胞中非折疊蛋白反應增強。用衣霉素刺激內質網使突變表達細胞活力下降，提示突變影響細胞的應激、穩態和活力。

3.4 鈣異常

意大利人Carmosino等[8]報道LMNA突變攜帶者心臟中突變R321X的表達。當R321X在HEK293細胞中表達時，被GFP-(或mCherry)標記的R321X在內質網上錯誤定位，誘導內質網上的PERK-CHOP軸發生應激反應，并在LMNA突變攜帶者心臟活檢切片中發現PERK的磷酸化。 被mCherry標記的R321X在內質網錯誤定位的同時也導致了內質網對 Ca2+的處理能力下降，Ca2+進入細胞膜的量減少和胞核Ca2+穩態異常。此外，R321X的表達也導致細胞的凋亡率上升。

4 LMNA-DCM的診療研究

目前對于 LMNA-DCM患者的現行臨床治療與其他心肌病或心力衰竭患者相同，包括用藥物和心室設備進行癥狀控制和支持治療。起搏器可以考慮在發展漸進傳導延遲的情況下。進行性心力衰竭最終變得難以治療，最終只有進行心臟移植[3]。由于LMNA-DCM患者與非LMNA-DCM患者相比預后差，因此對已經確定LMNA突變攜帶的DCM患者，應積極治療和盡早安裝起搏器[23]。

了解LMNA-DCM發病機制中信號通路改變可以進行靶向治療，已確定因LMNA基因突變而發生改變的信號通路包括MAPK通路和哺乳動物mTOR通路，包括其下游涉及的不同靶點[18]。MAPK通路作為一個多層次的途徑，涉及不同的下游信號分子[24]。mTOR通路在調節細胞的生長、增殖、存活和蛋白質合成中也起著重要作用[25]。并且發現MAPK通路和mTOR通路之間存在相互作用[24]。

在LMNA突變患者心臟中觀察到MAPK/ERK信號通路的過度活化，表明相應的抑制劑對LMNA-DCM患者可能有很大的治療潛力[26]。MAPK或mTOR途徑的各種抑制劑已經被應用于治療其他疾病，如癌癥、慢性疼痛和炎性疾病[25]。

此外，LaminsA/C與激活的ERK1/2相互作用調節著連接蛋白43的活化。當LaminsA/C不能正常合成，異常磷酸化的ERK1/2使連接蛋白43激活增加，導致間隙連接功能下降，使細胞之間相互作用減少，這可能是導致DCM心律失常的機制[27]。這表明ERK1和ERK2的過度活化會導致DCM的發生[18]。也有報道MAPK/ERK激酶(即MEK1/2)催化ERK1/2的磷酸化，已有研究表明MEK1/2的抑制劑對一些癌癥和心肌病有臨床療效。該抑制劑能有效抑制小鼠細胞和組織中ERK1/2的活性，改善小鼠左心室收縮功能，減少左心室纖維化，延長生存期[28]。另有研究發現，血管緊張素轉化酶抑制劑和MEK1/2抑制劑兩種藥物在左心室功能障礙發作后起始具有協同效益[29]。在LMNA突變小鼠中發現，病變的心臟和骨骼肌組織中顯示mTOR通路過度活化[19]。用mTOR通路抑制劑(雷帕霉素或替西羅莫司)治療該突變小鼠，發現小鼠的左室大小和心臟功能得到改善[30]。

5 展望

LMNA是DCM的重要致病基因之一，LMNA-DCM較其他原因引起的DCM猝死風險明顯增加，機制更復雜，有待進一步研究，發現更多的LMNA基因突變位點和其中涉及的通路和分子，加深對LMNA-DCM的認識。從機制上為LMNA-DCM治療提供了一些新的治療靶點，對患者進行早診斷、早治療，從而改善LMNA-DCM的預后。

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