Junctophilin 2功能異常與心臟疾病的研究進展

何容芳綜述，李妙齡校審

（西南醫科大學：1心血管醫學研究所；2附屬醫院感染科，四川瀘州 646000）

1 Junctophilin 2的基本結構

JPH2蛋白由696個氨基酸殘基組成,其基因編碼在20q13.12的5個編碼區，JPH2蛋白從N端到C端包括motif region（MORN）功能區域、連接區域、α-螺旋結構域、變異區域以及跨膜區域。在其N端,是8個高度保守的親脂“膜錨定、識別和連結”的MORN結構域[3-4]，MORN結構域對磷脂具有高親和力可將JPH2錨定在質膜上，前6個MORN結構域可通過連接區域與最后兩個域分開，并分隔為功能I、II區。連結區域是胞質蛋白的結合區，可以調節JPH2與胞膜或者SR膜的結合力[2]。α-螺旋結構域跨越了大部分的連接空間，α-螺旋結構域的二級結構由多個α螺旋組成，約100個氨基酸，α螺旋可以將心肌的質膜同肌漿網之間連接起來，并使L型鈣離子通道（L-type Ca2+channels,LTCCs）和位于SR上的蘭尼堿受體（ryanodine receptor，RyR）之間保持一個較近的間距，從而在心肌細胞收縮舒張過程中保持耦聯結構的機械彈性。變異區域在不同種屬和各亞型間保守度很低,可能不存在特定功能。最后，JPH2的C末端跨膜結構域可嵌入到SR中[3]。

2 Junctophilin 2在心臟上的功能

2.1 Junctophilin 2參與維持心肌正常的興奮-收縮功能。

心肌細胞收縮的原理和骨骼肌細胞相似，在受到刺激時都是先在膜上產生興奮，然后再通過興奮-收縮耦聯，引起肌絲相互滑行，造成整個細胞的收縮。心肌細胞的收縮也具有鈣離子依賴性，即需要進入心肌細胞的鈣離子來觸發肌質網內鈣離子的釋放才能完成。在心肌細胞中，鈣信號的傳導主要依靠JMCs使鈣離子從細胞膜上的L型鈣離子通道向胞內的SR上傳導[5-6]，而JPH2是具有JMCs特性的蛋白分子，可通過作用于心肌細胞質膜和內（肌）質網膜，使兩者之間達到一定的距離，以維持鈣離子穩態，進而實現心肌細胞鈣促鈣釋放過程（calcium-induced calcium release,CICR），而鈣離子釋放入胞質后，鈣離子可與肌絲上的鈣結合蛋白相結合，觸發心肌收縮[7]，最終完成心肌細胞的興奮-收縮耦聯。因此，JPH2對維持心肌正常的興奮-收縮功能起著至關重要的作用。

2.2 Junctophilin 2參與心肌細胞的發育成熟

有研究者[8]根據小鼠胚胎干細胞（embryo-ncstemcell,ES）體外分化成心肌細胞以模擬體內心肌發育,并在分化過程中評價JPH2蛋白表達的功能特征，明確了JPH2是中胚層發育及心肌細胞分化的關鍵因素，且在ES細胞體外分化為心肌細胞過程中，發現JPH2的蛋白表達呈發育依賴性上升。同時，也有研究表明JPH2在T小管的發育過程中發揮著重要作用。T小管（T-Tubule）是心肌細胞膜在肌小節Z線處向肌漿網內凹陷形成的管狀結構。胞內的SR與T小管系統緊密耦聯，可縮短細胞膜上L型鈣通道與位于SR上的蘭尼堿受體（ryanodine receptor，RyR）在空間上的距離，使細胞能更快的接受來自細胞外及細胞膜傳遞的信息。有研究者[9]利用RNAi技術來干擾JPH2的基因表達，干擾后心肌細胞出現了T小管結構的破壞。也有研究[10]發現心肌JPH2低表達的小鼠出生后T小管出現成熟障礙，而JPH2過表達的小鼠卻在出生8 d時出現了T小管的提前發育成熟。因此，JPH2在心肌細胞及其T小管的發育成熟上也發揮著關鍵作用。

3 Junctophilin 2與心臟疾病

3.1 Junctophilin 2與心肌肥大

2004年Minamisawa S等[11]研究者用心室特異性過表達H-ras癌基因來模擬肥厚性心肌病，發現該轉基因小鼠模型中心臟JPH2蛋白的表達是下調的，且定位于Cav-3表達比較豐富的區域。2007年，Landstrom AP等[12]將JPH2作為人類肥厚型心肌病（HCM）發病機制的新任候選基因，并在分子和功能水平上證明了JPH2缺失可破壞鈣信號傳導而成為HCM新的致病機制。研究者將388名無關聯的HCM患者的DNA進行JPH2的綜合分析，包括剪接位點的突變分析，發現了3個新的HCM易感性突變點：S101R，Y141H和S165F，它們都定位于JPH2關鍵的功能區。隨后，日本研究者[13]報道了兩個遺傳變異體，他們在195名肥厚型心肌病（HCM）的患者心臟中，新發現了JPH2有兩個雜合的非同義核苷酸轉換（G505S和R436C）。盡管他們的結果并沒有表明G505S突變可導致JPH2明顯的結構異常，但G505S突變可使JPH2產生輕微的構象變化，減弱興奮-收縮耦聯的效率，并進一步誘發代償性肥大以及心肌細胞代謝的改變。2011年,也有研究[14]表明在心肌肥大病人心臟組織中JPH2表達是下調的，并通過小干擾RNA探針部分沉默心肌細胞中JPH2 mRNA的表達，結果顯示敲低JPH2后的心肌細胞可出現肥大，其已知的肥大標志物也明顯增加。同時敲低JPH2 mRNA表達后也可抑制最大Ca2+瞬變幅度，改變Ca2+動態平衡，最終導致興奮-收縮耦合的降低。最近也有研究者[15]在JPH2中發現了一種新型的HCM相關突變位點A405S，他們用轉基因小鼠模型確定了這一新的JPH2突變點與HCM之間的因果關系。同時，有一篇關于羊心臟T小管早期發育的研究[16]中報道，在心肌細胞肥大時，伴隨著JPH2在細胞內定位的增加，JPH2也逐漸增加了與RyR的耦聯。

如上所述，JPH2與心肌肥厚密切相關，但其具體機制尚不清楚，有報道顯示[17-19]病理性心肌肥厚確實與Ca2+依賴性信號通路密切相關。研究表明多種調控Ca2+的亞細胞結構域都參與了啟動肥大信號的傳導。JPH2的基因突變或缺失可能會通過破壞肌漿網，并引起RyR2功能受損而致SR Ca2+泄漏，而Ca2+泄漏可激活鈣調磷酸酶/NFAT肥大信號傳導通路，其中Ca2+敏感性磷酸酶即鈣調磷酸酶可以激活NFAT的核易位和肥厚基因的轉錄。而RyR2的進一步受損也可能導致鈣調蛋白依賴激酶II（CaMKII）的磷酸化，并解離肌細胞增強因子-2（MEF2）、組蛋白去乙酰化酶4（HDAC4）的鈣調蛋白依賴性，最終啟動心肌肥大信號通路[20-21]。為進一步明確JPH2分子缺陷與肥厚性心肌改變之間的聯系，未來仍需要大規模的基因檢測或構建表達JPH2突變的轉基因模型，以更清楚的闡明心肌肥厚的相關機制。

3.2 Junctophilin 2與心力衰竭

心力衰竭是指由于心臟的收縮功能和（或）舒張功能發生障礙而引起的一系列病理癥候群。Ca2+經L型鈣通道內流導致的鈣觸鈣釋放（CICR）過程在心肌興奮-收縮耦聯中發揮著重要作用。CICR的機制是由LTCCs、RyR2以及兩者之間的耦聯關系共同決定的，而JPH2正是決定它們耦聯關系的關鍵蛋白之一。有研究者[22]在心衰的疾病模型中發現，心衰導致JPH2表達下調，T小管重塑，并使T小管-肌漿網耦聯密度減少，最終導致胞內鈣超載。Ralph J等[23]為了闡明JPH2在心臟中的作用，使用RNA干擾敲低心臟JPH2的表達，結果顯示JPH2敲低后可導致耦聯膜復合物數量減少而影響興奮-收縮耦聯，引起心臟收縮力受損、心力衰竭和死亡率的增加。同時也發現JPH2的缺失會對細胞內Ca2+穩態調控產生影響。Wu H D等[24]通過主動脈縮窄手術建立心力衰竭大鼠模型，并通過透射電鏡圖像來分析心衰時心肌細胞SR耦合TT的體積密度和表面積，發現TT-SR耦合在Z線區域被移位或丟失，其體積密度和表面積都有所下降，且通過數值模擬實驗和JPH2敲低實驗證明了SR耦合TT結合尺寸的減小可導致Ca2+釋放激活的延遲。也有研究[25]表明miR-24可通過結合JPH2 mRNA的3′非翻譯區內的兩個位點中至少一個來調節JPH2的表達，miR-24的過度表達可導致TT-SR超微結構的重構和興奮-收縮耦聯的缺陷。由于一個微小RNA通常有多個目標，該研究使用了TargetScan軟件，在人類、大鼠和小鼠基因中進行了miR-24靶標的全基因組掃描，并且鑒定出除JPH2之外的興奮-收縮耦聯成分。實驗數據顯示，miR-24過表達并未改變LTCC，RyR和SR上Ca2+泵等的表達，因此miR-24誘導的興奮-收縮耦聯缺陷不能歸因于除JPH2以外的興奮-收縮耦聯蛋白。相反，如果敲除JPH2就會完全再現miR-24異常表達所引起的興奮-收縮耦聯效應。近期一項[26]研究確定了一種新的細胞骨架運輸機制，發現微管致密化會導致心臟疾病中T小管的重塑和興奮-收縮耦聯功能障礙。在夾閉小鼠主動脈建立的心衰模型中，使用秋水仙堿（一種微管解聚劑）可顯著改善T小管的重塑和心臟功能障礙。且在其心臟組織切片中，免疫熒光顯示JPH2的分布是顯著紊亂的，而注射秋水仙堿后又可顯著保持JPH2的分布。也有研究者[27]發現心衰時JPH2有多個位點可被鈣調蛋白酶切，從而導致JPH2的功能失調，該研究揭示了鈣蛋白酶介導的蛋白水解有助于JPH2的翻譯后下調，初步探討了心衰時JPH2下調的具體機制。盡管近年有研究者[28-30]也同樣驗證了心衰時心肌組織JPH2的表達是下調的，且認為JPH2可通過與RyR之間的耦聯調節Ca2+通道的開放概率并影響Ca2+火花特性。但最新研究[31]在心衰患者的心臟組織中發現JPH2與RyR共定位的比例并沒有顯著改變，而JPH2密度的增加和T小管與RyR簇比例的增加呈較強的相關性。因此，仍需要進一步加深對JPH2在心力衰竭中作用及其機制的研究，為心力衰竭的藥物靶向治療提供新的視點。

3.3 Junctophilin 2與心房顫動

心房顫動(atrial fibrillation，AF)是最常見的持續性心律失常，其發生率隨著年齡的增長而不斷增加，75歲以上人群可達10%。房顫的患病率還與冠心病、高血壓病和心力衰竭等疾病有密切聯系。以往有研究[32]表明肌質網（SR）Ca2+泄漏可導致蘭尼堿受體（RyR2）上蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）過度磷酸化而引起房顫的發生或維持。而JPH2可通過直接或間接作用調控RYR2的功能，對正常的心肌鈣信號傳導產生調節作用，因此推測JPH2對房顫的發生或維持也可產生調控作用。Beavers D[33]等在篩查203例肥厚型心肌病患者時，發現了2例青少年伴有陣發性房顫（pAF），且在患者心臟中發現了新的JPH2錯義突變（E169K）。他們將突變型JPH2的轉基因小鼠與特異性JPH2敲低的小鼠雜交，使小鼠體內有兩個JPH2基因突變位點，由此模擬了有這些突變雜合子的患者的特性。且發現JPH2突變體E169K的假敲（E169K-PKI）小鼠與WT-PKI小鼠相比表現出了更高的AF發生率，在其肌漿網（SR）上異常Ca2+釋放事件的發生率也明顯增加，并將這一現象歸因于突變E169K減弱了JPH2與RyR2的結合，進而導致了JPH2介導的RyR2穩定性的喪失。另外，表達與房性心律失常無關的A399S-PKI小鼠與WT-PKI小鼠相比，其AF誘發率沒有顯著差異。因此JPH2的突變或功能喪失可通過影響RyR2的功能而促進SR上Ca2+的泄漏，最終引起房顫等心律失常。近期也有研究者驗證了[34]二尖瓣病變合并持續性房顫患者JPH2的表達水平。他們將34例接受二尖瓣手術治療的患者，根據術前心律分為竇性心律組和房顫組，結果發現房顫組左心房組織JPH2蛋白表達水平明顯下降，且調控其表達的miRNA-24水平明顯升高。同時，本研究組[35]從21例竇性心律（SR）的體外循環手術患者和30例慢性房顫（AF）患者心臟中取得右心房組織，并檢測其心房肌組織中JPH2蛋白的分布和表達。結果顯示與SR患者相比，慢性AF患者心房肌JPH2表達也明顯下調，這同樣支持JPH2表達異常與AF密切相關。由于本研究暫未涉及到JPH2表達異常時房顫心肌胞內鈣濃度的變化，因此未來可采用一種心肌胞內游離鈣濃度測定方法[36]來檢測房顫時JPH2對心肌胞內鈣濃度的影響，以進一步探討心房JPH2蛋白表達水平異常對房顫發生和維持的分子機制，為探索心房顫動等心律失常的潛在治療靶點提供新的理論依據。

3.4 Junctophilin 2與其它心臟疾病

有研究者[37]在室性早搏誘發型心肌病（PVC-CM）的犬模型中，發現了T小管的錯位及JPH2、BIN-1和Cav1.2的下調，并認為JPH2不僅是一種“二聯體”，它還可以調節離子通道功能。解決JPH2，BIN-1和Cav1.2這三者之間的等級關系對于治療和防止PVC-CM的進展是必要的。Schobesberger S等[38]通過結扎SD大鼠的左前降支建立心肌梗塞模型，在心肌梗塞（MI）4周后發現JPH2的表達和T小管密度也是顯著降低的。同樣有報道[39]顯示在心肌梗塞后，T小管簇可在梗塞周圍區域丟失，呈現高度無序的分支結構，該研究強調將JPH2作為靶點治療有利于保持T小管簇的方向，并減慢心肌梗塞后收縮乏力的進展。另外也有關于JPH2與肺動脈高壓（PAH）導致右心室功能障礙的研究[40]，結果顯示野百合堿誘導PAH致右心室功能障礙時，JPH2和T小管明顯減少。而使用秋水仙堿后能夠增加PAH時JPH2的表達,并改善T小管的結構及右心室功能。這為秋水仙堿改善右心室功能障礙的治療方案提供了參考。由于JPH2表達下調是心衰時的共同特征，因此有研究者[41]嘗試使用基因治療來改善心臟功能，結果顯示用腺病毒9型（AAV9）介導JPH2過表達后可以阻止小鼠心力衰竭的發展。該研究開啟了基因治療改善心臟超微結構重塑的新途徑。近期也有研究首次[42]證明了JPH2與SK2（small-conductance calcium-activated potassium channel SK,Kca2）之間的相互作用關系，結果發現通過沉默JPH2可抑制SK2通道電流和顯著降低心肌細胞的鈣瞬變，本研究為預防和治療SK通道異常所引起的心臟疾病提供了新的治療靶點。

4 結 語

JPH2是心肌細胞耦聯復合體（JMCs）微環境的關鍵調節劑。它為心臟T小管發育提供了結構條件，是T小管和SR之間的耦合點，并且對局部離子通道和細胞內Ca2+信號傳導具有調節功能。JPH2表達水平在心肌肥厚、心力衰竭、心房顫動等多種心臟疾病中都有異常，而其功能的保留可能會阻止這些疾病的發生或進展，將JPH2作為治療靶點可為預防或逆轉不良的心臟超微結構重塑提供新的途徑。由于JPH2在人類心臟疾病中的作用及機制并不完全清楚，因此，未來需要進一步的研究去更全面地描述心臟JPH2在健康和疾病狀態時的關鍵作用。