Yotiao蛋白在心律失常中的生物學功能研究進展

肖 瀅，曹 偉，王群山

(上海交通大學醫學院附屬新華醫院心內科，上海 200092)

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Yotiao蛋白是由A型激酶錨定蛋白(A-kinase anchor proteins，AKAP)9基因編碼的AKAP家族成員[1]。AKAP9基因位于染色體7q21～22，其編碼的心臟組織Yotiao蛋白是調控緩慢激活延遲整流鉀通道(slowly activating delayed rectifier potassium channel，IKs通道)磷酸化激活的重要分子，主要由KCNQ1亞基和KCNE1亞基構成[2-3]。Yotiao蛋白通過招募蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)、磷脂酶1、腺苷酸環化酶、磷酸二酯酶4D3等細胞信號轉導通路中重要的底物磷酸化關鍵酶，特異性形成胞內大分子信號轉導復合體，協調配合共同調控IKs通道的KCNQ1/KCNE1亞基磷酸化水平。Yotiao結合并調控心肌細胞中IKs通道的磷酸化狀態和門控特性，對維持心肌細胞的正常電生理特性至關重要。

臨床上，約90%的猝死與心律失常有關[4-5]。臨床及基礎研究發現，越來越多的心律失常與基因突變有關，多為心臟離子通道基因異常。心律失常可發生于任何年齡段患者，伴有或不伴器質性心臟疾病，部分心律失常患者因出現惡性心律失常的風險較高而備受關注，因此，尋找心律失常的潛在治療靶點尤為重要。近年來，越來越多的研究顯示，AKAP家族可能是潛在的心律失常治療靶點[6-8]。現對Yotiao蛋白在心律失常中的生物學功能研究進展予以綜述。

1 Yotiao蛋白的編碼基因及生物學功能

1.1Yotiao蛋白的編碼基因及分布 Yotiao蛋白由AKAP9基因編碼，是AKAP9最短的剪接變異體。編碼的AKAP9基因位于染色體7q21～22，全長169.81 Kb，最初在研究與突觸后促離子型谷氨酸受體(N-甲基-D-天冬氨酸受體)NR1相關作用的酵母雙雜交實驗中被發現，與神經發育、突觸可塑性調節密切相關[1,9]。AKAP9基因的選擇性剪接可產生多種同形異構體，廣泛分布在中心體和高爾基體之間，可與多個信號轉導通路的信號蛋白發揮相互作用，保證細胞信號傳導的精確性，主要包括CG-NAP、AKAP350、AKAP450、Yotiao等[3,10-12]。Yotiao蛋白是AKAP家族中長度最短的異構體，但是功能最活躍的蛋白之一。

1.2Yotiao蛋白的生物學功能 Yotiao蛋白的編碼基因AKAP9可選擇性剪接產生多種異構體，主要分布于中心體、高爾基體等部位，并與多種信號蛋白(PKA、絲氨酸/蘇氨酸激酶蛋白激酶N、蛋白磷酸酶1、蛋白磷酸酶2a、蛋白激酶C和磷酸二酯酶4D3等)相互作用[2,13-15]。AKAP家族是一組結構多樣、功能復雜的蛋白[8,16-17]。Yotiao蛋白可表現出多種生物學功能，如調控神經認知功能，參與胚胎生長發育、細胞分裂增殖和細胞周期調控等多種生物學功能過程；Yotiao蛋白可直接結合到心臟組織KCNQ1的C端亮氨酸拉鏈基序上，可與PKA調節亞基結合，將PKA全酶限制在胞內的離散位置，從而發揮細胞信號傳導效應。Yotiao蛋白直接與IKs通道結合，其磷酸化有助于PKA和腺苷酸環化酶等對心臟鉀通道的調節，從而特異性地調節細胞底物磷酸化過程中的各種信號轉導通路，其作用類似于“腳手架”蛋白[18-20]。在心肌細胞中，Yotiao與KCNQ1-KCNE1結合可調控IKs通道的磷酸化狀態和門控特性，Yotiao與KCNQ1的結合對IKs通道功能磷酸化及門控特性的調控至關重要[21-22]。

2 Yotiao蛋白與IKs通道

正常心臟的生理活動受交感和副交感神經系統的自主調節。運動或情緒激動刺激交感神經，心肌收縮力加強，心率增快，心肌傳導速度及心室自律性增強，保證了心臟正常的傳導節律和充足的血液灌注。正常心室肌細胞的動作電位主要分為0相、1相、2相、3相和4相。IKs通道屬于Kv7.1通道，與心臟復極過程緊密相關。當機體交感神經興奮時，β腎上腺素能受體激活，細胞內環腺苷酸水平升高，促使PKA的2個調節亞基與2個催化亞基解聚，暴露出催化亞基的活性位點，被激活的催化亞基可進一步調控下游底物磷酸化。PKA磷酸化調節IKs通道的KCNQ1亞基N端，影響通道功能及心肌細胞的復極過程。

IKs通道由4個同源KCNQ1編碼形成的孔道蛋白(α亞基)和2個KCNE1編碼蛋白(β亞基，也稱mink亞基)組成，并以AKAP依賴途徑接受交感神經的調控，Yotiao蛋白為該通道的調節亞基，調控心肌細胞的正常生理過程。通過磷酸化KCNQ1羧基端，使心肌細胞IKs電流增大，動作電位復極加快，激活曲線向負向偏移。Marx等[21]研究證實，PKA通過Yotiao磷酸化IKs通道的KCNQ1亞基增大電流幅度；當KCNQ1基因突變破壞了其與Yotiao的相互作用時，通道對環腺苷酸介導的反應性降低。Chen等[2]研究發現，Yotiao可被磷酸化，Yotiao蛋白N端S43位的氨基酸被丙氨酸取代可顯著降低IKs對體內高環腺苷酸的反應。進一步的實驗發現，Yotiao招募腺苷酸環化酶，并通過將磷酸二酯酶4D3、磷脂酶1結合到IKs通道的胞內結構域亞基上，協同調節離子通道的磷酸化水平和門控特性[13-14]。

隨后，Kinoshita等[23]的研究顯示，IKs通道發揮作用可能并不完全需要依靠Yotiao蛋白的作用；進一步的研究表明，KCNQ1 A590區域附近的基因突變能破壞IKs的電流功能，在可引起HEK-293細胞通道的電流密度降低，導致電流-電壓曲線向右偏移。Kurokawa等[24]對共表達AKAP9-yotiao體系的研究發現，Yotiao蛋白與KCNQ1、環腺苷酸依賴性蛋白激酶調節亞單位2型、磷脂酶1相互結合共同作用，可將PKA傳遞到通道附近，并磷酸化KCNQ1 N端S27位蘇氨酸亞基。由此可見，Yotiao蛋白維持IKs通道與PKA、腺苷酸環化酶等蛋白激酶大分子復合體生物學效應的協同發揮，對維持正常的心臟節律起重要作用。

3 Yotiao蛋白與心律失常、心臟離子通道病

心律失常的發病不受年齡限制，并可嚴重影響患者的身體健康和生活質量。心臟離子通道病多以猝死或心搏驟停為首要臨床表現，其發生機制尚不清楚。對人類心臟離子通道基因突變與心律失常關系的研究可為心律失常帶來新的治療靶點[25]。心臟離子通道病是指由于某種疾病或藥物引起心臟某種或多種離子通道的數目、功能甚至結構變化，導致心肌細胞電生理活動改變，由編碼心臟特定基因異常所致的離子通道功能失調導致的一組臨床疾病。心臟離子通道病按病因可分為遺傳性和獲得性兩種，遺傳性心臟離子通道病主要包括長QT綜合征(long QT syndrome，LQTS)、短QT綜合征、Brugada綜合征、兒茶酚胺敏感型多形性室性心動過速和家族性心房顫動等。對心臟離子通道病的深入了解和認識，有利于制定適宜的臨床決策。

美國心律學會/歐洲心律學會/亞太心律學會協會共同發布了《遺傳性原發心律失常綜合征患者的診斷治療專家共識指南》[26]。目前，發達國家已將基因檢測作為遺傳性心律失常的輔助診斷方法，評估不同類型遺傳性心律失常的基因檢測結果，有助于選擇疾病的診斷、預防和治療方式，為其治療和預后提供重要參考。明確AKAP9基因在心律失常和心臟離子通道病中的潛在作用機制將有利于更好地指導臨床實踐。

3.1Yotiao蛋白、IKs通道與心房顫動 心房顫動是臨床最常見的持續性心律失常，以快速、無序心房電活動為特征。心房顫動的致病機制主要包括心房電重構、結構重構和炎癥、氧化應激和遺傳因素等[27-28]。心房電重構是發生心房顫動的重要病理學基礎，主要包括心房有效不應期和動作電位時限縮短。心房顫動致病機制復雜，迫切需要找到新的有效的防治方法。

心房顫動發病時影響心房電重構的因素很多。心肌細胞內的鈣超載和鉀電流異常對心房顫動的發生和維持起重要作用，離子流活動很大程度上影響了心房顫動的發生與轉歸。心肌細胞的鈣轉運系統主要包括 L型鈣通道、Na+/Ca2+交換體、肌質網鈣泵、Ryanodine受體及其活性調節蛋白等，其中Na+/Ca2+交換體和肌質網鈣泵是細胞內鈣的主要清除機制。心肌細胞鉀離子轉運主要包括IKs和超快速激活延遲整流鉀電流，其中IKs通道是心肌細胞動作電位3期重要的外向鉀電流，其功能異常直接影響動作電位時程和有效不應期。心房顫動發生時，存在內向離子流減小和外向離子流增大，IKs通道的電流密度減小。心臟組織IKs通道KCNQ1亞基的C端很長，Yotiao蛋白通過N端29～46位亞基和C端1 574～1 643位亞基與KCNQ1的C端亮氨酸拉鏈基序相連，對維持IKs通道與PKA、腺苷酸環化酶等蛋白激酶大分子復合體的生物學協同效應以及正常的心臟節律起重要作用。靶向針對Yotiao-KCNQ1-KCNE1的結合位點可能成為潛在的心房顫動治療靶點。

3.2Yotiao蛋白與LQTS LQTS是首個被發現的心臟離子通道病。Curran等[29]確定了LQTS的基因及其分子機制，引起了人們對離子通道病的關注。LQTS是指以心電圖上QT間期延長伴有T波和(或)U波形態異常，以臨床上反復發生尖端扭轉性室性心動過速、暈厥和猝死為特征的綜合征，分為遺傳性和獲得性兩類。已發現的遺傳性LQTS可分為15型，分為常染色體顯性遺傳(Romano-Ward綜合征)和常染色體隱性遺傳(Jervell and Lange-Nielsen綜合征)，約10%的LQTS患者至少攜帶兩種與疾病相關的突變[30]。基因突變引起離子通道功能障礙，使復極過程外相電流減小或內向電流增大，導致復極時限延長，體表心電圖表現為QT間期的改變。已有研究證實，染色體7q21～22位點AKAP9編碼基因突變可使其介導的IKs通道磷酸化缺失，從而引起11型LQTS。對兩個大樣本LQTS群體的序列分析研究證實，AKAP9(S1570L)位點突變與LQTS家族有關，提供了Yotiao突變與LQTS發生的直接證據[31]。進一步的研究發現，AKAP9位點突變使Yotiao 蛋白的表達減少，導致cAMP與Yotiao蛋白的結合障礙，從而減弱了IKs通道磷酸化作用[14]。當運動、情緒激動等導致交感神經興奮時，IKs興奮幅度降低，復機儲備減少，導致IKs電流減少，動作電位時程相對延長，促使11型LQTS的發生發展。

隨著科學技術的迅猛發展，全基因組關聯研究拓寬了人們對心律失常分子機制的認知。通過對LQT1型患者AKAP9編碼基因的單核苷酸多態性研究發現，AKAP9 rs2961024 GG純合基因型與校正的QTc間期增加有關，并與心臟事件的增多以及疾病的嚴重程度相關，AKAP9基因很可能是遺傳性1型LQTS的基因修飾因子[32]。尋找改善AKAP9失活功能的靶向治療措施，也許可為LQTS患者系統的風險評估帶來裨益。新一代測序技術有助于揭示LQTS家系中突變的AKAP9 p.(Arg1609Lys)基因功能，AKAP9與KCNQ1 C端存在2個結合序列(即殘基1574～1643)，突變的AKAP9 p.(Arg1609Lys)位于該基序內，破壞了AKAP9與KCNQ1功能的正常結合，從而干擾了IKs通道功能，可能部分解釋了該基因突變引起LQTS的致病機制，但對于罕見的錯義變異致病作用仍需進一步的研究[33]。針對LQTS的基因特異性治療仍處于探索階段。

3.3Yotiao與Brugada 綜合征 Brugada綜合征由西班牙的Brugada兄弟首先報道并命名[34]。Brugada綜合征是由多發性室性心動過速、心室顫動引起反復暈厥或猝死的離子通道病。Brugada綜合征是一組由離子通道編碼基因異常，伴有明顯遺傳異質性和家族遺傳傾向的常染色顯性遺傳病，其心電圖表現以右胸導聯(V1～V3導聯)ST段下斜型或馬鞍型抬高為特點，夜間、靜息時和飽餐后更為顯著。Brugada綜合征最早被認為是年輕東南亞男性猝死的常見原因之一，約60%的患者有家族史[35]。據統計，Brugada綜合征占猝死人群的4%，占無結構性心臟病猝死患者的20%[36]。Brugada綜合征存在無癥狀基因攜帶者、反復暈厥者及猝死者，臨床疾病譜較寬，診斷和治療較困難，對Brugada綜合征病因的探索仍在繼續。

對45例確診Brugada綜合征患者的下一代測序發現，6例存在Yotiao位點突變[37]。Brugada綜合征患者AKAP9基因編碼的Yotiao蛋白，通過與IKs的N端和C端結合，并與PKA、蛋白激酶C形成大分子復合物，調節PKA-cAMP途徑，參與心肌細胞中L型鈣通道和鉀通道的磷酸化。基因突變干擾該復合物的形成使心肌IKs通道無法對應激條件做出調節反應，導致惡性心律失常的發生甚至猝死，但疾病的基因型和表型不一定相互對應，此研究發現的基因突變也不與心臟病理特征相符合[38]。Yotiao蛋白在Brugada綜合征中的作用，尚有待大規模臨床研究數據的證實。

4 小 結

Yotiao蛋白是維持細胞電學活動穩定的必要條件。Yotiao蛋白與不同蛋白酶結合形成大分子信號轉導復合物，并可能作為一種“腳手架”蛋白參與胞內多種信號通路的傳導，在心律失常以及心臟離子通道病中發揮重要生物學作用。對Yotiao蛋白的深入認識，將有助于加深對疾病的診療和認知。目前，心律失常中Yotiao蛋白的分子機制和作用方式還需進一步研究，將有助于尋找干預心律失常的治療靶點，彌補現有抗心律失常藥物的不足，從而使更多的臨床患者獲益。