心臟鈉通道β2亞基轉運和功能分析

王志華，張秀峰，柳金金

（1.內蒙古自治區婦幼保健院 藥劑科，內蒙古 呼和浩特；2.湖北醫藥學院 第三臨床學院，湖北 十堰）

0 引言

心臟電壓門控性鈉通道負責心臟動作電位0相去極化，對于維持心臟的正常生理功能至關重要。電壓門控鈉通道由α功能性亞基和β輔助亞基以及調節蛋白組成。心臟主要表達的是Nav1.5通道，Nav1.5通道的α亞基由SCN5A基因編碼，SCN5A突變經常會導致多種遺傳性心律失常疾病。除α功能性亞基外，β調節亞基異常也能夠導致心律失常。心臟主要表達的是β1亞基，但是近幾年越來越多的研究者關注于對β2亞基的研究，并且發現β2亞基與室顫、房顫、Brugada綜合征等心律失常的發生有關。

1 心臟電壓門控性鈉通道

心臟最主要的鈉通道是Nav1.5通道，由一個成孔的α功能性亞基和一個或兩個β輔助亞基以及調節蛋白組成。Nav1.5通道的異常改變會導致一些心臟離子通道疾病，主要是由位于染色體3p21的SCN5A突變導致。心臟鈉通道決定動作電位（AP）的0相去極化，影響心肌細胞AP的產生和傳播，因此，它對心臟的興奮性有重要作用。

Nav1.5通道位于心肌細胞質膜上，它的定位和功能由輔助亞基和其他相關蛋白調控。鈉通道生物物理特性的變化可能會導致通道的“功能獲得”或“功能喪失”。Nav1.5的正確表達和翻譯對維持心臟正常功能至關重要，通道轉錄調控的缺陷，會影響SCN5A的表達或翻譯后修飾，引發潛在的致命性心律失常。Nav1.5通道精確的定位對于AP的產生至關重要，它在膜上定位的缺陷，或不正確、不充分的錨定可能會影響通道的功能。要了解Nav1.5通道在心臟功能中的作用以及通道異常可能導致的疾病，對通道轉運和定位的研究至關重要，特別是研究其調節亞基和相關調控蛋白的作用。

2 心臟鈉通道的β亞基

心臟Nav1.5通道的β亞基家族包括五種不同的β亞基（β1-β4和β1B），由SCN1B-SCN4B編碼，β1B是β1的剪接變體。β亞基有一個共同的膜拓撲結構，包括采用免疫球蛋白折疊的胞外N端，跨膜結構域和胞內C端結構域，但β1B缺少跨膜結構域。β1和β3亞基與Nav1.5通道的α亞基非共價結合，而β2和β4亞基通過二硫鍵共價連接。鈉通道實際上可能以較高階的復合物起作用，并且還可以與許多其他信號途徑中涉及的其他蛋白形成復合物[2]。β亞基在調節Nav1.5通道的動力學、門控特性、細胞表面表達和電壓依賴性方面起重要作用。另外β亞基通過細胞外區域或跨膜結構域（TMD）與Nav1.5通道相互作用，在確保通道的α亞基有效轉運到質膜上也具有重要作用。本文主要關注β2亞基對Nav1.5轉運的影響。Nav1.5通道的轉運可以從以下角度分析：Nav1.5如何靶向定位在細胞表面結構域，如何將Nav1.5保留在肌膜的某些區域中。我們重點討論與Nav1.5通道相關的β亞基，主要是β2亞基。

目前對鈉通道β亞基功能的看法是：它們決定通道復合物的正確細胞表面定位，控制通道門控特性和動力學，調節α亞基的基因表達。β亞基的蛋白結構域與α亞基相互作用，以及β亞基翻譯后修飾對通道維持正常的生理功能具有重要作用。β亞基的糖基化，尤其是唾液酸化對于通道的調節很重要，唾液酸化的β1亞基可以改變Nav1.2和Nav1.5通道的門控特性，但是β2亞基的唾液酸化只能影響Nav1.5的門控特性，而Nav1.2不受影響。這說明β2亞基對Nav1.5通道門控特性的調節具有特異性。

3 心臟鈉通道β2亞基的結構

β2亞基是具有細胞外免疫球蛋白（Ig）樣環的I型跨膜蛋白，細胞外環具有三個潛在的N-糖基化位點，即Asn-42，Asn-66和Asn-74。另外，短的細胞內C末端結構域具有兩個可能的磷酸化位點，即Ser-192和Thr-204。β2亞基與Nav1.5通道以及其他通道調節分子之間相互作用，影響Nav1.5通道的正確定位，與通道正常生理功能的維持有關。

4 心臟鈉通道β2亞基的轉運及其對通道的調節作用

Nav1.5通道的β2亞基對于控制通道的定位有重要意義，第一個與BrS相關的SCN2B基因突變，使細胞表面的Nav1.5降低，β2 D211G突變（Asp被Gly取代）導致鈉電流降低約40%。與其保持一致的研究結果是，在小鼠心室肌細胞，SCN2B突變，α亞基的表面水平下降40%，導致鈉電流下降。在Madin-Darby犬腎（MDCK）細胞中外源表達的β2亞基以極化的方式位于質膜區。在MDCK細胞和心肌細胞衍生的HL-1細胞中，Nav1.5在表面的定位都會通過β2亞基增強，但不會通過D211G突變亞基增強[1]。ID處由Nav1.5通道和磷酸化的β1組成的通道復合物，與N-鈣黏著蛋白和Cx43密切相關，而T小管中的通道由通道其他亞型組成，與錨蛋白B相關。理解決定這些物質相互作用的機制至關重要，因為鈉通道在肌膜亞區域的不同位置會影響AP傳導速度和心臟沖動傳播。

β2亞基是如何轉運到細胞表面的機制目前還未知，如果β2亞基分布在特定的肌膜區域，通過對其特定區域的研究，將有助于確定Nav1.5通道在心肌細胞表面的精確位置。最近發現，β2亞基的N-糖基化是其有效轉運和定位于質膜所必需的，值得關注的結果是，非糖基化的β2亞基不會促進Nav1.5通道的表面定位。

5 心臟鈉通道β2亞基的功能及相關心律失常

在犬的心室未檢測到β2和β4亞基（與β1和β3不同），這意味著這些亞基對于BrS的區域表現可能沒有作用。β2亞基是細胞間粘附和遷移所必需的，因為β2亞基具有細胞粘附分子（CAM）的功能，細胞外結構域可通過同系和異系相互作用連接，從而起到細胞粘附的作用。這種對細胞粘附的作用可能獨立于它們對通道α亞基的作用。由于SCN2B基因敲除小鼠表現出不受控制的纖維化，因此研究者提出，β2亞基細胞內結構域可能有調節基因抑制心房纖維化。

同時，β亞基作為信號分子參與細胞粘附，遷移和神經突生長。在心臟功能方面，最近的研究結果顯示，β1亞基通過介導細胞粘附，促進AP沿著心室肌細胞的傳播。這項工作表明，β1亞基促進了相鄰細胞之間的離子交換。因此，可以推測β2亞基可能在心肌細胞中也具有相似但未發現的粘附和信號傳導功能，研究這些潛在功能可能有助于更好地了解β2亞基對心臟鈉通道的作用。

在心臟方面，β2在調節心肌細胞鈉通道的定位和功能方面有重要作用。為了揭示β2是如何影響細胞表面Nav1.5的定位，分析β2亞基對極化MDCK細胞中Nav1.5通道的定位和功能的影響，數據表明，如果N-糖基化被取消，β2亞基靶向細胞表面定位會受到影響，從而導致β2亞基在ER中的保留。三重非糖基化β2突變體的一小部分，仍然可以繞過高爾基體而到達細胞表面，并正確定位，但是，它不會促進Nav1.5通道的表面定位，此突變體的共表達會導致Nav1.5通道的表面水平降低。然而，單個N-糖基化足以使β2亞基到達細胞表面并確保有效的Nav1.5通道定位，此現象值得進一步研究。

Nav1.5與β亞基之間存在間接聯系，可能與調節α亞基的定位有關。研究證實，直接的α/β相互作用基本上是通過細胞外二硫鍵的結合在Cys-55處發生的，但其相互作用可能較不穩定。先前的研究揭示了β2亞基與α亞基的確切接觸點，并指出β2亞基在鈉通道β亞基中的特殊性，但這種特殊的機制有待闡明。總之，我們至少部分認為：β2亞基對α亞基的作用，特別是對Nav1.5通道的作用可以間接發生。

β2亞基突變使鈉通道在細胞膜定位出現障礙，鈉電流減小，Nav1.5表達降低，導致通道功能改變，進而能夠引發BrS。另外，在SCN2B缺失小鼠的心臟，觀察到心室肌細胞鈉電流減小，右心室流出道區域的傳導減慢，表明SCN2B基因缺失會導致室性和房性心律失常，這與人類患者中報告的SCN2B突變一致。

6 結語

心臟電壓門控性鈉通道決定AP的產生和傳播，對于維持心肌細胞的正常生理功能至關重要。鈉通道正常功能的發揮是由通道相關亞基及調節蛋白組成的通道復合物共同決定的，任何成分的異常變化都會有導致心律失常的風險，因此，研究其導致心律失常的可能機制對于人類健康至關重要。β2亞基在調節心肌細胞鈉通道的定位和功能方面有重要作用，對于β2亞基的研究有助于更好地理解鈉通道如何正確定位，從而有助于人們更好地了解心律失常的發展及發生機制。對于β2亞基功能的研究結果也有利于我們對患者進行風險分層，從而預測心律失常的發生和危險性，避免致命性心律失常事件的發生。