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(石家庄市中医院功能科，河北 石家庄 050051)

肥厚型心肌病(HCM)与扩张型心肌病(DCM)的发病机制非常复杂，近百年来人类对它们的研究进展缓慢，原因是由于致病基因突变具有高度异质性，因此缺乏一个合适的人类疾病的转基因动物模型。近20年随着分子遗传学的快速发展，人们逐步从DNA水平上研究其致病机制。本文通过比较两者分子机制的异同性来阐述这些最新进展。

1 HCM

1.1 肌小节基因突变

HCM主要病理特征为室间隔不对称增厚、肌纤维排列紊乱、心肌纤维化[1]。遗传连锁分析已经将HCM的致病位点定义在人染色体14q11-12、2q31、19q13、1q32、15q14和22、11p11、3q21、12q23-p21，而编码心肌肌小节内介导肌肉收缩的Myosin蛋白β重链、基本Myosin蛋白轻链、调节Myosin蛋白轻链、肌球蛋白结合蛋白C、Titin、Actin、α-Tropomyosin、TroponinⅠ、Troponin T、Troponin C等蛋白的基因正好在这些位点，证明肌小节10个基因中任何一个突变均为HCM的致病病因[2]。研究表明，肌小节的基因突变存在两个致病表型，一个是突变致显性基因失活而引发功能蛋白数量减少(单倍体不足，失功能突变)，另一个是突变产生的蛋白获得一个新的功能或干扰其他蛋白正常功能(获得功能突变)。绝大多数肌小节蛋白的基因突变是错义突变和小的基因截短，不可能由于转录和翻译过程的不稳定而产生单倍体不足。MORITA等[3]研究证明，超过半数Myosin蛋白β重链的点突变不会编码一个提前终止信号。虽然一些肌小节基因(如Troponin T、肌球蛋白结合蛋白C)存在基因的读码框插入和删除突变(能够改变转录剪接信号)，但转录后可产生稳定的突变蛋白并整合入心肌肌丝内[4]，不会引起功能蛋白数量的减少。上述结果证明致病基因突变是获得性功能突变，即突变蛋白产生了一种新的功能，如Myosin蛋白β重链的错义突变常出现在4个区域，即头部与Actin接触位点的残基上、包绕其ATP结合囊的残基上、可活动性支点区的残基上、与轻链的结合位点处残基上[5]。一个发生在Myosin头部-Actin结合环基底部的氨基酸替换(由精氨酸变成谷氨酰胺，Arg403Gln)会改变环的结构和二者的相互 作用，直接的基因表现型是Myosin的ATP酶活性升高、细肌丝滑动加速、收缩力增强。虽然这一改变会提高功率，但突变蛋白作为一个异质性蛋白与野生蛋白共存于肌小节内，会对原Myosin蛋白头部间的正常机械性协调起解偶联作用，加之ATP酶活性升高会大量消耗ATP，一旦耗能超过供给，心肌细胞会提前死亡。因为心肌细胞不能复制，不断增殖的成纤维细胞会积聚在心肌组织而致心肌纤维化。

1.2 Ca2+信号在心肌肥大中的主导作用

肌小节蛋白的基因突变能够改变正常肌肉收缩的分子过程，这一改变将刺激促心肌细胞增殖的分子通路而导致心肌肥大[6]。但目前对其机制知之甚少。一些研究表明，Ca2+在此增殖的信号转导中扮演关键角色。各种原因引起的细胞内Ca2+浓度升高均可激活钙依赖性磷酸酶A(Calcineurin),进而引起活化性T细胞-核转录因子(NF-AT3)去磷酸化和核转位[7]，NF-AT3在核内通过刺激多种生长因子而促细胞生长。FATKIN等[8]研究结果显示，Arg403Gln突变可阻止肌小节内的Ca2+在心肌细胞舒张期返回到内质网，导致内质网内的Ca2+在再循环中被耗竭。这一亚细胞内的Ca2+调节不良的直接结果是干扰了Actin-Myosin的相互作用，间接结果是刺激了内质网内Ca2+结合蛋白(Calsequestrin、Calpactin蛋白，主要功能是缓冲内质网Ca2+浓度)的高表达。Calsequestrin、Calpactin蛋白是最具前途的介导心肌肥大的候选因子[9]，畸变的肌小节收缩信号通路可能在心肌肥大过程中起主导作用。视松蛋白(Telethonin)、亲联蛋白(Junctophilin)、α-肌动蛋白与γ-肌丝蛋白结合蛋白(Myozenin)、包含锚蛋白重复域蛋白1(ANKRD1)、腺苷酸活化蛋白激酶亚基γ2(PRKAG2)均为不直接参与收缩的肌小节辅助蛋白，WATKINS等[10]研究结果证实，这些基因突变可瓦解胞内钙处理信号和机械感受信号(肌小节收缩的下游信号)，伴随其他原因(如肌小节基因突变)所致的胞内能量转换和钙处理信号的失衡，可活化AMPK、JAK-STAT激酶通路而刺激细胞过度生长，导致肌细胞肥大、形态失常、排列紊乱和心肌纤维化，引发HCM。

2 DCM

DCM主要病理特征为左心室扩张、心肌收缩功能下降、心肌细胞死亡[11]。已有研究结果显示，编码心肌肌小节内的Actin、TroponinⅠ、Titin、Myosin轻链等蛋白的基因突变也是DCM的致病原因[12]，不同的是DCM突变区域和种类具有多样性和严重性[13]。其遗传性致病基因主要集中在肌小节内的产力过程、力从肌小节传递到细胞骨架和胞外基质、肌小节内各蛋白质的相互作用、肌细胞核膜的组装过程。4个方面相互联系共同促成DCM的发生。

2.1 产力障碍

CHANDRA等[14]研究结果表明，引发DCM的肌小节基因突变主要导致收缩力降低。一个Myosin重链的错义突变Ser532Pro干扰了Myosin与Actin的结合,另一个Myosin重链的错义突变Phe764Leu (位于Myosin活动性支点结构域中心)干扰了力从Myosin头部向粗肌丝的传递和定向，两个突变均可降低收缩力。Troponin T蛋白上存在5个高度保守的赖氨酸密码子，其中Lys210的删除突变减弱了Ca2+与Troponin C的相互作用。由于Troponin复合体对依赖于Ca2+激活的Actin-Myosin ATP酶的活动起调节作用，Actin与Myosin解离、再结合过程中所需能量因Troponin T的突变而供给减少，最终肌小节的收缩力下降而导致DCM[15]。更多的研究结果表明，引发HCM的Myosin错义突变(超过50个)和Troponin T错义突变，不会出现在Myosin残基532-764位点(此区域是DCM的突变位点)或者Troponin T残基的210位点及210两翼赖氨酸残基上[16]，这表明HCM和DCM的发生是某个肌小节基因顺序突变的结果，它们享有一个共同的心肌重建通路，轻微的突变导致肌细胞过度生长引起HCM，严重的突变(较HCM更多位点和种类的突变)导致细胞过度生长不能代偿而致死亡引起DCM。一些临床研究结果支持这一结论，即扩张的心肌也存在心肌肥大，恶化的HCM心肌扩张和收缩力下降[17]。异质性的Myosin突变可引起HCM，同源性的Myosin突变(两个异质性的杂合子杂交)可引起DCM。然而，HO等[18]研究结果显示，不考虑患病个体的血缘远近，同一位点的突变既能引起HCM,也能引起DCM；一些拥有同源性的Myosin突变的稀少人群仅有心肌肥厚而无扩张，即使Myosin重链突变剂量超过原来的两倍，表明HCM和DCM可能有不同的心肌重建通路，不同的遗传基因参与其中，或者同一通路有不同的修饰基因。关于影响HCM和DCM的基因突变需要进一步研究。

2.2 力的传递障碍

存在于肌细胞浆膜下的由抗肌萎缩蛋白(Dystrophin)和Sarcoglycan蛋白组成的低聚复合体主导了力从肌小节到细胞骨架的传递。编码此复合体的基因突变所致的力的无效传递会触发心肌重建的信号通路，以此来代偿性地升高其下降的收缩功能。更重要的是，复合体的突变[19](如Dystrophin启动子序列的突变或δ-Sarcoglycan基因删除)会产生进行性的心肌营养不良和功能失调(导致扩张)，此为DCM的主要病因。CORAL-VAZQUEZ等[20]研究结果表明，腺病毒和肠病毒感染引起的心肌炎可导致活动性DCM，致病机制是由于病毒内的蛋白酶2A会特异性地劈开Dystrophin蛋白，被水解的蛋白功能失效，产生与遗传性DCM相似的病理特征。除此以外，WATKINS[21]研究结果显示，突变的Dystrophin-δ-Sarcoglycan复合体可破坏冠状动脉平滑肌细胞骨架的完整性，而导致冠状动脉树的变形，由此降低了冠状动脉血流量而致缺血性心肌病的发生。另外，一些特异性表达于肌细胞胞质内的蛋白突变也是DCM的致病原因，如Actin相关性细胞骨架蛋白[22](LIM)和中间丝蛋白[23]Desmin的突变可以导致肌细胞变性或死亡而引发DCM，主要机制可能是异质蛋白突变提高了肌细胞收缩时对机械压力的敏感性并触发了心肌再建的分子通路。Actin的突变可产生双重功能，一方面可影响它与细胞骨架蛋白的相互作用(与力的传递有关),另一方面影响与Myosin的相互作用(与产力有关)，前者可引起DCM，后者引起HCM，二者不能互相替代，提示DCM发生主要为与力的传递有关的基因突变所致。

2.3 肌小节内各蛋白质的相互作用

HERMAN等[12]研究结果表明，Titin基因截短性突变是DCM最常见的病因，同时也是HCM的病因，但后者突变的种类和数量较前者少。Titin基因截短性突变(获得性隐形突变)产生短的、羧基末端被截断的表达蛋白，整合到肌小节内并锚定于Z线区而与Z盘因子(主要是Telethonin)相互作用，但由于其太短不能通过肌间蛋白(Myomesin)锚定于肌小节中部而与M线区脱节。正常的Titin蛋白的M线部分及Myomesin可通过与肌小节的多种蛋白相互作用而调节肌小节收缩力的产生，失去这种相互作用将导致调节崩溃而致产力障碍。另外，截短的蛋白可不断被细胞内RNA和蛋白质监控系统降解而致Titin数量减少，这会妨碍肌小节的组装形成，于是心肌收缩力进一步下降，心肌重建通路被激活而致DCM。

2.4 核膜组装障碍

除了产力和传递力过程相关的基因突变外，编码核纤层蛋白A/C(LaminA/C)的基因突变也导致DCM[24]。Lamin是一个位于核膜内表面的中间丝蛋白，其功能为维护核膜的完整性、确保细胞抵抗外界机械应力。细胞有丝分裂时，核膜去组装，Lamin变成细胞质蛋白；而有丝分裂后，Lamin参与核膜的再组装。MUCHIR等[25]研究结果表明，出现在LaminA/C蛋白单体中心螺旋杆区的无义或错义突变引发埃-德型肌营养不良，出现在单体羧基末端的无义或错义突变引发脂肪代谢障碍[26]，此两种疾病可直接导致合并心肌传导系统障碍(如房室传导阻滞)的DCM，原因是Lamin的错义突变改变了其与肌小节内的中间丝蛋白、Actin相关性细胞骨架蛋白、肌纤维膜蛋白等正常蛋白质的相互作用，而后3个蛋白与DCM的发病直接相关；另外，Lamin基因突变破坏了肌细胞核膜的完整性，同时降低了细胞收缩时胞核的抗外界机械压的能力，直接的结果是细胞提前死亡，导致DCM，核膜破裂后释出纤维脂肪组织，后者进入心传导系统细胞而引起心肌传导障碍[24]。目前还没有研究结果证实Lamin突变能引起HCM。

综上所述，无论是DCM还是HCM，无论突变位置和种类是否具有多样性，最终的发病过程是突变将触发心肌重建的分子通路[27]，Ca2+调节失常可能处在关键的枢纽地位，不同的分子通路或同一通路不同的下游信号传导都将在此点上交汇而交互重建心脏。

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