肌浆网钙离子泵治疗心衰的研究进展

龙文杰 杨忠奇 杨轶

心血管疾病目前已经是全球发病率最高的疾病，心力衰竭(简称心衰)是所有心血管疾病的最终归宿，心衰已经是危害人类生命的第一杀手，虽然目前的治疗方式能稳定心衰的过程，但发病率和死亡率仍然相当高，约50％的心衰患者将在5年内死亡[1]，因此仍然需要创新的突破，为患者提供新的治疗策略。

近年来，随着对心衰以及心肌细胞研究的不断深入，肌浆网钙离子泵在心血管疾病的发生及进展中发挥重要作用。多项研究中发现，心肌细胞内肌浆网(Sarcoplasmic Reticulum，SR)功能影响着心肌细胞的钙循环，而且在心肌细胞舒张过程，SR对钙离子的重吸收与心肌肌浆网钙ATP酶(SERCA2a)的活性有着密切联系[2-3]，这与心肌收缩力密切相关，SERCA2a活性降低会引起并加剧心衰的进程。故SERCA2a一直是研究热点，近年来，围绕SERCA2a的研究不断取得突破，为治疗心力衰竭提供了新的方向。

一、兴奋收缩偶联与SERCA

1.兴奋收缩偶联与钙循环参与的结构：在心肌兴奋收缩耦联中，钙的调节中起着核心作用。在收缩阶段，去极化首先使L型钙离子通道开放，使细胞外少量的钙离子内流，并诱导肌浆网内钙离子通过兰尼碱受体2(RyR2)释放至胞浆中，此时释放的钙结合至肌钙蛋白(Tn)，最终使心肌细胞的收缩；而在舒张阶段，钙从肌钙蛋白中释放，约80％的钙离子则会通过SERCA2a重摄至SR，而SR储存钙离子等待下一次去极化[4]。因此SERCA2a的活性直接影响着SR中钙离子的数量，在心衰心肌细胞中，SR中可释放的钙离子减少，则直接影响心肌收缩力，即SERCA2a表达的下降会导致心肌收缩力下降，这是心衰发病过程中，心肌收缩力下降的重要原因[5]。

2.SERCA的功能与分型：SERCA是一类分布广泛且发挥重要作用的肌浆网钙离子泵，其主要有3种异构体，SERCA1、2和3。SERCA2是SERCA最广泛分布的蛋白质，具有3个亚型：2a，2b和2c，SERCA2a主要在心肌细胞上表达；SERCA2b主要在平滑肌中高表达；SERCA2c主要分布在上皮细胞和内皮细胞内皮中，SERCA2a在人体心肌上最广泛分布，而且是一种参与肌浆网重摄取钙离子的蛋白。

二、SERCA2a与心力衰竭的研究

目前心衰的机制尚未清楚，但其中引起心衰的另一重要机制是SERCA2a表达水平的显著下调[6]，进而引起心肌收缩力下降，导致心衰且加速心衰的进程[7]，目前，恢复或提高SERCA2a蛋白的表达被认为是治疗心衰最具潜力的方法。

多项研究发现，心衰患者心肌细胞的肌浆网钙离子重摄取明显减弱，SERCA2a敲除小鼠已证实SERCA2a在肌浆网钙离子重摄取过程中发挥重要作用，SERCA2a杂合子小鼠其SERCA2a蛋白表达量下降35％，并表现出心肌细胞功能的受损。从SERCA2a杂合子小鼠中分离心肌细胞后发现，其肌浆网中钙离子浓度显著降低，并且心肌细胞的收缩功能明显降低[8]。在压力负荷下，SERCA2a杂合子小鼠表现出心衰的加速进展，且心衰的发病率和死亡率显著升高，这主要是由于心肌细胞收缩和舒张功能的降低所导致的。心衰细胞的研究表明Ca瞬变幅度的降低伴随着SRCa含量的减少[9]。在心衰患者在进行腺相关病毒基因转移增加SERCA2a表达的临床试验中[10]，也得到良好的结果。基于这些结果表明，SERCA2a表达下降是心衰中影响钙释放和心肌收缩力的主要原因之一，恢复或增强SERCA2a的表达是治疗心衰最具有前景的方法之一。

三、SERCA2a治疗心力衰竭研究进展

1.增加SERCA2a表达的基因治疗研究：目前针对心衰的基因治疗研究集中在探索潜在靶点以及安全的运载模式，全球的临床专家和科研工作者正在实现这一目标。这提示着我们利用靶向基因转移技术治疗心衰的已不是空谈。

Michael等[11]的实验团队在主动脉结扎的心衰大鼠模型中，通过腺病毒转染增加SERCA2a表达，结果显示在心衰的动物模型中，SERCA2a表达的恢复使收缩功能和舒张功能恢复正常水平。在对大动物羊的心衰模型实验中，Power[12]等利用基因环闭系统向动物心脏递送AdS16E突变基因，从而增加SERCA2a表达。结果心衰羊的左心室射血分数显着改善(27.3％～50.4％)。

经过多年的临床前研究评估，美国一项对晚期心衰患者进的临床1期研究中评估了腺相关病毒1型(AAV1)/SERCA2a的基因治疗：(CUPID)于2008年启动。试验目标通过使用重组AAV载体(AAV1/SERCA2a)的SERCA互补 DNA(cDNA)基因转移来恢复患有心衰的SERCA2a，第1阶段试验证实了其安全性及功效，而安全性性令 AAV1/SERCA2a双盲安慰剂对照的随机的二期试验得以实行。

而CUPID在对晚期心衰患者进行随机、双盲、安慰剂对照的2期研究中评估了AAV1/SERCA2a的有效性、安全性[13]，患者接受SERCA2a介导的冠状动脉内输送低、中、高3个剂量基因与安慰剂，在6个月时，包括症状、功能测试、生物标志物水平、LVEF等均得到稳定以及改善。另外，在12个月后，高剂量组与安慰剂组的患者主要心血管事件风险降低88％，平均住院时间对照安慰组有明显改善，没有不良反应。尽管该临床试验目前取得一定成果，但仍需要更大的研究来建立AAV1/SERCA2a治疗晚期心衰的治疗方式，但由于SERCA2a蛋白由多于2000多个氨基酸组成，其转录、表达效率较慢，而且AAV作为载体在人体中会产生免疫反应，不能长时间存在于人体，这都是目前需要解决的问题，

此时需要能激活SERCA2a的内源性因子，而Olson等[14]的团队从人类身上找出了命名为“DWORF”的长非编码RNA转录蛋白，在其高表达以及基因敲除动物模型中进行试验，DWORF高表达组均表现出增加SERCA2a活性作用，SR内钙储存量等其他方面均显著优于模型组及基因敲除组，并进一步证明其转录分子作用机制是通过争夺抑制SERCA2a结合位点蛋白(PLN，SLN，MLN)，从而提高SERCA活性。46个氨基酸长度的DWORF小分子蛋白大大少于SERCA2a，大大提高了转录、翻译效率，可能为未来新一轮的基因治疗带来新的方案。

四、结论

综上所述，SERCA2a是研究心衰的热点，随着临床研究的开展，基因治疗在未来对心衰治疗有着很好应用前景，尽管如此，SERCA2a蛋白转录翻译效率、AAV所面临的免疫反应问题仍需解决，随着小分子蛋白(DWORF)的发现，这有可能是一个重要突破点，为心衰患者带来新的治疗靶点以及更好的治疗手段。

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