Junctophilin 2功能异常与心脏疾病的研究进展

何容芳综述，李妙龄校审

（西南医科大学：1心血管医学研究所；2附属医院感染科，四川泸州 646000）

1 Junctophilin 2的基本结构

JPH2蛋白由696个氨基酸残基组成,其基因编码在20q13.12的5个编码区，JPH2蛋白从N端到C端包括motif region（MORN）功能区域、连接区域、α-螺旋结构域、变异区域以及跨膜区域。在其N端,是8个高度保守的亲脂“膜锚定、识别和连结”的MORN结构域[3-4]，MORN结构域对磷脂具有高亲和力可将JPH2锚定在质膜上，前6个MORN结构域可通过连接区域与最后两个域分开，并分隔为功能I、II区。连结区域是胞质蛋白的结合区，可以调节JPH2与胞膜或者SR膜的结合力[2]。α-螺旋结构域跨越了大部分的连接空间，α-螺旋结构域的二级结构由多个α螺旋组成，约100个氨基酸，α螺旋可以将心肌的质膜同肌浆网之间连接起来，并使L型钙离子通道（L-type Ca2+channels,LTCCs）和位于SR上的兰尼碱受体（ryanodine receptor，RyR）之间保持一个较近的间距，从而在心肌细胞收缩舒张过程中保持耦联结构的机械弹性。变异区域在不同种属和各亚型间保守度很低,可能不存在特定功能。最后，JPH2的C末端跨膜结构域可嵌入到SR中[3]。

2 Junctophilin 2在心脏上的功能

2.1 Junctophilin 2参与维持心肌正常的兴奋-收缩功能。

心肌细胞收缩的原理和骨骼肌细胞相似，在受到刺激时都是先在膜上产生兴奋，然后再通过兴奋-收缩耦联，引起肌丝相互滑行，造成整个细胞的收缩。心肌细胞的收缩也具有钙离子依赖性，即需要进入心肌细胞的钙离子来触发肌质网内钙离子的释放才能完成。在心肌细胞中，钙信号的传导主要依靠JMCs使钙离子从细胞膜上的L型钙离子通道向胞内的SR上传导[5-6]，而JPH2是具有JMCs特性的蛋白分子，可通过作用于心肌细胞质膜和内（肌）质网膜，使两者之间达到一定的距离，以维持钙离子稳态，进而实现心肌细胞钙促钙释放过程（calcium-induced calcium release,CICR），而钙离子释放入胞质后，钙离子可与肌丝上的钙结合蛋白相结合，触发心肌收缩[7]，最终完成心肌细胞的兴奋-收缩耦联。因此，JPH2对维持心肌正常的兴奋-收缩功能起着至关重要的作用。

2.2 Junctophilin 2参与心肌细胞的发育成熟

有研究者[8]根据小鼠胚胎干细胞（embryo-ncstemcell,ES）体外分化成心肌细胞以模拟体内心肌发育,并在分化过程中评价JPH2蛋白表达的功能特征，明确了JPH2是中胚层发育及心肌细胞分化的关键因素，且在ES细胞体外分化为心肌细胞过程中，发现JPH2的蛋白表达呈发育依赖性上升。同时，也有研究表明JPH2在T小管的发育过程中发挥着重要作用。T小管（T-Tubule）是心肌细胞膜在肌小节Z线处向肌浆网内凹陷形成的管状结构。胞内的SR与T小管系统紧密耦联，可缩短细胞膜上L型钙通道与位于SR上的兰尼碱受体（ryanodine receptor，RyR）在空间上的距离，使细胞能更快的接受来自细胞外及细胞膜传递的信息。有研究者[9]利用RNAi技术来干扰JPH2的基因表达，干扰后心肌细胞出现了T小管结构的破坏。也有研究[10]发现心肌JPH2低表达的小鼠出生后T小管出现成熟障碍，而JPH2过表达的小鼠却在出生8 d时出现了T小管的提前发育成熟。因此，JPH2在心肌细胞及其T小管的发育成熟上也发挥着关键作用。

3 Junctophilin 2与心脏疾病

3.1 Junctophilin 2与心肌肥大

2004年Minamisawa S等[11]研究者用心室特异性过表达H-ras癌基因来模拟肥厚性心肌病，发现该转基因小鼠模型中心脏JPH2蛋白的表达是下调的，且定位于Cav-3表达比较丰富的区域。2007年，Landstrom AP等[12]将JPH2作为人类肥厚型心肌病（HCM）发病机制的新任候选基因，并在分子和功能水平上证明了JPH2缺失可破坏钙信号传导而成为HCM新的致病机制。研究者将388名无关联的HCM患者的DNA进行JPH2的综合分析，包括剪接位点的突变分析，发现了3个新的HCM易感性突变点：S101R，Y141H和S165F，它们都定位于JPH2关键的功能区。随后，日本研究者[13]报道了两个遗传变异体，他们在195名肥厚型心肌病（HCM）的患者心脏中，新发现了JPH2有两个杂合的非同义核苷酸转换（G505S和R436C）。尽管他们的结果并没有表明G505S突变可导致JPH2明显的结构异常，但G505S突变可使JPH2产生轻微的构象变化，减弱兴奋-收缩耦联的效率，并进一步诱发代偿性肥大以及心肌细胞代谢的改变。2011年,也有研究[14]表明在心肌肥大病人心脏组织中JPH2表达是下调的，并通过小干扰RNA探针部分沉默心肌细胞中JPH2 mRNA的表达，结果显示敲低JPH2后的心肌细胞可出现肥大，其已知的肥大标志物也明显增加。同时敲低JPH2 mRNA表达后也可抑制最大Ca2+瞬变幅度，改变Ca2+动态平衡，最终导致兴奋-收缩耦合的降低。最近也有研究者[15]在JPH2中发现了一种新型的HCM相关突变位点A405S，他们用转基因小鼠模型确定了这一新的JPH2突变点与HCM之间的因果关系。同时，有一篇关于羊心脏T小管早期发育的研究[16]中报道，在心肌细胞肥大时，伴随着JPH2在细胞内定位的增加，JPH2也逐渐增加了与RyR的耦联。

如上所述，JPH2与心肌肥厚密切相关，但其具体机制尚不清楚，有报道显示[17-19]病理性心肌肥厚确实与Ca2+依赖性信号通路密切相关。研究表明多种调控Ca2+的亚细胞结构域都参与了启动肥大信号的传导。JPH2的基因突变或缺失可能会通过破坏肌浆网，并引起RyR2功能受损而致SR Ca2+泄漏，而Ca2+泄漏可激活钙调磷酸酶/NFAT肥大信号传导通路，其中Ca2+敏感性磷酸酶即钙调磷酸酶可以激活NFAT的核易位和肥厚基因的转录。而RyR2的进一步受损也可能导致钙调蛋白依赖激酶II（CaMKII）的磷酸化，并解离肌细胞增强因子-2（MEF2）、组蛋白去乙酰化酶4（HDAC4）的钙调蛋白依赖性，最终启动心肌肥大信号通路[20-21]。为进一步明确JPH2分子缺陷与肥厚性心肌改变之间的联系，未来仍需要大规模的基因检测或构建表达JPH2突变的转基因模型，以更清楚的阐明心肌肥厚的相关机制。

3.2 Junctophilin 2与心力衰竭

心力衰竭是指由于心脏的收缩功能和（或）舒张功能发生障碍而引起的一系列病理症候群。Ca2+经L型钙通道内流导致的钙触钙释放（CICR）过程在心肌兴奋-收缩耦联中发挥着重要作用。CICR的机制是由LTCCs、RyR2以及两者之间的耦联关系共同决定的，而JPH2正是决定它们耦联关系的关键蛋白之一。有研究者[22]在心衰的疾病模型中发现，心衰导致JPH2表达下调，T小管重塑，并使T小管-肌浆网耦联密度减少，最终导致胞内钙超载。Ralph J等[23]为了阐明JPH2在心脏中的作用，使用RNA干扰敲低心脏JPH2的表达，结果显示JPH2敲低后可导致耦联膜复合物数量减少而影响兴奋-收缩耦联，引起心脏收缩力受损、心力衰竭和死亡率的增加。同时也发现JPH2的缺失会对细胞内Ca2+稳态调控产生影响。Wu H D等[24]通过主动脉缩窄手术建立心力衰竭大鼠模型，并通过透射电镜图像来分析心衰时心肌细胞SR耦合TT的体积密度和表面积，发现TT-SR耦合在Z线区域被移位或丢失，其体积密度和表面积都有所下降，且通过数值模拟实验和JPH2敲低实验证明了SR耦合TT结合尺寸的减小可导致Ca2+释放激活的延迟。也有研究[25]表明miR-24可通过结合JPH2 mRNA的3′非翻译区内的两个位点中至少一个来调节JPH2的表达，miR-24的过度表达可导致TT-SR超微结构的重构和兴奋-收缩耦联的缺陷。由于一个微小RNA通常有多个目标，该研究使用了TargetScan软件，在人类、大鼠和小鼠基因中进行了miR-24靶标的全基因组扫描，并且鉴定出除JPH2之外的兴奋-收缩耦联成分。实验数据显示，miR-24过表达并未改变LTCC，RyR和SR上Ca2+泵等的表达，因此miR-24诱导的兴奋-收缩耦联缺陷不能归因于除JPH2以外的兴奋-收缩耦联蛋白。相反，如果敲除JPH2就会完全再现miR-24异常表达所引起的兴奋-收缩耦联效应。近期一项[26]研究确定了一种新的细胞骨架运输机制，发现微管致密化会导致心脏疾病中T小管的重塑和兴奋-收缩耦联功能障碍。在夹闭小鼠主动脉建立的心衰模型中，使用秋水仙碱（一种微管解聚剂）可显著改善T小管的重塑和心脏功能障碍。且在其心脏组织切片中，免疫荧光显示JPH2的分布是显著紊乱的，而注射秋水仙碱后又可显著保持JPH2的分布。也有研究者[27]发现心衰时JPH2有多个位点可被钙调蛋白酶切，从而导致JPH2的功能失调，该研究揭示了钙蛋白酶介导的蛋白水解有助于JPH2的翻译后下调，初步探讨了心衰时JPH2下调的具体机制。尽管近年有研究者[28-30]也同样验证了心衰时心肌组织JPH2的表达是下调的，且认为JPH2可通过与RyR之间的耦联调节Ca2+通道的开放概率并影响Ca2+火花特性。但最新研究[31]在心衰患者的心脏组织中发现JPH2与RyR共定位的比例并没有显著改变，而JPH2密度的增加和T小管与RyR簇比例的增加呈较强的相关性。因此，仍需要进一步加深对JPH2在心力衰竭中作用及其机制的研究，为心力衰竭的药物靶向治疗提供新的视点。

3.3 Junctophilin 2与心房颤动

心房颤动(atrial fibrillation，AF)是最常见的持续性心律失常，其发生率随着年龄的增长而不断增加，75岁以上人群可达10%。房颤的患病率还与冠心病、高血压病和心力衰竭等疾病有密切联系。以往有研究[32]表明肌质网（SR）Ca2+泄漏可导致兰尼碱受体（RyR2）上蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）过度磷酸化而引起房颤的发生或维持。而JPH2可通过直接或间接作用调控RYR2的功能，对正常的心肌钙信号传导产生调节作用，因此推测JPH2对房颤的发生或维持也可产生调控作用。Beavers D[33]等在筛查203例肥厚型心肌病患者时，发现了2例青少年伴有阵发性房颤（pAF），且在患者心脏中发现了新的JPH2错义突变（E169K）。他们将突变型JPH2的转基因小鼠与特异性JPH2敲低的小鼠杂交，使小鼠体内有两个JPH2基因突变位点，由此模拟了有这些突变杂合子的患者的特性。且发现JPH2突变体E169K的假敲（E169K-PKI）小鼠与WT-PKI小鼠相比表现出了更高的AF发生率，在其肌浆网（SR）上异常Ca2+释放事件的发生率也明显增加，并将这一现象归因于突变E169K减弱了JPH2与RyR2的结合，进而导致了JPH2介导的RyR2稳定性的丧失。另外，表达与房性心律失常无关的A399S-PKI小鼠与WT-PKI小鼠相比，其AF诱发率没有显著差异。因此JPH2的突变或功能丧失可通过影响RyR2的功能而促进SR上Ca2+的泄漏，最终引起房颤等心律失常。近期也有研究者验证了[34]二尖瓣病变合并持续性房颤患者JPH2的表达水平。他们将34例接受二尖瓣手术治疗的患者，根据术前心律分为窦性心律组和房颤组，结果发现房颤组左心房组织JPH2蛋白表达水平明显下降，且调控其表达的miRNA-24水平明显升高。同时，本研究组[35]从21例窦性心律（SR）的体外循环手术患者和30例慢性房颤（AF）患者心脏中取得右心房组织，并检测其心房肌组织中JPH2蛋白的分布和表达。结果显示与SR患者相比，慢性AF患者心房肌JPH2表达也明显下调，这同样支持JPH2表达异常与AF密切相关。由于本研究暂未涉及到JPH2表达异常时房颤心肌胞内钙浓度的变化，因此未来可采用一种心肌胞内游离钙浓度测定方法[36]来检测房颤时JPH2对心肌胞内钙浓度的影响，以进一步探讨心房JPH2蛋白表达水平异常对房颤发生和维持的分子机制，为探索心房颤动等心律失常的潜在治疗靶点提供新的理论依据。

3.4 Junctophilin 2与其它心脏疾病

有研究者[37]在室性早搏诱发型心肌病（PVC-CM）的犬模型中，发现了T小管的错位及JPH2、BIN-1和Cav1.2的下调，并认为JPH2不仅是一种“二联体”，它还可以调节离子通道功能。解决JPH2，BIN-1和Cav1.2这三者之间的等级关系对于治疗和防止PVC-CM的进展是必要的。Schobesberger S等[38]通过结扎SD大鼠的左前降支建立心肌梗塞模型，在心肌梗塞（MI）4周后发现JPH2的表达和T小管密度也是显著降低的。同样有报道[39]显示在心肌梗塞后，T小管簇可在梗塞周围区域丢失，呈现高度无序的分支结构，该研究强调将JPH2作为靶点治疗有利于保持T小管簇的方向，并减慢心肌梗塞后收缩乏力的进展。另外也有关于JPH2与肺动脉高压（PAH）导致右心室功能障碍的研究[40]，结果显示野百合碱诱导PAH致右心室功能障碍时，JPH2和T小管明显减少。而使用秋水仙碱后能够增加PAH时JPH2的表达,并改善T小管的结构及右心室功能。这为秋水仙碱改善右心室功能障碍的治疗方案提供了参考。由于JPH2表达下调是心衰时的共同特征，因此有研究者[41]尝试使用基因治疗来改善心脏功能，结果显示用腺病毒9型（AAV9）介导JPH2过表达后可以阻止小鼠心力衰竭的发展。该研究开启了基因治疗改善心脏超微结构重塑的新途径。近期也有研究首次[42]证明了JPH2与SK2（small-conductance calcium-activated potassium channel SK,Kca2）之间的相互作用关系，结果发现通过沉默JPH2可抑制SK2通道电流和显著降低心肌细胞的钙瞬变，本研究为预防和治疗SK通道异常所引起的心脏疾病提供了新的治疗靶点。

4 结 语

JPH2是心肌细胞耦联复合体（JMCs）微环境的关键调节剂。它为心脏T小管发育提供了结构条件，是T小管和SR之间的耦合点，并且对局部离子通道和细胞内Ca2+信号传导具有调节功能。JPH2表达水平在心肌肥厚、心力衰竭、心房颤动等多种心脏疾病中都有异常，而其功能的保留可能会阻止这些疾病的发生或进展，将JPH2作为治疗靶点可为预防或逆转不良的心脏超微结构重塑提供新的途径。由于JPH2在人类心脏疾病中的作用及机制并不完全清楚，因此，未来需要进一步的研究去更全面地描述心脏JPH2在健康和疾病状态时的关键作用。