靶向Cx43在常見心血管疾病中的研究進(jìn)展

梅顯運(yùn)，李紅艷，趙思涵，陳政

(西藏民族大學(xué)西藏高原相關(guān)疾病分子遺傳機(jī)制與干預(yù)研究省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 咸陽 712082)

由于不健康飲食、吸煙等生活方式，罹患心血管疾病的人數(shù)不斷增加，目前我國(guó)是全球心血管疾病負(fù)擔(dān)最重的國(guó)家[1]。縫隙連接又稱間隙連接、通道連接，是由連接相鄰兩個(gè)細(xì)胞之間的連接通道排列而成的一種特殊膜結(jié)構(gòu)。心臟、血管和淋巴管中的縫隙連接蛋白(connexin,Cx)主要有Cx37、Cx40、Cx43、Cx45和Cx47，其中Cx43在心肌組織中高表達(dá)[2]。鄰近細(xì)胞能通過縫隙連接進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換，對(duì)細(xì)胞增殖分化、新陳代謝等過程產(chǎn)生影響[3-4]。研究發(fā)現(xiàn)，Cx43-/-小鼠通常因右心室流出道梗阻而發(fā)生產(chǎn)前死亡，表明Cx43在心臟發(fā)育過程中起重要作用[5]。當(dāng)心肌缺血時(shí)，Cx43發(fā)生降解和去磷酸化，引發(fā)各種心律失常，也可致死亡[6-7]。心力衰竭時(shí)縫隙連接分布紊亂，出現(xiàn)側(cè)邊化[8]。Cx43的正常表達(dá)對(duì)心臟發(fā)育、電偶聯(lián)心肌細(xì)胞活動(dòng)和心肌功能協(xié)調(diào)具有重要作用。縫隙連接通道可使離子、電流和小分子代謝物(分子量為26 000～60 000)在細(xì)胞之間轉(zhuǎn)移，以交換能量底物和化學(xué)信號(hào)[9]。Cx43在心血管疾病病程中起關(guān)鍵作用，多數(shù)疾病可促進(jìn)Cx43降解、去磷酸化水平上升或分布側(cè)邊化[10-14]。然而發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化時(shí)Cx43水平和Cx43 Ser279/282位點(diǎn)磷酸化水平升高[15]。因此，調(diào)控Cx43水平、磷酸化及分布狀態(tài)趨于穩(wěn)定，可延緩疾病進(jìn)展，提高患者生活質(zhì)量。現(xiàn)就Cx43的生物學(xué)功能、Cx43與心血管疾病的關(guān)系及靶向Cx43治療常見心血管疾病的研究進(jìn)展予以綜述。

1 Cx43的生物學(xué)功能

Cx43半衰期較短，其快速合成和及時(shí)遞送至特定區(qū)域?qū)p隙連接維持細(xì)胞偶聯(lián)至關(guān)重要。當(dāng)小鼠心肌細(xì)胞Cx43表達(dá)下降50%時(shí)，心室傳導(dǎo)速度下降38%，心電圖顯示QRS時(shí)限延長(zhǎng)[16]。病變心臟Cx43染色圖像顯示，心肌中Cx43的改變與心臟病理有關(guān)，心肌梗死后心肌細(xì)胞Cx43不再定位于閏盤，而是定位于側(cè)膜。可見，Cx43的這種“偏側(cè)化”可能與病變心臟傳導(dǎo)改變有關(guān)[17]。Cx43偏側(cè)化后，細(xì)胞間的側(cè)向電耦合增強(qiáng)，側(cè)向電導(dǎo)率增加，電導(dǎo)率的均勻性受到影響，傳導(dǎo)速度減慢。另外，Cx43拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或Cx43通道數(shù)量的變化會(huì)影響心肌組織的電特性，促進(jìn)心律失常(包括心房顫動(dòng))[18]。

Cx43在維持內(nèi)皮的完整性和連續(xù)性中也起重要作用。在內(nèi)皮功能受損早期，Cx43等表達(dá)異常，黏附分子也發(fā)生改變，導(dǎo)致脂質(zhì)殘片沉積和炎癥因子浸潤(rùn)并形成泡沫細(xì)胞，繼而形成粥樣硬化斑塊。心肌缺血再灌注損傷導(dǎo)致內(nèi)皮功能受損是心肌梗死后再灌注的主要不良反應(yīng)之一。Rotigaptide可通過調(diào)控Cx43縮小心肌梗死面積[19]。硫化氫可能通過調(diào)控Cx43的表達(dá)改善自發(fā)性高血壓大鼠心肌重構(gòu)[20]。主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中Cx43表達(dá)下降可使縫隙連接通訊功能降低，導(dǎo)致血管功能紊亂，從而加重高血壓造成的損害[21]。Cx43數(shù)量、磷酸化及分布狀態(tài)的變化與動(dòng)脈粥樣硬化關(guān)系密切，繼而可能發(fā)生心絞痛、心肌梗死、心律失常甚至猝死。

2 Cx43與常見心血管疾病的相關(guān)性

由Cx43組成的縫隙連接廣泛存在于心肌細(xì)胞，促使心臟以功能合胞體完成同步收縮[22]。高血壓、心肌梗死、心肌肥厚、心力衰竭、心律失常均可引起Cx43水平、磷酸化和(或)分布發(fā)生改變，影響縫隙連接的閉合及心肌細(xì)胞間電信號(hào)和(或)化學(xué)信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而造成心肌重構(gòu)、心肌收縮及各種心律異常。

2.1Cx43與高血壓 研究發(fā)現(xiàn)，高血壓可增加惡性心律失常的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，其機(jī)制與縫隙連接重構(gòu)關(guān)系密切。自發(fā)性高血壓大鼠和正常血壓Wistar-Kyoto大鼠腦動(dòng)脈中Cx43 信使RNA(messenger RNA,mRNA)和蛋白的總表達(dá)水平比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但自發(fā)性高血壓大鼠腦動(dòng)脈中Cx43磷酸化水平明顯高于Wistar-Kyoto大鼠，表明Cx43磷酸化可能促進(jìn)自發(fā)性高血壓大鼠大腦動(dòng)脈的縫隙連接通訊[10]。硫化氫可能通過抑制Cx40/Cx43表達(dá)調(diào)節(jié)T細(xì)胞亞群平衡，進(jìn)而降低高血壓炎癥[23]。慢性炎癥可促進(jìn)高血壓的發(fā)展，并與受損器官中T細(xì)胞浸潤(rùn)和細(xì)胞因子的增加有關(guān)。Cx43可能調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞的活化和炎癥因子的產(chǎn)生[24]。自發(fā)性高血壓大鼠腎損傷伴隨著腎臟中T淋巴細(xì)胞亞群比例上調(diào)，且Cx43在CD8+T淋巴細(xì)胞的表達(dá)增加[25]。胎盤組織中Cx43的表達(dá)與妊娠期高血壓嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)[26]。可見，Cx43表達(dá)及磷酸化水平與高血壓的發(fā)生密切相關(guān)。

2.2Cx43與心肌梗死 Cx43表達(dá)缺失可能是冠心病發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素[27]。維持Cx43磷酸化可促進(jìn)縫隙連接解偶聯(lián)，從而縮小心肌梗死面積。心肌缺血過程中，Cx43去磷酸化程度與心室肌細(xì)胞電偶聯(lián)疾病的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。由于胞質(zhì)Ca2+濃度增加，ATP濃度降低，Cx43磷酸化改變，缺血導(dǎo)致縫隙連接通道閉合[28]。心肌梗死后，梗死邊緣區(qū)存活的心肌細(xì)胞和Cx43細(xì)胞數(shù)量明顯減少，細(xì)胞間連接紊亂，Cx43及磷酸化水平明顯降低，且Cx43紊亂分布于細(xì)胞側(cè)面。在心律失常中，整合素連接激酶可能通過蛋白激酶B激活抑制Cx43重構(gòu)而減輕心肌梗死后大鼠的心室重構(gòu)，改善心功能[29]。Cx43 Ser262位點(diǎn)磷酸化可能介導(dǎo)蛋白激酶C依賴的心肌保護(hù)。Cx43在Ser368位點(diǎn)的磷酸化可通過減少心律失常和縮小心肌梗死面積達(dá)到保護(hù)心臟的目的。重組人腦利鈉肽聯(lián)合經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入術(shù)可減輕心肌梗死患者臨床癥狀，降低血清Cx43水平[30]。過度的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激未折疊蛋白反應(yīng)和Cx43表達(dá)下降與心肌梗死有關(guān)[11]。可見，通過調(diào)控Cx43表達(dá)可縮小心肌梗死面積，改善心功能。

2.3Cx43與心肌肥厚 肥厚性心肌病期間心肌縫隙連接的數(shù)量、大小和分布有所改變。通常，在心肌肥大的初始和代償階段Cx43表達(dá)無改變或上調(diào)。當(dāng)心肌肥大發(fā)展為心力衰竭時(shí)，Cx43表達(dá)降低[12]。肥厚性心肌病通常與主動(dòng)脈狹窄或慢性高血壓引起的壓力超負(fù)荷有關(guān)。在慢性主動(dòng)脈狹窄豚鼠模型中，從代償性左心室肥厚轉(zhuǎn)變?yōu)槭Т鷥斝宰笮氖曳屎窈驝x43表達(dá)減少、閏盤重構(gòu)和心肌細(xì)胞形態(tài)改變[31]。有研究發(fā)現(xiàn)，在承受過大壓力的主動(dòng)脈瓣狹窄患者的左心室，代償性肥大期Cx43表達(dá)升高，失代償期Cx43表達(dá)降低[32]。用Janus激酶2抑制劑AG490(10 μmol/L)預(yù)處理新生大鼠心肌細(xì)胞可減弱血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的縫隙連接蛋白α1截短單體-20k(gap junction protein alpha 1 truncated monomer-20k，GJA1-20k)的表達(dá)下降，并促進(jìn)Cx43縫隙連接的形成[33]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，纈沙坦可抑制Janus激酶2活性，使GJA1-20k蛋白水平上升，心肌閏盤間Cx43分布恢復(fù)正常，從而逆轉(zhuǎn)心肌肥厚[34]。有研究顯示，通心絡(luò)膠囊可在改善大鼠心肌肥厚的同時(shí)增加Cx43的表達(dá)，減小QT離散度[35]。因此，改變Cx43表達(dá)及分布可能成為逆轉(zhuǎn)心肌肥厚的關(guān)鍵，為臨床治療提供新策略。

2.4Cx43與心力衰竭 絕大多數(shù)心血管疾病晚期可進(jìn)展為心力衰竭，臨床表現(xiàn)為各種心律失常和心肌泵血功能障礙[36]。在新西蘭白兔和人發(fā)生心力衰竭時(shí)，Cx43表達(dá)和磷酸化均降低，與Cx43共定位的蛋白磷酸酶2A水平升高可能是心力衰竭時(shí)非磷酸化Cx43水平升高的基礎(chǔ)[37]。在心力衰竭早期Cx43增加，晚期Cx43減少且伴分布異常。當(dāng)人的心臟發(fā)生壓力超負(fù)荷時(shí)，心肌Cx43的表達(dá)和分布與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。慢性充血性心力衰竭小鼠左心室心肌Cx43 mRNA和蛋白表達(dá)明顯下降，微RNA(microRNA,miRNA/miR)-1表達(dá)上升，而抑制miR-1能相應(yīng)增加Cx43的表達(dá)[13]。慢性充血性心力衰竭新西蘭大白兔左心室心肌間Cx43水平下降且伴重構(gòu)，而生長(zhǎng)激素釋放肽可改善其重構(gòu)[38]。重組人腦鈉尿肽聯(lián)合參附注射液可使梗死灶周圍組織Cx43表達(dá)上升，逆轉(zhuǎn)其去磷酸化和分布紊亂，抑制重構(gòu)，從而治療心力衰竭[39]。可見，心力衰竭的發(fā)生與Cx43密切相關(guān)，進(jìn)一步研究其相關(guān)機(jī)制并通過調(diào)控Cx43表達(dá)、磷酸化及其分布方式可治療心力衰竭。

2.5Cx43與心律失常 Cx43磷酸化、數(shù)量和分布的改變可能導(dǎo)致心臟電傳導(dǎo)障礙并最終導(dǎo)致心律不齊。Cx43重構(gòu)可能是導(dǎo)致細(xì)胞間鈣超載的原因，而鈣超載也與缺血性心律不齊的誘導(dǎo)有關(guān)。鈣和鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ是鈣信號(hào)激酶，能夠激活電壓門控鈣通道引起心律失常。鈣和鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ是調(diào)控Cx43位置及心肌傳導(dǎo)速度的信號(hào)通路，抑制該通路能夠預(yù)防心律失常[40]。心室顫動(dòng)是心律失常的一種，甲狀腺功能亢進(jìn)時(shí)大鼠心臟Cx43和磷酸化Cx43水平下降，心室顫動(dòng)閾值降低；甲狀腺功能減退時(shí)Cx43和磷酸化Cx43表達(dá)增加，心室顫動(dòng)閾值升高。研究表明，在甲狀腺狀態(tài)改變的情況下，心肌中Cx43的表達(dá)與大鼠心臟對(duì)心室顫動(dòng)的易感性呈負(fù)相關(guān)[41]。自發(fā)性高血壓大鼠攝入Omega-3脂肪酸可降低基質(zhì)金屬蛋白酶2的活性，同時(shí)降低β1腎上腺素受體自身抗體的水平以及心室顫動(dòng)的發(fā)生率[42]。溶血磷脂酸可能通過抑制Cx43的合成和表達(dá)而影響心肌細(xì)胞間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而導(dǎo)致心律失常[14]。Cx43的降解可導(dǎo)致傳導(dǎo)速度減慢，嚴(yán)重降解會(huì)導(dǎo)致持續(xù)性傳導(dǎo)阻滯，成為誘發(fā)折返性心律失常的重要原因。可見，Cx43可影響心律失常閾值、傳導(dǎo)速度及相關(guān)信號(hào)通路，是治療心律失常的關(guān)鍵。

3 靶向Cx43治療常見心血管疾病

Cx43不僅在縫隙連接形成時(shí)起重要作用，其磷酸化和分布狀態(tài)的改變也對(duì)機(jī)體細(xì)胞的生存和生長(zhǎng)產(chǎn)生重要影響。目前一些藥物可靶向Cx43治療高血壓、心律失常、心肌梗死，為常見心血管疾病提供了新的治療策略。

3.1靶向Cx43治療高血壓 研究表明，與自發(fā)性高血壓大鼠組相比，自發(fā)性高血壓大鼠+雷米普利組大鼠腦動(dòng)脈中Cx43 mRNA和蛋白表達(dá)明顯降低，表明雷米普利可通過下調(diào)Cx43 mRNA和蛋白的表達(dá)而降低血壓[43]。自發(fā)性高血壓大鼠主動(dòng)脈Cx43表達(dá)增強(qiáng)，卡托普利能夠降低胸主動(dòng)脈Cx43的表達(dá)[44]。硫化氫、槲皮素可能通過調(diào)控Cx43的表達(dá)改善自發(fā)性高血壓大鼠心肌重構(gòu)和大腦中動(dòng)脈的張力異常[20,45]。奈必洛爾不僅可改善心肌Cx43分布，使Cx43規(guī)則分布于閏盤處，還可增加Cx43表達(dá)，抑制心肌重構(gòu)，從而達(dá)到降壓的目的[46-47]。纈沙坦可能通過核因子κB抑制Cx43的表達(dá)治療大鼠的腎性高血壓[48]。綜上，可通過調(diào)控Cx43表達(dá)或改善其分布的方式來靶向治療高血壓。

3.2靶向Cx43治療心律失常 研究表明，替米沙坦、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、胰島素樣生長(zhǎng)因子1、匹諾布林、金絲桃苷均可通過增強(qiáng)心肌梗死大鼠Cx43表達(dá)而減少心律失常的發(fā)生[49-51]。其中匹諾布林、金絲桃苷通過提高Na+，K+-ATP酶和Ca2+，Mg2+-ATP酶活性，上調(diào)Cx43表達(dá)，從而減輕缺血再灌注大鼠心律失常[51]。匹諾布林可抗凋亡、抗氧化應(yīng)激以及增加缺血心肌Cx43磷酸化，從而發(fā)揮心臟保護(hù)作用，改善心臟功能，減少心律失常，縮小心肌梗死面積。Cx43基因治療心肌瘢痕區(qū)可顯著降低心肌梗死后室性心動(dòng)過速的發(fā)生率[52]。另有研究發(fā)現(xiàn)，生脈注射液聯(lián)合血塞通注射液可能通過降低心肌Cx43表達(dá)和改善心臟重構(gòu)，提高心肌梗死大鼠心室顫動(dòng)閾值[53]。蝙蝠葛堿也可改善Cx43重構(gòu)，從而減輕心房顫動(dòng)[54]。心肌梗死導(dǎo)致過度的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激未折疊蛋白反應(yīng)和Cx43表達(dá)下降可增加心律失常易感性，降低心室顫動(dòng)閾值。穩(wěn)心顆粒可能通過調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白降解途徑保護(hù)Cx43，從而預(yù)防心律失常的發(fā)生[11]。可見，通過改變Cx43分布及其表達(dá)改善心律失常，為心律失常的防治提供新思路。

3.3靶向Cx43治療心肌梗死 美托洛爾可通過增加Cx43表達(dá)對(duì)心肌梗死后心肌細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)作用[55]。厄貝沙坦可通過抑制缺血心肌梗死引起的Cx43表達(dá)降低，改善缺血心肌Cx43重構(gòu)，抑制心肌梗死所致的心律失常[56]。間充質(zhì)干細(xì)胞移植可通過上調(diào)Cx43和下調(diào)Cx45的表達(dá)來調(diào)控心肌梗死誘導(dǎo)的Cx43表達(dá)減少，Cx45表達(dá)增加[57]。庚醇后處理可能通過線粒體敏感性鉀離子通道抑制Cx43表達(dá)下降，從而治療心肌缺血再灌注損傷[58]。益氣活血藥(參芍片聯(lián)合復(fù)方丹參片)可通過提高Cx43表達(dá)，減小心肌梗死大鼠左心室內(nèi)徑和降低心肌梗死百分比，對(duì)心肌梗死后缺血心肌發(fā)揮保護(hù)作用[59]。調(diào)肝清心顆粒可能通過增加心肌供血和Cx43表達(dá)，縮小心肌梗死面積，降低心肌梗死發(fā)生率[60]。外源性磷酸肌酸是一種ATP緩沖液，在心肌缺血再灌注損傷心肌組織中發(fā)揮保護(hù)作用[61]。外源性磷酸肌酸可能通過抑制氧自由基產(chǎn)生，使Cx43表達(dá)增加，心電圖異常ST段和壞死心肌細(xì)胞減少，冠狀動(dòng)脈血流恢復(fù)，從而恢復(fù)心肌的正常功能[62]。在心肌梗死病理過程中，梗死病灶內(nèi)Cx43的表達(dá)下調(diào)，肥厚組織中Cx43的表達(dá)上調(diào)。L和L/T型鈣通道阻滯劑可減輕心肌重構(gòu)，其機(jī)制可能與選擇性調(diào)節(jié)心肌Cx43表達(dá)有關(guān)[63]。

另有研究發(fā)現(xiàn)，在缺血再灌注時(shí)加入Cx43磷酸化的調(diào)節(jié)劑——Rotigaptide可顯著縮小豬的心肌梗死范圍[19]。心肌梗死的發(fā)病機(jī)制涉及miRNA及其相關(guān)通路的復(fù)雜變化，包括miR-1、miR-133和縫隙連接通路。其中穩(wěn)心顆粒對(duì)Cx43的調(diào)節(jié)作用可能是其在基因水平治療心肌梗死的藥理機(jī)制之一[64]。可見，通過多途徑增加Cx43表達(dá)，可縮小心肌梗死面積，減輕心肌重構(gòu)，成為靶向治療心肌梗死的趨勢(shì)。

4 小 結(jié)

Cx43在心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用，以Cx43為靶點(diǎn)探索治療心血管疾病的藥物已取得一定進(jìn)展。但病理?xiàng)l件下Cx43水平、磷酸化、分布及其對(duì)心血管疾病各階段的具體調(diào)控機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究和探索。通過藥物靶向作用于Cx43，調(diào)節(jié)其表達(dá)、磷酸化和分布狀態(tài)，恢復(fù)組織和器官的正常通訊水平，可延緩或逆轉(zhuǎn)心血管疾病的發(fā)生發(fā)展。以Cx43為作用靶點(diǎn)研發(fā)治療心血管疾病的新型藥物是未來的研究方向。