RBM20基因在擴(kuò)張型心肌病中表達(dá)的研究進(jìn)展

林欣 綜述 周巖 審校

（吉林大學(xué)第一醫(yī)院小兒心血管科，吉林長(zhǎng)春 130000）

擴(kuò)張型心肌病（dilated cardiomyopathy, DCM）是全球心力衰竭重要的原因之一，表現(xiàn)為心臟結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一側(cè)或雙側(cè)心室擴(kuò)大及收縮功能減退，可同時(shí)合并心律失常，在疾病的任何階段均可出現(xiàn)嚴(yán)重心血管事件，導(dǎo)致猝死，最終的治療手段多為心臟移植。部分DCM 原因不明，在特發(fā)性DCM中，20%～35%為家族遺傳，多為常染色體顯性遺傳。自1990 年發(fā)現(xiàn)第1 例家族性心肌病致病性基因突變，目前已超過(guò)170個(gè)基因與心肌病、離子通道病等多種心臟系統(tǒng)疾病相關(guān)，超過(guò)60 個(gè)基因可引起DCM［1-2］。2009 年，首次發(fā)現(xiàn)RNA 結(jié)合基序蛋白20（RNA binding motif protein 20,RBM20）基因突變可引起DCM［3］。RBM20基因突變所致的心肌病多為家族性DCM，臨床表現(xiàn)相似［4］，發(fā)病率為1%～5%［5］。少數(shù)RBM20基因突變所致的心肌病為散發(fā)性DCM［6］。RBM20基因又可作為剪接因子，在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中可變剪接TTN基因、TNNT2基因，在心臟發(fā)育中起重要作用。RBM20基因突變導(dǎo)致的DCM 具有發(fā)病年齡小、心力衰竭嚴(yán)重、高病死率的特點(diǎn)［7-9］。目前，RBM20基因已被證實(shí)與多種心血管疾病相關(guān)，可表現(xiàn)為DCM、心律失常、猝死及心肌廣泛纖維化、心肌致密化不全。

1 RBM20基因的結(jié)構(gòu)

RBM20基因主要在橫紋肌中表達(dá)，心肌中表達(dá)最高，非肌肉組織中幾乎不表達(dá)［10-11］。RBM20基因位于10號(hào)染色體，包含14個(gè)外顯子，編碼含1 227 個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)。存在物種間高度保守的功能區(qū)域，包括2 個(gè)鋅指（zinc finger, ZnF）結(jié)構(gòu)域，1 個(gè)RNA 識(shí)別基序（RNA recognition motif,RRM）結(jié)構(gòu)域，1個(gè)富含精氨酸/絲氨酸（arginine-/serine-rich, RS）區(qū)域，1 個(gè)富含亮氨酸（leucinerich, L-rich）區(qū)域，1 個(gè)富含谷氨酸（glutamaterich, E-rich）區(qū)域［12-13］（圖1）。其中，與DCM 相關(guān)的RBM20基因突變多發(fā)生在RS 區(qū)域［2，10，14-15］，導(dǎo)致表達(dá)的蛋白質(zhì)功能喪失。E-rich 區(qū)域和ZnF 結(jié)構(gòu)域內(nèi)突變發(fā)生率比RS 區(qū)域低，但是在這些區(qū)域內(nèi)發(fā)生突變后也會(huì)降低RBM20基因的剪接活性，影響所調(diào)控的基因表達(dá)，導(dǎo)致DCM［16-17］。不是所有突變均有意義，如I536T-RBM20基因突變影響基因表達(dá)、導(dǎo)致剪接異常，但是不會(huì)引起DCM［18］。

2 RBM20基因突變的表達(dá)

Zhang 等［19］表明RS 區(qū)域發(fā)生的突變介導(dǎo)中心核定位信號(hào)的中斷，可引起嚴(yán)重的DCM。大多數(shù)RBM20基因突變定位在RS 區(qū)域中的精氨酸-絲氨酸-精氨酸-絲氨酸-脯氨酸（arginine-serinearginine-serine-proline, RSRSP）片段，RSRSP 片段的磷酸化干擾了RBM20基因的核定位，在細(xì)胞質(zhì)中形成異常的核糖核蛋白（ribonucleoprotein, RNP）顆粒，考慮這種RNP 顆粒是形成DCM 心肌改變的重要原因［12，14，20-21］。另有研究表明，RSRSP 片段突變使DCM 表型更加嚴(yán)重，并發(fā)心房顫動(dòng)及室性心律失常［22］。但是，低水平的磷酸化仍可提高蛋白質(zhì)表達(dá)水平，可能是受反饋機(jī)制的作用［23］。RBM20基因是心臟發(fā)育過(guò)程中核糖核酸處理機(jī)制的重要組成成分。RBM20基因突變干擾前體信使核糖核酸（pre-messenger RNA, pre-mRNA）的翻譯后修飾過(guò)程，生成大量異常蛋白質(zhì)（圖2）。轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，RBM20基因通過(guò)RRM 結(jié)構(gòu)域抑制上游和下游內(nèi)含子［17］，Upadhyay 等［24］發(fā)現(xiàn)RRM 結(jié)構(gòu)域具有C 端螺旋，特異識(shí)別含尿嘧啶-胞嘧啶-尿嘧啶-尿嘧啶的RNA 基序，成為轉(zhuǎn)錄pre-mRNA 的基礎(chǔ)。

圖2 RBM20基因轉(zhuǎn)錄翻譯及可變剪接TTN基因示意圖 圖片改自Koelemen等［13］的文章。RBM20基因突變影響轉(zhuǎn)錄及翻譯過(guò)程，導(dǎo)致異常蛋白質(zhì)聚積。同時(shí)，RBM20基因突變通過(guò)調(diào)整N2BA及NAB亞型比例，可變剪接TTN基因。

3 RBM20基因的可變剪接

RBM20基因突變導(dǎo)致可變剪接異常，導(dǎo)致靶基因形成致病性的環(huán)狀RNA，并且在細(xì)胞質(zhì)加工小體內(nèi)重新生成RNP，導(dǎo)致心肌細(xì)胞變異，心臟收縮功能異常［25］。RBM20基因的結(jié)構(gòu)域在定位剪接位點(diǎn)及外顯子/內(nèi)含子的選擇中至關(guān)重要。通過(guò)研究實(shí)驗(yàn)大鼠與人類心臟的基因，在內(nèi)含子結(jié)合位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)一組獨(dú)特的RNA 識(shí)別元件，在3′剪接位點(diǎn)下游400 堿基對(duì)和5′剪接位點(diǎn)上游400 堿基對(duì)位點(diǎn)與RBM20基因結(jié)合，并且，RBM20基因也通過(guò)與U1 和U2 核小核糖核蛋白顆粒（small nuclear ribonucle protein particle, snRNP）結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，抑制剪接過(guò)程［10，26］。

RBM20基因作為一種剪接因子，調(diào)節(jié)與影響心室舒張功能、肌節(jié)組裝、離子轉(zhuǎn)運(yùn)等多個(gè)心臟相關(guān)基因的剪接［11］，包括TTN基因、CAMK2基因、MYH6基因、MYH7基因、RYR2基因、NEXN基因、NPRL2基因、TNNT2基因、PDLIM3基因等［5，11，27］。本文介紹RBM20基因調(diào)控TTN基因及CAMK2基因的過(guò)程。

3.1 TTN基因

TTN基因突變是引起DCM 常見(jiàn)的原因［28］，占10%～30%。TTN基因在人類中包含363 個(gè)外顯子，3個(gè)亞型，編碼的肌聯(lián)蛋白是人類體積最大的蛋白質(zhì)，大小超過(guò)3 MDa，連接大多數(shù)橫紋肌中的Z盤(pán)和粗絲，調(diào)節(jié)心肌收縮和彈性，是導(dǎo)致心肌硬化的重要因素［20］。TTN基因主要的2 種亞型是N2BA和NAB，心肌順應(yīng)性由N2BA和NAB所占比例不同決定。RBM20基因突變顯著提高N2BA 亞型表達(dá)，造成N2BA和NAB比例改變，使肌原纖維被動(dòng)張力降低，導(dǎo)致心肌病［12，26-27，29］（圖2）。

3.2 CAMK2基因

CAMK2基因的產(chǎn)物屬于絲氨酸/蘇氨酸激酶家族的一種多功能蛋白激酶，蛋白激酶中的δ亞型在心臟中占主導(dǎo)地位。RBM20基因突變導(dǎo)致CAMK2基因的產(chǎn)物從常規(guī)的-δB和-δC亞型轉(zhuǎn)變?yōu)?δA和-δ 9亞型，導(dǎo)致L 型鈣離子電流增加，心肌細(xì)胞肌漿網(wǎng)中充滿鈣離子，細(xì)胞內(nèi)鈣離子超負(fù)荷，可能是DCM心律失常發(fā)生的原因［27，30］。

4 性別差異

DCM 發(fā)病率及臨床嚴(yán)重程度存在性別差異，男性發(fā)病率高于女性，癥狀更加嚴(yán)重。一項(xiàng)Meta分析表明，相比于女性，男性DCM的全因病死率、心血管病死率及猝死風(fēng)險(xiǎn)更高［31］。RBM20基因突變所致的DCM 中，男性患者的臨床癥狀也比女性更嚴(yán)重［6，32］。但是，Lennermann 等［33］研究構(gòu)建的RBM20基因敲除（knockout, KO）小鼠模型，雖然RBM20-KO 所致DCM 雄性小鼠的基因表達(dá)和磷酸化更加顯著，但是心臟形態(tài)和功能與DCM 雌性小鼠相比無(wú)性別差異。這種人類及小鼠的發(fā)病性別差異的不同可能受行為風(fēng)險(xiǎn)因素如吸煙、肥胖及激素等的影響。

5 治療

DCM 在臨床中大多數(shù)仍表現(xiàn)為收縮性心力衰竭。很多患者最后的治療措施為心臟移植，但供體稀少。目前，已開(kāi)展多項(xiàng)治療RBM20基因突變所致心肌病的研究，期望可以治愈心力衰竭。

研究表明，強(qiáng)心苷類藥物包括地高辛及洋地黃毒苷可以抑制RBM20基因?qū)TN基因的可變剪接，降低RBM20基因表達(dá)蛋白質(zhì)的水平，可能改善舒張性心力衰竭［34］。絲氨酸-精氨酸蛋白激酶可以調(diào)節(jié)RSRSP 片段的磷酸化，調(diào)控心肌病相關(guān)基因的剪接，成為治療RBM20基因相關(guān)心肌病的潛在治療靶點(diǎn)［21］。應(yīng)用CRISPR/Cas9 基因編輯技術(shù)建立體外心肌模型，此模型包含RBM20基因雜合突變的多能干細(xì)胞定向分化心肌細(xì)胞，通過(guò)全反式維甲酸上調(diào)RBM20基因表達(dá)，部分恢復(fù)由RBM20基因缺陷引起的剪接、鈣處理異常和收縮功能障礙，有望修復(fù)RBM20基因突變所致的DCM［35］。

基因突變的精準(zhǔn)校正是一種新的治療方法。一項(xiàng)研究指出，應(yīng)用腺嘌呤堿基編輯和先導(dǎo)編輯校正RS 區(qū)域內(nèi)的突變，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生出心肌細(xì)胞，使心力衰竭的大鼠恢復(fù)心臟功能［14］。目前，關(guān)于基因編輯改善致病性RBM20基因變異體修復(fù)的方法研究仍在初級(jí)階段。

6 總結(jié)與展望

RBM20基因突變通過(guò)多種途徑導(dǎo)致DCM，其轉(zhuǎn)錄、翻譯及調(diào)控其他基因可變剪接的過(guò)程復(fù)雜。目前，對(duì)于RBM20基因突變所致DCM的治療方案多基于基礎(chǔ)研究，由于RBM20基因具有物種間高度保守的特征，非同源物種、體內(nèi)及體外的RBM20基因研究結(jié)果有部分不同，對(duì)人類DCM 的療效仍需要更多臨床研究與基礎(chǔ)研究結(jié)合進(jìn)一步明確。

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